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Anordnung zum Uberwachen einer speicherprogrammierbaren
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Steuereinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum
Uberwachen einer Anlage mit speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung, die durch
einen Steuerschalter ansteuerbar ist und von der Ansteuersignale an Schütze gegeben
werden, welche elektrische Maschinen und/oder Geräte, insbesondere Kranantriebe,
schalten, wobei der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung Rückmeldesignale
der Schütze zugeführt werden.
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Eine Anordnung dieser Art für Antriebe von Kranen ist aus Siemens-Energietechnik
4 (1982) Heft 5, Seiten 229 bis 231 bekannt.
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Bei dieser bekannten Ausführung werden zum Uberwachen betriebsmäßig
vorkommender Störungen Uberwachungselemente, wie z.B. Endschalter, Fliehkraftschalter
und Uberlastschalter eingesetzt, die nicht nur über die speicherprogrammierte Steuereinrichtung
eingreifen, sondern zusätzlich auch über einen außen liegenden Sicherheitskreis
eine Abschaltung der elektrischen Antriebe herbeiführen. Ist z.B. bedingt durch
einen Fehler bei abgeschaltetem Motor die Bremse offen, so kann eine Last abstürzen.
Hierbei spricht erst bei Erreichen einer Uberdrehzahl der Fliehkraftschalter an.
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Da Schütz-Rückmeldungen von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung
beliebig oft abgefragt werden können, wird bei einer zweiten Ausführung durch logische
Kombination
von für die Steuerung ohnehin vorhandenen Rückmeldungen eine Aussage über den Anlagenzustand
gewonnen und hieraus Fehlersignale abgeleitet, die mit der vorbeschriebenen Sicherheitseinrichtung
nicht erfaßt werden können. Im beschriebenen Störungsfall, daß bei abgeschaltetem
Motor die Bremse offen ist, wird der Fehler bereits im Entstehen erkannt und es
können Maßnahmen schon getroffen werden, bevor eine Uberdrehzahl erreicht wird.
Mit dieser zweiten Ausführung ist es aber nicht möglich, entsprechende Maßnahmen
zu ergreifen, wenn in den Ein- und Ausgabegliedern ein Fehler auftritt. Im Fehlerfall
kann ein elektronisches Bauteil zwei Signalzustände annehmen und es wird entweder
ein "1"- oder "0"-Signal abgegeben. Ist beispielsweise eine Ausgangsstufe im Bremssteuerkreis
durchlegiert und führt ständig ein "1"-Signal, so bleibt die Bremse geöffnet und
es ist nicht möglich, mit der beschriebenen zweiten bekannten Ausführung einzugreifen,
obwohl der Fehler erfaßt wird. Um diesem gefährlichen Betriebszustand zu begegnen,
muß vom Kranführer der Notausschalter betätigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Uberwachungseinrichtung
zu schaffen, mit der sowohl die rechtzeitige Erkennung von Fehlerzuständen als auch
die Abschaltung bei einem Fehler in der Steuerung selbst gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle Ansteuersignale der Ausgangs stufen der
Steuereinrichtung und die Rückmeldesignale der entsprechenden Schütze hinter den
Eingangsstufen einem Vergleicher zugeführt werden, der bei Nichtübereinstimmung
eines Ansteuersignals und eines zugeordneten Rückmeldesignals ein Fehler-
signal
erzeugt und zusätzlich zu einem Programmstopp ein Steuersignal an eine der speicherprogrammierbaren
Steuereinrichtung übergeordnete, sich selbst überwachende Sicherheitseinrichtung
gibt.
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Auf diese Weise können Fehler in den Ein- und Ausgabegliedern und
in der außenliegenden Steuerung erfaßt und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden,
bevor gefährliche Betriebszustände auftreten.
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Um auch Fehler in der Steuerung selbst zu erfassen, werden nach einer
Weiterbildung der Erfindung zusätzlich nur die Rückmeldesignale der Schütze in einem
Vergleicher mit für die Anlage zulässigen Signalkombinationen verglichen, bei Nichtübereinstimmung
ein Fehlersignal erzeugt und zusätzlich zu dem Programmstopp ein Steuersignal an
die Sicherheitseinrichtung gegeben.
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Mach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden in den Vergleicher
zusätzlich zu den Rückmeldesignalen der Schütze weitere Signale oder Zustandsmeldungen
aus der Anlage eingegeben und auf ihre zulässige Kombination kontrolliert, bei Nichtübereinstimmung
wird ein Fehlersignal erzeugt und zusätzlich zu dem Programmstopp ein Steuersignal
an die Sicherheitseinrichtung gegeben. Auf diese Weise können auch Fehler in der
Anlage, z.B. ein Fehler im Bremslüfter oder einem anderen elektrischen Gerät erkannt
werden, die durch Vergleich der Ansteuersignale und Rückmeldesignale oder durch
Vergleich der Rückmeldesignale mit für die Anlage zulässigen Signalkombinationen
nicht erfaßt werden können.
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Um für unterschiedliche Anlagen die gleiche programmierbare Steuereinrichtung
verwenden zu können, ist es vorteilhaft, als Vergleicher eine programmierbare Steuereinrichtung
zu verwenden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung für
Hebezeuge und Fig. 2 eine mögliche Ausbildung eines in Fig. 1 gezeigten Vergleichers.
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Mit 1 ist in Fig. 1 ein Motor bezeichnet, der zum Antrieb des Hub-
oder Fahrwerkes eines Krans dient und aus einem Netz 2 über Hauptkontakte 3a oder
4a von Schützen 3 bzw. 4 gespeist wird. Zum Öffnen und Schliessen einer dem Motor
zugeordneten mechanischen Bremse dient ein Bremslüfter 5, der über einen Hauptkontakt
6a eines Schützes 6 an das Netz 2 schaltbar ist. Der Bremslüfter 5 ist derart gesteuert,
daß der Motor im Stillstand festgebremst wird.
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Der Motor 1 und der Bremslüfter 5 werden mittels eines Steuerschalters
7 über eine speicherprogrammierbare Steuereinheit 8 und das Schütz 3 oder 4 bzw.
6 eingeschaltet. Der Einschaltvorgang wird von einem Mikroprozessor 9 gesteuert,
dem Signale vom Steuerschalter 7 und Rückmeldesignale vom Bremslüfter 5 und den
Schützen 3 oder 4 und 6 über Steuerkontakte 7b bzw. Rückmeldekontakte 6b, 3b, 4b
über Elektro-Optokoppler 10 bis 13 zugeführt werden. Der Mikroprozessor 9 steuert
über die Elektro-Optokoppler 14, 15, 16 und die elektronischen Schalter 17, 18,
19 die Schütze 6, 3, 4, die einerseits über einen Hauptkontakt 20a an einem Steuerspannung
führenden Leitungspol L1 und andererseits am Leitungspol L2 liegen.
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Die Rückmeldesignale der Schütze 3, 4, 6 werden einem Vergleicher
21 zugeführt und dort mit den Ansteuersignalen der zugehörigen Schütze bzw. des
Bremslüfters verglichen (siehe auch Fig. 2).
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Bei einem Abweichen der Signale, d.h. Auftreten eines Fehlers wird
zusätzlich zu einem über die Steuerleitung 24 eingeleiteten Programmstopp ein Steuersignal
an eine der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung übergeordnete, sich selbst
überwachende Sicherheitseinrichtung 22 gegeben. Die Sicherheitseinrichtung 22 leitet
bei einem gefahrvollen Betriebszustand die Abschaltung des Antriebsmotors 1 über
das Schütz 20 ein.
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Der Hauptkontakt 20a des Schützes 20 ist im Strompfad der Schütze
6, 3, 4 angeordnet, so daß beim Auftreten eines Fehlers die Steuerspannung der Schütze
abgeschaltet wird. Dadurch wird der Motor 1 und der Bremslüfter 5 durch Öffnen der
Hauptkontakte 3a bzw. 4a und 6a spannungslos, so daß die mechanische Bremse schließt
und eine an einem Seil hängende Last nicht abstürzen kann.
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Die Si cherheitsein ri c h t u ng wird jedesmal, wenn der Steuerschalter
7 in die Nullstellung gebracht wird, kurzzeitig ausgeschaltet und es wird über einen
Rückmeldekontakt 20b des Schützes 20 überprüft, ob es ausgeschaltet hat. Hierzu
ist der Rückmeldekontakt 20b über einen Elektro-Optokoppler 23 in der Weise an die
Steuerspannung angeschlossen, daß während des Prüfzyklusses der Rückmeldekontakt
20b geöffnet und das Öffnen an die Sicherheitseinrichtung 22 gemeldet wird. Ist
durch Öffnen des Rückmeldekontaktes 20b ein Signalwechsel in der Sicherheitseinrichtung
eingetreten, so schaltet das Schütz 20 wieder ein und der Hauptkontakt 20a legt
die Schütze 6, 3, 4 wieder an den Steuerspannung führenden Leitungspol L1.
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Wird der Steuerschalter 7 in eine Betriebsstellung gebracht, so werden
die Schütze 6 und 3 oder 4 erregt und der Motor 1 sowie der Bremslüfter über die
Hauptkontakte
3a bzw. 4a und 6a an Spannung gelegt. Wird der Steuerschalter
7 wieder in die Nullstellung gebracht und das Schütz 3 oder 4 schaltet aus, der
Bremslüfter 5 schließt jedoch nicht, so liegt ein gefährlicher Betriebszustand vor.
Dabei steht der Meisterschalter 7 auf Null, aber der Rückmeldekontakt 6b ist noch
geöffnet. Es steht daher über den Elektro-Optokoppler 10, 12 oder 13 an den Eingängen
des Mikroprozessors 9 jeweils ein Signal an, während über den Elektro-Optokoppler
11 kein Signal an den Mikroprozessor 9 geführt wird. Im Vergleicher 21 wird das
Fehlen eines Signals festgestellt und über die Sicherheitseinrichtung 22 ein Ausschaltbefehl
an das Schütz 20 gegeben. Gleichzeitig wird im Mikroprozessor 9 ein Vergleich der
Eingangssignale durchgeführt und der weitere Programmablauf gestoppt, In Fig. 2
sind der Vergleicher 21 und die übergeordnete Sicherheitseinrichtung 22 näher dargestellt.
Bei ausgeschalteter Steuerung steht der Meisterschalter 7 in Nullstellung, das Schütz
20 ist abgefallen (ausgeschaltet) und die Speicherglieder 29, 30 und 39 sind zurückgesetzt.
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Beim Anlegen der Steuerspannung an die Leitungspole L7, L2 wird das
Schütz 20 durch den rückgesetzten Speicher 29 und die Umkehrstufe 31 über die Leitung
i eingeschaltet, sofern ein fehlerfreier Zustand besteht. Die Kontakte 7b, 6b, 3b,
4b und 20b sind geschlossen und die Leitungen a, b, c, d und k führen ein "1"-Signal
und der zurückgesetzte Speicher 30 ein O-Signal, so daß am rechten Eingang der UND-Stufe
27 ein "O"-Signal ansteht und die UND-Bedingung der UND-Stufe 27 erfüllt ist. Jetzt
wird der Speicher 29 und dann der Speicher 30 über die ODER-Stufe 28 gesetzt, so
daß am Ausgang des Speichers 30 ein "1"-Signal ansteht. Uber das Ausgangssignal
des gesetzten Speichers 29 und die Umkehrstufe 31 wird das Schütz 20 ausgeschaltet.
Zugleich wird über
die Leitung e ein Stoppsignal für das Programm
an den Mikroprozessor 9 gegeben (Prüfzyklus). An der UND-Stufe 34 liegt vom Ausgang
des Speichers 30 ein "l"-Signal und vom Ausgang des Speichers 39 und über die Leitung
k ein "O"-Signal an (das Schütz 20 ist ausgeschaltet, der Kontakt 20b ist geöffnet,
der Speicher 39 rückgesetzt und der Speicher 30 gesetzt). Daher ist die UND-Bedignung
der Stufe 34 erfüllt und der Speicher 29 wird wieder zurückgesetzt. Da dann am Ausgang
des Speichers ein "O"-Signal ansteht, wird das Schütz 20 über die Umkehrstufe 31
wieder eingeschaltet und über die Leitung e der Programmstopp aufgehoben. Damit
ist die Steuerung betriebsbereit und die Anlage kann durch Auslegen des Meisterschalters
betrieben werden.
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wird der Meisterschalter 7 zur Beendigung des Arbeitsspiels von einer
Betriebsstellung in die Nullstellung zurückgeschaltet, so bleibt der Speicher 30
gesetzt und der Speicher 39 ist weiterhin zurückgesetzt. Das Zurückschalten des
Meisterschalters in die Nullstellung wird in der Auswerteschaltung 33 erfaßt und
der UND-Stufe 32 ein 111"-Signal zugeführt. Damit ist die UND-Bedingung in der UND-Stufe
32 erfüllt und der Speicher 30 wird zurückgesetzt. Durch den Signalwechsel am Ausgang
des Speichers 30 auf "O" ist die UND-Bedingung der UND-Stufe 27 wieder erfüllt,
so daß der Speicher 29 über die ODER-Stufe 28 wieder gesetzt wird. Uber das Ausgangssignal
des gesetzten Speichers 29 und die Umkehrstufe 31 wird das Schütz 20 ausgeschaltet
und dann wieder eingeschaltet, wie dies oben näher beschrieben ist.
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Fällt bei dem Prüfzyklus das Schütz 20 nicht ab, weil z.B. das Schütz
hängen bleibt, der elektronische Schalter durchlegiert ist oder ähnliches, so ist
die UND-Bedingung an der UND-Stufe 34 nicht erfüllt, weil der rechte
Eingang
über die Leitung k ein "1"-Signal führt. Dadurch kann der Speicher 29 nicht zurückgesetzt
werden.
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Durch das dann an seinem Ausgang weiterhin anstehende "1"-Signal am
Speicher 29 bleibt der Programmstopp bestehen und trotz eingeschaltetem Schütz 20
kann die Anlage nicht mehr betrieben werde, bis der Fehler behoben ist.
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Freifallstellung bei Kranhubwerken (Bremse 5 bleibt geöffnet) Bleibt
der Bremslüfter 5 nach Zurückschalten des Meisterschalters 7 in die Nullstellung,
z.B. in Folge eines Nichtöffnens des Kontaktes 6a des Schützes 6 eingeschaltet und
die Bremse geöffnet, so ist die UND-Bedingung der Stufe 37 erfüllt (Kontakt 3b,
4b geschlossen und 6b geöffnet) und der Speicher 39 wird über die ODER-Stufe 38
gesetzt. Durch das am Ausgang des Speichers 39 anstehende "1"-Signal wird der Speicher
29 über die ODER-Stufe 28 gesetzt und das Schütz 20 über die Umkehrstufe 31 ausgeschaltet.
Das Programm wird über die Leitung e gestoppt. Der Betrieb der Anlage bleibt dann
solange gesperrt, bis der Fehler behoben ist.
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Leiterbruch Ist z.B. beim Bremslüfterschütz 6 in der Nullstellung
des Meisterschalters 7 die Leitung über den Rückmeldekontakt 6b unterbrochen, so
ist die UND-Bedingung der Stufe 35 erfüllt und der Speicher 39 wird, wie bereits
beschrieben, über die Stufe 38 gesetzt. Dadurch wird der Speicher 29 über die ODER-Stufe
28 gesetzt und das Schütz 20 über die Umkehrstufe 31 abgeschaltet. Das Programm
wird über die Leitung e gestoppt und das Schütz 20 über die Umkehrstufe 31 abgeschaltet.
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Wird während des Betriebes der Anlage beispielsweise das Schütz 6
eingeschaltet und der Kontakt 6b öffnet in Folge eines Fehlers (z.B. Leiterbruch
in der Zuleitung zum Schütz 6) nicht, so ist die UND-Bedingung der Stufe 36 erfüllt
und der Ausschaltvorgang wird wie bereits beschrieben über die ODER-Stufe 38 eingeleitet.
Bezugszeichenliste 1 Motor 2 Netz 3 Schütz 3a Hauptkontakt 3b
Rückmeldekontakt 4 Schütz 4a Hauptkontakt 4b Rückmeldekontakt 5 Bremslüfter 5b Rückmeldekontakt
6 Schütz 6a Hauptkontakt 6b Rückmeldekontakt 7 Steuerschalter 7b Steuerkontakt 8
speicherprogrammierbare Steuereinheit 9 Mikroprozessor 10 - 16 Elektro-Optokoppler
17 - 19, 26 elektronische Schalter 20 Schütz 20a Hauptkontakt 20b Rückmeldekontakt
21 Vergleicher 22 Sicherheitseinrichtung 23, 25 Elektro-Optokoppler 27,31,32,34,35,36,37
UND-Stufen 28, 38 ODER-Stufen 29,30,39 Speicher 33 Auswerteschaltung a,b,c,d,e,k
Leitungen
- Leerselte -