Diagnosefähiger Sanftstarter, Diagnoseverfahren und Motoranordnung

Die Erfindung betrifft einen diagnosefähigen Sanftstarter und eine Diagnoseverfahren zur Erkennung einer defekten Komponente in einem Sanftstarter. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, durch das das erfindungsgemäße Diag- noseverfahren in einem Sanftstarter umgesetzt wird. Gleichermaßen betrifft die Erfindung Motoranordnungen, die auf dem erfindungsmäßen Sanftstarter, dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren, bzw. dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt basieren .

Aus EP2017868A1 (Phoenix Contact GmbH & Co. KG) 21.01.2009 ist eine dreiphasige Leistungsendstufe bekannt, in der in den jeweiligen Phasen Thyristorenpaare und parallele Schaltkon ^¬ takte angeordnet sind. Zwischen den Phasen ist ein Spannungs- detektor angeschlossen, der pro Phase mehrere Widerstände aufweist. Die Mehrzahl an Widerständen bildet Spannungsteiler und wirkt mit Stromdetektoren in den einzelnen Phasen zusammen. Die Spannungsteiler und die Stromdetektoren dienen dabei zur Fehlererkennung in der Leistungsendstufe.

Aus US2122107 (L. J. Meiler et al . ) 28.06.1938 ist eine Mehr ^¬ zahl an Reaktanzen bekannt, die induktiv, kapazitativ oder als ohmsche Widerstände ausgebildet sind. Die Reaktanzen sind miteinander verbunden und an einem Ende mit einer Relaisspule verbunden. Die Relaisspule ist am entgegengesetzten Ende wiederum mit einem Sternpunkt eines Elektromotors verbunden.

DE102014223856A1 (Siemens AG) 25.05.2016 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines dreiphasigen Elek- tromotors, mit einer oder mehreren Schmelzsicherungen, die in einer jeweiligen Phase zwischen zugeordneten Netzanschlüssen und dem Elektromotor angeordnet sind, und mit einem Sanft ^¬ starter, welcher zwischen dem Elektromotor und den Schmelzsi- cherungen angeordnet ist. Dabei sind ein Überwachungsmittel zur Überwachung der Schaltungsanordnung auf das Vorliegen eines Fehlers und ein oder mehrere, steuerbare Schaltelemente vorgesehen, wobei ein jeweiliges Schaltelement zwischen einer Phase und einer anderen Phase oder einem Rückleiter verschaltet ist, wobei das Überwachungsmittel bei einem detektieren Fehler zumindest eines der Schaltelemente leitend schaltet, um ein Auslösen der Schmelzsicherungen zu erzwingen. Ferner sind Motoranordnungen bekannt, die Sanftstarter und mindestens ein nachgeschaltetes Schütz umfassen. Derartige Motoranordnungen erfordern zur Gewährleistung eines SIL-Le- vels von 1 mindestens ein dem Sanftstarter nachgeschaltetes Schütz. Zusätzlich ist ein Sicherheitsschaltgerät erforder- lieh. Für ein SIL-Level von 3 sind in den bekannten Motoranordnungen wiederum mindestens zwei Schütze und ein Sicherheitsschaltgerät erforderlich. Derartige Motoranordnungen können beispielsweise basierend auf dem Sicherheitsschaltge ^¬ rät 3SK1 und dem Sanftstarter 3RW4 der Siemens AG zusammenge- stellt werden.

In der Automatisierungstechnik besteht Bedarf an Geräten zur Betätigung von Elektromotoren, die ein hohes Maß an Sicherheit bereitstellen und dabei gleichzeitig einfach, kompakt und kosteneffizient sind. Insbesondere wird angestrebt, Mo ^¬ toranordnungen mit erhöhter oder zumindest gleichbleibender Sicherheit bei reduziertem Hardware- und Montageaufwand be ^¬ reitzustellen. Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, einen

Sanftstarter zur Verfügung zu stellen, der die bekannten Lösungen in den beschriebenen Punkten verbessert.

Die skizzierte Aufgabenstellung wird durch einen Sanftstarter für die Automatisierungstechnik gelöst, der über eine Mehrzahl an Phasen auf einer netzzugewandten Seite mit einer Stromversorgung verbindbar ist. Der Sanftstarter weist in jeder der Phasen ein Halbleiterschaltelement auf, zu dem paral- lel ein elektromechanischer Schalter angeordnet ist. Das Halbleiterschaltelement und der elektromechanische Schalter in den Phasen sind dazu ausgebildet, durch koordinierte Betä ^¬ tigung einen Stromfluss durch die jeweilige Phase zu erlauben oder zu verhindern. Auf einer lastzugewandten Seite der Halbleiterschaltelemente und der elektromechanischen Schalter ist der Sanftstarter mit einer elektrischen Applikation, beispielsweise einem Elektromotor, verbindbar. Erfindungsgemäß ist in dem Sanftstarter auf der lastzugewandten Seite der Halbleiterschaltelemente und der elektromechanischen Schalter zwischen den Phasen eine sternpunktbildende Schaltung ausge ^¬ bildet, welche Leitungen aufweist, die in einem Sternpunkt verbunden sind. Alternativ können die Leitungen auch zu einer Dreieckschaltung verbunden werden. Die sternpunktbildende Schaltung weist dabei mindestens eine passive Komponente auf, die jeweils in den Leitungen der Sternpunktschaltung angeordnet sind. Unter einer passiven Komponente ist beispielsweise ein Widerstand oder ein Kondensator zu verstehen. Bei einem Defekt eines Halbleiterschalterelements oder eines elektrome- chanischen Schalters in einer ersten Phase tritt im Halb ^¬ leiterschaltelement der ersten Phase durch die sternpunktbil ^¬ dende Schaltung ein reduzierter Spannungsabfall auf. Der re ^¬ duzierte Spannungsabfall durch die sternpunktbildende Schal ^¬ tung ist durch ein Spannungsmessmittel erfassbar, das paral- lel zu einem Halbleiterschaltelement in der ersten Phase an ^¬ geordnet ist. Der Spannungsabfall ist bei Vorliegen eines De ^¬ fekts gegenüber einem Spannungsabfall in einem defektfreien Zustand reduziert. Das Spannungsmessmittel in der ersten Pha ^¬ se erfasst dabei einen Spannungsabfall über dem Halb- leiterschaltelement . Anhand des Spannungsabfalls ist ein De ^¬ fekt eines Halbleiterschalterelements und/oder eines elektro ^¬ mechanischen Schalters in der ersten Phase im Sanftstarter erkennbar. Durch die sternpunktbildende Schaltung wird eine Diagnosefunktion auf defekte Halbleiterschaltelemente

und/oder defekte elektromechanische Schalter gewährleistet.

Die so verwirklichte Diagnosefunktion basiert dabei mit der sternpunktbildenden Schaltung, die vorzugsweise ausschließ- lieh passive Komponenten aufweist, und dem geeigneten Spannungsmessmittel auf einem Minimum an Bauteilen und ist da ^¬ durch kompakt und kosteneffizient herstellbar. Die Diagno ^¬ sefunktion ist auch dann durchführbar, wenn die angeschlos- sene elektrische Last, beispielsweise der Elektromotor, abge ^¬ schaltet ist. Die sternpunktbildende Schaltung auf der last ^¬ zugewandten Seite der Halbleiterschaltelemente und der elek- tromechanischen Schalter des Sanftstarters bietet ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und stellt dem Sanftstarter eine Mög- lichkeit zur Verfügung, einen Eigendefekt schnell zu erken ^¬ nen. Mit dem erfindungsgemäßen Sanftstarter ist daher bereits ohne zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Schütze, ein SIL-Level von 1 erzielbar. In Motoranordnungen kann bei Einsatz des erfindungsgemäßen Sanftstarters auf ein Schütz ver- ziehtet werden, ohne die Sicherheit der gesamten Motoranord ^¬ nung zu beeinträchtigen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine passive Komponente in der Sternpunktschaltung als Widerstand mit 10 kQ bis 500 kQ ausgebildet. Ein Widerstand in diesem

Wertebereich begrenzt die Verlustleistung in der sternpunkt- bildenden Schaltung auf ein erträgliches Maß. Gleichzeitig erlaubt ein Widerstand in diesem Wertebereich einen Spannungsabfall an den Halbleiterschaltelementen, der für eine zuverlässige Erfassung ausreichend hoch ist.

Weiter bevorzugt ist in jeder der Phasen, insbesondere bei drei Phasen, in jeder der Leitungen der sternpunktbildenden Schaltung ein Widerstand angeordnet. Die Widerstände in den Leitungen der Sternpunktschaltung weisen besonders bevorzugt gleich hohe Widerstandswerte auf. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Spannung an den intakten Halbleiterschaltelementen, wenn ein defektes Halbleiterschaltelement und/oder ein defekter elektromechanischer Schalter er- kannt werden. Darüber hinaus gewährleisten Widerstände mit gleichen Widerstandswerten in jeder Phase einen stabilen Dauerbetrieb des erfindungsgemäßen Sanftstarters und eine gleichmäßige Verteilung der anfallenden Verlustleistung. Des Weiteren kann im erfindungsgemäßen Sanftstarter das Spannungsmessmittel mit einer Steuereinheit verbunden sein. Durch die Verbindung sind Messdaten an die Steuereinheit übertrag ^¬ bar. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, Betätigungsbe- fehle an die Halbleiterschalterelemente und/oder die elektro- mechanischen Schalter zu senden, diese also zu öffnen oder zu schließen. Ferner weist die Steuereinheit einen Speicher und ein Rechenwerk zur Speicherung und Ausführung eines Computerprogrammprodukts geeignet, mit dem der erfindungsgemäße Be- trieb des Sanftstarters umsetzbar ist. Durch die Steuerein ^¬ heit ist prüfbar, ob der erfasste reduzierte Spannungsabfall in der Sternpunktschaltung einen einstellbaren Schwellenwert unterschreitet, wodurch ein Defekt eines Halbleiterschaltele ^¬ ments und/oder elektromechanischen Schalter identifizierbar ist. Ebenso erlaubt die Steuereinheit, nach dem Erkennen ei ^¬ nes solchen Defekts das aktive Einleiten von Gegenmaßnahmen, beispielsweise das Unterdrücken von Betätigungsbefehlen, die ein Schließen der intakten Halbleiterschaltelemente und/oder elektromechanischen Schalter vorgeben.

Die Steuereinheit des Sanftstarters ist vorzugsweise als in ^¬ terne Steuereinheit ausgebildet, die beispielsweise in Form eines MikroControllers im Sanftstarter angeordnet ist. Alter ^¬ nativ kann die Steuereinheit auch als übergeordnete Steuer- einheit ausgebildet sein. Dies kann unter anderem ein Sicherheitsschaltgerät ein Parametriergerät , eine Speicherprogram ^¬ mierbare Steuerung, kurz: SPS, oder eine Cloud sein. Weiter alternativ können die Funktionen der Steuereinheit auch auf eine interne und eine übergeordnete Steuereinheit aufgeteilt sein, die zum Betrieb des erfindungsgemäßen Sanftstarters zu ^¬ sammenwirken .

Weiter bevorzugt kann der erfindungsgemäße Sanftstarter in jeder der Phasen ein Spannungsmessmittel aufweisen. Die Span- nungsmessmittel sind jeweils derart in der mindestens einen Phase angeordnet, dass ein Spannungsabfall über dem jeweili ^¬ gen Halbleiterschaltelement und den zugehörigen elektromecha ^¬ nischen Schalter erfassbar ist. Bei einem defekten Halb- leiterschaltelement und/oder einem defekten elektromechanischen Schalter liegt daran durch die sternpunktbildende

Schaltung ein geringerer Spannungsabfall vor als an einem intakten sperrenden Halbleiterschaltelement mit dem zugehörigen parallelen geöffneten elektromechanischen Schalter. Dadurch wird die Erkennung von defekten Halbleiterschaltelementen und/oder defekten elektromechanischen Schalter auch dann ermöglicht, wenn die lastseitigen Anschlüsse offen bzw. ein nachgeschaltetes Schaltgerät, beispielsweise ein Schütz, ge- öffnet ist. Dies gewährleistet eine differenzierte Identifi ^¬ kation des eingetretenen Defekts und die Erreichung eines erhöhten SIL-Levels.

Die skizzierte Aufgabenstellung wird auch durch eine erfin- dungsgemäße Motoranordnung gelöst. Die Motoranordnung weist einen SIL-Level von 1 auf und erfüllt damit eine anwendungs ^¬ spezifische Sicherheitsanforderung. Die Motoranordnung um- fasst einen Elektromotor, der unmittelbar mit einem Sanftstarter verbunden ist. Der Sanftstarter wiederum ist mit ei- ner Stromversorgung mit mehreren Phasen verbunden. Der Sanftstarter ist dabei gemäß einer der oben skizzierten Ausführungsformen ausgebildet. Die erfindungsgemäße Motoranordnung ist frei von zusätzlichen Schützen und bietet ein hohes Maß an Sicherheit. Insbesondere wird das Sicherheits-Integritäts- level 1, kurz SIL 1, erreicht. Die erfindungsgemäße Motoran ^¬ ordnung bietet folglich im Vergleich zu den bekannten Lösungen eine entsprechend hohe Sicherheit bei reduziertem Aufwand an Komponenten. Die Motoranordnung ist also schnell, einfach und kosteneffizient herstellbar.

Ebenso wird die zugrundeliegende Aufgabenstellung von einer weiteren erfindungsgemäßen Motoranordnung gelöst. Die Motoranordnung weist ein SIL-Level von 3 auf und ist damit für si ^¬ cherheitskritische Anwendungen geeignet. Die Motoranordnung umfasst einen Elektromotor, der über mehrere Phasen mit Strom versorgt wird. Die Motoranordnung ist folglich auch mit einer entsprechenden mehrphasigen Stromversorgung gekoppelt. Dem Elektromotor ist ein Schütz vorgeschaltet, dem wiederum ein Sanftstarter vorgeschaltet ist. Der Sanftstarter wiederum ist mit der mehrphasigen Stromversorgung verbunden. Also gelangt die für den Betrieb des Elektromotors benötigte elektrische Energie aus der mehrphasigen Stromversorgung über den Sanft- Starter und das dem Sanftstarter nachgeschaltete Schütz zu dem Elektromotor. Erfindungsgemäß ist der Sanftstarter gemäß einer der oben skizzierten Ausführungsformen ausgebildet. Die erfindungsgemäße Motoranordnung bietet folglich mit nur einem Schütz ein SIL-Level von 3. Gegenüber den bekannten Lösungen mit zwei Schützen stellt dies eine Reduzierung im Hardware ^¬ aufwand dar. Die erfindungsgemäße Motoranordnung erreicht insgesamt ein Sicherheits-Integritätslevel, kurz SIL, von 3 bei reduzierter Komponentenanzahl. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Motoranordnung einfach, schnell und kosteneffi- zient herstellbar.

Die beschriebene Aufgabenstellung wird auch durch das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren gelöst. Das beanspruchte Diag ^¬ noseverfahren ist für einen Sanftstarter ausgelegt, der über eine Mehrzahl an Phasen mit einer Stromversorgung und einem Elektromotor, verbunden ist. Im Sanftstarter sind in jeder Phase ein Halbleiterschaltelement und ein parallel geschalte ^¬ ter elektromechanischer Schalter angebracht. Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren dient dazu, ein defektes Halbleiter- schaltelement und/oder einen defekten elektromechanischen

Schalter zu erkennen. Dazu wird in einem ersten Schritt durch eine Steuereinheit ein Betätigungsbefehl ausgegeben, durch den eine Öffnung der Halbleiterschaltelemente und der elek ^¬ tromechanischen Schalter vorgegeben wird. In einem bestim- mungsgemäßen, also defektfreien, Zustand des Sanftstarters wird so der Stromfluss in allen Phasen unterbrochen. In einem weiteren Schritt wird ein Spannungsabfall über dem Halb ^¬ leiterschaltelement und/oder dem elektromechanischen Schalter erfasst. Dabei wird auch erfasst, ob der Spannungsabfall ge- genüber einem defektfreien Zustand reduziert ist. Dies erfolgt durch ein Spannungsmessmittel, das an der entsprechen ^¬ den Phase angeschlossen ist. Dabei kann in der entsprechenden Phase ein defektes Halbleiterschaltelement und/oder ein de- fekter elektromechanischer Schalter erkannt werden, wenn der mit dem Spannungsmessmittel erfasste reduzierte Spannungsab ^¬ fall einen einstellbaren Schwellenwert unterschreitet. Der einstellbare Schwellenwert ist beispielsweise in einer Steu- ereinheit gespeichert, mittels der das erfindungsgemäße Dia ^¬ gnoseverfahren durchgeführt wird. Der Schwellenwert kann fest vorgegeben sein, durch einen Benutzer des Sanftstarters und/oder eine übergeordnete Steuereinheit eingestellt werden. Bei einem defekten Halbleiterschaltelement und/oder defekten elektromechanischen Schalter ist die dort mit dem Spannungsmessmittel erfassbare Spannung erheblich reduziert, wobei der einstellbare Schwellenwert ein Maß dafür ist, mit welcher Empfindlichkeit dieser Rückgang gegenüber dem bestimmungsge ^¬ mäßen Zustand zu erfassen ist.

Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren bietet eine Möglich ^¬ keit zur exakten Identifikation, in welcher der Phasen die defekte Komponente zu finden ist. Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren stützt sich mit der sternpunktbildenden Schaltung auf eine einfach herstellbare Hardware, ist robust und ist kosteneffizient herstellbar. Ferner erfordert das Diagnoseverfahren nur ein Minimum an Messdaten und ist in einfacher Weise, beispielsweise in Form eines Computerprogrammprodukts, implementierbar. Das erfin ^¬ dungsgemäße Diagnoseverfahren benötigt nur wenig Rechenleis ^¬ tung und kann auch auf Steuereinheiten mit geringer Rechenkapazität schnell durchgeführt werden. Eine schnelle Durchfüh ^¬ rung des Diagnoseverfahrens erlaubt es, gegebenenfalls schnell Gegenmaßnahmen einzuleiten und so eine weitergehende Beschädigung des Sanftstarters oder des angeschlossenen

Elektromotors zu vermeiden. Das Diagnoseverfahren gewährleis ^¬ tet, dass der Sanftstarter von selbst ein SIL-Level von 1 aufweist. Motoranordnungen mit erhöhten Sicherheitsanforde- rungen können infolgedessen mit einem reduzierten Aufwand an zusätzlichen Komponenten realisiert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im Diagnoseverfahren eine Warnung ausgegeben, wenn ein defektes Halbleiterschaltelement und/oder ein defekter elek- tromechanischer Schalter erkannt werden. Alternativ oder er- gänzend kann auch mittels der Steuereinheit, die dazu ausge ^¬ bildet ist, Betätigungsbefehle an die Halbleiterschaltele ^¬ mente und die elektromechanischen Schalter zu senden, eine Gegenmaßnahme durchgeführt werden, wenn eine defekte Kompo ^¬ nente erkannt wird. Dabei wird durch die Steuereinheit mit- tels einer geeigneten Programmierung jede Betätigung zum

Schließen der Halbleiterschaltelemente und/oder der elektro ^¬ mechanischen Schalter unterbunden. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass entsprechende Betätigungsbefehle, die beispielsweise von einer übergeordneten Steuereinheit gesen- det werden oder durch eine Benutzereingabe hervorgerufen werden, durch die Steuereinheit unterdrückt werden. Dadurch wird eine weitere Beschädigung des Sanftstarters und/oder einer angeschlossenen Applikation, wie beispielsweise einen Elektromotor, verhindert. Zusätzlich wird das Risiko einer Ge- fährdung von Personen verhindert. Das erzielbare Maß an Si ^¬ cherheit wird so weiter gesteigert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt das Diagnoseverfahren zur Anwendung in folgender Motor- anordnung: Die Motoranordnung umfasst einen eine Last bildenden mehrphasigen Elektromotor, der über mehrere Phasen aus einer mehrphasigen Stromversorgung mit Strom versorgt wird. Dem Elektromotor ist ein Schaltgerät, z. B. ein Schütz, vorgeschaltet, dem wiederum ein Sanftstarter vorgeschaltet ist. Der Sanftstarter wiederum ist mit der mehrphasigen Stromversorgung verbunden. Also gelangt die für den Betrieb des

Elektromotors benötigte elektrische Energie aus der mehrpha ^¬ sigen Stromversorgung über den Sanftstarter und das dem

Sanftstarter nachgeschaltete Schaltgerät zu dem Elektromotor. Im Sanftstarter sind in jeder Phase ein Halbleiterschaltele ^¬ ment und ein parallel geschalteter elektromechanischer Schalter angebracht. In dem Sanftstarter sind auf einer lastzuge ^¬ wandten Seite der Halbleiterschaltelemente und der elektrome- chanischen Schalter die Phasen in einer sternpunktbildenden Schaltung verbunden, wobei die sternpunktbildende Schaltung mindestens eine passive Komponente umfasst. Dabei dient die sternpunktbildende Schaltung zur Erfassung eines Spannungsab- falls in einem defekten Zustand eines Halbleiterschaltele ^¬ ments und/oder eines elektromechanischen Schalters mithilfe des Diagnoseverfahrens. Dazu wird in einem ersten Schritt durch eine Steuereinheit ein Betätigungsbefehl ausgegeben, durch den eine Öffnung der Halbleiterschaltelemente und der elektromechanischen Schalter vorgegeben wird. In einem bestimmungsgemäßen, also defektfreien, Zustand des Sanftstarters wird so der Stromfluss in allen Phasen unterbrochen. In einem weiteren Schritt wird durch die Steuereinheit ein Betä ^¬ tigungsbefehl ausgegeben, durch den eine Öffnung von Kontak- ten des Schaltgeräts, mit dem die stromführenden Phasen ge ^¬ schaltet werden, vorgegeben wird. Das Schaltgerät wird also in einen Zustand mit geöffneten Kontakten in den Phasenleitern gebracht. In einem weiteren Schritt wird ein Spannungs ^¬ abfall über dem Halbleiterschaltelement und/oder dem elektro- mechanischen Schalter des Sanftstarters erfasst. Dabei wird auch erfasst, ob der Spannungsabfall gegenüber einem defekt ^¬ freien Zustand reduziert ist. Dies erfolgt durch ein Span ^¬ nungsmessmittel, das an der entsprechenden Phase angeschlos ^¬ sen ist. Dabei kann in der entsprechenden Phase ein defektes Halbleiterschaltelement und/oder ein defekter elektromechani- scher Schalter erkannt werden, wenn der mit dem Spannungsmessmittel erfasste reduzierte Spannungsabfall einen ein ^¬ stellbaren Schwellenwert unterschreitet. Der einstellbare Schwellenwert ist beispielsweise in einer Steuereinheit ge- speichert, mittels der das Diagnoseverfahren durchgeführt wird. Der Schwellenwert kann fest vorgegeben sein, durch einen Benutzer des Sanftstarters und/oder eine übergeordnete Steuereinheit eingestellt werden. Bei einem defekten Halb ^¬ leiterschaltelement und/oder defekten elektromechanischen Schalter ist die dort mit dem Spannungsmessmittel erfassbare Spannung erheblich reduziert, wobei der einstellbare Schwel ^¬ lenwert ein Maß dafür ist, mit welcher Empfindlichkeit dieser Rückgang gegenüber dem bestimmungsgemäßen Zustand zu erfassen ist .

Der Sanftstarter ist niederohmiger als das nachgeschaltete Schaltgerät. Würde man nun den Spannungsabfall über dem Halb ^¬ leiterschaltelement und/oder dem elektromechanischen Schalter des Sanftstarters ohne die sternpunktbildende Schaltung des Sanftstarters erfassen, so erhielte man einen Undefinierten Spannungswert, hervorgerufen durch parasitäre Widerstände etc. Dieser Undefinierte Spannungswert könnte nicht für eine sichere Diagnose des Sanftstarters verwendet werden. Durch die sternpunktbildende Schaltung wird also eine Diagnosefunk ^¬ tion auf defekte Halbleiterschaltelemente und/oder defekte elektromechanische Schalter des Sanftstarters gewährleistet. Das Diagnoseverfahren ist dabei für einen Sanftstarter ausgelegt, der über eine Mehrzahl an Phasen mit einer Stromversorgung und über ein Schaltgerät mit einem Elektromotor verbunden ist. Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch durch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt gelöst. Das Computer ^¬ programmprodukt ist zum Empfangen von Messdaten ausgebildet, die durch ein Spannungsmessmittel erzeugt und gesendet wer ^¬ den. Das Spannungsmessmittel ist dabei mit einem Halbleiter- schaltelement und/oder einem elektromechanischen Schalter verbunden und dazu ausgebildet, einen Spannungsabfall am Halbleiterschaltelement und/oder dem elektromechanischen Schalter zu erfassen. Der Sanftstarter ist dabei an mehrere Phasen angeschlossen und weist in jeder Phase ein Halbleiter- schaltelement und einen parallel geschalteten elektromechanischen Schalter auf. Das Computerprogrammprodukt ist auch dazu ausgelegt, Betätigungsbefehle, an diese Halbleiterschaltele ^¬ mente und/oder die elektromechanischen Schalter zu senden. Erfindungsgemäß werden die eingehenden Messdaten vom Compu- terprogrammprodukt verarbeitet und in die Durchführung eines Diagnoseverfahrens eingebracht. Das so durchgeführte Diagno ^¬ severfahren ist dabei gemäß mindestens einer der oben skizzierten Ausführungsformen des Diagnoseverfahrens ausgebildet. Das Computerprogrammprodukt ist dazu ausgelegt, in einer Steuereinheit eines Sanftstarters gemäß mindestens einer der oben beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt zu werden. Dabei kann das Computerprogrammprodukt monolithisch, also zu- sammenhängend, in einer internen Steuereinheit des Sanftstar ^¬ ters, wie beispielsweise einem MikroController, oder einer übergeordneten Steuereinheit durchgeführt werden. Alternativ kann das Computerprogrammprodukt auch funktionell geteilt sein und einzelne Schritte oder Funktionen des durchgeführten Diagnoseverfahrens auf die interne Steuereinheit und die übergeordnete Steuereinheit verteilt sein. Das erfindungsge ^¬ mäße Computerprogrammprodukt kann als Software oder als Firm ^¬ ware ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann das er ^¬ findungsgemäße Computerprogrammprodukt auch festverdrahtet in Hardware, beispielsweise einer Anwendungsspezifischen inte ^¬ grierten Schaltung, kurz: ASIC, verwirklicht sein (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit) .

Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt erlaubt bei ent- sprechend ausgebildeten Sanftstartern und/oder übergeordneten Steuereinheiten, über daran angebrachte gebräuchliche Mensch- Maschine-Interfaces, kurz: HMIs, eine einfache Einstellbar ^¬ keit des durchzuführenden Diagnoseverfahrens (HMI = Human Ma ^¬ chine Interface) . Dies umfasst auch zusätzliche Parameter, die die Interaktion des erfindungsgemäßen Verfahrens mit wei ^¬ teren Funktionen eines Automatisierungssystems charakteri ^¬ siert. Dies kann beispielsweise eine Auswahl einer Warnung sein, die nach dem Einleiten einer Gegenmaßnahme ausgegeben wird. Die Implementierung des Diagnoseverfahrens mittels ei- nes Computerprogrammprodukts erlaubt es auch, diese bei einem bestehenden Automatisierungssystem nachzurüsten .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einzelner Ausführungsformen beschrieben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungs- formen sind dabei untereinander kombinierbar. Es zeigt im Einzelnen : FIG 1 Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sanft

Starters ;

FIG 2 einen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens;

FIG 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Motoranordnung;

FIG 4 eine Ausführungsform einer weiteren erfindungsgemäßen Motoranordnung.

FIG 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungs ^¬ gemäßen Sanftstarters 10. Der Sanftstarter 10 ist mit einer Stromversorgung 11 verbunden und weist drei Phasen 12, 14, 16 auf. Jede der Phasen 12, 14, 16 weist an einem lastzugewand ^¬ ten Ende eine Anschlussklemme 13, 15, 17 auf. Der Begriff lastzugewandt und sein Gegenstück, nämlich netzzugewandt, be ^¬ ziehen sich dabei auf die jeweilige Seite des Sanftstarters 10, an dem eine nicht näher dargestellte Applikation, insbe ^¬ sondere ein Elektromotor 60, anschließbar ist, bzw. die Seite, an der der Sanftstarter 10 mit der Stromversorgung 11 verbunden ist. Die Lage einer lastzugewandten Seite wird in FIG 1 durch den Pfeil 46 dargestellt, die Lage einer netzzu- gewandten Seite durch den Pfeil 45.

In jeder der Phasen 12, 14, 16 ist ein Halbleiterschaltele ^¬ ment 21, 23, 25 angeordnet, das dazu ausgebildet ist, unter Zusammenwirkung mit jeweils einem elektromechanischen Schal- ter 22, 24, 26 den Stromfluss durch die jeweilige Phase 12, 14, 16 zu unterbrechen bzw. zu ermöglichen. Die Halbleiterschaltelemente 21, 23, 25 und die elektromechanischen Schal ^¬ ter 22, 24, 26 werden über eine Steuereinheit 50 angesteuert, die dazu ausgebildet ist, Betätigungsbefehle 55 an die Halb- leiterschaltelemente 21, 23, 25 und die elektromechanischen Schaler 22, 24, 26 zu senden. Die Steuereinheit 50 ist als interne Steuereinheit 52 ausgebildet, die baulich in den Sanftstarter 10 integriert ist. Die interne Steuereinheit 52 ist als Mikrocontroller ausgebildet, der dazu ausgebildet ist, ein Computerprogrammprodukt 70 zu speichern und auszu ^¬ führen . Auf einer lastzugewandten Seite der Halbleiterschaltelemente 21, 23, 25 und der elektromechanischen Schalter 22, 24, 26 ist eine sternpunktbildende Schaltung 40 angeordnet, die die Phasen 12, 14, 16 in einem künstlichen Sternpunkt 42 verbindet. In jeder der Leitungen 41 ist eine passive Komponente 43 angeordnet, die jeweils als Widerstand 44 ausgebildet ist. Dem Halbleiterschaltelement 21 und dem elektromechanischen Schalter 22 in einer ersten Phase 12 ist ein Spannungsmessmittel 36 zugeordnet, das zur Erfassung eines Spannungsab ^¬ falls 38 am Halbleiterschaltelement 21 und dem elektromecha- nischen Schalter 22 geeignet ist. Dazu ist das Spannungsmess ^¬ mittel 36 mit der Steuereinheit 50 verbunden. Das Spannungs ^¬ messmittel 36 erzeugt durch seine Messzugriffe 32 Messdaten 33, die an die Steuereinheit 50 weitergeleitet werden. Die Messdaten 33 dienen als Eingabe für das Computerprogrammpro- dukt 70, das in der Steuereinheit 50 ausgeführt wird.

Bei einem Defekt im Halbleiterschaltelement 21 und oder dem elektronischen Schalter 22 in der ersten Phase 12, der beispielsweise durch ein Durchlegieren oder ein Kontaktverschweißen hervorrufbar ist, entsteht ein reduzierter Span- nungsabfall 38 am Halbleiterschaltelement 21 und dem elektro ^¬ mechanischen Schalter 22 in der ersten Phase 12.

Beim Auftreten des Defekts im Halbleiterschaltelement 21 und/oder dem elektromechanischen Schalter 22 in der ersten Phase 12 ist der Spannungsabfall 38 am Halbleiterschaltele ^¬ ment 21 und dem elektromechanischen Schalter 22 in der ersten Phase 12 erheblich reduziert. Wenn dabei ein in der Steuereinheit 50 gespeicherter, nicht näher dargestellter Schwellenwert 53 unterschritten wird, wird dies als Vorliegen des zuvor erkannten Defekts in der ersten Phase 12 identifiziert. Bei einem Sanftstarter mit jeweils einem Spannungsmessmittel 36 in mehreren Phasen 12, 14, 16 ist folglich identifizierbar, in welcher der Phasen 12, 14 ,16 das defekte Halbleiter- schaltelement 21 und/oder der defekte elektromechanische Schalter 22 vorliegen. Ferner sind bei Erkennen eines Defekts durch das Computerprogrammprodukt 70 in der Steuereinheit 50 Gegenmaßnahmen einleitbar. Dazu gehört unter anderem das Un- terdrücken von Betätigungsbefehlen 55, die ein Schließen der Halbleiterschaltelemente 21, 23, 25 und/oder der elektrome- chanischen Schalter 22, 24, 26 vorgeben.

Die FIG 2 zeigt schematisch den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens 100 zur Erkennung eines defekten Halbleiterschaltelements 21, 23, 25 und/oder elektromechanischen Schalters 22, 24, 26 in einem nicht näher dargestellten Sanftstarter 10. Das Diagnoseverfahren 100 um- fasst einen ersten Verfahrensschritt 110, in dem durch eine Steuereinheit 50 ein Betätigungsbefehl 55 zum Öffnen der

Halbleiterschaltelemente 21, 23, 25 und der elektromechani ^¬ schen Schalter 22, 24, 26 ausgegeben wird. Hierdurch wird in den Phasen mit intakten Halbleiterschaltelementen 21, 23, 25 und intakten elektromechanischen Schaltern 22, 24, 26 der Stromfluss unterbrochen.

In einem zweiten Verfahrensschritt 120 erfolgt ein Erfassen eines Spannungsabfalls 38 über dem Halbleiterschaltelement 21 und dem elektromechanischen Schalter 22 in der ersten Phase 12. Die sternpunktbildende Schaltung 40 ist dabei auf einer lastzugewandten Seite der Hableiterschaltelemente 21, 23, 25 und der elektromechanischen Schalter 22, 24, 26 angebracht. Bei Vorliegen eines defekten Halbleiterschaltelements 21, 23, 25 und/oder eines defekten elektromechanischen Schalters 22, 24, 26 in der ersten Phase 12 liegt in dieser eine galvanische Verbindung 35 vor. Die galvanische Verbindung 35 ruft dabei über die sternpunktbildende Schaltung 40 einen Span ^¬ nungsabfall 38 am Halbleiterschaltelement 21 und dem elektro ^¬ mechanischen Schalter 22 in der ersten Phase 12 hervor. In Abhängigkeit vom Ergebnis der Erfassung des Spannungsabfalls 38 verzweigt sich der Ablauf des Diagnoseverfahrens 100. Dies ist in FIG 2 durch die Verzweigung 125 abgebildet. Wenn im zweiten Verfahrensschritt 120 ein Spannungsabfall 38 erfasst wird, wird anhand dessen erkannt, dass das Halbleiterschalt ^¬ element 21 und der elektromechanische Schalter 22 in der ers ^¬ ten Phase 12 intakt sind. Dies stellt einen Endzustand 200 des Diagnoseverfahrens 100 dar. Wenn kein Spannungsabfall 38 erfasst wird, folgt ein dritter Verfahrensschritt 130. Im dritten Verfahrensschritt 130 wird eine Warnung ausgegeben und so ein Benutzer oder eine übergeordnete Steuereinheit in ^¬ formiert. Insbesondere werden im dritten Schritt 130 Gegen ^¬ maßnahmen eingeleitet, die ein Wiedereinschalten des Sanft- Starters 10 vermeiden.

FIG 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Motoranordnung 80, die an eine mehrphasige Stromversorgung 11 angeschlossen ist. Die Motoranordnung 80 umfasst einen Elektromotor 60, der über eine erste, zweite und dritte Phase 12, 14, 16 mit Strom versorgt wird. Zwischen die Stromversorgung 11 und den Elektromotor 60 ist ein Sanftstarter 10 geschaltet, der über Anschlussklemmen 13, 15, 17 verfügt, an die der Elektromotor 60 angeschlossen ist. Der Sanftstarter 10 verfügt über eine nicht näher dargestellte sternpunktbildende Schaltung 40, wie beispielsweise in FIG 1 dargestellt. Der Sanftstarter 10 verfügt über eine Steuereinheit 50, die als eine interne Steuereinheit 52 ausgebildet ist. Die Steuereinheit 50 verfügt über einen Speicher und ein Rechenwerk und ist dazu ausgebildet, ein Computerprogrammpro ^¬ dukt 70 zu speichern. Das Computerprogrammprodukt 70 wird durch die Steuereinheit 50 ausgeführt und gewährleistet eine Diagnosefunktion für den Sanftstarter 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren 100. Der Sanftstarter 10 ist ferner mit einem Betriebsschalter 64 für das betriebsmäßige

Betätigen des Elektromotors 60 ausgebildet ist. Der Betriebs ^¬ schalter 64 ist dazu mit der Steuereinheit 50 gekoppelt.

Ebenso ist ein sicherheitsgerichteter Schalter 66 mit dem Sanftstarter 10 verbunden, mit dem der Elektromotor 60 schnell und zuverlässig in einen sicheren Zustand gebracht werden kann. Dazu ist der sicherheitsgerichtete Schalter 66 als Not-Aus ausgebildet. Die Motoranordnung 80 gemäß FIG 3 weist durch die Diagnosefunktion im Sanftstarter 10 ein SIL- Level von 1 auf. Das Anbringen eines zusätzlichen Schützes ist entbehrlich. Folglich wird mit der Motoranordnung 80 nach FIG 3 bei reduziertem Hardwareaufwand ein verbessertes Si ^¬ cherheitsniveau erreicht.

In FIG 4 ist schematisch der Aufbau einer Ausführungsform einer weiteren Motoranordnung 80 dargestellt, die mit einer mehrphasigen Stromversorgung 11 verbunden ist. Die Motoranordnung 80 umfasst auch einen Elektromotor 60. Der Elektromo- tor 60 wird über drei Phasen 12, 14, 16 mit Strom versorgt.

Ein Sanftstarter 10, wie beispielsweise in FIG 1 dargestellt, ist mit der Stromversorgung 11 verbunden. Dem Sanftstarter 10 ist wiederum ein als Schütz 65 ausgebildetes Schaltgerät 68 nachgeschaltet. Der Sanftstarter 10 ist mit einem Betriebs- Schalter 64 verbunden, über den das betriebsmäßige Betätigen des Elektromotors 60 erfolgt. Ferner ist der Sanftstarter 10 mit einem Sicherheitsschaltgerät 67 gekoppelt, das sowohl mit dem Sanftstarter 10 als auch dem Schaltgerät 68 jeweils über eine Kommunikationsverbindung 63 gekoppelt ist. Das Sicher- heitsschaltgerät 68 ist dazu ausgebildet, den Zustand des

Sanftstarters 10 durch Kommunikation mit der Steuereinheit 50 des Sanftstarters 10 zu erfassen und im Sinne einer überge ^¬ ordneten Steuereinheit 56 Befehle an die Steuereinheit 50 des Sanftstarters 10 zu senden. Ebenso ist das Sicherheitsschalt- gerät 68 mit dem Schaltgerät 68 derart gekoppelt, dass der Zustand des Schaltgeräts 68 erfassbar ist. Dazu verfügt das Schütz 65 über nicht näher dargestellte Meldekontakte. Das Sicherheitsschaltgerät 67 ist auch dazu ausgebildet, Befehle an das Schaltgerät 68 zu senden. Darüber hinaus ist das Si- cherheitsschaltgerät 68 mit einem sicherheitsgerichteten

Schalter 66 verbunden, der als Not-Aus ausgebildet ist. Durch den sicherheitsgerichteten Schalter 66 wird bei Bedarf, zum Beispiel in einem Notfall, schnell ein sicherer Zustand des Elektromotors 60 herbeigeführt.

Der Sanftstarter 10 verfügt über eine sternpunktbildende Schaltung 40, durch die in Verbindung mit der Steuereinheit 50, die als eine interne Steuereinheit 52 ausgebildet ist, Diagnoseverfahren 100 durchgeführt werden können, mit dem im Sanftstarter 10 defekte Komponenten, insbesondere defekte Halbleiterschaltelemente 21, 23, 25 und defekte elektromecha- nische Schalter 22, 24, 26, wie in FIG 1 dargestellt, selbst- tätig identifizierbar sind. Dies erfolgt mittels eines Diag ^¬ noseverfahrens 100, das über ein Computerprogrammprodukt 70 umgesetzt wird, das in der Steuereinheit 40 ausführbar ge ^¬ speichert ist. Durch die Kombination aus dem erfindungsgemäßen Sanftstarter 10 mit einem Schaltgerät 68, hier also dem Schütz 65, wird in der Motoranordnung 80 nach FIG 4 ein SIL-Level von 3 erzielt. Der Sanftstarter 10 und das Schaltgerät 68 sind dabei zuei ^¬ nander diversitär. Die Motoranordnung 80 erreicht insgesamt ein Sicherheit-Integritäts-Level, kurz SIL, von 3. Im Gegen ^¬ satz hierzu erfordern die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen mindestens zwei Schaltgeräte, insbesondere Schütze. Die erfindungsgemäße Motoranordnung bietet folglich ein hohes Maß an Sicherheit bei reduziertem Hardwareaufwand. Dadurch wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Motoranordnung vereinfacht, beschleunigt und kosteneffizienter gestaltet.