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Title:
SOFT STARTER, OPERATING METHOD, AND SWITCHING SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/024832
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a soft starter (10) for connecting at least one main circuit (12, 14, 16), each of which includes a bypass circuit (20) having a semiconductor switch (22). Said soft starter (10) comprises a control unit (40) for actuating the bypass circuit (20), and the control unit (40) is equipped with a control signal input (44). According to the invention, the control unit (40) has a separate safety signal input (42).

Inventors:
LEE-HOFF, Kyoung-Jin (Seminargasse 14, Amberg, 92224, DE)
SEITZ, Johann (Im Drillingsfeld 14, Amberg, 92224, DE)
AUFSCHNEIDER, Klaus (Aichazandt 19, Illschwang, 92278, DE)
HERTZ, Dirk (Am Riedholz 9, Fichtenhof, 92260, DE)
MEIER, Markus (Seuloher Weg 1, Rieden, 92286, DE)
ZITZLER, Stefan (Prissather Weg 17, Schwandorf, 92421, DE)
Application Number:
EP2017/069678
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
August 03, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02P1/22; H02H9/00; H02P1/28; H02P3/18; G05B9/02; H01H47/00; H02H7/08; H02M1/32
Foreign References:
US20150171625A12015-06-18
US4996469A1991-02-26
DE10200091A12003-07-24
DE102008062851B32010-04-08
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Sanftstarter (10) zum Schalten mindestens einer Hauptstrombahn (12, 14, 16), die jeweils eine Bypass-Schaltung (20) mit einem Halbleiterschalter (22) umfasst, wobei der

Sanftstarter (10) eine Steuereinheit (40) zur Betätigung der Bypass-Schaltung (20) aufweist und die Steuereinheit (40) ei¬ nen Steuersignaleingang (44) zum Empfang von Betriebssteuersignalen (54) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) einen se¬ paraten Sicherheitssignaleingang (42) zum Empfang von Sicherheitssignalen (52) aufweist.

2. Sanftstarter (10) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) zu einer Prüfung eines Sicherheitssignals (52) vom Sicherheitssignal¬ eingang (42) und eines Betriebssteuersignals (54) vom Steuer¬ signaleingang (44) ausgebildet ist. 3. Sanftstarter (10) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) je Haupt¬ strombahn (12, 14, 16) mindestens einen Messsignaleingang (41) aufweist, der zur Kopplung mit je einem Messmittel (27) zur Erfassung mindestens einer Betriebsgröße der Bypass- Schaltung (20) ausgebildet ist.

4. Sanftstarter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) mit einer Rückmeldeeinheit (50) verbunden ist, die zur Ausgabe eines Rückmeldesignals (56) ausgebildet ist, das mit einem vorlie¬ genden Schaltzustand der Bypass-Schaltung (20) korrespondiert .

5. Sanftstarter (10) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldeeinheit (50) ein

Relais mit zwangsgekoppelten Schaltkontakten umfasst, das an zwei Strombahnen (57) angeschlossen ist, wobei mindestens ei- ne der Strombahnen (57) mit der Steuereinheit (40) zur Übertragung eines Spiegelsignals (58) elektrisch verbunden ist.

6. Sanftstarter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Haupt¬ strombahn (12, 14, 16) ein Zusatz-Halbleiterschalter (23) in Reihe mit der jeweiligen Bypass-Schaltung (20) angeordnet ist, oder in der mindestens einen Strombahn ein zusätzlicher elektromechanischer Schalter (29) in Reihe mit der jeweiligen Bypass-Schaltung (20) angeordnet ist.

7. Sanftstarter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) mit einem Auswerteschaltgerät verbunden ist.

8. Betriebsverfahren (100) für einen Elektromotor (18) mittels eines Sanftstarters (10), der eine Steuereinheit (40) aufweist und der mit mindestens einer Strombahn (12, 14, 16) verbunden ist, die eine Bypass-Schaltung (20) mit einem Halb- leiterschalter (22) aufweist, umfassend die Schritte:

a) Dauerbetrieb des Elektromotors (18);

b) Empfangen eines Betriebssteuersignals (54) über einen

Steuersignaleingang (44) der Steuereinheit (40);

c) Empfangen eines Sicherheitssignals (52) über einen separa- ten Sicherheitseingang (44) der Steuereinheit (40);

c) Prüfen des Betriebssteuersignals (54) und des Sicherheits¬ signals ( 52 ) ;

d) Ausgeben eines Deaktivierungsbefehls an die Bypass-Schal¬ tung (20), wenn im Schritt c) erkannt wird, dass das

Sicherheitssignal (52) und/oder das Betriebssteuersignal

(52) einen Betriebsstopp befiehlt.

9. Betriebsverfahren (100) nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt e) ein Aktivierungsbefehl an die Bypass-Schaltung (20) ausgegeben wird, wenn als Sicherheitssignal (52) ein Einschaltbefehl empfangen wird und ein Übergang (73) des Betriebssteuersig- nals (54) von einem Ausschaltbefehl auf einen Einschaltbefehl erfasst wird.

10. Betriebsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitssignal (52) und/oder ein Betriebssteuersignal (54) mit mindestens einer Betriebsgröße der Bypass-Schaltung (20) abgeglichen wird, und ein Deaktivierungsbefehl ausgegeben wird, wenn eine Diskre- panz zwischen der mindestens einen Betriebsgröße und dem

Sicherheitssignal (52) und/oder dem Betriebssteuersignal (54) erkannt wird.

11. Betriebsverfahren (100) nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass aus der mindestens einen Be¬ triebsgröße der Bypass-Schaltung (20) in einer Rückmeldeeinheit (50) ein Rückmeldesignal ermittelt wird.

12. Betriebsverfahren (100) nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rückmeldeeinheit (50) ein mit dem Rückmeldesignal (56) korrespondierendes Spiegel¬ signal (58) erzeugt wird, das an die Steuereinheit (40) aus¬ gegeben wird. 13. Schaltsystem (70) zum Schalten mindestens einer Hauptstrombahn (12, 14, 16), die mit einem Elektromotor (18) verbunden ist, das Schaltsystem (70) umfassend ein Sicherheits¬ schaltgerät (30), ein elektromechanisches Schaltgerät (32) und einen Sanftstarter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

14. Schaltsystem (70) nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Befehlsausgang (34, 36) des Sicherheitsschaltgeräts (30) mit einem Betriebssteuermittel (46) und einem Sicherheitssignaleingang (42) der Steuerein- heit (40) des Sanftstarters (10) verbunden ist.

15. Programm (80) zur Speicherung und Durchführung in einer Steuereinheit (40) mit einem Speicher (82) und einem Rechenwerk (84),

dadurch gekennzeichnet, dass das Programm (80) dazu ausgebil- det ist, mindestens eines der Betriebsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 in einem Sanftstarter (10) durchzuführen .

Description:
Beschreibung

Sanftstarter, Betriebsverfahren und Schaltsystem Die Erfindung betrifft einen Sanftstarter und ein zugehöriges Betriebsverfahren zum Betreiben eines Elektromotors. Die Erfindung betrifft auch eine Firmware, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in einem geeigne ¬ ten Sanftstarter umzusetzen. Die Erfindung betrifft ferner ein Schaltsystem, das auf einem entsprechenden Sanftstarter basiert .

Das Handbuch „Sanftstarter 3RW44 - Gerätehandbuch Ausgabe 10/2010" mit der Bestellbezeichnung GWA 4NEB 535 2195- 01 DS 06 der Siemens AG offenbart einen Sanftstarter zum Be ¬ trieb eines Elektromotors. Der Sanftstarter weist in jeder Hauptstrombahn eine Bypass-Schaltung aus einem elektromecha- nischen Schalter und einem parallelen Halbleiterschalter auf, die über eine Steuereinheit betätigbar sind. Derartige Sanft- Starter sind mit Schützen kombinierbar, um so einen sicheren Betrieb des Elektromotors zu gewährleisten. Eine Kombination des Sanftstarters mit einem Schütz bildet ein Schaltsystem und ist geeignet, ein Sicherheitsintegritätslevel SIL2 be ¬ reitzustellen. In einer Kombination des Sanftstarters mit zwei Schützen wird das Sicherheitsintegritätslevel SIL3 er ¬ reicht .

In der Automatisierungstechnik besteht Bedarf an Schaltsystemen, die ein hohes Maß an Sicherheit und Kompaktheit bieten. Ferner wird eine reduzierte Komponenten- und Bauteilanzahl angestrebt, um so ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit zu ge ¬ währleisten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sanftstarter und ein entsprechendes Schaltsystem bereitzustellen, die die bekannten Sanftstarter und Schaltsysteme in den oben dargestellten Aspekten verbessern.

Die Aufgabenstellung wird durch einen Sanftstarter gelöst, der an mindestens einer Hauptstrombahn angeschlossen ist, über die ein Elektromotor mit Strom versorgt wird. Der Sanftstarter ist dazu ausgebildet, die Stromversorgung zu unterbrechen und zu schließen, um so einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektromotors zu erlauben. In der oder den Haupt- strombahnen ist jeweils eine Bypass-Schaltung angeordnet, die einen Halbleiterschalter umfasst. Parallel zum Halbleiterschalter ist ein elektromagnetischer Schalter, beispielsweise ein Relais, anbringbar, das im geschlossenen Zustand einen nahezu verschleißfreien Dauerbetrieb des Elektromotors er- laubt. Der Halbleiterschalter ist beispielsweise als antipa ¬ rallel angeordnete Thyristoren ausgebildet, die dazu geeignet sind, ein lichtbogenfreies Schalten zu ermöglichen und eine Phasenanschnittsteuerung oder Phasenabschnittsteuerung zu verwirklichen. Über die Phasenanschnittsteuerung oder die Phasenabschnittsteuerung kann beispielsweise eine kontrol ¬ lierte Auslauffunktion des Elektromotors bereitgestellt wer ¬ den. Zum Betrieb der mindestens einen Bypass-Schaltung ist der Sanftstarter mit einer Steuereinheit versehen, die dazu ausgebildet ist, Betätigungsbefehle und/oder Zündbefehle an den elektromechanischen Schalter und den Halbleiterschalter auszugeben. Darüber hinaus ist die Steuereinheit mit einem Steuersignaleingang ausgestattet, über den ein Betriebssteuersignal empfangbar ist. Ein Betriebssteuersignal ist dabei ein Steuersignal, das von einem Benutzer oder einer überge- ordneten Steuerinstanz, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (= SPS) , erzeugt wird, um einen gewünschten Betrieb des Elektromotors einzuleiten oder durchzuführen. Erfindungsgemäß weist die Steuereinheit auch einen separaten Sicherheitssignaleingang auf, über den Sicherheitssignale empfangbar sind. Die Sicherheitssignale können dabei von ei ¬ ner sicherheitsgerichteten Schaltung bzw. Steuerung stammen, beispielsweise von einem sicherheitsgerichteten Meldegerät wie einem Not-Aus- oder Not-Halt-Schalter, einem Positionsschalter, einer Schutztür, einer Lichtschranke, einem Licht- gitter oder einem Lichtvorhang.

Sicherheitsgerichtet ist ein System dann, wenn es bei Auftre ¬ ten eines Ausfalls, d.h. einer Beendigung der Fähigkeit des Systems, eine geforderte Funktion zu erfüllen, in einen defi ¬ nierten sicheren Systemzustand übergeht. Sicherheitsgerichtet wird auch als „fail safe" (= ausfallsicher) bezeichnet. Der Sicherheitssignaleingang zum Empfang von Sicherheitssignalen gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein sicherheitsge- richteter Eingang der Steuereinheit. Die Steuereinheit führt interne Tests aus, um Fehler an dem Sicherheitssignaleingang zu erkennen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein am Sicherheitssignaleingang ankommendes Sicherheitssignal, wel ¬ ches das Vorliegen einer Gefahrensituation abbildet, korrekt von der Steuereinheit empfangen wird. Dazu kann die Steuereinheit Testmuster, z.B. sogenannte Bitmustertests wie Hell- und/oder Dunkel-Tests, auf den Sicherheitssignaleingang auf- schalten und über Ausgänge zurücklesen. Die so erhaltenen

Werte werden mit einem Sollwert verglichen, wodurch es möglich ist, Fehler am Sicherheitssignaleingang zu erkennen.

Steuersignaleingänge zum Empfang von Betriebssteuersignalen können zwar in gewissem Rahmen auch Fehlererkennungs- und

Fehlervermeidungsmaßnahmen unterliegen, diese sind jedoch in aller Regel nicht ausreichend, um das sichere Abschalten der Anlage unter allen Umständen zu gewährleisten. In Abgrenzung von einem „einfachen" Steuersignaleingang zum Empfang von Be- triebssteuersignalen bezieht sich der Begriff „Sicherheitssignaleingang zum Empfang von Sicherheitssignalen" der vorliegenden Erfindung auf einen Signaleingang mit einer Sicherheitsfunktion, der zumindest die Kategorie 2 der ISO 13849-1 oder vergleichbare Sicherheitsanforderungen erfüllt.

Der erfindungsgemäße Sanftstarter ist folglich dazu geeignet, mit dem Betriebssteuersignal, das einen Benutzerwillen abbil ¬ det, und dem Sicherheitssignal, das das Vorliegen einer Ge ¬ fahrensituation abbildet, zwei betriebsrelevante Informatio- nen separat zu berücksichtigen. Der erfindungsgemäße Sanft ¬ starter weist ein hohes Maß an Sicherheit auf und erreicht in unmittelbarer Verbindung mit dem Elektromotor das Sicher- heitsintegritätslevel SIL 2 gemäß der Norm IEC 61508. Eine bisher notwendige Kombination eines Sanftstarters mit einem zusätzlichen Schütz zur Erreichung von SIL 2 ist damit entbehrlich. Der erfindungsgemäße Sanftstarter erreicht somit bei verringerter Komponenten- und Bauteilanzahl ein zumindest gleichbleibendes Maß an Sicherheit.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sanftstarters wird der Sicherheitssignaleingang einem Hell- und/oder einem Dunkel-Test unterzogen. Dabei können Testmus- ter, z.B. sogenannte Bitmustertests, auf den Sicherheitssig ¬ naleingang aufgeschaltet und über Ausgänge zurückgelesen werden. Die so erhaltenen Werte werden mit einem Sollwert verglichen, wodurch es möglich ist, Fehler zu erkennen. Die Ausführung eines solchen Sicherheitssignaleingangs ist dabei ab- hängig vom gewünschten Sicherheitslevel der Baugruppe.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sanftstarters werden die Sicherheitssignale, die den Sicher ¬ heitssignaleingang erreichen, von einem Signalausgang gesen- det, der einem Hell- und/oder einem Dunkel-Test unterzogen wird. Dabei ist es möglich, dass der Sicherheitssignaleingang Sicherheitssignale von einem fehlersicheren Ausgangssmodul , insbesondere einem digitalen Ausgangssmodul, empfängt. Solche fehlersicheren Ausgangsschaltungen werden beispielsweise als fehlersichere Peripheriebaugruppen in der industriellen Automatisierungstechnik, insbesondere der Prozessautomatisierung, eingesetzt. Bei solchen fehlersicheren Peripheriebaugruppen dürfen Prozesswerte nur dann ausgegeben werden, wenn der Ausgang fehlerfrei ist. Zu diesem Zweck werden üblicherweise die Ausgänge getestet. Dabei werden Testmuster, z.B. sogenannte Bitmustertests, aufgeschaltet und über Eingänge zurückgele ¬ sen. Die so erhaltenen Werte werden mit einem Sollwert verglichen, wodurch es möglich ist, Fehler zu erkennen. Die Ausführung eines solchen Ausgangs ist dabei abhängig vom ge- wünschten Sicherheitslevel der Baugruppe.

Vorzugsweise unterscheidet sich ein Sicherheitssignal von ei ¬ nem „normalen" Betriebssteuersignal dadurch, dass das Sicher- heitssignal von einer sicherheitsgerichteten Schaltung bzw. Steuerung gesendet wird. Eine sicherheitsgerichtete Schaltung bzw. Steuerung ist durch Maßnahmen wie redundante Signalverarbeitungskanäle, regelmäßige Selbsttests und dergleichen ei- genfehlersicher aufgebaut.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sanftstarters ist der zum Empfang von Sicherheitssignalen vorgesehene Sicherheitssignaleingang ein fehlersicheres Ein- gangsmodul, insbesondere ein digitales Eingangsmodul. Ein

Beispiel für einen solchen Sicherheitssignaleingang ist ein fehlersicheres digitales Eingangsmodul F-DI (= Failsafe Digi ¬ tal Input) des Steuerungssystems SIMATIC der Siemens AG. Das digitale Eingangsmodul F-DI empfängt z.B. Sicherheitssignale von einer digitalen Ausgangsschaltung, einem fehlersicheren digitalen Ausgangsmodul F-DO (= Failsafe Digital Output) des Steuerungssystems SIMATIC der Siemens AG. Dabei führt das F- DO Ausgangsmodul zu definierten Zeitpunkten, z.B. alle 15 Minuten, einen Bitmustertest durch. Dabei legt die Baugruppe mehrere Bitmuster an ihre Ausgänge, um Fehler, z.B. einen

Kurzschluss, Masseschluss oder einen Erdschluss zu erkennen. Der Bitmustertest kann einen Dunkel- und/oder einen Helltest umfassen. Parallel dazu führt das F-DI Eingangsmodul zu defi ¬ nierten Zeitpunkten, z.B. alle 15 Minuten, einen Bitmuster- test durch. Dabei legt die Baugruppe mehrere Bitmuster an ih ¬ re Eingänge, um Fehler, z.B. einen Kurzschluss, Masseschluss oder einen Erdschluss zu erkennen. Der Bitmustertest kann ei ¬ nen Dunkel- und/oder einen Helltest umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sanftstarters ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, das Sicherheitssignal vom Sicherheitssignaleingang und das Betriebssteuersignal vom Steuersignaleingang zu erfassen und zu prüfen. Das Sicherheitssignal und das Betriebssteuersignal können jeweils nur zwei Zustände einnehmen. In einem der Zustände wird ein Betrieb des angeschlossenen Elektromotors be ¬ fohlen und im anderen Zustand wird ein Betriebsstopp des Elektromotors befohlen. Die Steuereinheit ist dazu geeignet, den Inhalt des Sicherheitssignals und des Betriebssteuersig ¬ nals zu erkennen. Wird erkannt, dass das Sicherheitssignal und/oder das Betriebssteuersignal einen Betriebsstopp des Elektromotors befehlen, ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, darauf mit einem Unterbrechen der mindestens einen Haupt ¬ strombahn zu reagieren. Das Unterbrechen wird durch Ausgeben eines entsprechenden Deaktivierungsbefehls durchgeführt. Bei ¬ spielsweise wird durch ein Unterbrechen der Hauptstrombahn ein Stopp des Elektromotors vom Typ „Safe Torque off", kurz STO, erreicht. Alternativ wird durch den Deaktivierungsbefehl eine Auslaufsequenz eingeleitet. Die Erfassung des Sicher ¬ heitssignals und des Betriebssteuersignals integriert in ein ¬ facher Weise eine sicherheitsgerichtete Funktion in den er ¬ findungsgemäßen Sanftstarter. Dieser Aufbau erlaubt ein hohes Maß an Modularität, so dass der Sanftstarter ohne Weiteres als Austauschteil bei einer Nachrüstung eines bestehenden Schaltsystems eingesetzt werden kann.

Des Weiteren kann die Steuereinheit im erfindungsgemäßen Sanftstarter je vorhandener Hauptstrombahn mindestens einen

Messsignaleingang aufweisen, über den Signale von einem Messmittel zur Steuereinheit transportiert werden. Das Messmittel ist dabei an einer Komponente der Bypass-Schaltung angeordnet und liefert mindestens eine Betriebsgröße der Bypass-Schal- tung. Eine Betriebsgröße der Bypass-Schaltung kann beispiels ¬ weise ein Stromfluss in einer der Hauptstrombahnen sein, eine Spannung, die im geöffneten Zustand an der Bypass-Schaltung anliegt, ein Ansteuersignal des Halbleiterschalters, insbe ¬ sondere eines Zündbefehls, und/oder ein Aktivitätssignal ei- nes Antriebs des elektromechanischen Schalters. Über ein derartiges Messmittel ist eine unmittelbare Erfassung des Be ¬ triebszustands der Bypass-Schaltung möglich. Dies gewährleis ¬ tet eine Überwachung daraufhin, ob der von der Steuereinheit vorgegebene Betriebszustand auch erreicht wird, und gegebe- nenfalls eine Fehlerdiagnose. Insgesamt wird hierdurch der mögliche Funktionsumfang des erfindungsgemäßen Sanftstarters vergrößert . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit mit einer Rückmeldeeinheit verbunden, die dazu aus ¬ gebildet ist, an Komponenten außerhalb des Sanftstarters ein Rückmeldesignal auszugeben. Das Rückmeldesignal ist dabei vorzugsweise binär und korrespondiert mit dem Schaltzustand, der in der jeweiligen Bypass-Schaltung vorliegt. Die Steuereinheit ist dazu geeignet, aus den vorliegenden Signalen, al ¬ so dem Betriebssteuersignal, dem Sicherheitssignal, mindes ¬ tens einer Betriebsgröße und/oder einer Kombination von Be- triebsgrößen den Betriebszustand des Halbleiterschalters zu ermitteln und als binäres Signal an die Rückmeldeeinheit aus ¬ zugeben. Beispielsweise zeigt ein vorhandener Strom in einer Hauptstrombahn einen geschlossenen Zustand der Bypass-Schaltung an. Eine vorhandene Spannung über der Bypass-Schaltung wiederum zeigt einen offenen Zustand der Bypass-Schaltung an. Darüber hinaus zeigt ein Aktivitätssignal des Antriebs des elektromagnetischen Schalters einen gewünschten Dauerbetrieb der Bypass-Schaltung an. Ein solches Aktivitätssignal ist beispielsweise die Stromversorgung einer Spule. Ein vorhande- nes Ansteuersignal des Halbleiterschalters, beispielsweise eines Zündbefehls an einen Thyristor, zeigt einen gewünschten Phasenanschnittsbetrieb der Bypass-Schaltung an. Eine Kombi ¬ nation von mehreren dieser Betriebsgrößen erlaubt es, mit hoher Sicherheit den Betriebszustand der jeweiligen Bypass- Schaltung festzustellen. Ein entsprechendes Rückmeldesignal bildet damit in abstrakter Form die Funktion eines zwangsge ¬ führten Meldekontakts in einen Schütz ab und weist den glei ¬ chen Funktionsumfang wie ein solcher auf. Dazu gehört auch das Melden von Fehlern, die durch zyklische Tests erkannt werden. Dadurch ist der erfindungsgemäße Sanftstarter ohne Weiteres in vorhandene Schaltsysteme integrierbar und ohne Modifikationen mit einer übergeordneten Steuerinstanz, wie einer speicherprogrammierbaren Steuerung, koppelbar. Der Sanftstarter bietet bei reduziertem Hardwareaufwand ein brei- tes Funktionsspektrum und ist dabei kompakt und wirtschaft ¬ lich herstellbar. Besonders bevorzugt ist die Rückmeldeeinheit als Relais aus ¬ gebildet, das zwangsgekoppelte Schaltkontakte aufweist und an zwei Strombahnen angeschlossen ist. In Abhängigkeit vom Zustand, der durch das Rückmeldesignal gemeldet ist, entsteht damit ein korrespondierendes Signal in den zwei angeschlosse ¬ nen Strombahnen. Dabei ist mindestens eine der Strombahnen des Relais mit der Steuereinheit verbunden. Folglich wird im Relais ein zum Rückmeldesignal korrespondierendes Spiegelsig ¬ nal erzeugt, das an die Steuereinheit zurückgeführt wird. Die Steuereinheit ist dazu geeignet, das Spiegelsignal auf Kon ¬ sistenz bzw. Diskrepanz mit dem selbst ermittelten Betriebszustand zu überprüfen. Infolge dessen ist die Steuereinheit dazu in der Lage, den an außerhalb liegende Komponenten ge ¬ meldeten Betriebszustand der mindestens einen Bypass-Schal- tung des Sanftstarters auf Richtigkeit zu prüfen. Hierdurch können in einem Schaltsystem, in den der erfindungsgemäße Sanftstarter eingesetzt wird, Betätigungsfehler durch eine übergeordnete Steuerinstanz oder einen Benutzer vermieden werden. Insgesamt wird das erzielbare Maß an Sicherheit durch den erfindungsgemäßen Sanftstarter weiter gesteigert.

In einer bevorzugten Ausführungsform des beanspruchten Sanftstarters ist in der mindestens einen Hauptstrombahn ein Zusatz-Halbleiterschalter in Reihe mit der jeweiligen Bypass- Schaltung angeordnet. Alternativ oder ergänzend kann in der mindestens einen Hauptstrombahn auch ein zusätzlicher elekt- romechanischer Schalter in Reihe mit der jeweiligen Bypass- Schaltung angeordnet sein. Dabei wird eine Hardware-Redundanz erzeugt, die dem erfindungsgemäßen Sanftstarter ein weiter erhöhtes Maß an Ausfallsicherheit verleiht. Beispielsweise kann dadurch ein Versagen des Halbleiterschalters oder des elektromechanischen Schalters in der Bypass-Schaltung kompensiert werden. Der beanspruchte Sanftstarter ist kompakt in seinem Aufbau und bietet deshalb ausreichend Bauraum für zu- sätzliche Hardware-Komponenten, wie elektromechanische Schal ¬ ter und Halbleiterschalter, so dass bei gleichbleibendem Platzbedarf ein noch höheres Maß an Sicherheit verwirklicht werden kann. Zusätzlich kann der Sanftstarter auch mit einem integrierten Auswerteschaltgerät ausgestattet sein. Die erfindungsgemäße Lösung ist derart bauraumsparend, dass die Integration eines Auswerteschaltgeräts ohne Weiteres möglich ist.

Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch durch ein Betriebsverfahren für einen Elektromotor gelöst, der mittels eines Sanftstarters angesteuert wird. Der Sanftstarter weist eine Steuereinheit auf, mit der eine Bypass-Schaltung betä- tigbar ist, die in mindestens einer Hauptstrombahn angeordnet ist. Die mindestens eine Hauptstrombahn versorgt den Elektro ¬ motor dabei mit Energie. Die Bypass-Schaltung weist einen Halbleiterschalter auf, zu dem parallel ein elektromechani- scher Schalter angeordnet sein kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf einen sicheren Betrieb des Elektromotors über den Sanftstarter ausgelegt und umfasst einen ersten Verfahrensschritt, in dem ein Dauerbetrieb des Elektromotors vorliegt. Bei einem Sanftstarter mit elektromechanischen Schalter in der Bypass-Schaltung ist der elektromechanische Schalter im Dauerbetrieb in der mindestens einen Hauptstrombahn geschlossen und der parallele Halbleiterschalter offen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird über einen Steuersignaleingang der Steuereinheit ein Betriebssteuersignal emp ¬ fangen, das entweder einen Betrieb oder einen Stopp des Elek- tromotors vorgibt. In einem weiteren Verfahrensschritt, der sequenziell oder parallel zum Empfangen des Betriebssteuersignals abläuft, wird ein Sicherheitssignal über einen sepa ¬ raten Sicherheitssignaleingang der Steuereinheit empfangen. Auch das Sicherheitssignal ist dazu ausgebildet, entweder ei- nen Betrieb des Elektromotors oder einen Betriebsstopp des Elektromotors vorzugeben. Das Sicherheitssignal wird dabei von einem sicherheitsgerichteten Meldegerät, wie beispielsweise einem Not-Aus-Schalter, einer Lichtschranke, einem Sicherheitsschaltgerät oder einer F-SPS erzeugt (F-SPS = feh- lersichere SPS) .

In einem weiteren Verfahrensschritt werden das Betriebssteu ¬ ersignal und das Sicherheitssignal erfasst und geprüft. Der Dauerbetrieb des Elektromotors wird aufrechterhalten, solange das Betriebssteuersignal und das Sicherheitssignal gleichzei ¬ tig einen Befehl des Elektromotors befehlen. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird ein Deaktivierungsbefehl an die Bypass-Steuerung ausgegeben, wenn durch das Sicherheitssignal und/oder das Betriebssteuersignal ein Betriebs ¬ stopp befohlen wird. Der Deaktivierungsfehl kann dabei einen Befehl zur Abschaltung des elektromechanischen Schalters und/oder eine entsprechende Sequenz von Befehlen an den Halb- leiterschalter umfassen. Ergänzend oder alternativ kann der Deaktivierungsbefehl an die Bypass-Schaltung auch ein Unterbinden von Zündbefehlen an den Halbleiterschalter umfassen oder eine kontrollierte Auslaufsequenz befehlen. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird damit neben dem Betriebssteuersignal auch gleichzeitig ein Sicherheitssignal zur Ver ¬ fügung gestellt und unmittelbar in dessen Steuereinheit aus ¬ gewertet. Es wird eine hohe funktionelle Integration erzielt und das Sicherheitsintegritätslevel SIL 2 gemäß IEC 61508 er- reicht. Auf ein zusätzliches Schütz kann zur Erreichung dem Sicherheitsintegritätslevel SIL 2 verzichtet werden. Das be ¬ anspruchte Betriebsverfahren ist einfach und wirtschaftlich in Sanftstartern umsetzbar. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird in einem anschließenden Verfahrens ¬ schritt ein Aktivierungsbefehl an die Bypass-Schaltung ausgegeben, so dass der Elektromotor wieder in Betrieb genommen wird. Der Aktivierungsbefehl wird von der Steuereinheit aus- gegeben, wenn als Sicherheitssignal und als Betriebssteuer ¬ signal jeweils gleichzeitig ein Betriebsbefehl des Elektromo ¬ tors empfangen wird. Vorzugsweise wird der Aktivierungsbefehl von der Steuereinheit ausgegeben, wenn ein Übergang des Betriebssteuersignals von einem Stopp-Befehl auf einen Be- triebsbefehl erkannt wird. Hierdurch wird verhindert, dass beispielsweise der Elektromotor über einen Not-Aus-Schalter oder eine Lichtschranke deaktiviert wird, und dann nach einem Zurücksetzen des Not-Aus-Schalters oder der Lichtschranke ein unkontrollierter Wiederanlauf erfolgt. Das Umschalten des Be ¬ triebssteuersignals von einem Stopp-Befehl auf einen Be ¬ triebsbefehl stellt einen vom Benutzer oder der übergeordneten Steuerinstanz durchgeführten gezielten Steuereingriff dar, so dass auch hierdurch ein hohes Maß an Sicherheit ge ¬ währleistet ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist die mindestens eine Be ¬ triebsgröße ein Stromfluss in einer der Hauptstrombahnen, eine Spannung über der Bypass-Schaltung, ein Ansteuersignal des Halbleiterschalters, ein Aktivitätssignals eines Antriebs des elektromechanischen Schalters und/oder ein Zündsignal an den Halbleiterschalter .

Darüber hinaus kann im erfindungsgemäßen Betriebsverfahren auf Basis der mindestens einen Betriebsgröße oder einer Kom ¬ bination von Betriebsgrößen der Bypass-Schaltung ein Rückmeldesignal ermittelt werden, das den Betriebszustand der By ¬ pass-Schaltung darstellt. Das Rückmeldesignal wird über eine Rückmeldeeinheit an Komponenten außerhalb des Sanftstarters weitergeleitet. Ferner kann in der Rückmeldeeinheit ein Spie ¬ gelsignal erzeugt werden, das mit dem Rückmeldesignal korres ¬ pondiert. Das Spiegelsignal wird an die Steuereinheit zurück ¬ geführt, so dass der nach außen gemeldete Zustand der mindes ¬ tens einen Bypass-Schaltung überwachbar ist. Hierdurch wird das erzielte Maß an Sicherheit weiter gesteigert.

Die zugrunde liegende Aufgabenstellung wird gleichermaßen von einem Schaltsystem gelöst, das dazu ausgebildet ist, mindes ¬ tens eine Hauptstrombahn zu schalten, über die ein Elektromotor mit Energie versorgt wird. Das Schaltsystem umfasst ein Sicherheitsschaltgerät, das mit einem elektromechanischen Schaltgerät, beispielsweise einem Schütz, zusammenwirkt. Das elektromechanische Schaltgerät ist dabei an die mindestens eine Hauptstrombahn angeschlossen und in Reihe geschaltet mit einem Sanftstarter gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Durch das elektromechanische Schaltgerät wird im erfindungsgemäßen Schaltsystem eine Hardware-Fehlertoleranz von 1 erreicht, so dass ein Sicherheitsintegritätslevel SIL 3 gewährleistet ist. Ein zweites elektromechanisches Schaltge ¬ rät, wie bisher im Stand der Technik für SIL 3 erforderlich, ist im erfindungsgemäßen Schaltsystem entbehrlich. Hierdurch bietet das beanspruchte Schaltsystem ein erhöhtes Maß an Si ¬ cherheit bei reduzierter Bauteilanzahl und verringertem Bauraumbedarf. Die Einfachheit und Kompaktheit des erfindungsge ¬ mäßen Schaltsystems erlauben eine einfache und wirtschaftli- che Herstellung. Darüber hinaus kann ein Befehlsausgang des Sicherheitsschaltgerätes mit einem Betriebssteuermittel ver ¬ bunden sein, mit dem das Betriebssteuersignal erzeugt wird. Ein Aktivierungs- oder Deaktivierungsbefehl vom Sicherheitsschaltgerät erreicht den erfindungsgemäßen Sanftstarter damit über das Betriebssteuermittel am Steuersignaleingang. Glei ¬ chermaßen ist der Befehlsausgang des Sicherheitsschaltgerätes unmittelbar mit dem Sicherheitseingang des Sanftstarters verbunden. Zusätzlich kann ein zweiter Befehlsausgang des Sicherheitsschaltgerätes unmittelbar mit dem elektromechani- sehen Schaltgerät verbunden sein. Hierdurch wird eine redundante Schaltung der mindestens einen Hauptstrombahn erzielt. Die so erzielte Redundanz und Diversität gewährleistet dabei das Sicherheitsintegritätslevel SIL 3. Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch durch ein

Programm gelöst, das zur Speicherung und Durchführung in einer Steuereinheit mit einem Speicher und einem Rechenwerk ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das Programm dazu ausge ¬ bildet, das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in mindestens einer der oben skizzierten Ausführungsformen an einem Sanftstarter durchzuführen. Die erfindungsgemäße Lösung wird im Wesentlichen durch eine Programmierung umgesetzt, so dass eine funktionelle Erweiterung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens nur minimalen Hardware-Beschränkungen unterworfen ist. Infolge dessen ist die erfindungsgemäße Lösung vielsei ¬ tig und erweiterbar. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von einzelnen Ausführungsformen in den Figuren näher erläutert. Merkmale einzelner Ausführungsformen können im Rahmen des fachlichen Hintergrundwissens ohne Weiteres miteinander kombiniert werden. Es zeigt im Einzelnen

FIG 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Schaltsystems mit einem Sanftstarter;

FIG 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Schaltsystems mit einem Sanftstarter und einem elekt- romechanischen Schaltgerät;

FIG 3 ein Zeit-Größen-Diagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens;

FIG 4 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens .

FIG 5 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Schaltsystems mit einem Sanftstarter.

In FIG 1 ist eine erste Ausführungsform eines Schaltsystems 70 mit einem erfindungsgemäßen Sanftstarter 10 dargestellt. Der Sanftstarter 10 ist an drei Hauptstrombahnen 12, 14, 16 einer dreiphasigen Stromversorgung eines Elektromotors 18 angeschlossen. Im Sanftstarter 10 ist jeder der Hauptstrombahnen 12, 14, 16 eine Bypass-Schaltung 20 zugeordnet, die je ¬ weils einen Halbleiterschalter 22 und einen elektromechani- schen Schalter 26 umfasst. Der Halbleiterschalter 22 ist in der Ausführungsform nach FIG 1 als ein antiparallel angeord ¬ netes Paar von Thyristoren 24 ausgebildet. Die elektromecha- nischen Schalter 26 sind in FIG 1 als Relais ausgebildet. Je ¬ der der Halbleiterschalter 22 und der elektromechanischen Schalter 26 ist mit einer Steuereinheit 40 verbunden, die den Sanftstarter 10 im Betrieb steuert. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, Zündbefehle 21 an die Halbleiterschalter 22 und Betätigungsbefehle 25 an die elektromechanischen Schalter 26 zu senden. Die Zündbefehle 21 und die Betätigungsbefehle 25 werden die Halbleiterschalter 22 und die elektromechani- schen Schalter 26 jeweils geöffnet und geschlossen. Die elek- tromechanischen Schalter 26 sind im Dauerbetrieb des Elektro- motors 18 geschlossen und die Halbleiterschalter 22 geöffnet. Die Halbleiterschalter 22 dienen dazu, eine definierte Anlaufsequenz und Auslaufsequenz des Elektromotors 18 zu steu ¬ ern. In der Steuereinheit 40 ist ein Programm 80 in einem Speicher 82 gespeichert und über ein Rechenwerk 84 ausführ- bar. Das Programm 80 ist unter anderem dazu ausgebildet, mit ¬ tels der Halbleiterschalter 22 eine Phasenanschnittsteuerung bzw. eine Phasenabschnittsteuerung zu verwirklichen.

Ferner ist jeder Hauptstrombahn 12, 14, 16 ein als Messwand- 1er 28 ausgebildetes Messmittel 27 zugeordnet, das dazu aus ¬ gebildet ist, einen Stromfluss in einer der Hauptstrombahnen 12, 14, 16 zu erfassen und/oder zu messen. Jedes der Messmittel 27 ist über einen Messsignaleingang 41 mit der Steuereinheit 40 gekoppelt. Das Programm 80 in der Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, eine von den Messmitteln 27 erfasste Betriebsgröße, also unter anderem den Stromfluss in den

Hauptstrombahnen 12, 14, 16, zu empfangen und auszuwerten.

Darüber hinaus ist die Steuereinheit 40 mit einem Steuersig- naleingang 44 versehen, über den Betriebssteuersignale 54 empfangen werden. Die Betriebssteuersignale 54 werden von ei ¬ nem Betriebssteuermittel 46 erzeugt, das sich außerhalb des Sanftstarters 10 befindet. Über die Betriebssteuersignale 54 wird der Elektromotor 18 im Rahmen eines geplanten Betriebs- ablaufs, beispielsweise eines Programmablaufs oder eines wil ¬ lentlichen Benutzereingriffs, gesteuert. Die Steuereinheit 40 ist erfindungsgemäß mit einem separaten Sicherheitssignaleingang 42 ausgestattet, über den ein Sicherheitssignal 52 emp ¬ fangen wird. Die Sicherheitssignale 52 werden von einem si- cherheitsgerichteten Meldegerät 48, beispielsweise einem Not- Aus-Schalter oder einer Lichtschranke, erzeugt. Erfindungsge ¬ mäß ist der Sanftstarter 10 dazu ausgebildet, während des Be ¬ triebs das Betriebssteuersignal 54 und das Sicherheitssignal 52 daraufhin zu überprüfen, ob zumindest eines der Signale 52, 54 einen Betriebsstopp des Elektromotors 18 vorgibt. Die Steuereinheit 40 ist ferner dazu ausgebildet, unter Einbezie ¬ hung der über die Messsignaleingänge 41 empfangenen Daten, den vorliegenden Zustand der Bypass-Schaltungen 20 zu erkennen. Mittels der Rückmeldeeinheit 50 ist ein Rückmeldesignal 56 erzeugbar, das den Schaltzustand von mindestens einer By- pass-Schaltung abbildet. Das Rückmeldesignal 56 wird nach au ¬ ßen gesendet, so dass weitere Komponenten eines nicht näher dargestellten Automatisierungssystems diese Information emp ¬ fangen können. In der Rückmeldeeinheit 50 wird basierend auf dem Rückmeldesignal 56 ein dazu korrespondierendes Spiegel ¬ signal 58 erzeugt. Das Spiegelsignal 58 ist wiederum von der Steuereinheit 40 auswertbar. Dadurch ist eine Konsistenz, oder gegebenenfalls eine Diskrepanz zwischen dem vorliegenden Betriebszustand der entsprechenden Bypass-Schaltung 20 und dem im Rückmeldesignal 56 dargestellten Betriebszustand er ¬ kennbar . In FIG 2 ist eine erste Ausführungsform eines Schaltsystems 70 mit einem erfindungsgemäßen Sanftstarter 10 dargestellt. Der Sanftstarter 10 ist an drei Hauptstrombahnen 12, 14, 16 einer dreiphasigen Stromversorgung eines Elektromotors 18 angeschlossen. Im Sanftstarter 10 ist jeder der Hauptstrombah- nen 12, 14, 16 eine Bypass-Schaltung 20 zu geordnet, die je ¬ weils einen Halbleiterschalter 22 und einen elektromechani- schen Schalter 26 umfasst. Der Halbleiterschalter 22 ist in der Ausführungsform nach FIG 2 als ein antiparallel angeord ¬ netes Paar von Thyristoren 24 ausgebildet. Die elektromecha- nischen Schalter 26 sind in FIG 2 als Relais ausgebildet. Je ¬ der der Halbleiterschalter 22 und der elektromechanischen Schalter 26 ist mit einer Steuereinheit 40 verbunden, die den Sanftstarter 10 im Betrieb steuert. Die Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, Zündbefehle 21 an die Halbleiterschalter 22 und Betätigungsbefehle 25 an die elektromechanischen Schalter 26 zu senden. Die Zündbefehle 21 und die Betätigungsbefehle 25 werden die Halbleiterschalter 22 und die elektromechanischen Schalter 26 jeweils geöffnet und geschlossen. Die elek- tromechanischen Schalter 26 sind im Dauerbetrieb des Elektro ¬ motors 18 geschlossen und die Halbleiterschalter 22 geöffnet. Die Halbleiterschalter 22 dienen dazu, eine definierte Anlaufphase und Auslaufphase des Elektromotors 18 zu steuern. In der Steuereinheit 40 ist ein Programm 80 in einem Speicher 82 gespeichert und über ein Rechenwerk 84 ausführbar. Das Programm 80 ist unter anderem dazu ausgebildet, mittels der Halbleiterschalter 22 eine Phasenanschnittsteuerung bzw. eine Phasenabschnittsteuerung zu verwirklichen.

Ferner ist jeder Hauptstrombahn 12, 14, 16 ein als Messwandler 28 ausgebildetes Messmittel 27 zugeordnet, der dazu aus ¬ gebildet ist, einen Stromfluss in einer der Hauptstrombahnen 12, 14, 16 zu erfassen und/oder zu messen. Jedes der Messmit- tel 27 ist über einen Messsignaleingang 41 mit der Steuereinheit 40 gekoppelt. Das Programm 80 in der Steuereinheit 40 ist dazu ausgebildet, eine von den als Messmitteln 27 erfass- te Betriebsgröße, also unter anderem den Stromfluss in den Hauptstrombahnen 12, 14, 16 zu empfangen und auszuwerten.

Darüber hinaus ist die Steuereinheit 40 mit einem Steuersig ¬ naleingang 44 versehen, über den Betriebssteuersignale 54 empfangen werden. Die Betriebssteuersignale 54 werden von einem Betriebssteuermittel 46 erzeugt, das sich außerhalb des

Sanftstarters 10 befindet. Über die Betriebssteuersignale 54 wird das Elektromotor 18 im Rahmen eines geplanten Betriebsablaufs, beispielsweise eines Programmablaufs oder eines wil ¬ lentlichen Benutzereingriffs, gesteuert. Das Betriebssteuer ¬ mittel 46 wiederum ist über ein Sicherheitsschaltgerät 30 über einen ersten Befehlsausgang 34 ansteuerbar. Das Sicherheitsschaltgerät 30 ist ferner dazu ausgebildet, von einem sicherheitsgerichteten Meldegerät 48, beispielsweise einem Not-Aus-Schalter oder einer Lichtschranke, ein Sicherheitssignal 52 zu empfangen. Das Sicherheitssignal 52 wird vom Sicherheitsschaltgerät 30 über einen Sicherheitssignaleingang 42 an die Steuereinheit 40 gesendet. Das Sicherheitsschaltge ¬ rät 30 verfügt über einen zweiten Befehlsausgang 36, über den ein elektromechanisches Schaltgerät 32, das in FIG 2 als Schütz ausgebildet ist, angesteuert wird. Über den zweiten Befehlsausgang 36 wird ein Schaltbefehl 55 zum Öffnen bzw. Schließen des elektromechanischen Schaltgeräts 32 ausgegeben, wenn das Sicherheitsschaltgerät 30 über das sicherheitsge- richtete Meldegerät 48 und/oder das Betriebssteuermittel 46 einen entsprechenden Befehl erhält. Der Schaltbefehl 55 ist dabei bestimmungsgemäß kongruent zu den Zündbefehlen 21 und Betätigungsbefehlen 25 in den Bypass-Schaltungen 20. Durch das elektromechanische Schaltgerät 32 erreicht das in FIG 2 skizzierte Schaltsystem 70 eine Hardware-Fehlertoleranz von mindestens Eins. Hierdurch erreicht das Schaltsystem 70 gemäß FIG 2 das Sicherheitsintegritätslevel SIL 3.

Erfindungsgemäß ist der Sanftstarter 10 dazu ausgebildet, während des Betriebs das Betriebssteuersignal 54 und das

Sicherheitssignal 52 daraufhin zu überprüfen, ob zumindest eines der Signale einen Betriebsstopp des Elektromotors 18 vorgibt. Die Steuereinheit 40 ist ferner dazu ausgebildet, unter Einbeziehung der über die Messsignaleingänge 41 empfan- genen Daten den vorliegenden Zustand der Bypass-Schaltungen

20 zu erkennen. Mittels der Rückmeldeeinheit 50 ist ein Rück ¬ meldesignal 56 erzeugbar, das den Schaltzustand von mindes ¬ tens einer Bypass-Schaltung abbildet. Das Rückmeldesignal 56 wird nach außen gesendet, so dass weitere Komponenten eines nicht näher dargestellten Automatisierungssystems diese In ¬ formation empfangen können. In der Rückmeldeeinheit 50 wird basierend auf dem Rückmeldesignal 56 ein dazu korrespondie ¬ rendes Spiegelsignal 58 erzeugt. Das Spiegelsignal 58 ist wiederum von der Steuereinheit 40 auswertbar. Dadurch ist ei- ne Konsistenz, oder gegebenenfalls eine Diskrepanz, zwischen dem vorliegenden Betriebszustand der entsprechenden Bypass- Schaltung 20 und dem im Rückmeldesignal 56 dargestellten Betriebszustand erkennbar.

FIG 3 zeigt ein Zeit-Größen-Diagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens 100 für einen Elektromotor 18 mit einem erfindungsgemäßen Sanftstar ter 10. Im oberen Bereich von FIG 3 bildet die horizontale Achse die Zeitachse 61 und die vertikale Achse die Größenach ¬ se 62, mittels derer ein Verlauf einer Drehzahl 63 darge ¬ stellt wird. Im unteren Bereich von FIG 3 ist die vertikale Achse eine Zustandsachse 64, die den Inhalt von Signalen 52, 54 darstellt. Die Zeitachse 61 ist im unteren Bereich von FIG 3 dieselbe wie im oberen Bereich. Im Verfahren 100 liegt nach FIG 3 in einem ersten Verfahrensschritt 110 zunächst eine Dauerbetriebsphase 74 des Elektromotors 18 vor. In der Dauer ¬ betriebsphase 74 weist das Sicherheitssignal 52 und das Be- triebssteuersignal 54 einen High-Zustand auf, der in FIG 3 einen Betriebsbefehl für den Elektromotor 18 darstellt. Während der Dauerbetriebsphase 74 laufen parallel eine zweiter und ein dritter Verfahrensschritt 120, 130 ab. Im zweiten Verfahrensschritt 120 werden das Betriebssteuersignal 54 und im dritten Verfahrensschritt 130 das Sicherheitssignal 52 empfangen. In einem vierten Verfahrensschritt 140, der auch parallel abläuft, werden das Sicherheitssignal 52 und das Be ¬ triebssteuersignal 54 erfasst und geprüft, ob mindestens ei ¬ nes dieser Signale 52, 54 einen Betriebsstopp des Elektromo- tors 18 befiehlt.

Die Dauerbetriebsphase 74 endet mit einer Sicherheitsauslö ¬ sung 65, bei der das Sicherheitssignal 52 einen Low-Zustand einnimmt. Der Low-Zustand stellt in der Ausführungsform nach FIG 3 einen Stopp-Befehl für den Elektromotor 18 dar. Darauf wird in einem fünften Verfahrensschritt 150 von einer Steuereinheit 40 ein entsprechender Deaktivierungsbefehl an nicht näher abgebildete Bypass-Schalter 20 des Sanftstarters 10 ge ¬ sendet und so die Stromversorgung des Elektromotors 18 unter- brochen. In einer anschließenden Auslaufphase 75 geht die

Drehzahl 63 des Elektromotors 18 zurück. In der Auslaufphase 75 verbleibt das Sicherheitssignal 52 im Low-Zustand und das Betriebssteuersignal 54 im High-Zustand. Die Auslaufphase 75 endet durch einen Sicherheits-Reset 66, durch den das Sicher- heitssignal 52 erneut einen High-Zustand einnimmt. Dies er ¬ folgt, wenn das Ereignis, das die Sicherheitsauslösung 65 be ¬ dingt, wieder rückgängig gemacht ist. In der Reaktivierungs- phase 76, in der erneut das Betriebssteuersignal 54 und das Sicherheitssignal 52 wieder im High-Zustand sind, ist die Drehzahl 63 weiterhin rückläufig. Während der Reaktivierungs ¬ phase 76 erfolgt ein Steuerungs-Reset 67, in dem das Be ¬ triebssteuersignal 54 für eine Reset-Dauer 69 in den Low- Zustand gesteuert wird. Die Reset-Dauer 69 wird begrenzt durch eine abfallende Signalflanke 71 und eine aufsteigende Signalflanke 73. Das Ende des vorübergehenden Low-Zustands 72 bildet auch das Ende der Reaktivierungsphase 76. Im Verfahren 100 nach FIG 3 wird erst dann ein Aktivierungs ¬ befehl in einem sechsten Verfahrensschritt 160 an die mindes ¬ tens eine Bypass-Schaltung 20 des Sanftstarters 10 gesendet, wenn nach dem Eintritt einer Sicherheitsauslösung 65 auch das Betriebssteuersignal 54 zumindest eine aufsteigende Signal- flanke 73 aufweist. Durch den so einsetzenden Wiederanlauf 68 beginnt eine Wiederanlaufphase 77, in der die Drehzahl 63 des Elektromotors 18 ansteigt.

In FIG 4 ist schematisch ein Ablaufschema einer zweiten Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens 100 dargestellt. Das Betriebsverfahren 100 geht von einem ersten Verfahrensschritt 110 aus, in dem eine Dauerbetriebsphase 74 vorliegt. In einem zweiten und dritten Verfahrensschritt 120, 130 wird ein Betriebssteuersignal 54 und ein Sicherheitssig- nal 52 von einer nicht näher dargestellten Steuereinheit 40 eines Sanftstarters 10 empfangen. Beide Signale 52, 54 werden in einem weiteren, vierten, Verfahrensschritt 140 daraufhin geprüft, ob zumindest eines der Signale 52, 54 eine Deakti- vierung eines Elektromotors 18 mittels des Sanftstarters 10 befiehlt. In Abhängigkeit von der Prüfung im vierten Verfahrensschritt 140 verzweigt sich der Ablauf des Betriebsverfah ¬ rens 100 in einer ersten Verzweigung 145. Wenn das Betriebssteuersignal 54 und das Sicherheitssignal 52 einen Betrieb des Elektromotors 18 befehlen, erfolgt eine Rückführung 146 zurück in den ersten Verfahrensschritt 110, und die Dauerbe ¬ triebsphase 74 wird aufrechterhalten. Wenn in der ersten Verzweigung 145 jedoch mindestens eines der Signale 52, 54 einen Betriebsstopp des Elektromotors 18 befiehlt, wird in einem fünften Verfahrensschritt 150 ein De- aktivierungsbefehl an mindestens eine Bypass-Schaltung 20 ge- sendet und durch die Unterbrechung der Stromversorgung des Elektromotors 18 eine Auslaufphase 75 eingeleitet. Ausgehend davon erreicht der Elektromotor 18 bei Ausbleiben weiterer Ereignisse im Betriebsverfahren 100 den stabilen Endzustand 170, in dem die Drehzahl 63 des Elektromotors 18 Null er- reicht.

Ferner wird während der durch den fünften Verfahrensschritt 150 eingeleiteten Auslaufphase 75 in einer zweiten Verzweigung 152 geprüft, ob das Sicherheitssignal 52 wieder einen Betrieb des Elektromotors 18 befiehlt. Wenn das Sicherheits ¬ signal 52 einem Stopp-Befehl entspricht, erfolgt eine Rück ¬ führung 161 zum fünften Verfahrensschritt 150. Wenn das Si ¬ cherheitssignal 52 einem Betriebsbefehl entspricht, wird in einer dritten Verzweigung 153 das Betriebssteuersignal 54 ge- prüft. Wenn das Betriebssteuersignal 54 einem Stopp-Befehl entspricht, erfolgt eine Rückführung 163 zum fünften Verfahrensschritt 150. Wenn das Betriebssteuersignal 54 jedoch ei ¬ nem Betriebsbefehl entspricht, beispielweise infolge einer nicht näher dargestellten ansteigenden Flanke 73 des Be- triebssteuersignals 54, folgt ein sechster Verfahrensschritt 160. Der Zeitraum, in dem nach dem fünften Verfahrensschritt 150 die Zustände des Sicherheitssignals 52 und des Betriebs ¬ steuersignals 54 geprüft werden, bildet die Reaktivierungs- phase 76 des Verfahrens 100.

Im sechsten Verfahrensschritt 160 wird durch die Steuerein ¬ heit 40 ein Aktivierungsbefehl an die nicht näher dargestellte mindestens eine Bypass-Schaltung 20 ausgegeben und so die Stromversorgung des Elektromotors 18 wiederhergestellt. Nach dem Durchlaufen der Wiederanlaufphase 77 erreicht das Be ¬ triebsverfahren 100 wieder einen Dauerbetriebszustand 74 und kehrt über eine Gesamtrückführung 185 in den Ausgangszustand, den ersten Verfahrensschritt 110, zurück. FIG 5 zeigt einen Ausschnitt eines Aufbaus einer dritten Aus ¬ führungsform des beanspruchten Schaltsystems 70 mit dem erfindungsgemäßen Sanftstarter 10. Der Sanftstarter 10 weist eine Bypass-Schaltung 20 auf, die einen elektromechanischen Schalter 26 und einen Halbleiterschalter 22 aufweist. Der elektromechanische Schalter 26 ist als ein Relais ausgebil ¬ det, das über eine Spule 49 angetrieben wird. Die Aktivierung und Deaktivierung des elektromechanischen Schalters 26 erfolgt über Betätigungsbefehle 25, über die die Bestromung der Spule 49 ein- und ausgeschaltet wird. Der Halbleiterschalter 22 ist aus nicht näher gezeigten antiparallel angeordneten Thyristoren 24 aufgebaut. Eine Steuereinheit 40 des Sanft ¬ starters 10 ist über mehrere Messsignaleingänge 41 mit der Bypass-Schaltung 20 verbunden und erhält mit den so erfassten Betriebsgrößen Informationen über den Zustand einzelner Komponenten der Bypass-Schaltung 20. Die Hauptstrombahn 12, 14, 16, an die die Bypass-Schaltung 20 angeschlossen ist, ist mit einem Messmittel 27 versehen, das als Messwandler 28 ausgebildet ist. Über den Messwandler 28 wird ein Stromfluss in der Hauptstrombahn 12, 14, 16 erfasst und das entsprechende Messsignal an eine Verarbeitungseinheit 43 der Steuereinheit 40 gesendet. Über den Messwandler 28 ist erfassbar, ob eine Deaktivierung eines Elektromotors 18, der über die Haupt ¬ strombahn 12, 14, 16 mit Strom versorgt wird, erfolgreich durchgeführt ist.

Die Verarbeitungseinheit 43 weist auch Messmittel 27 auf, mit denen eine Sperrspannung 53 an der Bypass-Schaltung 20 erfassbar ist. Die Sperrspannung 53 erreicht im geöffneten Zu- stand des elektromechanischen Schalters 26 und des Halblei ¬ terschalter 22 ein Maximum. Im geschlossenen Zustand der Bypass-Schaltung 20 beträgt die gemessene Sperrspannung 53 im Wesentlichen Null. Auch über die Sperrspannung 53 ist somit der Zustand der Bypass-Schaltung 20 erfassbar. Des Weiteren werden über Messsignaleingänge 41 jeweils die an den Halblei ¬ terschalter 22 gesendeten Zündbefehle 21 und die an den elektromechanischen Schalter 26 gesendeten Betätigungsbefehle 25 an die Verarbeitungseinheit 43 gemeldet. Des Weiteren ist über einen Messsignaleingang 41 eine Spulenspannung 51 der Spule 49 erfassbar. Die Steuereinheit 40 ist dazu geeignet, die über die Messsignaleingänge 41 gemeldeten Informationen dahingehend auszuwerten, welcher Zustand in der Bypass-Schal- tung 20 vorliegt. Durch die Kombination einer Mehrheit von Informationen unterschiedlicher Messsignaleingänge 41 liegt eine redundante Erfassung vor, so dass stets eine sichere Be ¬ tätigung der Bypass-Schaltung möglich ist. Der in der Steuereinheit 40 aufgrund der über die Messsignal ¬ eingänge 41 gelieferten Betriebsgrößen ermittelte Zustand wird an eine Rückmeldeeinheit 50 gemeldet, die zwei Strombah ¬ nen 57 umfasst. Von der Rückmeldeeinheit 50 wird ein Rückmel ¬ designal 56 ausgegeben, das dem vorliegenden Zustand der By- pass-Schaltung 20 entspricht. Mittels einer der Strombahnen 57 in der Rückmeldeeinheit 50 wird ein Spiegelsignal 58 er ¬ zeugt, das bestimmungsgemäß mit dem Rückmeldesignal 56 kor ¬ respondiert. Das Spiegelsignal 58 wird an die Verarbeitungs ¬ einheit 43 zurückgespeist. Hierdurch wird von der Steuerein- heit 40 das nach außen an ein Sicherheitsschaltgerät 30 ge ¬ sendete Rückmeldesignal 56 überprüft. Die Verarbeitungsein ¬ heit 43 erhält auch über den Sicherheitssignaleingang 42 das Sicherheitssignal 52 und über den Steuersignaleingang 54 ein Betriebssteuersignal 54 von einem Betriebssteuermittel 46. Das Betriebssteuermittel 46 wiederum wirkt zur Übermittlung des Betriebssteuersignals 54 mit dem Sicherheitsschaltgerät 30 zusammen. Das Sicherheitsschaltgerät 30 wiederum ist mit einem elektromechanischen Schaltgerät 32 gekoppelt, das über Schaltbefehle 55 in einen geöffneten und geschlossenen Zu- stand gebracht werden kann.