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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung von an eine Stromzuleitung
angeschlossenen und über
einen Steuerbus mit einer Steuereinrichtung kommunizierenden Motorstartern.
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Motorstarter
werden dazu verwendet, Elektromotoren einer Maschine oder Anlage
bei entsprechendem Bedarf – automatisch
oder von Hand – zu starten
bzw. zu stoppen und während
des Betriebs unter anderem die Leistungsaufnahme des angeschlossenen
Motors zu überwachen,
um einen Schutz gegen unvorhergesehenes Blockieren des Motors zu
gewährleisten.
Zu diesem Zweck weisen Motorstarter üblicherweise eine Messeinrichtung
zur Messung des durch den Motorstarter geleiteten Stroms auf, so
dass neben der reinen Motorsteuerung ein Motorstarter auch Motorschutzaufgaben übernimmt.
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Eine
problematische und unter Umständen gefahrbringende
Situation kann immer dann eintreten, wenn ein im Motorstarter angeordnetes
und zur Ein- bzw. Ausschaltung des Motors vorgesehenes Schütz, welches
die Stromzuführung
zum Motor herstellt bzw. unterbricht, infolge eines aufgetretenen hohen
Stromflusses, z. B. bei einem Kurzschluss durch Verschweißen seiner
Kontakte blockiert bzw. durch andere gegebenenfalls mechanische
Probleme in seiner Schaltbarkeit blockiert ist, so dass der an den
Motorstarter angeschlossene Elektromotor trotz eines bewirkten Ausschaltvorganges
nicht von der Stromzuleitung getrennt werden kann. Auch können in
einem solchen Fall durch den Motorstarter durch Kurz- oder Nebenschlüsse verursachte
Fehlströme
auftreten.
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Aus
der DE-AS 29 20 188 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung
der Hauptstrombahnen von Schützen
bekannt geworden, bei welcher der Schaltzustand des Schützes mit
dem Messergebnis einer den Strom messenden Messeinrichtung verglichen
wird, so dass bei Vorliegen eines verschweißten oder anderweitig nicht
mehr schaltbaren Schützes
die Stromzufuhr zum Motorstarter und damit zum Motor unterbrochen
werden kann. Diese bekannte Schaltungsanordnung bedingt jedoch eine Anschlusstechnik
mit konventioneller Verdrahtung, bei der jeder einzelne Kontakt
konventionell, d. h. parallel auf die Anschaltbaugruppen vor Ort
verdrahtet wird. Die Folge ist eine größere Anzahl von Schraubklemmen,
Ein-/Ausgangskarten und Leitungssträngen, womit die Kosten für Planung,
Projektierung und Verdrahtung enorm ansteigen.
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Hingegen
hilft die Vernetzung einzelner Geräte, wie Motorstarter, über ein
Bussystem mit einem Steuerbus, diese Kosten zu senken. Dabei wird
die Verdrahtung enorm reduziert, durch vorverdrahtete Baugruppen
der Projektierungsaufwand verringert und die Inbetriebnahme durch
eine geringere Anzahl an Schraubklemmen und die bequeme Adressierung über die
Bussoftware vereinfacht. Motorstarter, die über einen solchen Steuerbus
mit einer Steuereinrichtung kommunizieren, werden daher bereits
mit Erfolg eingesetzt. Der Kurzschlussschutz und damit der Schutz
vor einem nicht mehr schaltbaren Schütz innerhalb eines an den Steuerbus
anschließbaren Motorstarters
wird außerhalb
des Gerätes
mit einem auf Kurzschlussstrom reagierenden Schutzschalter realisiert,
wobei in der Praxis mehrere Motorstarter, die an einer gemeinsamen
Stromzuleitung angeschlossen sind, über einen einzigen Schutzschalter abgesichert
werden. Eine solche, in der Praxis an sich bewährte Schaltung kann jedoch
nicht verhindern, dass ein Schütz
eines Motorstarters bei einem Kurzschluss beschädigt werden kann oder verschweißen kann.
Darüber
hinaus wird bei einem solchermaßen
vorgenommenen Gruppenkurzschlussschutz mit mehreren an eine gemeinsame
Stromzuleitung angeschlossenen Motorstartern und lediglich einem
in der Stromzuleitung vorgesehenen Schutzschalter die Berechnung
des Kurzschlussschutzes sehr komplex und kann zu Fehlern in der
Auslegung führen.
Insbesondere kann ein zu hoher Widerstand in den stromführenden
Leitungen zu einer Begrenzung des Kurzschlussstromes auf ein Niveau
führen, welches
unterhalb der Auslöseschwelle
des Schutzschalters liegt, und so die ge wünschte Auslösung verhindern. Der in diesem
Fall fließende
Strom wird aber höchstwahrscheinlich
dennoch zu einer Verschweißung
des im Motorstarter angeordneten Schützes führen und nachfolgend eine Abschaltung des
Motorstarters verhindern, was zu einer gefahrbringenden Situation
führen
kann.
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Die
Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zur Überwachung
von an eine Stromzuleitung angeschlossenen und über einen Steuerbus mit einer
Steuereinrichtung kommunizierenden Motorstartern vorzuschlagen,
bei der eine Detektion eines blockierten, beispielsweise verschweißten Schützes erfolgen
kann und eine gewollte Abschaltung des Schutzschalters innerhalb
einer möglichst
kurzen Reaktionszeit herbeigeführt
werden kann.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Anordnung gemäß den im
Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmalen vorgeschlagen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, dass dem Schutzschalter
eine Auslöseeinrichtung
zugeordnet ist, die von der Steuereinrichtung über den Steuerbus in Abhängigkeit
vom gemessenen Strom ansteuerbar ist. Die Erfindung nutzt von daher
die Eigenschaften der bekannten, über einen Steuerbus mit einer
Steuereinrichtung kommunizierenden Motorschutzschalter, die üblicherweise
neben der Anschlussmöglichkeit
an den Steuerbus über
eine integrierte Stromsensorik bzw. über eine Messeinrichtung zur
Messung des durch den Motorstarter geleiteten Stroms verfügen, um
Motorschutzfunktionen zu erfüllen.
Durch eine einfache Softwaremanipulation des Motorstarters ist es
möglich,
den von der Messeinrichtung gemessenen Strom über den Steuerbus an die Steuereinrichtung
rückzumelden,
so dass diese eine Auswertung vornehmen kann, dergestalt, ob ein
verschweißtes
oder beschädigtes
Schütz
innerhalb eines Motorstarters vorliegt oder nicht. Hat nämlich die
Steuereinrichtung über den
Steuerbus an einen Motorstarter einen Ausschaltbefehl gesendet und
wird nachfolgend von der Messeinrichtung des angesprochenen Motorstarters ein
dennoch aufrechterhaltener Strom zurückgemeldet, so hat das Schütz des angesprochenen
Motorstarters nicht ordnungsgemäß geschaltet.
Es kann nunmehr von der Steuereinrichtung über den Steuerbus die Auslöseeinrichtung
angesprochen werden, welche ihrerseits den Schutzschalter aktiviert
und öffnet,
so dass der ungewollte Stromfluss unterbrochen und die Anlage in
einen sicheren Zustand überführt wird.
Es erfolgt von daher eine Ansteuerung der Auslöseeinrichtung für den Schutzschalter
von der Steuereinrichtung über
den Steuerbus in Abhängigkeit vom
gemessenen Strom in den jeweiligen Motorstartern, d. h. in Abhängigkeit
von dem durch den jeweiligen Motorstarter geleiteten Strom.
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Es
kann von den Motorstartern nicht nur der konkret gemessene Strom
an die Steuereinrichtung zurückgemeldet
werden, sondern auch lediglich eine den gemessenen Strom repräsentierende
Rückmeldung,
d. h. vorliegender oder nicht vorliegender Stromfluss, was zu einer
Vereinfachung der über
den Steuerbus an die Steuereinrichtung rückzumeldenden Daten führt.
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Der
Steuerbus der erfindungsgemäßen Anordnung
kann insbesondere als sogenanntes AS-Interface-Bussystem, kurz ASi-Bussystem
ausgebildet sein, welches an sich bekannt ist und für binäre Sensoren
(Öffner-,
Schließer-
und Hilfskontakte) und Aktoren (Relais, Schütze, Lampen) in der untersten Feldebene
konzipiert ist.
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Die
Auslöseeinrichtung
für den
Schutzschalter kann einen mit dem Steuerbus kommunizierenden ASi-Slave
und einen von diesem steuerbaren U- oder A-Auslöser umfassen, der in an sich
bekannter Weise entweder bei Unterschreiten einer bestimmten Spannung
(U-Auslöser)
bzw. Überschreiten
eines bestimmten Stromwertes (A-Auslöser) aktiviert wird und den
Schutzschalter in der gewünschten
Weise zum Unterbrechen der Stromzuleitung ansteuert.
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Ferner
kann die Stromzuleitung in an sich bekannter Weise als Energiebus
ausgebildet sein, so dass mindestens einer, vorzugsweise aber eine
Vielzahl von Motorstartern einerseits an die Stromzuleitung und
andererseits an den Steuerbus anschließbar sind, wobei alle diese
Motorstarter über
eine gemeinsame Steuereinrichtung steuerbar und mit einem einzigen
in der Stromzuleitung angeordneten Schutzschalter abgesichert sind.
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Weitere
Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
anhand des Ausführungsbeispiels
in der 1 näher
erläutert.
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Die 1 zeigt
mehrere Motorstarter 1.1, 1.2, die eingangsseitig über Stromanschlussleitungen 11 an
eine dreiphasige Stromzuleitung 3 mit Phasen 3.1, 3.2, 3.3 angeschlossen
sind. Die Stromzuleitung 3 ist hierbei als Energiebus ausgeführt. Die
Darstellung mit zwei Motorstartern 1.1 und 1.2 ist
lediglich beispielhaft anzusehen, es können auch nur ein Motorstarter
oder mehr als zwei solche Motorstarter in gleicher Anordnung vorgesehen
sein.
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Die
von jeder Phase 3.1, 3.2, 3.3 abgezweigten
Stromanschlussleitungen 11 werden durch die Motorstarter 1.1, 1.2 hindurch
zu je einem an die jeweiligen Motorstarter 1.1, 1.2 angeschlossenen
Elektromotor 4 hindurchgeführt.
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Jeder
Motorstarter 1.1, 1.2 sowie eine beliebige weitere
Anzahl von hier nicht dargestellten weiteren an die Stromzuleitung 3 anschließbaren Motorstartern
umfasst jeweils ein Schütz 10 mit
Hauptkontakten 10.1, 10.2, 10.3, die
gleichzeitig betätigt
werden und jeweils eine Phase der Stromanschlussleitung 11 zum
Motor 4 schalten.
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Darüber hinaus
umfasst jeder Motorstarter 1.1, 1.2 eine Messeinrichtung 12,
mittels derer der durch den Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 von
der Stromzuleitung 3 zum Motor 4 geleitete Strom
gemessen werden kann, so dass der Elektromotor 4 in an
sich bekannter Weise vor Beschädigung
geschützt
wird.
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Die
Schaltbefehle zum Öffnen
bzw. Schließen
des Schützes 10 im
Innern der Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 können entweder
von hier nicht dargestellten, an den Motorstartern 1.1, 1.2 angeordneten Handschaltern
oder aber von einer Steuereinrichtung 7, z. B. einer SPS
bewirkt werden, die über
einen Steuerbus 2, beispielsweise einen ASi-Bus mit den einzelnen
Motorstartern 1.1, 1.2 durch eine entsprechende
Adressierung derselben kommuniziert. Zu diesem Zweck ist jeder Motorstarter 1.1, 1.2 über eine
Busleitung 13 an den Steuerbus 2 angeschlossen,
so dass eine bidirektionale Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 7 und
den Motorstartern 1.1, 1.2 ermöglicht ist.
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Sämtliche
einerseits an die Stromzuleitung 3 angeschlossene und andererseits über den
Steuerbus 2 mit der Steuereinrichtung 7 kommunizierende Motorstarter 1.1, 1.2 sind überdies
gegen einen eventuell auftretenden Kurzschluss gemeinsam durch einen
in die Stromzuleitung 3 integrierten Schutzschalter 5 abgesichert,
der bei Vorliegen ei nes Kurzschlussstromes von beispielsweise mehr
als 280 A den Stromfluss durch die Stromzuleitung 3 unterbricht,
um die Motorstarter 1.1, 1.2 vor einer Beschädigung zu
schützen
und Gefahren abzuwenden.
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In
der Praxis kann insbesondere bei Anschluss einer Vielzahl von Motorstartern 1.1, 1.2 und weiteren
solchen Motorstartern an eine gemeinsame Stromzuleitung 3 die
Auslegung des Schutzschalters 5 und die Berechnung des
erforderlichen Auslösestromwertes
schwierig werden, da ein zu hoher Widerstand in den stromführenden
Leitungen zu einer Begrenzung des Kurzschlussstromes auf ein unterhalb
des Auslösewertes
des Schutzschalters 5 liegendes Niveau führen kann
und somit die Auslösung des
Schutzschalters 5 verhindert wird, obwohl der in diesem
Fall fließende
Strom höchstwahrscheinlich
zu einer Verschweißung
eines oder mehrerer Schütze 10 führen kann.
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Darüber hinaus
können
auch mechanische oder sonstige Beschädigungen der Schütze 10 der Motorstarter 1.1, 1.2 im
Betrieb auftreten, die nachfolgend ein gewünschtes Öffnen des Schützes und
damit Stoppen des angeschlossenen Elektromotors 4 unterbinden.
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Um
diesem unerwünschten
und gegebenenfalls gefahrbringenden Umstand zu begegnen, ist eine
Auslöseeinrichtung 6 mit
einem ASi-Slave 60 und einem mit diesem über Steuerleitungen 61 verbundenen
U- oder A-Auslöser 50 vorgesehen,
der seinerseits eine Auslösung
des Schutzschalters 5 in der Stromzuleitung 3 bewirken
kann. Der ASi-Slave 60 kommuniziert über eine
weitere Busleitung 600 mit dem Steuerbus 2 und
damit mit der an den Steuerbus 2 angeschlossenen Steuereinrichtung 7 und
ist von dieser über
eine entsprechende Adressierung direkt ansprechbar.
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Kommt
es nun während
des Betriebs der in der 1 dargestellten Anordnung zu
einer Störung eines
Schützes 10 innerhalb
eines Motorstarters 1.1 bzw. 1.2, beispielsweise
durch ein Verschweißen
der Hauptkontakte 10.1, 10.2, 10.3 oder
einer mechanischen Beschädigung,
so dass sich das vormals geschlossene Schütz 10 nicht mehr öffnen lässt, so fließt ungehindert
Strom von der Stromzuleitung 3 zum Elektromotor 4 und
veranlasst dessen Betrieb.
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Wird
nun von der Steuereinrichtung 7 über den Steuerbus 2 durch
entsprechende Adressierung beispielsweise an den Motorstarter 1.1 ein
Ausschaltbefehl abgegeben und lässt
sich dessen Schütz 10 z.
B. infolge verschweißter
Hauptkontakte 10.1, 10.2, 10.3 nicht öffnen, so
fließt
trotz des entsprechenden Ausschaltbefehles der Strom zum Elektromotor 4 und
wird über
die Messeinrichtung 12 des Motorstarters 1.1 gemessen.
Der Motorstarter 1.1 gibt nunmehr nach dem Empfang des
an ihn gerichteten Ausschaltbefehles als Rückmeldung den nach wie vor
von seiner Messeinrichtung 12 gemessenen Strom über die
Busleitung 13 auf den Steuerbus 2 und damit an
die Steuereinrichtung 7 ab, die wiederum aufgrund dieser
Information die Nichtausführung des
gewünschten
Schaltbefehles erkennen kann. Unmittelbar hieran anschließend spricht
die Steuereinrichtung 7 über den Steuerbus 2 den
mittels der Busleitung 600 angeschlossenen ASi-Slave 60 an, der
nunmehr den U- oder A-Auslöser 50 betätigt, so dass
in unmittelbarer Folge der an den Auslöser 50 angeschlossene
Schutzschalter 5 öffnet
und somit die Stromzuleitung 3 unterbricht, so dass auch
der ungewollte Stromfluss unterbrochen wird und die gesamte Anlage
in einen sicheren Zustand überführt wird.
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Nachfolgend
kann an der Steuereinrichtung der Ort des aufgetretenen Fehlers,
hier Motorstarter 1.1 abgefragt und entsprechend behoben
werden.
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Demgegenüber wird
bei einem unbeschädigten
Schütz 10 des
Motorstarters 1.1 unmittelbar nach dem Empfang eines Ausschaltbefehles
von der Steuereinrichtung 7 über den Steuerbus 2 das
Schütz 10 entsprechend
betätigt
und die im jeweiligen Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 angeordnete
Messeinrichtung 12 erfasst nunmehr keinen fließenden Strom
mehr, was als entsprechende Bestätigung
der Steuereinrichtung 7 über den Steuerbus 2 rückgemeldet
werden kann, so dass keine Veranlassung besteht, den ASi-Slave 60 zum Öffnen des
Schutzschalters 5 zu betätigen.
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Der
Vorteil der vorangehend beschriebenen Anordnung besteht insbesondere
darin, dass eine Vielzahl von Motorstartern 1.1, 1.2 etc.
an eine gemeinsame und mit lediglich einem Schutzschalter 5 abgesicherte
Stromzuleitung 3 angeschlossen werden können, wobei durch direkte Auswertung
des auf einen Schaltbefehl der Steuereinrichtung 7 folgenden Stromfluss
durch den angesprochenen Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 die
Funktion des jeweils im angesprochenen Motorstarter 1.1, 1.2 vorgesehenen
Schützes 10 überprüft und bei
Vorliegen einer Unregelmäßigkeit
sofort der gesamte Stromfluss durch Öffnung des Schutzschalters 5 von
der Steuereinrichtung unterbrochen werden kann. Darüber hinaus
lässt sich
die erfindungsgemäße Anordnung
ohne großen
Aufwand an bereits vorhandenen mit einem Steuerbus 2, insbesondere
ASi-Bus vernetzten Motorstartern nachrüsten, da lediglich ein ASi-Slave 60 mit
entsprechendem U- oder A-Auslöser 50,
der auf den Schutzschalter 5 einwirkt, an den Steuerbus 2 angeschlossen
und die Steuereinrichtung 7 entsprechend programmiert werden
muss. Eine solche Nachrüstung ist
sogar im laufenden Betrieb bereits vorhandener Anlagen möglich.
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Die
vorangehend beschriebene Anordnung ermöglicht eine Detektion eines
in einem Motorstarter vorliegenden Fehlers und eine gewollte Abschaltung
des Schutzschalters 5 innerhalb einer Reaktionszeit von
20 bis 50 ms.