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Elektromotorischer Stellantrieb für
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Armaturen, insbesondere für Schieber.
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Gegenstand der Erfindung ist ein elektromotozScher Stellantrieb für
Armaturen, insbesondere für Schieber mit'einer Einrichtung zur drehmomentabhängigen
Abschaltung des Antriebsmotors.
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Eine drehmoment abhängige Abschaltung des Antriebsmotors ist bei einem
elektromotorischen Stellantrieb für Schieber besonders wichtig, damit einerseits
eine definierte Kraft zur Abdichtung des Stellgliedes in Endstellung zur Verfügung
steht und anderer seits bei einer während der Schließ- oder Öffnungsbewegung auftretenden
Störung, etwa dem Ausfall einer gleichzeitig vorhandenen wegabhängigen Abschaltung,
einem Hindernis in der Bahn des Stellgliedes, einer Verklemxung usw. es nicht zu
einer Beschädigung des Stellgliedes oder des Stellantriebes kommen kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, bei einem
elektromotorischen Stellantrieb der eingangs erwähnten Art die drehmoment abhängige
Abschaltung auf möglichst einfache und sichere Weise zu ermöglichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß mit den Merkmalen
aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.
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Die drehmoment abhängige Abschaltung geschieht also auf rein elektronischem
Wege. Es wird bei vorgegebener Motorspannung die Motorstromaufnahme kontinuierlich
gemessen und so die jeweilige Motorleistung quantitativ ermittelt. Bei Überschreitung
des vorgegebenen, einstellbaren Schwellwertes wird ein Abschaltsignal
auf
ein Schaltglied, beispielsweise ein Relais gegeben.
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Es ist bei der erfindungsgemäßen Schaltung auch leicht möglich durch
an sich bekannte elektronische Schaltungsmaßnahmen zu erreichen, daß der Motoranlaufstrom
unberücksichtigt bleibt und so keine Fehlschaltungen auftreten können.
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Wenn eine erhöhte Sicherheit der Einrichtung angestrebt wird, hat
es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Stellantrieb nach der Erfindung
eine Einrichtung zum Erkennen und Auswerten von Störfällen bei der drehmomentabhängigen
Abschaltung des Antriebsmotors aufweist.
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Dies geschieht erfindungsgemäß mit einer Einrichtung, welche die Merkmale
aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches2 aufweisen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Einrichtung sind Gegenstand
der weiteren Patentansprüche 3 bis 8.
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Mit der Einrichtung gemaß der weiteren Erfindung soll erreicht werden,
daß jeweils eine Störungsmeldung bzw. die Abgabe eines zweiten Abschaltsignals fügen
Motor erfolgt, wenn: a) eine, durch Betätigung des ersten Schaltgliedes angestrebte
drehmomentabhängige Abschaltung des Antriebsmotors in den nachgeschalteten elektrischen
Schaltungsteilen nicht wirksam wird und daher die Stromzufuhr zum Antriebsmotor
nicht unterbrochen wird oder b) der Antriebsmotor zwar drehmomentabhängig abgeschaltet
wurde jedoch durch fehlende elektrische Verriegelung zu jedem beliebigen Zeitpunkt
in gleicher Drehrichtung weiter betrieben werden könnte.
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Aufgrund dieser Einrichtung kann eine Überbeanspruchung des Stellantriebes
und des Stellgliedes mit großer Sicherheit vermieden werden.
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Wie den Unteransprüchen und ctra nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn das erste Steuersignallmit
dem der Drehsinn des Motors in die Einrichtung eingegeben wird, mit Hilfe einer
Phasenvergleichsstufe, welche eine Phasenschieberschaltung enthalten kann, erzeugt
wird und über ein optoelektronisches Koppelglied der logischen Auswerteschaltung
zugeführt wird.
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Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispi
für den erfindungsgemäßen elektromotorischen Stellantrieb näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt in einem zum Teil schematisierten Schaltbild eine Einrichtung
zur drehmoment abhängigen Abschaltung des Antriebsmotors; Fig. 2 zeigt ebenfalls
in einem teilweise schematisierten Schal -bild eine Einrichtung zur Erkennung und
Auswertung von Störfällen bei der drehmomentabhängigen Abschaltung des Antriebsmotors
der Einrichtung gemäß Fig. 1.
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In den Schaltbildern nach Fig. 1 und 2 sind jeweils nur die Teile
ausführlicher dargestellt, die für den Gegenstand der obengenannten Erfindung von
besonderer Bedeutung sind. Un -wesentliche oder an sich selbstverständliche Schaltungsteile
oder Schaltelemente wurden nicht dargestellt.
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Bei der Einrichtung nach Fig. 1 ist der Antriebsmotor M für einen
nichtdargestellten, beispielsweise einen Schieber steuernden Stellantrieb über elektrisch
ansteuerbare Schaltglieder cl und c2, durch welche die Drehrichtung des Motors umgesteuert
werden kann, an die Leitungen L1, L2 und L3 des Stromversorgungsnetzes angeschlossen.
Über einen Transformator Tr 1 wird die Motorspannung einer, in den Einzelheiten
nicht näher dargestellten Schaltung S 1 zugeführt. Durch diese in an sich bekannter
Weise aufgebaute Schaltung S 1 wird eine feste, einstellbare Vergleihsspannung erzeugt.
Gleichzeitig können in der Schaltung S 1 die Speisespannungen für die weiteren Schaltungsteile
erzeugt werden und es können, ebenfalls in bekannter Weise, Schaltungsteile vorgesehen
sein, die bewirken, daß die Gesmutschaltung erst in Tätigkeit tritt, wenn die Einschaltvorgänge
abgeklungen sind. UbetBen Transformator Tr 1 wird gleichzeitig auf einen Ausgang
3 ein durch eine Diode D 1 begrenztes Signal abgegeben, das als zweites Steuersignal"
für die weiter unten beschriebene Einrichtung zur Erkennung und Auswertung von Störfällen
dient.
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Ober einen Stromwandler Tr 2 wird ein Signal abgenoen, drs, wie aus
der Schaltung unmittelbar abzulesen, den Motorstrom proportional ist. Dieses Signal
wird in einen Verstärker S 2 verstärkt und einem Komparator S3 zugeführt, dem gleichzeitig
die, von der Schaltung S 1 erzeugte Vergleichs spannung zugeführt wird. Übersteigt
das vom Verstärker S 2 kommende Signal den auf diese Weise am Komparator S 3 eingestellten
Schwellwert so gibt dieser ein Ausgangs signal ab, das über ein aus einer Diode
D 7 den Widerständen R 15 und R 17, sowie dem Kondensator C 5 bestehendes Schaltungsnetzwerk
zur Unterdrückung zufälligen Störungsspitzen auf die Basis eines Schalttransistors
T 3 gegeben wird, der den durch das Relais d 1 führenden Strokreis schließt. Durch
das Relais d 1 kann dann in an sich bekannter Weise die Abschaltung des Motors M
bewirkt werden.
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Die Betätigung des Relais d 1 hat zur Folge, daß über den Wider stand
R 16 ein weiteres Signal auf die Basis eines Schalttransistors T 2 gegeben wird,
dessen Durchschalten bewirkt, daß ao Punkt 4 zwischen den Widerständen R 13 und
R 14 eine durch die Diode D 8 begrenzte Spannung anliegt, die der wdter unten beschriebenen
Einrichtung zum Erkennen und Auswerten von Störfällen als "drittes Steuersignal"
zugeführt wird.
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Schließlich ist in Fig. 1 noch erle an die drei Eingänge des Antriebsmotors
M angeschlossene Phasenschieberstufe dargestellt welche aus den Widerständen R 18,
R 19 und R 20 und dem Kondensator C 6 aufgebaut ist. An den Ausgängen 1 und 2 dieser
Phasen schieberstufe wird ein, von dem Drehsinn des Antriebsmotors M abhängiges
Signal abgegeben, das der weiter unten beschriebenen Einrichtung zum Erkennen und
Auswerten von Störfällen als erstes Steuersignal" zugeführt ird.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist ne einfach
zu erkennen. Ein starker Anstieg des Drehmomentes am Antriebsmotor M bewirkt über
die stark erhöhte Leistungsaufnahme in Abhängigkeit vom eingestellten Schwellwert
eine Abschaltung des Motors über das Relais d 1.
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In Fig. 2 ist eine mit logischen Schaltelementen aufgebaute Einrichtung
zum Erkennen und Auswerten von Störfällen bei der drehmomentabhängigen Abschaltung
des Antriebsmotors M nach Fig. 1 dargestellt.
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Die Speisespannungen für diese Schaltung werden durch eine nicht näher
dargestellte Vorrichtung Sp erzeugt. In die in Fig. 2 dargestellte Schaltung werden
an den nachfolgend aufgeführten Eingängen folgende Steuersignale eingegeben.
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An den Eingängen 1 und 2, entsprechend den Ausgängen 1 und 2 in Fig.
1, wird über dne Ankoppelungsschaltung, die vorzugsweise optoelektronisch aufgebaut
ist, das aus der Drehrichtung des Antriebsmotors M abgeleitete Signal in eine Schaltung
Dr gegeben, die aus diesem Signal in grundsätzlich bekannter Weise ein erstes Steuersignal
erzeugt, das je nach der Drehrichtung des Antriebsmotors M die Werte logisch "1"
oder "0" annehmen kann.
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Dem Eingang 3 wird vom Ausgang 3 in Fig. 1 ein Signal zugeführt, das
als zweites Steuersignal dient und bei angelegter Motorspannung den Wert logisch
1 besitzt.
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Dem Eingang 4 wird, ausgehend vom Ausgang 4 in Fig. 1, ein drift tes
Steuersignal zugeführt, das genau dann den Wert logisch "1 besitzt, wenn über das
Relais d 1 in Fig. 1 die drehmomentabhändige Abschaltung des Antriebsmotors M angesteuert
ist.
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Über den Eingang 6 kann der Schaltung ein Ouittungssignal über einen
extern angebrachten Schalter oder Taster zugeführt werden mit dem eine von der Schaltung
abgegebene Störungsmeldung quittiert werden kann.
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Das erste Steuersignal wird von der Schaltung Dr aus einmal direkt
auf den Eingang a eines UND-Gliedes U2 und zum anderen über ein ODER-Glied O 1 mit
negiertem Ausgang auf den einen Eingang a eines zweiten UND-Gliedes U 3 gegeben.
Auf die je -weils zweiten Eingänge b der UND-Glieder U 2 und U3 wird vom Eingang
3 her das zweite Steuersignal gegeben, dessen Anlegen durch ein UND-Glied U1 und
ein Verzögerungsglied Z1 um eine vorgegebene Zeitspanne verzögert wird. Auf diese
Weise werden durch die Einschaltvorgänge bedingte instabile Zustände in der Phasenschieberstufe
von der Auswerteschaltung nicht erfaßt.
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Die Ausgangssignale des ersten und zweiten UND-Gliedes U 2 bzw. U
3 werden jeweils dem einen Eingang a eines dritten und vierten UND-Gliedes U 4 und
U 5 zugeführt, dessen anderem Eingang b jeweils das dritte Steuersignal von 4 aus
zugeführt ist. Der Ausgang c des dritten UND-Gliedes U 4 ist mit dem Setzeingang
a einer bistabilen Kippstufe F 1 verbunden, währen der Ausgang c des vierten UND-Gliedes
U 5 mit dem Setzeingang a einer bistabilen Kippstufe F 2 verbunden ist. Die Ausgänge
der beiden Kippstufen F 1 und F 2 sind über Verzögerungsglieder Z 2 und Z 3 jeweils
mit dem einen Eingang a eines fünften und sechsten UND-Gliedes U 6 bzw. U 7 mit
negiertem Ausgang verbunden. Die anderen Eingänge b der UND-Glieder U 6 und U 7
mit negiertem Ausgang sind jeweils mit einem Ausgang c eines der UND-Glieder U 2
und U 3 verbunden.
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Die Ausgänge c des fünften und sechsten UND-Gliedes U 6 bzw.
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sind U 7 mit negiertem Ausgang Jeweils mit den Eingängen a und b
eines weiteren UND-Gliedes U 8 mit negiertem Ausgang verbunden dessen Ausgang c
mit dem Eingang a einer bistabilen Kippstufe F 3 verbunden ist. Der Ausgang c dieser
bistabilen Kippstufe F 3 ist über einen Widerstand R 17 mit der Basis eines Schalttransistors
T 3 verbunden, welcher den über das Relais d 2 lau fenden Stromkreis bei seiner
Durchschaltung schließt. Vom Relais d 2 aus kann über nicht dargestellte Kontakte
eine Abschaltung des Antriebsmotors M (Fig.1) erfolgen. Weiterhin wird bei Betätigung
des Relais d 2 von einer Leuchtdiode D 6 ein Störungssignal abgegeben.
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Die Rücksetzeingänge b der bistabilen Kippstufen F 1 und F2 sind jeweils
mit dem Ausgang c eines ODER-Gliedes 0 2 und 0 3 verbunden. Der eine Eingang a des
ODER-Gliedes 0 2 ist mit dem Ausgang c des UND-Gliedes U 3 verbunden, während der
eine Eingang a des ODER-Gliedes 0 3 mit dem Ausgang c des UND-Gliedes U 2 verbunden
ist. Die Eingänge b der ODER-Glieder 0 2 und 0 3
sind über ein
Negationsglied U 9 und Verzögerungsglied Z 4 mit der Vorrichtung Sp zur Erzeugung
der Speisespannungen verbunden.
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Der Rücksetzeingang b der bistabilen Kippstufe F 3 ist über ein ODER-Glied
0 4 einerseits mit dem Eingang 6 für ein Ouittungssignal und andererseits über das
Negationsglied U 9 und das Verzögerungsglied Z 4 ebenfalls mit der Vorrichtung Sp
zur Erzeugung der Speisespannungen verbunden.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung wird nunmehr
anhand eines Fallbeispiels beschrieben: Es werde angenommen, daß der Antriebsmotor
M läuft und somit am Eingang 3 das zweite Steuersignal mit dem Wert "1", was bedeutet
Motor läuft" anliegt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat dieses zweite
Steuersignal die Form von mit Netzfrequenz kontinuierlich einlaufenden Impulsen.
Das durch die Vorrichtung Dr abgegebene erste Steuersignal besitze den Wert wl",
dann erscheint am Ausgang c von U 2 der Wert "1" und am Ausgang c von U 3Qr Wert
nOn, Wenn nun über den Eingang 4 das dritte Steuersignal mit dem Wert nl", was bedeutet,
Motor soll durch Relais d 1 drehmomentabhängig abgeschaltet werden", gegeben wird,
wird über das UND-Glied U 4 die Sstabile Kippstufe F 1 gesetzt, während gleichzeitig
die bistabile Kippstufe F 2 rückgesetzt ist. Nach Ablauf der durch das Verzögerungsglied
Z 2 gegebenen Verzögerungszeit liegt an den beiden Eingängen a und b des UND-Gliedes
U 6 mit negiertem Aus gang jeweils der Wert "1" und, wenn der Motor inzwischen nicht
abgeschaltet hat und somit das über drei ankommende zweite Steuersignal geändert
ist, an den Eingängen a und b des UND-Gliedes U 7 mit negiertem Ausgang die Werte
"O" und "1". Dies bededæt, daß an den Eingängen a und b des UND-Gliedes U 8 mit
negiertem Ausgang die Werte "0" und "1" erscheinen, was
wiederum
zur Folge hat, daß am Ausgang von U 8 der Wert "1" erscheint und die bistabile Kippstufe
F 3 gesetzt wird. Damit wird eine Störungsmeldung über den Ausgang c von F 3 abgegeben
die das Relais d 2 betätigt.
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Wurde der Motor inzwischen abgeschaltet, so bleibt die bistabile Kippstufe
F 1 gesetzt. Dies hat zur Folge, daß, wenn der Motor etwa durch fehlende Verriegelung
in gleicher Drekrichtung wieder in Betrieb gesetzt werden soll, sofort eine erneute
Abschaltung in der beschriebenen Weise stattfindet. Die Rücksetzung der Kippstufe
F 1 erfolgt über das ODER-Glied 0 2 erst wenn die Drehrichtung des Motors geändert
wird.
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In analoger Weise erfolgt die Störungsmeldung und Abschaltung über
die bistabilen Kippstufen F 2 und F 3 bei der anderen Drehrichtung des Antriebsmotors,
welche durch ein erstes Steuersignal mit dem Wert "O" gegeben ist.
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un-Es ist also möglich, daß der Antriebsmotor, nachdem er drehmomentabhängig
abgeschaltet worden ist, in der gleichen Drehrichtung wie vor der Abschaltung wieder
anläuft.
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Zum über den Eingang 3 eingegebenen zweiten Steuersignal wird noch
bemerkt, daß die vom Verzögerungsglied Z 1 bewirkte Verzögerung nur beim Übergang
von den Werten "O"auf "1" wirksam ist, während beim entgegengesetzten Übergang1
bedingt durch die oben beschriebene Form dieses Signals, dafür gesorgt ist, daß
in diesem Fall am Ausgang des UND-Gliedes U 1 unverzögert der Wert "O" erscheint.
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