DE3819234A1 - Schaltungsanordnung zur messtechnischen ueberwachung der funktionsfaehigkeit von widerstandsheizelementen - Google Patents

Description

Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft eine Schaltungsan­ ordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit von in mehreren Heizzonen zusammengefaßten Widerstandsheizelementen in techno­ logischen Komplexen zur Kunststoffverarbeitung, wobei die Wi­ derstandsheizelemente von einem Drehstromnetz gespeist werden und zur Sicherung einer geringen Mittelpunktleiterbelastung auf dessen verschiedene Phasen aufgeteilt sind.

Es sind aus der Praxis Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen der Heizstrom während der Heizphase direkt mittels Strommessern mit oder ohne Stromwandlern gemessen wird und aufgrund der Größe des gemessenen Stromes Rückschlüsse auf den Zustand der Heizelemente gezogen werden können.

Der Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnungen ist, daß hierfür ein verhältnismäßig hoher gerätetechnischer Aufwand erforderlich ist und für diese Geräte, insbesondere wenn hohe Ströme fließen, ein großer Platzbedarf in der Steuerung erfor­ derlich ist. Weiterhin besteht hierbei die Forderung, daß dem Bedienenden der maximal möglich fließende Strom pro Widerstands­ heizelementeeinheit bekannt sein muß, um auf einen Widerstands­ heizelementedefekt schließen zu können. Die bekannten Schaltun­ gen haben außerdem den Nachteil, daß bei unterschiedlicher Heizleistung eine unterschiedliche Dimensionierung der einge­ setzten Geräte erforderlich ist. Außerdem wird bei diesen Schaltungsanordnungen mit hohen Strömen und Spannungen gearbei­ tet, so daß eine weitere Verarbeitung dieser Anzeige bezüglich einer elektronischen Betriebsdatenerfassung schwierig ist.

In der DD-PS 1 46 782 ist eine Schaltung beschrieben, bei der jedem Widerstandsheizelement antiparallel geschaltete Dioden­ paare zugeordnet sind. Im Störungsfall wird ein Kondensator auf­ geladen, der beim Entladen einen Transistor durchsteuert, wo­ durch nachfolgend wiederum Relais bzw. Meldevorrichtungen ange­ steuert werden. Da jedoch die Heizung eines Plastizierzylinders aus einer Vielzahl von parallelgeschalteten Widerstandsheiz­ elementen besteht, ist für diese Schaltung ein sehr hoher geräte­ technischer Aufwand erforderlich. Diese Schaltung ist somit für derartige Anwendungsfälle nicht einsetzbar. Ferner sind Schal­ tungen gemäß DE-AS 19 00 180 und DE-OS 28 47 022 bekanntgewor­ den, die dazu benutzt werden, Leitungen, elektrische Bauelemen­ te und Baugruppen auf elektrischen Durchgang zu prüfen. Diese Schaltungen sind auch geeignet, die Funktionsfähigkeit von Widerstandsheizelementen festzustellen.

Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie nur eingesetzt werden können, wenn die Widerstandsheizelemente in einem Stromzweig angeordnet sind. Bei mehreren parallelgeschalteten Widerstands­ heizelementen ist weder eine Aussage über eventuell ausgefalle­ ne Widerstandsheizelemente noch über deren Anzahl möglich.

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Über­ wachung der Funktionsfähigkeit von in mehreren Heizzonen zu­ sammengefaßten Widerstandsheizelementen in technologischen Kom­ plexen zur Kunststoffverarbeitung zu schaffen, deren technische Realisierung mit geringem Herstellungsaufwand und mit kosten- und materialgünstiger Gerätetechnik gewährleistet werden kann.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit von Widerstandsheizelementen, die von den verschiedenen Phasen eines Drehstromnetzes gespeist werden, zu entwickeln, die nach einer automatischen und/oder manuellen Überwachungsanforderung eine exakte und zuverlässige Fehlererkennung mit niedrigem gerätetechnischem Aufwand gewähr­ leistet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß geschaltete Gruppen gebildet werden, die aus einem Heizungs­ schütz und Widerstandsheizelementen bestehen, wobei deren An­ zahl maximal der Anzahl der Phasen eines Drehstromnetzes ent­ spricht. Dabei bildet eine beliebige Anzahl von geschalteten Gruppen und ein diskreter Temperaturregler eine Regelzone. Jede geschaltete Gruppe ist durch eine Ablaufsteuerung steuer­ bar. Über einen Hauptschütz ist das Drehstromnetz durch die Ablaufsteuerung im lastlosen Zustand abschaltbar, wobei parallel zu Schützkontakten des Hauptschützes Meßzweite angeordnet sind. Die Meßzweige bestehen aus Sicherungen und Strommeßwandlern. Die Ausgänge der Strommeßwandler werden auf die Eingänge von mehrkanaligen A/D-Wandlern geführt. Die digitalisierten Meßzweige werden in der Ablaufsteuerung mit den dort gespeicherten Soll­ werten verglichen und ausgewertet. Die Verbindungen der Heizungs­ schütze mit den Arbeitskontakten der Temperaturregler werden durch die Kontakte eines durch die Ablaufsteuerung betätigten Relais unterbrochen. Die im A/D-Wandler digitalisierten Meß­ werte der durch die Strommeßwandler in den einzelnen Phasen des Drehstromnetzes gemessenen Ströme werden in der Ablaufsteuerung mit einem Sollwert verglichen, der in einem Festwertspeicher der Ablaufsteuerung gespeichert ist.

Die Ablaufsteuerung, der A/D-Wandler und die Temperaturregler können in einer Rechnersteuerung integriert sein.

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild.

Die erfindungsgemäße Lösung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit von Widerstandsheizele­ menten 13 für technologische Komplexe zur Kunststoffverarbei­ tung, insbesondere Plastiziereinheiten von Spritzgießmaschinen und Extrudern sowie von Werkzeugen. Dabei sind die Widerstands­ heizelemente 13 in geschalteten Gruppen 17 zu je einem Wider­ standsheizelement 13 pro Phase des Drehstromnetzes 5 angeord­ net, wobei die Ausführungsform der Widerstandsheizelemente 13 beliebig ist, d. h. sowohl Reihen- als auch Parallelschaltung von Widerständen möglich sind.

Die Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einem Dreh­ stromnetz 5 mit den Hauptsicherungen 4, einem Hauptschütz 1 mit Schützkontakten 2 und einem parallel dazu angeordneten Meßzweig 16. In dem Meßzweig 16 sind Strommeßwandler 6 angeordnet, die über Sicherungen 3 des Meßzweiges 16 abgesichert sind. Vom Dreh­ stromnetz 5 werden beliebig viele Gruppen 17 von Widerstands­ elementen 13 über Heizungsschütze 11 mit Heizungsschützkontakt 12 versorgt. Die Heizungsschütze 11 einer Regelzone 18, die meh­ rere Gruppen 17 umfassen kann, werden über einen diskreten Temperaturregler 10 der entsprechenden Regelzone und dem Relais 9 geschaltet.

Zur Realisierung der Überwachung der Funktionsfähigkeit der Widerstandsheizelemente 13 ist eine Ablaufsteuerung 7 und ein mehrkanaliger A/D-Wandler vorgesehen. Die Ablaufsteuerung 7 ist zur Ausführung der Überwachungsfunktion über den mehrkanaligen A/D-Wandler 19 mit den Strommeßwandlern 6, dem Hauptschütz 1, dem Relais 9, dem Heizungsschütz 11 und dem externen Auslöser 8 des Prüfvorganges verbunden. Die Temperaturregelung für die Regelzonen 1 bis n erfolgt durch die diskreten Temperaturregler 10 über die Heizungsschütze 11 nach allgemein bekannten Verfah­ ren. Hierbei realisiert die Ablaufsteuerung 7 über die Ausgän­ ge DAQO und DAKTR eine Betätigung des Hauptschützes 1 und des Relais 9, wobei die Schützkontakte 2 und der Relaiskontakt 15 geschlossen werden. Durch die geschlossenen Schützkontakte 2 ist der Meßzweig 16 kurzgeschlossen.

Über ein internes Signal aus der Ablaufsteuerung 7 oder eine externe Überwachungsanforderung über den Auslöser 8 beginnt die Ablaufsteuerung 7 den Überwachungszyklus der Funktionsfähigkeit der Widerstandsheizelemente 13 zu steuern. Die interne Auslö­ sung der Überwachung aus der Ablaufsteuerung 7 wird nach funk­ tionellen Gesichtspunkten festgelegt. Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Widerstandsheizelemente 13 schaltet nun die Ablaufsteuerung 7 die Relaiskontakte 15 des Relais 9 in geöffnete Stellung. Dadurch werden die Arbeitskontakte der Temperaturregler 10 von den Heizungsschützen 11 getrennt. Jetzt sind alle Heizungsschützkontakte 12 geöffnet und damit alle Widerstandsheizelemente 13 vom Drehstromnetz 5 getrennt. Danach, d. h. im lastfreien Zustand des Drehstromnetzes 5, wird das Auf­ heben des Kurzschlusses des Meßzweiges 16 durch die Schützkon­ takte 2 bewirkt. Das wird über die Ablaufsteuerung 7 über den Ausgang DAQO durch den Hauptschütz 1 realisiert. Durch die Auf­ hebung des Kurzschlusses des Meßzweiges 16 ist die Möglichkeit gegeben, eine Strommessung in den Phasen des Drehstromnetzes 5 über die Strommeßwandler 6 durchzuführen.

Nun wird im Kontrollzyklus der Ablaufsteuerung 7 das der jewei­ lig zu prüfenden Gruppe 17 zugeordnete Heizungsschütz 11 über den entsprechenden Ausgang der Ablaufsteuerung 7 betätigt und dadurch die Heizungsschützkontakte 12 geschlossen. Durch diese Zuschaltung der Widerstandsheizelemente 13 fließt in den ent­ sprechenden Phasen des Drehstromnetzes 5 ein Strom, der durch die Strommeßwandler 6 gemessen wird. Die analogen Meßwerte für die Ströme in den einzelnen Phasen werden von den Strom­ meßwandlern 6 auf einem mehrkanaligen A/D-Wandler 19 gegeben und hier nacheinander in digitale Meßwerte umgesetzt. Die digi­ talen Meßwerte werden nacheinander vom A/D-Wandler 19 an die Ab­ laufsteuerung 7 übertragen und hier mit einem für jedes Wider­ standsheizelement 13 in einem Festwertspeicher abgelegten Soll­ wert verglichen.

Nach Abschaltung der abgearbeiteten Gruppe 17 wird durch die Ablaufsteuerung 7 die nächstfolgende Gruppe 17 über das jewei­ lige Heizungsschütz 11 zugeschaltet. Diese Überwachung läuft nacheinander über alle Gruppen 17.

Mit Abschaltung der letzten Gruppe 17 ist der Kontrollzyklus beendet. Danach wird durch die Ablaufsteuerung 7 über den Aus­ gang DAQO das Hauptschütz 1 im somit lastlosen Zustand geschal­ tet. Dadurch wird der Meßzweig 16 mittels der Schützkontakte 2 wieder gebrückt. Die Ablaufsteuerung 7 schaltet nun in zeit­ licher Nachfolge das Relais 9, womit die Regelung der Regelzone 18 über die Temperaturregler 10, die Heizungsschütze 11 und die Widerstandsheizelemente 13 in allgemein bekannter Weise fortgeführt wird.

Bei Einsatz einer Rechnersteuerung kann die Ablaufsteuerung 7, die A/D-Wandler 19 und die Temperaturregler 10 in die Rechner­ steuerung integriert werden, wodurch das Relais 9 zum Trennen der Heizungsschütze 11 von den Arbeitskontakten der Temperatur­ regler 10 entfallen kann.

• Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen  1 - Hauptschütz
   2 - Schützkontakt
   3 - Sicherung
   4 - Hauptsicherung
   5 - Drehstromnetz
   6 - Strommeßwandler
   7 - Ablaufsteuerung
   8 - externer Auslöser des Prüfvorganges
   9 - Relais
  10 - Temperaturregler
  11 - Heizungsschütz
  12 - Heizungsschützkontakt
  13 - Widerstandsheizelement
  14 - Sollwerteingabe
  15 - Relaiskontakt
  16 - Meßzweig
  17 - Gruppe
  18 - Regelzone
  19 - A/D-Wandler

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur meßtechnischen Überwachung der Funk­ tionsfähigkeit von Widerstandsheizelementen zum elektrischen Heizen an technologischen Komplexen zur Kunststoffverarbeitung, bestehend aus einer beliebigen Anzahl von Widerstandsheizelemen­ ten, wobei diese auf Phasen eines speisenden Drehstromnetzes aufgeteilt sind, aus einer Ablaufsteuerung, einem mehrkanaligen A/D-Wandler, Strommeßwandlern, Schützen, Temperaturreglern, Relais und Sicherungselementen, gekennzeichnet dadurch, daß

• - geschaltete Gruppen (17) gebildet werden, die aus einem Heizungsschütz (11) und Widerstandsheizelementen (13) bestehen, wobei die Anzahl der Widerstandsheizelemente (13) maximal der Anzahl der Phasen des Drehstromnetzes (5) entspricht und dabei eine beliebige Anzahl von geschalteten Gruppen (17) und ein diskreter Temperaturregler (10) eine Regelzone (18) bilden und jede geschaltete Gruppe (17) durch die Ablaufsteuerung (7) steuerbar ist,
• - über einen Hauptschütz (1) das Drehstromnetz (5) durch die Ablaufsteuerung (7) im lastlosen Zustand abschaltbar ist, wobei parallel zu den Schützkontakten (2) des Hauptschützes (1) Meß­ zweige (16) bestehend aus den Sicherungen (3) und den Strommeß­ wandlern (6) angeordnet sind, und daß die Ausgänge der Strommeß­ wandler (6) auf den mehrkanaligen A/D-Wandler (19) geführt wer­ den, und daß die digitalen Ausgänge des A/D-Wandlers (19) mit der Ablaufsteuerung (7) verbunden sind,
• - die Arbeitskontakte der diskreten Temperaturregler (10) durch die Relaiskontakte (15) von den Heizungsschützen (11) über die Ablaufsteuerung (7) abgeschaltet werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die im A/D-Wandler (19) digitalisierten Meßwerte der durch die Strommeßwandler (6) in den einzelnen Phasen des Drehstrom­ netzes (5) gemessenen Ströme in der Ablaufsteuerung (7) mit einem Sollwert, der für jedes Widerstandsheizelement (13) in einem Festwertspeicher der Ablaufsteuerung (7) gespeichert ist, verglichen werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Ablaufsteuerung (7), der A/D-Wandler (19) und die Tem­ peraturregler (10) in einer Rechnersteuerung integriert sind.