DE10108351A1

DE10108351A1 - System for operating a switching unit for large systems

Info

Publication number: DE10108351A1
Application number: DE2001108351
Authority: DE
Inventors: Florian Zuellig; Rolf Minder; Heinrich Roth
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2002-08-29
Also published as: WO2002067220A1

Abstract

The invention relates to a system for operating a switching unit (3) in a large-scale plant having numerous consumers (4). Said system comprises a moveable first data transceiver (1) and a second data transceiver (2) which is applied to the consumer (4). Said data transceiver (1) can be carried by a technician who can actuate the switching unit (3) for operating the consumer (4), by means of the data transmission link (7) formed between the first data transceiver (1) and the second data transceiver (2). The inventive system can be protected by an identification system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bedienung einer Schalteinheit für eine industrielle Produktionsanlage (Grossanlage), wie z. B. eine Mühle, gemäss dem Ober begriff von Anspruch 1.The invention relates to a system for operating a switching unit for a industrial production plant (large plant), such as B. a mill, according to the waiter Concept of claim 1.

Bei den bisher bekannten Systemen zur manuellen Betätigung von Niederspannungs verbrauchern, wie z. B. Elektromotoren in einer Grossanlage, wie z. B. einer Mühle, fin det die Bedienung des Niederspannungsverbrauchers mittels eines Handschalters über einen Steuerschrank bzw. einen Schaltschrank statt. Zwischen dem üblicherweise in unmittelbarer Nähe von oder an dem Niederspannungsverbraucher angebrachten Handschalter und dem Steuerschrank bzw. Schaltschrank erstreckt sich üblicherweise eine Kleinspannungsdrahtverbindung, während sich zwischen dem Steuerschrank bzw. dem Schaltschrank und dem Niederspannungsverbraucher eine Niederspannungs drahtverbindung erstreckt. Bei den ggf. über die gesamte Grossanlage verteilten Nie derspannungsverbrauchern und den ihnen zugeordneten Handschaltern benötigt man einen sehr grossen Verdrahtungsbedarf sowohl für Kleinspannungs- als auch Nieder spannungsleitungen.In the previously known systems for manual actuation of low voltage consumers, such as B. electric motors in a large system such. B. a mill, fin controls the operation of the low voltage consumer by means of a hand switch a control cabinet or a control cabinet instead. Between the usually in in the immediate vicinity of or attached to the low-voltage consumer Manual switch and the control cabinet or control cabinet usually extends a low-voltage wire connection while there is between the control cabinet or the control cabinet and the low voltage consumer a low voltage wire connection extends. With the Nie possibly distributed over the entire large system voltage consumers and the associated hand switches are required a very large wiring requirement for both low and low voltage voltage lines.

So wird z. B. zur manuellen Betätigung von Elektromotoren in einer Mühle mit einer gro ssen Anzahl weit verteilter Elektromotoren in unmittelbarer Nähe jedes Motors ein Handschalter montiert. Dieser ermöglicht das Starten des entsprechenden Motoran triebs durch einen Servicetechniker bzw. instruiertes Personal, der/die sich vor Ort in unmittelbarer Nähe des Motors befindet/befinden. Auf Grund der grossen räumlichen Ausdehnung einer derartigen Mühle oder anderweitigen Grossanlage muss der Schalter mit Hilfe von Kabeln (Kleinspannung bzw. "Schwachstrom") über grosse Entfernungen mit dem Steuerschrank der Anlage verbunden werden. Eine typische Anlage verfügt typischerweise über 150 bis 500 Motoren, und die Entfernungen können bis zu 350 Meter betragen. Durch die Menge der Motoren und deren dezentrale Plazierung in der Anlage fallen für die Montage der Serviceschalter/Handschalter immense Installations kosten an. Da aber der Nutzungsgrad dieser Schalter sehr gering ist (Verwendung nur bei Motorentest nach Servicearbeiten und bei Inbetriebnahme), wäre eine kostengün stigere Lösung wünschenswert.So z. B. for manual actuation of electric motors in a mill with a large number of widely distributed electric motors in the immediate vicinity of each motor Hand switch installed. This enables the corresponding engine to be started driven by a service technician or instructed personnel who are on site in in the immediate vicinity of the engine. Because of the large spatial Expansion of such a mill or other large system must be done by the switch with the help of cables (low voltage or "low current") over large distances be connected to the control cabinet of the system. A typical facility has typically over 150 to 500 motors, and the distances can be up to 350 Meters. Due to the number of motors and their decentralized placement in the System fall for the assembly of the service switch / hand switch immense installation cost to. However, since the degree of use of these switches is very low (use only when testing the engine after service work and during commissioning) would be cost-effective better solution desirable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des eingangs erwähnten Stands der Technik zu vermeiden und insbesondere eine Senkung der Installationsko sten für die Kleinspannungsinstallationen, wie z. B. Leitungen und Schalter, herbeizufüh ren.The invention is therefore based on the object, the disadvantages of the aforementioned Avoid prior art and in particular a reduction in the installation cost most for the low voltage installations, such as. B. lines and switches ren.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe System nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the system according to the invention as claimed in claim 1.

In dem erfindungsgemässen System wird die durch eine Drahtverbindung zwischen dem jeweiligen Handschalter eines Motors und einem Steuerschrank gebildete Klein spannungsverbindung durch eine drahtlose Datenübertragungsstrecke zwischen einem portablen ersten Daten-Senderempfänger, der einer Bedienperson zugeordnet werden kann, und einem stationären zweiten Daten-Senderempfänger, der einer Schalteinheit (Schaltschrank) zugeordnet ist, ersetzt, wodurch ein Halb-Duplexbetrieb ermöglicht wird. Dadurch wird der bislang erforderliche immense Installationsaufwand auf die nach wie vor verwendeten Niederspannungsleitungen zwischen dem Steuerschrank bzw. Schaltschrank und dem jeweiligen Motor beschränkt. Der Installationsaufwand für die Kleinspannungsleitungen entfällt.In the system according to the invention, the wire connection between the respective hand switch of a motor and a control cabinet Power connection through a wireless data link between one portable first data transceiver that can be assigned to an operator can, and a stationary second data transceiver, the switching unit (Control cabinet) is assigned, which enables half-duplex operation becomes. As a result, the immense installation effort previously required is reduced to the as before used low voltage cables between the control cabinet or Control cabinet and the respective motor limited. The installation effort for the Low-voltage lines are no longer required.

Zweckmässigerweise ist die drahtlose Datenübertragung eine bidirektionale Daten übertragung, die insbesondere im Duplexbetrieb oder im Halbduplexbetrieb erfolgt. Dies ermöglicht einerseits die Steuerung des Verbrauchers vom ersten (portablen) Sen derempfänger aus. So können z. B. analoge Stellwerte an Stellglieder übertragen wer den.The wireless data transmission is expediently bidirectional data Transmission, which takes place in particular in duplex mode or in half-duplex mode. This enables control of the consumer from the first (portable) Sen the recipient. So z. B. who can transfer analog control values to actuators the.

Vorzugsweise enthält das erfindungsgemässe System zusätzlich ein in der Nähe von bzw. an dem Verbraucher angebrachtes Identifikationselement (Transponder, TAG) sowie ein an dem ersten Daten-Senderempfänger angebrachtes und mit ihm verbunde nes Identifikationslesegerät (Schreib/Lesegerät), wodurch zwischen dem Identifikation selement und dem Identifikationslesegerät ebenfalls eine drahtlose Identifikationsüber tragung ermöglicht wird. Dies ermöglicht andererseits, am Verbraucher auftretende und über die Daten-Übertragungsstrecke gesendete Wartungsdaten auf dem Identifikations element zu speichern.The system according to the invention preferably additionally contains a near or identification element attached to the consumer (transponder, TAG) and an attached to and connected to the first data transceiver Identification reader (read / write device), which means between the identification selement and the identification reader also wireless identification is made possible. On the other hand, this enables consumers to occur and Maintenance data sent via the data transmission link on the identification save element.

Besonders zweckmässig ist es, wenn sich die Reichweite des Identifikationselements nur bis in die unmittelbare Umgebung des Verbrauchers innerhalb eines Teilbereichs der Grossanlage erstreckt, wobei die Datenübertragung zwischen dem portablen ersten Daten-Senderempfänger und dem stationären zweiten Daten-Senderempfänger nur freigegeben wird, wenn das Identifikationslesegerät das Identifikationssignal von dem Identifikationselement empfängt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass sich der Verbraucher nur dann einschalten lässt, wenn sich der Servicetechniker mit dem por tablen beweglichen Daten-Senderempfänger in unmittelbarer Nähe des Verbrauchers befindet. Dennoch ergibt sich für den Servicetechniker auf diese Weise genügend Fle xibilität, weil er nicht mehr, wie bisher, ständig die Hand am Handschalter haben muss.It is particularly expedient if the range of the identification element increases only up to the immediate vicinity of the consumer within a sub-area of the large-scale facility, the data transmission between the portable first Data transceiver and the stationary second data transceiver only is released when the identification reader receives the identification signal from the Identification element receives. This ensures that the Consumers can only be switched on if the service technician uses the por mobile data transceiver in the immediate vicinity of the consumer located. Nevertheless, there is enough space for the service technician in this way flexibility, because he no longer has to have his hand on the hand switch as before.

Für die Datenübertragung zwischen dem ersten Daten-Senderempfänger und dem zweiten Daten-Senderempfänger verwendet man vorzugsweise Funkfrequenzen, wobei zweckmässigerweise ein erster Funk-Senderempfänger (portabel) und ein zweiter Funk-Senderempfänger (stationär) jeweils mit Raumcharakteristik (räumliche Abstrah lung bzw. räumlicher Empfang in bzw. von allen Richtungen) verwendet werden. Die Verwendung von Funkfrequenzen und einer Raumcharakteristik sowohl für Empfänger als auch Sender ermöglicht eine Datenübertragung durch übliche Hindernisse wie Dec ken und Wände hindurch.For data transmission between the first data transceiver and the second data transceiver one preferably uses radio frequencies, whereby expediently a first radio transceiver (portable) and a second Radio transceiver (stationary) each with spatial characteristics (spatial abstrah tion or spatial reception in or from all directions) can be used. The Use of radio frequencies and spatial characteristics for both receivers as well as transmitter enables data transmission through common obstacles such as Dec and walls through.

Bei manchen Anlagen kann auch eine strahlartige optische oder akustische Daten übertagung zwischen optischen bzw. akustischen Sendern und Empfängern vorteilhaft sein. Dies ist speziell dann der Fall, wenn der zentral angeordnete Steuer- bzw. Schalt schrank von allen Orten der Grossanlage aus sichtbar ist.In some systems, beam-like optical or acoustic data can also be used transmission between optical or acoustic transmitters and receivers advantageous his. This is especially the case when the centrally arranged control or switching cabinet is visible from all locations of the large system.

Dieselben Überlegungen wie für die Datenübertragung gelten auch für die Identifika tionsübertragung zwischen dem Identifikationselement und dem Identifikationslesege rät. The same considerations as for data transmission also apply to identifiers tion transmission between the identification element and the identification reading advises.

Bei einem speziellen erfindungsgemässen System ist die Grossanlage eine Mühle und handelt es sich bei den durch Niederspannung oder Kleinspannung betriebenen Ver brauchern um Elektromotoren, Magnetventile oder dgl.In a special system according to the invention, the large system is a mill and is the Ver operated by low voltage or low voltage consumers around electric motors, solenoid valves or the like.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung, wobei:Further advantages, features and possible uses of the invention result from the following description with reference to the drawing, in which:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems des Stands der Technik zeigt; und Fig. 1 shows a schematic representation of a system of the prior art; and

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Systems zeigt. Fig. 2 shows a schematic representation of an inventive system.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Systems zur Bedienung eines Schaltschranks bzw. Steuerschranks 3 in einer Grossanlage, wie z. B. einer Mühle. Ein Verbraucher in Form eines Elektromotors 4, der z. B. eine Fördereinrichtung, einen Ventilator, ein Ventil oder dgl. antreibt, wird über einen Steuerschrank 3 und ein Nieder spannungskabel 9 mit Niederspannung versorgt. Der Verbraucher 4 wird vom Hand schalter 10 über den Steuerschrank 3 angesteuert, wobei dem Steuerschrank 3 über den Handschalter 10 und eine Kleinspannungsleitung 11 eine Kleinspannung zugeführt wird. Der Handschalter 10 wird zur Inbetriebnahme des Elektromotors 4 von einem Ser vicetechniker betätigt. Aus Sicherheitsgründen muss der Handschalter (Serviceschalter) 10 immer in unmittelbarer Nähe des Elektromotors 4, z. B. an dessen Gehäuse 12, an gebracht sein. Auf diese Weise hat ein Servicetechniker den Elektromotor 4 bzw. des sen Gehäuse 12 im Blick, wenn er ihn über den Handschalter 10 in Betrieb setzt. Fig. 1 is a schematic representation of a conventional system for operating a control cabinet or control cabinet 3 in a large system, such as. B. a mill. A consumer in the form of an electric motor 4 , the z. B. drives a conveyor, a fan, a valve or the like. Is supplied via a control cabinet 3 and a low voltage cable 9 with low voltage. The load 4 is driven by the hand switch 10 on the control box 3, wherein the control unit 3 through the manual switch 10 and a low voltage line 11 is fed a low voltage. The hand switch 10 is operated by a service technician to start up the electric motor 4 . For safety reasons, the hand switch (service switch) 10 must always be in the immediate vicinity of the electric motor 4 , e.g. B. on its housing 12 to be brought. In this way, a service technician has the electric motor 4 or the housing 12 in view when he puts it into operation via the hand switch 10 .

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Systems. Der Handschalter 10 und die Kleinspannungsleitung 11 (Fig. 1) sind hierbei durch eine Funk-Datenübertragungsstrecke 7 ersetzt, die zwischen einem ersten Daten- Senderempfänger 1 und einem zweiten Daten-Senderempfänger 2 besteht. Der erste Daten-Senderempfänger 1 ist beweglich (tragbar) und kann von einem Servicetechniker mitgeführt werden. Der zweite Daten-Senderempfänger 2 ist an dem Steuerschrank 3 fest angebracht und mit der Verdrahtung bzw. einer im Steuerschrank enthaltenen Rechnereinheit fest verbunden. Fig. 2 shows a preferred embodiment of the inventive system. The hand switch 10 and the extra-low voltage line 11 ( FIG. 1) are replaced by a radio data transmission link 7 , which exists between a first data transceiver 1 and a second data transceiver 2 . The first data transceiver 1 is movable (portable) and can be carried by a service technician. The second data transceiver 2 is fixedly attached to the control cabinet 3 and is permanently connected to the wiring or to a computer unit contained in the control cabinet.

Ausserdem ist am Motorgehäuse 12 ein Identifikationselement 5 angebracht, und am Datensender 1 ist ein Identifikationslesegerät 6 angebracht. Zwischen dem Identifikati onselement 5 und dem Identifikationslesegerät 6 besteht eine drahtlose Identifikation- Übertragungsstrecke 8.In addition, an identification element 5 is attached to the motor housing 12 , and an identification reader 6 is attached to the data transmitter 1 . There is a wireless identification transmission link 8 between the identification element 5 and the identification reader 6 .

Die Sendeleistung, die Sendefrequenz und die Abstrahlcharakteristik sowie die Emp fangsempfindlichkeit, die Empfangsfrequenz und die Empfangscharakteristik des ersten Daten-Sendeempfängers 1 und des zweiten Daten-Sendeempfängers 2 sind derart aufeinander abgestimmt, dass eine Datenübertragung mit Hilfe des Funksignals von jedem Ort der Grossanlage zu dem am Steuerschrank 3 angebrachten Empfänger 2 möglich ist. Somit kann ein Servicetechniker, der sich in der Nähe eines Elektromotors 4 befindet, diesen Elektromotor durch Betätigung des Daten-Sendeempfängers 1 in Betrieb setzen oder anhalten. Wichtig ist dabei, dass der Daten-Sendeempfänger eine ausreichend grosse Sendeleistung erbringt. Das in der Nähe des Motors angebrachte Identifikationselement 5 hat eine vergleichsweise geringe Sendeleistung, so dass das ihm zugeordnete Identifikationslesegerät 6 nur in unmittelbarer Umgebung des Motors das über die Identifikation-Übertragungsstrecke 8 übertragene Signal empfangen kann. Das Identifikationselement 5 und das Identifikationslesegerät 6 müssen nicht unbedingt eine Raumcharakteristik haben, sondern können auch eine Richtcharakteristik aufwei sen.The transmission power, the transmission frequency and the radiation characteristic as well as the reception sensitivity, the reception frequency and the reception characteristic of the first data transceiver 1 and the second data transceiver 2 are coordinated with one another in such a way that data transmission with the aid of the radio signal from any location in the large system to that on the control cabinet 3 attached receiver 2 is possible. A service technician who is in the vicinity of an electric motor 4 can thus start or stop this electric motor by actuating the data transceiver 1 . It is important that the data transceiver provides a sufficiently large transmission power. The identification element 5 attached in the vicinity of the motor has a comparatively low transmission power, so that the identification reader 6 assigned to it can only receive the signal transmitted via the identification transmission path 8 in the immediate vicinity of the motor. The identification element 5 and the identification reader 6 do not necessarily have to have a spatial characteristic, but can also have a directional characteristic.

Auf diese Weise kann die Kommunikation zwischen dem Servicetechniker vor Ort am Motor 4 und dem Steuerschrank 3 von der Funkübertragungsstrecke 7 übernommen werden. Der Daten-Senderempfänger 1 ist z. B. ein Datenfunkterminal (portables Gerät), und der Daten-Senderempfänger 2 ist z. B. ein in dem Steuerschrank 3 fest eingebaute Einheit, die mit der Rechnereinheit (SPS) 3a verbunden ist. Das aus sicherheitstechni schen Gründen verwendete Identifikationselement 5 ist z. B. ein Transponderchip (RFID-System), in dem eine eindeutige Identifikation des Motors 4 gespeichert ist. Die ser Chip 5 kann mit Hilfe des Datenfunkterminals 6 kontaktlos gelesen werden und die Information über Funk an den Steuerschrank 3 übermittelt werden, sodass der Ser vicetechniker erst nach Identifizierung des Motors 4 über den Steuerschrank 3 den Motor 4 in Betrieb nehmen kann. Typische Reichweiten der Datenübertragungsstrecke 7 betragen bis zu 350 Meter und darüber hinaus, während die Reichweite der Identifi kation-Übertragungsstrecke 8 maximal nur einige wenige Meter, vorzugsweise weniger als 1 Meter, beträgt. In this way, the communication between the service technician on site at the engine 4 and the control cabinet 3 can be taken over by the radio transmission link 7 . The data transceiver 1 is e.g. B. a radio data terminal (portable device), and the data transceiver 2 is, for. B. a permanently installed in the control cabinet 3 , which is connected to the computer unit (PLC) 3 a. The identification element 5 used for security reasons is z. B. a transponder chip (RFID system) in which a unique identification of the motor 4 is stored. The ser chip 5 can be read without contact 6 and transmits the information via radio to the control box 3 so that the Ser can service technicians only after identification of the motor 4 operating the engine 4 in operation on the control box 3 by means of radio data terminals. Typical ranges of the data transmission path 7 are up to 350 meters and beyond, while the range of the identification transmission path 8 is a maximum of only a few meters, preferably less than 1 meter.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Daten-Senderempfänger (portabel)
Data transceiver (portable)

22

Daten-Senderempfänger (stationär)
Data transceiver (stationary)

33

Steuer-/Schaltschrank
Control / cabinet

44

Elektromotor/Verbraucher
Motor / consumer

55

Identifikationselement
identification element

66

Identifikationslesegerät
Identification reader

77

Daten-Übertragungsstrecke
Data transmission link

88th

Identifikation-Übertragungstrecke
ID transmission link

99

Niederspannungskabel ("Starkstrom")
Low voltage cable ("heavy current")

1010

Handschalter
handset

1111

Kleinspannungskabel ("Schwachstrom")
Low voltage cable ("low current")

1212

Motorgehäuse
motor housing

Claims

1. System for operating a switching unit ( 3 ) in a large system having at least one switching unit ( 3 ) and a large number of consumers ( 4 ), characterized in that the system comprises:
at least one first data transceiver ( 1 ), each of which can be assigned to an operator and whose range extends over the entire large system,
a in the vicinity of or on the switching unit ( 3 ) attached and assigned to it second data transceiver ( 2 ), whereby between the first data transceiver ( 1 ) and the second data transceiver ( 2 ) a wireless data transmission via a Data transmission path ( 7 ) is made possible.

2. System according to claim 1, characterized in that the wireless Data transmission is a bidirectional data transmission.

3. System according to claim 2, characterized in that the bidirectional Data transmission takes place in duplex mode.

4. System according to claim 2, characterized in that the bidirectional Data transmission takes place in half-duplex mode.

5. System according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the switching unit ( 3 ) is a switching / control cabinet which is connected to the second data transceiver ( 2 ).

6. System according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the consumer ( 4 ) is a low-voltage consumer.

7. System according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in the vicinity of or on the consumer ( 4 ) an identification element ( 5 ) is attached and on the first data transceiver ( 1 ) connected to it with an identification reader ( 6 ) is attached, whereby a wireless identification transmission ( 8 ) is made possible between the identification element ( 5 ) and the identification reading device ( 6 ).

8. System according to claim 7, characterized in that the range of the identification element ( 5 ) extends only into the immediate vicinity of the consumer ( 4 ) over a portion of the large system.

9. System according to claim 7 or 8, characterized in that the data transmission ( 7 ) between the first data transceiver ( 1 ) and the second data transceiver ( 2 ) is only released when the identification reader ( 6 ) receives the identification signal from receives the identification element ( 5 ).

10. System according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first data transceiver ( 1 ) and the second data transceiver ( 2 ) operate with a radio frequency.

11. System according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first data transceiver ( 1 ) and the second data transceiver ( 2 ) operate at an optical frequency.

12. System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first data transceiver ( 1 ) and the second data transceiver ( 2 ) send or receive acoustic signals.

13. System according to any one of claims 7 to 12, characterized in that the identification element ( 5 ) and the identification reader ( 6 ) are each a radio transceiver.

14. System according to any one of claims 7 to 12, characterized in that the identification element ( 5 ) and the identification reader ( 6 ) are each an optical transceiver.

15. System according to any one of claims 7 to 12, characterized in that the identification element ( 5 ) and the identification reader ( 6 ) is in each case an aku-static transceiver.

16. System according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the low-voltage consumer ( 4 ) is an electric motor.

17. System according to one of claims 1 to 15, characterized in that that the large plant is a mill.