JPH05153723A

JPH05153723A - 開閉装置の制御装置

Info

Publication number: JPH05153723A
Application number: JP4078277A
Authority: JP
Inventors: Dieter Dr Freitag; フライタークデイーター; Hans-Joachim Jaehne; イエーネハンス‐ヨアヒム
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1993-06-18
Also published as: NO920798L; EP0500997B1; NO920798D0; EP0500997A1; ATE123908T1; DE59105726D1

Abstract

(57)【要約】【目的】複雑な製造装置およびプロセス駆動装置にお
いて、故障の際または単独保護トリップの際に連続損傷
を回避するための充分な保護を保証する。【構成】電流検出器７と評価装置８、９、１０ａ、１
０ｂとによって系統状態に応じて開閉装置を制御する制
御装置において、駆動ブロック１、２、３へ系統の個別
駆動要素４、５、６をプロセス条件付きで接続する装置
が設けられ、個別駆動要素４、５、６はプロセス条件付
きで必要な場合には切離可能であるかまたは駆動部の計
算された過負荷でもって運転可能である。過負荷は高温
の際に予測される原動機寿命によって計算される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流検出器と評価装置
とによって系統状態データに応じて開閉装置を制御する
ための制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種類の公知の装置（ドイツ連邦共和
国特許出願公開第３６２６３９９号＝特開昭６３−４８
１１７号公報）においては、状態データは後置接続され
た評価回路と目標値−実際値比較部とを備えた外部電圧
供給部によって検出される。障害が存在する場合、開閉
装置はインターロックされ、それゆえ系統への系統部品
の接続が阻止される（短絡は非投入）。

【０００３】短絡を高速検知して電気的トリップ指令を
発生するために、系統の電流および電圧の時間的変化を
測定し、これから複合インピーダンスおよび電力を検出
する測定装置を使用することが公知（ドイツ連邦共和国
特許出願公開第３６２６４００号＝特開昭６３−９４１
７２号公報）である。この種の装置によって、損傷前の
個々の駆動部を保護することが可能である（発生した短
絡の早期発見）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、複雑な製造
装置または複雑なプロセス駆動部において、故障の際ま
たは単独保護トリップの際に大きな連続損傷を回避する
ため充分な保護を保証することを課題とする。対象とな
る装置またはプロセスとしては先ず第１に圧延機、印刷
機、自動車の製造ライン、化学またはエネルギーの領域
における架橋プロセスが挙げられる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題は本発明
によれば、制御のために駆動ブロックへ系統の個別要素
をプロセス条件付きで接続する接続装置が設けられ、前
記要素はプロセス条件付きで必要な場合には切離可能で
あるかまたは個々の駆動部の計算された過負荷でもって
運転可能であるようにすることによって簡単に解決され
る。

【０００６】

【作用】評価装置が閾値センサによって検出された電流
の閾値評価装置である場合には、個別駆動要素のための
簡単な評価部が製作される。付加的に同様に発生した障
害を適時に検知するために、評価装置には、発生した障
害の表示を行うためおよび／または原動機に対する将来
の警報示唆を行うための装置が後置接続されると有利で
ある。駆動要素の過負荷の際に重大な危険を回避するた
めに、プロセス条件付きで必要な過負荷の際の原動機の
残り運転時間は原動機の絶縁体寿命に応じてかつ今まで
に検出された温度および公知の運転条件の際の原動機の
運転時間を差引くことによって決定されると有利であ
る。さらに、残り寿命を検出するために、老化基準とし
て（系統状態からの偏差を表すいわゆるティーチ・イン
方法）相電流の大きさおよび位相の評価または相インピ
ーダンスの評価、即ち、例えば低周波系統信号を印加す
ることによる相インピーダンスの変化が主として使用さ
れると有利である。必要な非常プロセス経過に応じて一
般に原動機の検出された残り運転時間は越えられない。
開閉装置費用を僅少にするために、駆動ブロックの駆動
要素には、共通の遮断器と、個別駆動要素に定格負荷を
接続する遠隔操作可能な開閉装置、特にコンタクタとが
前置接続されると有利である。アナログ電流検出器を簡
単にマイクロプロセッサもしくはコンピュータに接続し
得るようにするために、閾値評価装置には、信号前処理
部が前置接続され、かつインテリジェント周辺装置が後
置接続されると有利である。配線費用および設置費用を
最少にするために、閾値評価装置がディジタル的アクタ
ー・センサーバスを介してインテリジェント周辺装置と
インテリジェント遮断器とに接続され、インテリジェン
ト遮断器がメモリプログラミング可能な制御部の形態の
プロセス最適化装置とＣＰＵとに接続されると有利であ
る。この種のバスおよびインテリジェント周辺装置は例
えば自由プログラミング可能な制御部を備えたファクト
リーオートメーションによって公知である。例えば、電
子式トリップを備えた線路または電動機保護用の開放形
またはカプセル形遮断器の形態（時間選択、遅れ切離お
よびシステム最適化のための他のプロセスマッチング機
能の実現）にて公知である市販のインテリジェント遮断
器を使用し得るようにするために、インテリジェント遮
断器には、インテリジェント周辺装置と遮断器とを備え
たメモリプログラミング可能な制御部と評価装置との間
の通信モジュールとして分散形信号前処理部を付設する
と有利である。短絡ケースにおいても定格負荷だけを接
続する開閉装置を備えた駆動要素を切離得るようにする
ために、駆動ブロックの全駆動要素に前置接続されてい
る遮断器は短時間（約１５ｍｓ）遮断され、その後個別
駆動要素に所属して定格負荷だけを接続する開閉装置が
遮断され、その後遮断器の再投入が行われるような、障
害ケースにおける駆動要素の切離方法が特に有利であ
る。

【０００７】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

【０００８】図１に示された制御装置は、原動機の形態
のそれぞれ３台の個別駆動要素４、５、６を備えた３つ
の駆動ブロック１、２、３と、各駆動要素に所属して原
動機内を流れる電流を検出する閾値センサ７とを含んで
いる。各駆動ブロック１、２、３には同様に評価装置８
が所属しており、この評価装置８は信号前処理部１０ｂ
と、閾値評価部９と、インテリジェント周辺装置１０ａ
とから構成されている。評価装置８にはプロセス最適化
装置１１が必要な保護装置を考慮の下に前置接続されて
いる。このプロセス最適化装置１１はメモリプログラミ
ング可能な制御部の形態にて実施することができ、ＣＰ
Ｕ１２に接続されている。このＣＰＵ１２には、照会デ
ィスプレイ１３と、人体接触、線路短絡、過負荷、負荷
不平衡、不足負荷のための警報表示部１４と、遮断信号
部１５と、プロセス監視表示部１６とが接続され得る。

【０００９】駆動ブロック１〜３は圧延ローラ列の駆動
ブロックであるという仮定の下に、駆動要素４、５、６
はローラと、油軸受の注油部と、ローラ冷却部とのため
の駆動部を表している。プロセス最適化装置１１におい
ては、どの駆動要素がどの順番で切離され得るかを決定
しなければならない。例えば圧延機にとっては先ず最初
にローラ自体の駆動部が切離されなければならない。そ
の後、油軸受の注油部が切離され、最後にローラ冷却部
自体が切離される。個々の駆動要素の切離が可能でない
場合には、場合によっては駆動ブロック全体が切離され
なければならない。このことは前置接続されている遮断
器１７（図２）を介して行われる。この遮断器１７には
個別駆動要素４、５、６に対して定格負荷を接続する開
閉器１８、例えばコンタクタが後置接続されており、こ
の開閉器１８はインテリジェント周辺装置１０ａによっ
て駆動される。評価装置の閾値評価部９と遮断器１７と
の間の接続は２ｍｓ以下の反応時間を保証し得るディジ
タル形アクター・センサバスを介して行われる。反応時
間にはこれに関連して必要な全時間が含まれているもの
と解する。ここで、必要な全時間は純粋な伝送時間（バ
スでの信号の走行時間）と、処理時間と、記録時間（デ
ータの授受）とから構成されている。個別駆動要素４〜
６の切離は遮断器１７の短時間遮断とコンタクタ１８に
よる当該駆動要素の切離とによって行うことができ、そ
の後遮断器１７は再投入され、残りの両駆動要素が運転
を続行する。遮断器１７はインテリジェント遮断器（図
３）である。この遮断器は本来のスイッチ要素１９と、
個々の相用の変流器２０と、整流器２１とから構成され
ており、整流器２１は通常の過負荷トリッピングおよび
短絡トリッピングを行うマイクロプロセッサ２２に接続
されている。遮断器はエネルギー供給源２４およびマイ
クロプロセッサ２２と協働する増幅器２３および遮断器
のトリップ２５（Ｆ１）を介して操作される。マイクロ
プロセッサ２２に接続された設定手段２６、２７を介し
てトリップ値が設定され得る。公知の遮断器にはインテ
リジェント周辺装置（ＩＰ２）２８が増幅器２９を介し
て接続されており、このインテリジェント周辺装置（Ｉ
Ｐ２）２８は互いに交信し得る２つの通信モジュール３
０、３１を含んでいる。通信モジュール（ＫＭ１）３０
は評価装置８に機能的に接続され、通信モジュール（Ｋ
Ｍ２）３１はプロセス最適化装置（ＳＰＳ）１１に機能
的に接続されている。さらに、遮断器の補助スイッチ３
２への接続部が設けられており、これらの補助スイッチ
３２は状態を通信モジュール（ＫＭ２）３１へ通報する
ことができる。通信モジュール（ＫＭ２）３１からはパ
ルスが不足電圧トリップ３３または同種のものへ与えら
れ得る。図５にはかかる通信モジュールの実施例を示す
ブロック図が一例として示されている。

【００１０】本発明による装置を用いて次のような運転
ケースが考えられる。

【００１１】１．正規運転：各駆動ブロックの３台の全ての駆動要素４、５、６は定
格電流以下または定格電流で運転している。

【００１２】２．障害ケース：過負荷１台または複数台の原動機が定格電流以上の電流で運転
されている。この電流の限界値はプロセス条件付きで規
定されなければならない。過負荷限界値、従って閾値よ
りも１．５倍の定格電流、または同様に２倍または３倍
の定格電流を予め与えるか否かを必要に応じて決定しな
ければならない。このケースにおいては存在する障害を
評価することによって原動機の残りの寿命が検知され
る。このことは次の２つの異なった物理学的な評価原理
に基づいて行い得る。

【００１３】（１）原動機の連続使用温度の関数として
の高ポリマー絶縁体の絶縁特性の変化。ここでは最初に
当該温度における原動機の従来の運転時間が考慮されな
ければならない。しかしながら過負荷によって残り運転
時間の間の温度は高められる。即ち残り寿命は公知のア
レーニウス方程式に基づいて減少する。即ち過負荷障害
が発生した際に適当なデータ（図４参照）が与えられる
プロセス最適化装置１１もしくはＣＰＵ１２を介して、
原動機の残りの寿命がどの位大きいかが規定されて申告
され得る。

【００１４】残り寿命を検知するために、例えば図４に
示されているダイヤグラムが使われる。このダイヤグラ
ムは寿命、連続使用温度および運転温度に応じて運転時
間を温度の関数として示している。２５０００時間の際
の寿命矢印３４は限界温度での運転の際の定格寿命を表
している。なお、限界温度では１００％の確率で原動機
の損傷および故障は生じない。

【００１５】（２）次の事項ａ）またはｂ）によって最
新状態からの偏差としての位相状態および大きさに基づ
く相電流の評価。ａ）原動機の運転時間に亘って発生した変化の評価（テ
ィーチ・イン方法）。ｂ）相インピーダンスの評価（低周波電源信号の印
加）。

【００１６】方法（２）の両様式によって長時間変動が
検知され、これによって原動機の残りの寿命に関する将
来の警報示唆および基本的報告が可能になる。

【００１７】物理学的に異なるこの両評価基準に基づい
て重要な決定がなされ得る。設備に対する全損傷（この
全損傷は駆動要素の損傷とプロセスの損傷との和に等し
い）を最少にするために、原動機が予め定められた時間
に対して計算された過負荷でもってどの位長く運転され
得るかが検出され得る。

【００１８】３．障害ケース：短絡電流本発明による装置における第３番目の障害ケースは、原
動機が短絡電流の近傍、例えば定格電流の２０倍で運転
されるかまたは完全にインターロックされるケースであ
る。このケースにおいては、プロセス最適化装置によっ
て、駆動ブロック全体が切離されなければならないか否
か、またはこの原動機が個別駆動要素として分離され得
るか否かが検出される。このことは２０ｍｓ以内に容易
に可能である。プロセス最適化装置の結果がブロック内
の個別駆動要素の取外しを許可すると、この個別駆動要
素の分離は前置配置されている遮断器１７と個別駆動要
素４、５、６に所属する開閉器１８との協働によって行
われる。前置配置されている遮断器１７は短時間、例え
ば１０〜２０ｍｓで開路し、従って全ての個別駆動要素
４、５、６は幹線から分離される。この時点で開閉器１
８は１つの駆動要素を切離でき、予め定められた時間の
経過後に前置配置されている遮断器１７がその他の駆動
要素を再び系統に接続する。

【００１９】プロセス最適化装置が駆動ブロックの内部
では個別駆動要素を切離できないという結論を出した場
合、短絡電流の近傍にある障害ケースの場合には駆動ブ
ロック全体が取外されなければならない。

【００２０】プロセスに応じて同様に非常時運転が規定
され得る（例えば原子力プラントに対する非常時高圧冷
却の際）。この非常時運転は定格電流の２０倍で少なく
とも分範囲で個々の原動機の運転を行う。このような措
置は同様に損傷限界と全損傷最小化との特殊例に対して
考慮される。原動機のインターロックの際に非常時運転
はこの原動機の切離を行い、必要な場合には駆動ブロッ
ク全体の切離を行う。この場合には必要な非常時機能は
他の駆動ブロックの決められた冗長度に応じて自動的に
実行されなければならない。

【００２１】過負荷領域においてはインテリジェント周
辺装置１０ａを介して原動機の検出された残り寿命を警
報表示部１４としての表示ユニットに表示すると有利で
ある。過負荷領域においては駆動要素の切離を行うので
はなく、将来の診断示唆および警報示唆として残りの寿
命の表示だけを行うことがプロセス条件付きで決定され
得る。それに対して、短絡ケースにおいては、または短
絡ケースの近傍においては、通信モジュール３０は通信
モジュール３１と同調しなければならない。何故なら
ば、ここでは、駆動ブロックの内部において個別駆動要
素を取外すことが可能であるか否か、またはこのことが
可能ではなく駆動ブロック全体を取外さなければならな
いか否かを決定しなければならない。このことはメモリ
プログラミング可能な制御部の形態の上位配置されたプ
ロセス最適化装置１１によって決定される。

【００２２】

【発明の効果】公知の遮断器１７を用いて、連続特性曲
線を有するＶＤＥ０６６０に基づく電動機の完全な保護
が実現される。本発明によれば、この特性曲線面の下部
のところで、ディジタル特性曲線（プロセス近辺）を有
して或る程度プロセス最適化されたディジタル的な電動
機の保護が実現される。駆動ブロック毎に１つの遮断器
で充分となる。後置接続された開閉装置は適当な価格に
て実現され得る。配線コストおよび設置コストは２つの
プロセス近辺のバスシステム（センサバス、ＳＰＳバ
ス）を使用することによって僅少になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】個別駆動要素へ分割されてプロセスへ機械的に
結合されている駆動ブロックを制御するための原理図。

【図２】３台の駆動要素から構成された駆動ブロックを
制御するための制御部を示す概略図。

【図３】分散形信号前処理部を備えたインテリジェント
遮断器を示す構成図。

【図４】原動機の残りの寿命を検出するための運転温度
もしくは連続使用温度に依存する高ポリマー絶縁体の寿
命を示すダイヤグラム。

【図５】通信モジュールのブロック図。

【符号の説明】

１駆動ブロック２駆動ブロック３駆動ブロック４駆動要素５駆動要素６駆動要素７閾値センサ８評価装置９閾値評価部１０ａインテリジェント周辺装置１０ｂ信号前処理部１１プロセス最適化装置１２ＣＰＵ１３照会ディスプレイ１４警報表示部１５遮断信号部１６プロセス監視表示部１７遮断器１８開閉器（コンタクタ）１９スイッチ要素２０変流器２１整流器２２マイクロプロセッサ２３増幅器２４エネルギー供給源２５トリップ２６設定手段２７設定手段２８インテリジェント周辺装置２９増幅器３０通信モジュール３１通信モジュール３２補助スイッチ３３不足電圧トリップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電流検出器（７）と評価装置（８、９、
１０ａ、１０ｂ）とによって系統状態データに応じて開
閉装置（１７、１８）を制御するための装置において、
制御のために駆動ブロック（１、２、３）へ系統の個別
要素（４、５、６）をプロセス条件付きで接続する装置
が設けられ、前記要素（４、５、６）はプロセス条件付
きで必要な場合には切離可能または個々の駆動部の計算
された過負荷でもって運転可能であることを特徴とする
開閉装置の制御装置。
【請求項２】評価装置は閾値センサ（７）によって検
出された電流の閾値評価装置（９）であることを特徴と
する請求項１記載の装置。
【請求項３】評価装置（８、９、１０ａ、１０ｂ）に
は、発生した障害の表示を行うためおよび／または原動
機（４、５、６）に対する将来の警報示唆を行うための
装置（１３、１４、１５、１６）が後置接続されること
を特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】プロセス条件付きで必要な過負荷の際の
原動機（４、５、６）の残り運転時間は原動機の絶縁体
寿命に応じてかつ今までに検出された温度および公知の
運転条件の際の原動機の運転時間を差引くことによって
決定されることを特徴とする請求項１または２記載の装
置。
【請求項５】老化基準として相電流の大きさおよび位
相の評価または相インピーダンスの評価が使用されるこ
とを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】駆動ブロック（１、２、３）の駆動要素
（４、５、６）には、共通の遮断器（１７）と、個別駆
動要素に定格負荷を接続する遠隔操作可能な開閉装置
（１８）、特にコンタクタとが前置接続されることを特
徴とする請求項１ないし５の１つに記載の装置。
【請求項７】閾値評価部（９）には、信号前処理部
（１０ｂ）が前置接続され、かつインテリジェント周辺
装置（１０ａ、２８、１２）が後置接続されることを特
徴とする請求項２ないし６の１つに記載の装置。
【請求項８】閾値評価部（９）はディジタル的アクタ
ー・センサーバスを介してインテリジェント周辺装置
（１０ａ、２８）とインテリジェント遮断器（１７）と
に接続され、インテリジェント遮断器（１７）はメモリ
プログラミング可能な制御部の形態のプロセス最適化装
置（１１）とＣＰＵ（１２）とに接続されることを特徴
とする請求項７記載の装置。
【請求項９】インテリジェント遮断器（１７）には、
インテリジェント周辺装置（１２）と遮断器（１７）と
を備えたメモリプログラミング可能な制御部と評価装置
（８）との間の通信モジュール（３０、３１）として分
散形信号前処理部（ＩＰ２）が所属することを特徴とす
る請求項８記載の装置。
【請求項１０】駆動ブロックの全駆動要素（４、５、
６）に前置接続されている遮断器（１７）は約１５ｍｓ
の短時間遮断され、その後、個別駆動要素（４、５、
６）に所属して定格負荷だけを接続する開閉装置（１
８）が遮断され、その後に遮断器（１７）の再投入が行
われることを特徴とする請求項１に記載の障害ケースに
おける駆動要素の切離方法。
【請求項１１】プロセス監視部（１１、１２）におい
ては、非切離時の駆動要素損傷と単独切離時のプロセス
連続損傷との比較が行われることを特徴とする請求項１
に記載の全損傷を最少化するために過負荷もしくは短絡
範囲における電動機の単独保護切離阻止方法。
【請求項１２】電動機の事前損傷が相電流と相インピ
ーダンスとの評価によって考慮され、かつ高温の際の絶
縁体老化と共に原動機の残りの寿命を決定するために利
用されることを特徴とする請求項１１に記載の非切離時
の駆動要素損傷と単独切離時のプロセス連続損傷との比
較の実施方法。
【請求項１３】過負荷範囲における電動機の規定の運
転状態および計算された運転状態、および短絡範囲の近
傍での非常時運転としての電動機の規定の運転状態およ
び計算された運転状態がそれぞれ予め定められた時間の
間適当な警報表示と将来の警報必要性に対する示唆とを
用いて許可され、原動機がインターロックされた際には
適当な冗長機が始動させられることを特徴とする請求項
１１または１２に記載のプロセス擾乱の際の全損傷の最
少化方法。