-
Die Erfindung bezieht sich auf einen
Aufzug oder Fahrtreppe mit einer Aufzugselektrik, die eine übergeordnete
Steuerung und einen Antrieb umfasst, wobei der Antrieb wenigstens
einen Elektromotor beinhaltet, der über Schaltelemente mit einem
Wechselstrom-Versorgungsnetz verbindbar ist und wobei eine mit der
Steuerung verbundene Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
des Betriebszustands und zur Unterbrechung des Energieflusses im
Störungsfall
vorgesehen ist.
-
Bei Aufzügen oder Fahrtreppen bestehen hohe
Sicherheitsanforderungen. In allen Betriebssituationen muss deshalb
sichergestellt sein, dass keine Fehlfunktionen auftreten und im
Störungsfall
ein unkontrollierter Betrieb ausgeschlossen ist.
-
Für
den Betrieb eines Aufzugs oder dergleichen sind eine Aufzugssteuerung
sowie ein Aufzugsantrieb vorgesehen. Die Aufzugssteuerung hat im wesentlichen
die nachfolgenden Aufgaben:
-
- – Ermittlung
der aktuellen Position des Fahrkorbes im Schacht
- – Auswertung
der eingehenden Rufe (Kabinen- und Außenrufe)
- – Entscheidung
welche Position als nächstes
angefahren wird
- – Sicherheitsfunktionen:
- – Überwachung
der Kabinentüren
- – Überwachung
der Schachttüren
- – Überwachung
der Fahrkorbgeschwindigkeit
- – Überwachung
der Schutzräume
- – Überwachung
der Endschalter
- – Überwachung
der Fahrzeiten
-
Der Aufzugsantrieb umfasst im wesentlichen zumindest
einen Elektromotor, Schaltelemente zum Verbinden mit einem Stromversorgungsnetz
sowie zum Umkehren der Laufrichtung und eine Überwachungseinrichtung, um
im Störungsfall
den Energiefluss zwischen Stromversorgungsnetz und Motor zu unterbrechen.
Aus Sicherheitsgründen
werden als Schaltelemente zwei voneinander unabhängige Schütze verwendet. Überwacht
werden die Hauptschaltglieder dieser Schütze, wobei bei jedem Zwischenhalt,
Richtungswechsel oder Stillsetzen des Aufzuges kontrolliert wird,
ob die Hauptschaltglieder beider Schütze geöffnet sind und der Energiefluss unterbrochen
ist. Ist dies nicht der Fall, wird durch die Überwachungseinrichtung ein
erneutes Anfahren des Aufzuges verhindert. Zur Verhinderung eines
ungewollten Anlaufs des Antriebsmotors erfolgt eine allpolige, elektromechanische
Trennung des Antriebsmotors von seinem speisenden Netz. Die Trennung wird über Leistungsschütze vorgenommen.
Diese elektromechanischen Schalter sind jedoch durch Kontaktabbrand
verschleißbehaftet
und können
beim Kontaktieren auch verschweißen und dann nicht mehr geöffnet werden,
weshalb beim Einsatz in Aufzugssteuerungen mit entsprechend höheren Sicherheitsanforderungen
mindestens zwei in Reihe geschaltete Hauptschaltglieder eingesetzt
werden müssen.
Durch die in der Regel große
Schalthäufigkeit und
Belastung beim Einsatz in Aufzugsanlagen ist es erforderlich, die
vergleichsweisen teuren Schütze von
Zeit zu Zeit auszutauschen, wodurch entsprechend hohe Betriebskosten
entstehen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Aufzug oder eine Fahrtreppe unter Beibehaltung der
hohen Sicherheitsanforderungen zu schaffen, wobei ein praktisch
verschleißfreier
Betrieb möglich
ist und damit einerseits die Betriebskosten gesenkt und andererseits
die Betriebssicherheit dadurch noch erheblich erhöht werden
kann.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen,
dass zwischen dem Wechselstrom-Versorgungsnetz und dem Elektromotor
ein Umrichter zwischengeschaltet ist, der einen an das Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossenen,
steuerbaren Gleichrichter mit Ansteuerelektronik zum Ein- und Ausschalten
der Gleichspannung aufweist, weiterhin steuerbare, zusammen mit
einer weiteren Ansteuerelektronik zu einem Frequenzumrichter gehörende Halbleiterschalter,
eine Strommessvorrichtung zur Messung des Motorstroms sowie einen
Microcontroller als Teil der Überwachungseinrichtung
zum Überprüfen, ob
am Ende jedes Fahrabschnittes bei stehendem Motor ein Motorstrom
fließt
und zum Sperren des erneuten Einschaltens der Gleichspannung in
diesem Betriebszustand im Fall eines Motorstromflusses und zum Unterbrechen
der Ansteuerung der Halbleiterschalter des Frequenzumrichters.
-
Die bei bisherigen Aufzügen vorgesehenen Schütze mit
ihren mechanischen Kontakten können dadurch
entfallen, ohne dass Nachteile bezüglich der Sicherheit eintreten.
Durch das verschleißfreie
Ein- und Ausschalten des Motors ist vielmehr die Betriebssicherheit
und Lebensdauer der Anlage insgesamt wesentlich erhöht und gleichzeitig
sind Überwachungsmaßnahmen
vorhanden, durch welche die bisherigen Sicherheitsanforderungen
hinsichtlich der Betriebsüberwachung
weiterhin zumindest erfüllt sind.
-
Dazu ist eines der in der Regel zwei
bislang vorgesehenen Schütze
durch die mit einer Ansteuerelektronik verbundenen Halbleiterschalter
des Frequenzumrichters ersetzt, zu deren Überwachung die Strommessvorrichtung
vorgesehen ist. Die Funktion des zweiten, sonst vorgesehenen Schützes übernimmt
der steuerbare Gleichrichter, dessen Ansteuerung nach jeder Fahrt
des Aufzuges abgeschaltet wird.
-
Es sind somit, vergleichbar mit den
beiden elektromechanischen Schaltern bei bisherigen Aufzugssteuerungen,
ebenfalls zwei voneinander unabhängige
Schalter vorhanden, die aber durch elektronische Schalter oder elektronische
Baugruppen gebildet sind.
-
Zweckmäßigerweise ist eine Messeinrichtung
zur Überwachung
der vom steuerbaren Gleichrichter gelieferten, kondensatorgepufferten
Gleichspannung vorgesehen. Somit wird die Gleichspannung als kondensatorgepufferte
Zwischenkreisspannung dem Elektromotor über den Frequenzumrichter zugeführt, wobei
die Zwischenkreisspannung bei abgeschalteter Gleichspannung überwacht
und im Störungsfall
bei Überschreiten
eines vorgebbarer, gegenüber
dem Fahrbetriebszustand abgesenkten Gleichspannungsschwellwertes
der Zwischenkreisspannung die Ansteuerung der Halbleiterschalter
des Frequenzumrichters unterbrochen wird. Zur zusätzlichen
Sicherheit kann im Störungsfall
bei Überschreiten
eines vorgebbaren Gleichspannungsschwellwertes außer dem
Sperren der Halbleiterschalter des Frequenzumrichters eine Fehlermeldung
an eine übergeordnete
Steuerung vorgenommen werden, welche die Ansteuerversorgungsspannung
der Halbleiterschalter unterbricht.
-
Die vorgesehenen Überwachungseinrichtungen dieser
elektronischen Baugruppen genügen
zumindest den gleichen Sicherheitsanforderungen wie bisher. Hinzu
kommt, dass durch den Einsatz eines Wechsel- oder Frequenzumrichters
ein geregelter Betrieb des Antriebsmotors über einen großen Betriebsbereich
möglich
ist.
-
Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
aufgeführt.
Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten
anhand der Zeichnungen noch näher
erläutert.
-
Es zeigt:
-
1 ein
Blockschaltbild einer Aufzugselektrik mit einer Aufzugssteuerung,
einem Umrichter, einem Versorgungsnetz sowie einem Elektromotor
und
-
2 ein
Schaltungsausschnitt zweier zu einem Frequenzumrichter gehörender Halbbrücken.
-
Zu einer Aufzugselektrik 1 (1) gehört neben einer Aufzugssteuerung 2 ein
im ganzen mit 3 bezeichneter Antrieb, der im vorliegenden Fall einen Elektromotor 4 sowie
einen Umrichter 5 umfasst. Der Umrichter 5 ist
dabei die Baugruppe, die zwischen den Elektromotor 4 und
einem Wechselstrom-Versorgungsnetz 6 geschaltet ist. Im
Ausführungsbeispiel handelt
es sich um ein dreiphasiges Wechselstrom-Versorgungsnetz und um
einen dreiphasigen Elektromotor.
-
Der Umrichter 5 dient dazu,
den Elektromotor 4 ans Netz zu schalten oder von diesem
zu trennen sowie zur Drehrichtungsumkehr. Der Umrichter 5 beinhaltet
zwei innerhalb der Leistungsübertragung zwischen
dem Netz 6 und dem Elektromotor 4 seriell geschaltete
Baugruppen, die unabhängig
voneinander auf ihre Funktion hin überwacht werden und mittels
denen jeweils für
sich ein Sicherheitsabschalten des Energieflusses zum Motor 4 im
Störungsfall
möglich
ist.
-
Eine dieser beiden Baugruppen ist
ein steuerbarer Gleichrichter 7 mit zugehöriger Ansteuerelektronik 8 und
die andere Baugruppe ist im wesentlichen durch einen Frequenzumrichter 9 mit
steuerbaren Halbleiterschaltern 12 sowie einer Ansteuerelektronik 13 gebildet.
-
Der steuerbare Gleichrichter 7 ist
im Ausführungsbeispiel
eine halbgesteuerte Brückenschaltung, die
bei der hier vorgesehenen Drehstromversorgung drei Dioden D1 bis D3 sowie
drei Thyristoren T1 bis T3 umfasst. Sind die Thyristoren T1 bis T3 von
der Ansteuerelektronik 8 angesteuert, so liefert der Gleichrichter 7 eine
Ausgangsgleichspannung, die als Zwischenkreisspannung UZK dem
Frequenzrichter 9 zugeführt
wird. Durch einen Kondensator 10 ist die Zwischenkreis-Gleichspannung
gepuffert.
-
Werden die Thyristoren T1 bis T3 gesperrt, indem
sie nicht mehr von der Ansteuerelektronik 8 angesteuert
werden, was bei jedem Stop des Aufzugs beziehungsweise des Antriebsmotors 4 der
Fall ist, so sinkt die auch am Kondensator 10 anstehende Zwischenkreisspannung
entsprechend dessen Entladung ab. Eine Messeinrichtung 11 ist
zur Messung dieser Zwischenkreisspannung vorgesehen.
-
Die Zwischenkreisspannung dient als
Eingangs-Gleichspannung für
den Frequenzumrichter 9. Dieser weist steuerbare Halbleiterschalter 12 sowie eine
Ansteuerelektronik 13 für
diese Halbleiterschalter auf. Es sind drei Gruppen von jeweils eine
Halbbrücke 14 bildenden
Halbleiterschaltern 12 vorgesehen, wobei jede Halbbrücke 14 durch
zwei mit ihren Kollektor-Emitterstrecken
in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern 12 zusammensetzt
ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Halbleiterschalter durch IGBTs gebildet. Die Halbbrücken 14 sind
jeweils an dem Plus- und dem Minus-Pol der Zwischenkreisspannung
angeschlossen und an dem jeweiligen Verbindungsknoten zwischen Emitter
und Kollektor ist der Motor 4 mit seinen Strängen UVW angeschlossen.
Durch diese Brückenschaltung
kann der Motor 4 in bekannter Weise in seiner Laufrichtung umgesteuert
werden. Mit Hilfe der Ansteuerelektronik 13 kann die Ansteuerfrequenz
der Halbleiterschalter 12 variiert werden, so dass der
Motor auch mit unterschiedlichen Drehzahlen zwischen Null und maximaler
Drehzahl betrieben werden kann.
-
Zur Überwachung des Frequenzumrichters 9 ist
eine Strommessvorrichtung 15 vorgesehen, mittels der die
Motorströme
in den Phasensträngen
gemessen werden kann. Die Messeinrichtung 11 zur Messung
der Zwischenkreisspannung hinter dem steuerbaren Gleichrichter 7 und
die Strommessvorrichtung 15 zur Messung der Motorströme sind
an einen Microcontroller 16 als Teil einer Überwachungseinrichtung
angeschlossen. Der Microcontroller 16 ist mit einer Schnittstelle 17 verbunden,
an die die Aufzugssteuerung 2 angeschlossen ist.
-
Mit 18 ist noch ein Netzteil,
vorzugsweise ein Schaltnetzteil zur Erzeugung der intern innerhalb
des Umrichters 5 benötigten
Spannungen bezeichnet, wobei dieses Netzteil aus der Zwischenkreisspannung
versorgt wird. Außerdem
sind noch zwei Baugruppen in die Zuleitung der Wechselspannung zu dem
Gleichrichter 7 vorgesehen und zwar eine Baugruppe 19 mit
Netzdrosseln und eine Baugruppe 20 mit einem Funkentstörfilter.
-
Nach jeder Fahrt des Aufzuges wird
der Elektromotor 4 zum Stillstand gebracht, wobei dies durch
den ihn steuernden Frequenzumrichter 9 erfolgt. In der
Stillstandsphase erfolgt dann eine Überwachung der beiden Baugruppen – einerseits
des steuerbaren Gleichrichters 7 und andererseits des Frequenzumrichters 9.
In der Stopp-Phase des Aufzugs wird dazu die Ansteuerung des Gleichrichters 7 abgeschaltet.
Dadurch sinkt die Zwischenkreisspannung UZK entsprechend
der Entladekurve am Kondensator 10 ab. Dieser Spannungsverlauf
wird durch die Messeinrichtung 11 überwacht. Sollte die Zwischenkreisspannung
bei abgeschaltetem Gleichrichter 7 nicht in dem vorgesehenen
Maße absinken,
so wird ein erneutes Anfahren des Aufzuges durch den Frequenzumrichter
selbst verhindert, indem die Halbleiterschalter 12 nicht
angesteuert werden. Gleichzeitig wird der Fehler an die übergeordnete
Aufzugssteuerung 2 gemeldet. Die übergeordnete Steuerung 2 ist
mit einem Sicherheitsrelais 21 (vgl. 2) verbunden, mit dem die Spannungsversorgung
der Ansteuerelektronik 13 für die Halbleiterschalter 12 abschaltbar
ist. Im Fehlerfall wird somit nicht nur über die Ansteuerung des Frequenzumrichters
ein Durchschalten der Halbleiterschalter 12 verhindert,
sondern es wird zur zusätzlichen
Sicherheit auch die zur Ansteuerung notwendige Spannungsversorgung komplett
abgeschaltet. Damit ist auch bei einer ungewollten Ansteuerung der
Halbleiterschalter 12 sicher ein Anlaufen des Elektromotors 4 im
Fehlerfall verhindert.
-
In 2 ist
die Ansteuerung von zwei der drei in 1 gezeigten
Halbbrücken 14 dargestellt. Gut
zu erkennen ist dabei, dass die Ansteuerung der Halbleiterschalter über Optokoppler 22 erfolgt,
die ansteuerseitig mit einer gemeinsamen Versorgungsspannung, im
vorliegenden Fall 5 Volt sowie mit dem Microcontroller 16 des
Umrichters 5 verbunden sind. In der Zuleitung der 5 Volt-Spannungsversorgung
für die
Ansteuerelektronik ist der Kontakt 23 des Sicherheitsrelais 21 geschaltet.
Durch Öffnen
dieses Kontaktes 23 wird die komplette Spannungsversorgung der
Ansteuerelektronik für
alle sechs Frequenzumrichter-Halbleiterschalter 12 gleichzeitig
abgeschaltet. Über
einen hier nicht dargestellten, zwangsgeführten Kontakt wird der Schaltzustand
des Sicherheitsrelais 21 an die übergeordnete Steuerung 2 gemeldet. Über einen
weiteren, ebenfalls zwangsgeführten
Kontakt kann auch der Microcontroller 16 des Umrichters 5 das
Schalten des Sicherheitsrelais überwachen
und bei Fehlfunktion ein erneutes Anfahren verhindern. Die Funktion
des Schaltgliedes wird nach jeder Fahrt überprüft und überwacht.
-
Die Strommessvorrichtung 15 ist
mit Stromsensoren zur Überwachung
des Motorstroms verbunden. Tritt während des Stillstandes des
Antriebs im Fehlerfall ein Stromfluss auf, so wird bewirkt, dass der
steuerbare Gleichrichter 7 abgeschaltet wird. Die Strommessvorrichtung 15 ist
dazu mit dem Microcontroller 16 verbunden und dieser mit
der Ansteuerelektronik 8 für die Thyristoren T1 bis T3
des Brückengleichrichters 7. Über einen
potentialfreien Kontakt wird die übergeordnete Aufzugssteuerung 2 über die Fehlfunktion
unterrichtet. Über
die übergeordnete Steuerung
kann dann wiederum das Sicherheitsrelais 21 angesteuert
werden und die Spannungsversorgung der Ansteuerelektronik des Frequenzumrichters 9 unterbrochen
werden. Die Strommessvorrichtung 15 ist für den geregelten
Betrieb des Elektromotors 4 erforderlich und wird zusätzlich für die Überwachung,
wie vorbeschrieben, mitbenutzt.
-
Insgesamt ist durch die erfindungsgemäße Aufzugselektrik
durch Einsatz elektronischer Schaltelemente in Verbindung mit Überwachungseinrichtungen
zur Kontrolle von deren Funktion die Betriebssicherheit der Anlage
wesentlich erhöht
und es lassen sich damit wesentlich längere, wartungsfreie Betriebszyklen
ohne Sicherheitseinbußen
realisieren. Durch die praktisch verschleißfreien Baugruppen erübrigen sich
kostenintensive Wartungsarbeiten mit Austausch von Baugruppen, wie
dies bisher in vergleichsweise kurzen Zeitabständen erforderlich war.
-
Dies wird, kurz zusammengefasst,
erreicht, indem innerhalb der Energieübertragung zwischen speisendem
Netz 6 und Elektromotor 4 zwei seriell geschaltete
Baugruppen vorgesehen sind, die jeweils unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind
und deren Funktion jeweils überwacht
wird. Die erste Schaltbaugruppe ist durch den steuerbaren Gleichrichter 7 und
die zweite Schaltbaugruppe durch den Frequenzumrichter 9 beziehungsweise dessen
Halbleiterschalter 12 gebildet.
-
Die Funktionsüberwachung des steuerbaren Gleichrichters 7 erfolgt
durch Messung der Zwischenkreisspannung UZK und
die Überwachung
des Frequenzumrichters 9 durch Messung der Motorströme.
-
Tritt ein Fehler beim steuerbaren
Gleichrichter 7 auf, so kann ein ungewolltes Anlaufen des
Elektromotors 4 verhindert werden, indem zum einen der Motor
durch den Frequenzumrichter 9 nicht angesteuert wird und
indem zum anderen die übergeordnete
Steuerung die Ansteuerspannung der Halbleiterschalter des Frequenzumrichters
abschaltet.
-
Tritt ein Fehler im Frequenzumrichter 9 auf, wird
dies bei Stillstand des Motors 4 durch Messen des oder
der Motorströme
registriert und der steuerbare Gleichrichter 7 bleibt dann
für die
nächste,
vorgesehene Anlaufphase gesperrt, so dass der Frequenzumrichter
von seiner Energiezufuhr getrennt bleibt. Erwähnt sei in diesem Zusammenhang,
dass bei abgeschaltetem, steuerbarem Gleichrichter 7 noch
eine vom Kondensator 10 gepufferte, abgesenkte Zwischenkreisspannung
UZK am Frequenzumrichter 9 ansteht,
so dass im Fehlerfall diese Spannung einen reduzierten Motor-Stromfluss
bei Fehlern innerhalb des Frequenzumrichters 9 bewirken
kann. Diese Ströme
reichen zwar nicht zum Anlaufen des Motors 4, jedoch kann
ein Fehler über
diese Strommessung registriert und das Einschalten des steuerbaren
Gleichrichters 7 verhindert werden.