DE19715013A1 - Schaltung zum Start einer Maschine oder dergleichen und Verfahren zur Steuerung eines Starts einer Maschine - Google Patents
Schaltung zum Start einer Maschine oder dergleichen und Verfahren zur Steuerung eines Starts einer MaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Start einer über
eine Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung abge
sicherten Maschine oder dergleichen, bei welcher die
Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung mehrere
Signaleingänge konstant überwacht und beim Auftreten eines
Fehlers die Energiezufuhr zur Maschine oder dergleichen
unterbricht, mit zumindest zwei Relais, die über die
Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung ansteuerbar
und schaltbar sind, und mit einem Startschalter. Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines
Starts einer mittels einer Sicherheits- und/oder Über
wachungsschaltung abgesicherten Maschine od. dgl., bei
welchem die Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung
mehrere Signaleingänge konstant überwacht und beim Auf
treten eines Fehlers die Energiezufuhr zur Maschine od. dgl.
unterbricht, wobei die Sicherheits- und/oder
Überwachungsschaltung zumindest zwei Relais ansteuert und
schaltet.
Aus dem Stand der Technik sind Sicherheits- und/oder
Überwachungsschaltungen mit Reflektions-Lichtschranken und
Polarisationsfiltern bekannt. Diese Schaltungen weisen zwei
Sensoren auf, die zyklisch mit einer Frequenz von 300 Hz
getestet werden. Wird während der Testphase ein Hindernis
in einem der zwei Strahlwege oder eine Störung an einer der
zwei redundanten Ketten in der Elektronik oder an einem der
zwei Sensoren festgestellt, fallen zwei nachgeschaltete
Sicherheitsrelais ab. Durch einen externen Testeingang läßt
sich das gesamte System, einschließlich der Relais über
wachen. Um die Schaltung nach Fallen der Relais wieder
freizuschalten ist eine manuelle Freigabe notwendig. Es
handelt sich somit bei der manuellen Freigabe der Schaltung
um einen Start einer über eine Sicherheits- und/oder
Überwachungsschaltung abgesicherte Maschine od. dgl.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Schaltung derart weiterzuentwickeln, daß sie insgesamt
billiger herstellbar und effektiver arbeitend ist, wobei
eine vollständige Überwachung sowohl der Sicherheits- und/oder
Überwachungsschaltung als auch der Signaleingänge und
nicht zuletzt der Schaltung zum Start möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung sieht vor,
daß die Relais in Reihe geschaltet sind und nacheinander
gestartet werden, daß parallel zu dem zuerst zu startenden
Relais ein Kondensator angeordnet ist, dessen Ladung das
Relais durchsteuert und daß zumindest ein Transistor mit
dem Relais in Reihe geschaltet ist, wobei ein Relais mit
der Basis und ein Relais mit dem Kollektor des Transistors
verbunden ist.
Demzufolge werden bei der erfindungsgemäßen Schaltung die
Relais nicht gleichzeitig, sondern nacheinander gestartet,
um den Einschaltvorgang zu aktivieren. Es handelt sich
hierbei um einen sogenannten Pumpenstart, d. h. die Pumpe
fordert ein Potential auf ein virtuelles Niveau, welches
virtuelle Niveau höher liegt als das positive Niveau der
Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung. Fällt das
virtuelle Niveau ab, so ist dies ein Indikator für die
Abschaltung der angeschlossenen und zu überwachenden
Maschine.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben
sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die der
Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Relais während des Starts nacheinander angesteuert werden.
Hierbei gliedert sich der Start in vier Phasen, die nach
einander ablaufen müssen. In der ersten wird ein
Kondensator über die Öffner-Kontakte der Relais geladen.
Dabei fließt ein Basisstrom des Transistors durch das
zuerst anzusteuernde Relais. Die Ladung des Transistors
wird zur Durchsteuerung dieses Relais verwendet. Nachdem
die erste Phase abgelaufen ist, wird der Startbefehl durch
Drücken der Starttaste gegeben. Das Drücken der Starttaste
führt dazu, daß das zuletzt zu startende Relais mit
Spannung versorgt wird. Der Strom fließt hierbei durch
dieses Relais und den Transistor.
In einer anschließenden dritten Phase, die beginnt, wenn
das zuletzt genannte Relais in Selbsthaltung gegangen ist,
fließt der Strom über das zuletzt genannte Relais und den
Transistor. Der Schließer des zuletzt genannten Relais
steuert dabei die Basis eines weiteren Transistors an,
wodurch die Entladung des Kondensators durch das zuerst
gestartete Relais beginnt. Hierbei liefert der Kondensator
zusätzlichen Basisstrom für den zweiten Transistor. Das
zuerst gestartete Relais zieht letztendlich an, so daß
nunmehr beide Relais den Zustand der Selbsthaltung auf
weisen.
In der letzten Phase wird der zuerst genannte Transistor
gesperrt und der Haltestrom fließt über die Schließer der
Relais. Diese Phase beginnt, sobald das zuerst gestartete
Relais angezogen hat.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen
Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform einer
Überwachungsschaltung dargestellt ist.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Überwachungs
schaltung mit Stromflüssen in einer ersten Phase;
Fig. 2 die Überwachungsschaltung gemäß Fig. 2 in
einer zweiten Phase und
Fig. 3 eine an die Überwachungsschaltung der Fig. 1
und 2 angeschlossene Schaltung von zwei Relais
zum Start einer externen Maschine.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Überwachungsschaltung 1 dar
gestellt. Die Überwachungsschaltung 1 weist vier Signal
eingänge Z1, Z2, Z3 und Z4 auf. Jeder Signaleingang Z1, Z2,
Z3 und Z4 ist an einen Widerstand 2 angeschlossen.
Weiterhin ist in den Fig. 1 und 2 eine positive Energie
leitung 3 und eine negative Energieleitung 4 dargestellt.
Der Signaleingang Z1 ist über eine Leitung 5 emitterseitig
an einem Transistor V185 angeschlossen. Die Basis des
Transistors ist einerseits über eine Leitung 6 an der
positiven Energieleitung unter Zwischenschaltung eines
Widerstands 7 und andererseits am Kollektor eines
Transistors V189 angeschlossen, welcher Transistor V189
emitterseitig mit der negativen Energieleitung 4 und mit
seiner Basis unter Zwischenschaltung des Widerstandes 2 am
Signaleingang Z2 angeschlossen ist.
Der Transistor V185 liegt mit seinem Kollektor an der Basis
eines Transistors V181 an, der emitterseitig über eine
Leitung 8 mit der negativen Energieleitung 4 und kollektor
seitig an einer Leitung 9 angeschlossen ist. In die Leitung
9 ist ein Widerstand 10 geschaltet, zu dem parallel ein
Kondensator C43 geschaltet ist, wobei der Kondensator als
gepolter Elektrolytkondensator ausgebildet ist, dessen
negative Platte an der Leitung 9 und dessen positive Platte
an einer Leitung 11 angeschlossen ist. Weiterhin ist in die
Leitung 9 ein Transistor V179 mit seinem Emitter ange
schlossen, der kollektorseitig an der positiven Energie
leitung 3 angeschlossen ist.
Die Basis des Transistors V179 ist mit dem Kollektor eines
Transistors V183 über eine Leitung 12 verbunden. Der
Transistor V183 ist wiederum mit seiner Basis an einem
Kollektor eines Transistors V193 angeschlossen, dessen
Emitter mit der Leitung 5 und dessen Basis über eine
Leitung 13 an dem Kollektor eines Transistors V191 ange
schlossen ist. Der Transistor V191 ist emitterseitig mit
der negativen Energieleitung 4 und seitens seiner Basis
über eine Leitung 14 am Kollektor eines Transistors V204
angeschlossen. Die Basis dieses Transistors V204 ist über
eine Z-Diode mit der Leitung 6 verbunden.
Die Transistoren V189, V181, V179, V193 und V204 sind als
NPN-Transistoren ausgebildet, wohingegen die Transistoren
V191, V183 und V185 als PNP-Transistoren ausgebildet sind.
Die Leitung 11 verbindet eine Leitung 15 mit einer Leitung
16, die nachfolgend noch beschrieben wird.
Die Leitung 15 ist emitterseitig an dem Transistor V183 und
an einem Transistor V154 angeschlossen. Ferner ist an der
Leitung 15 eine Leitung 17 angeschlossen, in die zwei
Relais K1 und K2 in Serie geschaltet sind und die anderer
seits an der positiven Energieleitung 3 angeschlossen ist.
In die Leitung 17 ist eine Diode 18 geschaltet. Eine
weitere Diode 19 ist in der Leitung 11 geschaltet.
Die voranstehend beschriebene rechte Seite der Überwa
chungsschaltung 1 befindet sich analog auch als linke Seite
der Überwachungsschaltung 1 für die Signaleingänge Z3 und
Z4 wieder. Der Signaleingang Z3 ist über eine Leitung 20,
in die der Widerstand 2 geschaltet ist, emitterseitig an
einem Transistor V161 angeschlossen, welcher Transistor
V161 über eine Leitung 21 mit dem Kollektor eines
Transistors V165 verbunden ist. An der Basis des
Transistors V165 ist eine Leitung 22 angeschlossen, die die
Basis des Transistors V165 mit dem Signaleingang Z4
verbindet. Emitterseitig ist der Transistor V165 an der
negativen Energieleitung 4 angeschlossen.
Zwischen der Basis des Transistors V161 und dem Kollektor
des Transistors V165 ist an der Leitung 21 eine Leitung 23
angeschlossen, die mit der positiven Energieleitung 3 ver
bunden ist und in welche ein Widerstand 24 geschaltet ist.
Der Kollektor des Transistors V161 ist mit der Basis eines
Kollektors V169 verbunden, der emitterseitig über eine
Leitung 25 an der negativen Energieleitung 4 und mit seinem
Kollektor in Reihe mit einem Widerstand 26 und einem
Kondensator C41 geschaltet ist. Der Kondensator C41 ist
wiederum als gepolter Elektrolytkondensator ausgebildet,
dessen positive Platte über eine Leitung 27 mit der Leitung
9 verbunden ist, wobei in der Leitung 27 eine Diode 28 an
geordnet ist. Die Leitung 27 ist weiterhin über eine
Leitung 29 mit eingeschalteter Diode 30 an der Leitung 15
angeschlossen.
Zwischen dem Kondensator C41 und dem Widerstand 26 ist der
Emitter eines Transistors V167 angeschlossen, dessen
Kollektor mit der positiven Energieleitung und dessen Basis
mit dem Emitter des voranstehend bereits erwähnten
Transistors V145 verbunden ist. Der Transistor V145 ist -
wie bereits erwähnt - emitterseitig an der Leitung 15
angeschlossen. Die Basis des Transistors V145 liegt am
Kollektor eines Transistors V141 an, der emitterseitig mit
der Leitung 20 verbunden ist. Die Basis des Transistors
V141 ist mit dem Kollektor eines Transistors V137 ver
bunden, der wiederum über seinen Emitter mit der positiven
Energieleitung 3 verbunden ist. Die Basis des Transistors
V137 ist am Kollektor eines Transistors V136 angeschlossen,
dessen Basis unter Zwischenschaltung einer Z-Diode 31 an
der Leitung 23 angeschlossen ist, wobei der Widerstand 24
mit der Diode 31 in Reihe geschaltet ist.
In Fig. 1 ist der Ladestrom, der Relaisentladestrom und der
Steuerstrom in der Überwachungsschaltung in einer ersten
Phase dargestellt. Der Ladestrom ist hierbei durch einen
Pfeil mit der Ziffer 1, der Relaisentladestrom mit einem
Pfeil mit der Ziffer 2 und der Steuerstrom mit einem Pfeil
mit der Ziffer 3 angedeutet. In dieser ersten Phase liegt
an den Signaleingängen Z3 und Z4 ein positives und an den
Signaleingängen Z1 und Z2 ein Null-Potential an. Der Kon
densator C43 ist geladen und der Kondensator C41 ist ent
laden.
Durch die an den Signaleingängen Z3 und Z4 anliegenden
Potentiale werden die Transistoren V161, V165 und V169
direkt angesteuert. Die entsprechenden Ladeströme sind in
den Leitungen 20, 21 und 22 angegeben.
Durch die Null-Potentiale der Signaleingänge Z1 und Z2 ist
der Transistor V204 leitend. Über diesen Transistor V204
fließt der Basisstrom des Transistors V191, dessen Kollek
torstrom wiederum die Basis des Transistors V193 ansteuert.
Der Transistor V193 kann nur dann leiten, wenn das
Potential am Signaleingang Z1 Null ist. In diesem Fall
fließt der Basisstrom des Transistors V183, der aus dem
Kondensator C43 gespeist wird, durch den Transistor V193.
Über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors V183
fließt der Basisstrom des Transistors V179.
In diesem Zustand sind die Transistoren V169 und V179
durchgesteuert, so daß sich das Relais C43 in die Relais K1
und K2 entlädt. Die Entladung erfolgt über den Transistor
V179, wobei die Entladung auch den Basisstrom für die
Transistoren V179 und V183 liefert.
Gleichzeitig mit der Entladung des Kondensators C43 wird
der Kondensator C41 über die Transistoren V179 und V169
geladen. Das Aufladen des Kondensators C41 erfolgt durch
das Potential an den Signaleingängen Z3 und Z4.
In der in Fig. 2 dargestellten zweiten Phase, die sich mit
der in der Fig. 1 dargestellten ersten Phase alle 2,3 ms
wechselt, werden die Transistoren V181, V185 und V189
direkt angesteuert, da nunmehr die Signaleingänge Z1 und Z2
ein Potential und die Signaleingänge Z3 und Z4 ein Null-
Potential aufweisen. Durch die Null-Potentiale in den
Signaleingängen Z3 und Z4 leitet der Transistor V136. Über
diesen Transistor fließt der Basisstrom des Transistors
V137, dessen Kollektorstrom wiederum die Basis des
Transistors V141 ansteuert. Der Transistor V141 kann aber
nur dann leiten, wenn das Potential an dem Signaleingang Z3
Null ist.
Durch den Transistor V141 fließt der Basisstrom des
Transistors V145, der aus dem Kondensator C41 gespeist
wird. Über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
V145 fließt der Basisstrom für den Transistor V167.
In dieser Phase sind die Transistoren V167 und V181 durch
gesteuert. Dabei entlädt sich der Kondensator C41 in die
Relais K1 und K2 über den Transistor V167. Weiterhin
liefert der Kondensator C41 den Basisstrom für die
Transistoren V167 und V145. Gleichzeitig mit der Entladung
des Kondensators C41 wird der Kondensator C43 über die
Transistoren V167 und V181 erneut geladen.
Die voranstehend beschriebenen Phasen wiederholen sich ca.
alle 2,3 ms, so daß eine ständige Überwachung der Signalein
gänge Z1, Z2, Z3 und Z4 stattfindet. Sollte ein Potential
während der Überwachung nicht die zutreffende Größe und/oder
Polung aufweisen, entfällt das Aufladen eines Konden
sators, so daß sich dieser Kondensator anschließend nicht
in die Relais K1 und K2 entladen kann. Die Relais K1 und K2
fallen demzufolge ab, so daß die daran angeschlossene
gefahrbringende Maschine unverzüglich abgeschaltet wird.
Für den Fall eines Fehlers eines Bauteils verbrennen die
Transistoren V167, V169, V179 und/oder V181, so daß die
gesamte Steuerung ausfällt und ebenfalls die Aufladung
eines Kondensators vermeidet mit der Folge, daß in der
anschließenden Phase eine Entladung dieses Kondensators in
die Relais K1 und K2 nicht stattfinden kann.
Um die in den Fig. 1 und 2 dargestellte und voranstehend
erläuterte Überwachungsschaltung 1 ursprünglich zu akti
vieren, ist ein Startvorgang erforderlich, der über eine
Schaltung 32 abläuft, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
In der Fig. 3 ist die Leitung 17 mit den eingeschalteten
Relais K1 und K2 dargestellt. Die Relais K1 und K2 sind
unter Zwischenschaltung einer Diode V65 in Reihe
geschaltet. Parallel zum Relais K1 sind ein Widerstand 33
und eine Diode V53 geschaltet. Dem Widerstand 33 ist ein
Schließerkontakt des Relais K1 vorgeschaltet. Der
Schließerkontakt des Relais K2 ist demgegenüber in Reihe
mit einem Schalter 34 für den externen Start geschaltet.
Der Öffnerkontakt des Relais K2 ist in die Leitung 17
geschaltet, wohingegen der Öffnerkontakt des Relais K1 in
eine an der Leitung 17 angeschlossene Leitung 35 gelegt
ist, die über einen Widerstand R49 mit dem Schließer
kontakt des Relais K2 verbunden ist. In der Leitung 35 ist
ferner eine Diode V83 angeordnet, wobei der Öffnerkontakt
zwischen dem Widerstand R49 und der Diode V83 angeordnet
ist. In eine zwischen Widerstand R49 und dem Öffnerkontakt
des Relais K1 angeschlossene Leitung 36 sind eine Diode V86
und ein Kondensator C15 geschaltet. Zwischen dem Kondensa
tor C15 und der Diode V86 ist an der Leitung 36 eine
Leitung 37 angeschlossen, die einerseits mit der Leitung 17
verbunden und andererseits an dem Widerstand 33 angeschlos
sen ist.
Parallel zu der Leitung 36 ist eine Leitung 38 angeordnet,
die die Leitung 35 mit einem Transistor V85 verbindet,
wobei die Leitung 38 an der Basis des Transistors V85 an
geschlossen ist. Kollektorseitig ist der Transistor V85
zwischen dem Relais K2 und dem Öffnerkontakt des Relais K2
an der Leitung 17 angeschlossen, wo hingegen der Emitter
des Transistors V85 an einer Leitung 39 angeschlossen ist,
an welche auch die Leitung 36 mit dem Kondensator C15 an
geschlossen ist. Die Leitung 39 ist ferner über eine
Leitung 40 mit der Leitung 17 zwischen den beiden Relais K1
und K2 verbunden.
Parallel zu der Leitung 39 ist eine Leitung 41 angeordnet,
in die ein Widerstand R57 geschaltet ist. Die Leitung 41
verbindet die Leitung 17 mit der Basis eines Transistors
V91, der kollektorseitig in die Leitung 40 geschaltet ist.
Der externe Start gliedert sich in vier Phasen, die zwangs
weise nacheinander ablaufen müssen. In der Fig. 3 sind die
vier Phasen durch die Ströme i1, i2, i3 und i4 veranschau
licht, wobei den Strömen in jeweils ein Pfeil mit einem
Großbuchstaben A bis D zugeordnet ist.
In der ersten Phase wird der Kondensator C15 über die
beiden Öffnerkontakte der Relais K1 und K2 geladen. Dabei
fließt der Basisstrom des Transistors V91 durch das Relais
K2. Die Ladung des Kondensators C15 ist notwendig, um das
Relais K2 durchzusteuern. In der zweiten Phase wird der
Schalter 34 betätigt, so daß das Relais K1 mit Spannung
versorgt wird. Der Strom fließt dabei durch das Relais K1
und den Transistor V91. Dieses Phase stellt den Start
befehl dar.
Nachdem das Relais K1 im Anschluß an den Startbefehl in
Selbsthaltung gegangen ist, fließt der Strom über den
Widerstand R49, das Relais K1 und den Transistor V91. Der
Schließerkontakt des Relais K1 steuert dabei die Basis des
Transistors V85 an. Hierdurch wird der Kondensator C15
durch das Relais K2 entladen. Der Kondensator C15 versorgt
weiterhin den Transistor V85 mit einem zusätzlichen Basis
strom. In dieser dritten Phase steht das Relais K1 in
Selbsthaltung.
In der vierten und letzten Phase zieht das Relais K2 an.
Sobald das Relais K2 angezogen hat, wird der Transistor V91
gesperrt und der Haltestrom fließt über die beiden
Schließerkontakte der Relais K1 und K2.
Bei dieser Startschaltung 32 werden somit die Relais K1 und
K2 nicht gleichzeitig, sondern nacheinander gestartet.
Diese Art des Starts ist gegenüber dem Stand der Technik
billiger, effektiver und sorgt für eine vollständige Über
wachung sowohl der Startschaltung 32 als auch der daran
nachgeschalteten Maschine.
Claims (7)
1. Schaltung zum Start einer über eine Sicherheits- und/oder
Überwachungsschaltung (1) abgesicherte Maschine
od. dgl., bei welcher die Sicherheits- und/oder
Überwachungsschaltung (1) mehrere Signaleingänge (Z1,
Z2, Z3, Z4) konstant überwacht und beim Auftreten
eines Fehlers die Energiezufuhr zur Maschine od. dgl.
unterbricht, mit zumindest zwei Relais (K1, K2), die
über die Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung
(1) ansteuerbar und schaltbar sind, und mit einem
Startschalter (34),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Relais (K1, K2) in Reihe geschaltet sind und nacheinander gestartet werden,
daß parallel zu dem zuerst zu startenden Relais (K2) ein Kondensator (C15) angeordnet ist, dessen Ladung das Relais (K2) durchsteuert und
daß zumindest ein Transistor (V91) mit den Relais (K1, K2) in Reihe geschaltet ist, wobei ein Relais (K2) mit der Basis und ein Relais (K1) mit dem Kollektor des Transistors (V91) verbunden ist.
daß die Relais (K1, K2) in Reihe geschaltet sind und nacheinander gestartet werden,
daß parallel zu dem zuerst zu startenden Relais (K2) ein Kondensator (C15) angeordnet ist, dessen Ladung das Relais (K2) durchsteuert und
daß zumindest ein Transistor (V91) mit den Relais (K1, K2) in Reihe geschaltet ist, wobei ein Relais (K2) mit der Basis und ein Relais (K1) mit dem Kollektor des Transistors (V91) verbunden ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (C15) als gepolter Elektrolyt
kondensator ausgebildet ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Transistor (V91) als NPN-Transistor ausge
bildet ist.
4. Schaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die positive Platte des Kondensators (C15) in
Reihe mit dem Öffner-Kontakt des zuletzt zu startenden
Relais (K1) geschaltet ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (C15) in Reihe mit einem
Transistor (V85) geschaltet ist, über den sich der
Kondensator (C15) bei Anliegen eines Basisstroms
entlädt und die Entladung einen zusätzlichen Basis
strom für den Transistor (V85) bereitstellt.
6. Verfahren zur Steuerung eines Starts einer mittels
einer Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung
(1) abgesicherten Maschine od. dgl., bei welchem die
Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung (1)
mehrere Signaleingänge (Z1, Z2, Z3, Z4) konstant
überwacht und beim Auftreten eines Fehlers die
Energiezufuhr zur Maschine od. dgl. unterbricht, wobei
die Sicherheits- und/oder Überwachungsschaltung
zumindest zwei Relais (K1, K2) ansteuert und schaltet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Relais (K1, K2) während des Starts nacheinan
der angesteuert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zuerst zu startende Relais (K2) über einen
Kondensator (C15) durchgesteuert wird.
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