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EP3963611B1 - Switch assembly with drive system - Google Patents

Switch assembly with drive system Download PDF

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Publication number
EP3963611B1
EP3963611B1 EP20721207.7A EP20721207A EP3963611B1 EP 3963611 B1 EP3963611 B1 EP 3963611B1 EP 20721207 A EP20721207 A EP 20721207A EP 3963611 B1 EP3963611 B1 EP 3963611B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
designed
switch
drive shaft
switch assembly
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20721207.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3963611C0 (en
EP3963611A1 (en
Inventor
Sebastian Schmid
Benjamin Dittmann
Eugen NAGEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP3963611A1 publication Critical patent/EP3963611A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3963611C0 publication Critical patent/EP3963611C0/en
Publication of EP3963611B1 publication Critical patent/EP3963611B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H01H2003/266—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor having control circuits for motor operating switches, e.g. controlling the opening or closing speed of the contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0027—Operating mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a switch arrangement, in particular a tap changer arrangement, with a switch, in particular an on-load tap changer, and a servo drive system for the switch, in particular an on-load tap changer.
  • switches for different tasks and with different requirements. In order to operate the respective switches, they must be driven by a drive system. These switches include on-load tap changers, load diverter switches, selectors, double reversers, reversers, pre-selectors, circuit breakers, load switches or isolating switches.
  • on-load tap-changers are used for uninterrupted switching between different winding taps of an electrical device, such as a power transformer or a controllable choke. This can be used to change the transformation ratio of the transformer or the inductance of the choke, for example. Double reversing switches are used to reverse the polarity of windings during power transformer operation.
  • a switch arrangement according to claim 1 is provided.
  • values for the position of the drive shaft also includes those values of measured quantities from which the position of the drive shaft can be clearly determined, if necessary within a tolerance range.
  • the control device can check the plausibility of the position determination or compare the two values, thereby increasing the reliability of the position determination and reducing the corresponding residual risk of incorrect position determination.
  • a partial failure of the feedback device such that only one value can be determined for the position of the drive shaft, does not necessarily lead to the immediate shutdown of the drive shaft.
  • At least the switch in particular the on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector, can still be moved into a safe operating position in a controlled manner despite the partial failure.
  • this increases the operational reliability of the servo drive system, the switch, in particular the on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector, and the equipment.
  • the switch is designed as an on-load tap changer, a load diverter switch, a selector, a double reversing switch, a reversing switch, a pre-selector, a circuit breaker, a load switch or a disconnector.
  • the servo drive system serves to drive a shaft of the switch, in particular on-load tap changer, load diverter switch, selector, double reverser, reverser, preselector, circuit breaker, load switch or disconnector, or to drive a corresponding component of the switch, in particular an on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector.
  • switch in particular an on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector, to carry out one or more operations, for example a switchover between two winding taps of an item of equipment or parts of the switchover, such as a load switchover, a selector operation or a pre-selector operation.
  • the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the switch, in particular to the shaft of the switch.
  • the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the motor, in particular to a motor shaft of the motor.
  • a position, in particular an absolute position, of the motor shaft corresponds to a position, in particular an absolute position, of the drive shaft. This means that the position of the drive shaft can be clearly deduced from the position of the motor shaft, possibly within a tolerance range.
  • the action includes controlling, regulating, braking, accelerating or stopping the motor.
  • the control can include, for example, position control, speed control, acceleration control or torque control.
  • the power unit is designed as a converter or servo converter or as an equivalent electronic, in particular fully electronic, unit for drive machines.
  • control device contains the feedback system in whole or in part.
  • the feedback system is designed to determine a first value of the at least two values for the position of the drive shaft according to a first method and to determine a second value of the at least two values for the position of the drive shaft according to a second method, wherein the two methods differ from one another. This creates a diverse redundancy, which further increases operational reliability.
  • the two methods may be based on different technical or physical principles or use different hardware components.
  • one of the at least two values for the position of the drive shaft is a first value for an absolute position of the drive shaft.
  • another of the at least two values for the position of the drive shaft is a second value for an absolute position of the drive shaft.
  • one of the at least two values for the position of the drive shaft is an incremental value for a position of the drive shaft or a value for a relative position of the drive shaft.
  • the first and/or second absolute position value can then be compared by the control unit with the incremental or relative value, which allows the plausibility of the first and/or second absolute position value to be checked.
  • the control unit can send the control signal to the power unit to initiate the safety measure.
  • the feedback system is configured to determine a rotor position of the motor and to determine one of the at least two values for the position of the drive shaft depending on the rotor position.
  • the rotor position is an angular range in which a rotor of the motor is located, optionally combined with a number of complete rotations of the rotor.
  • the position or absolute position of the motor shaft can be determined with an accuracy of at least 180°, for example by the control unit.
  • the evaluation by the control unit corresponds to a virtual encoder function in a way. Even if an absolute encoder in the feedback system fails completely, at least emergency operation can be maintained and/or the switch can be moved to a safe position.
  • the feedback system includes an absolute value encoder that is designed and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of another shaft that is connected to the drive shaft and to generate at least one output signal based on the detected position.
  • the feedback system is designed to determine one of the at least two values for the position of the drive shaft, in particular the first and/or the second value for the absolute position, based on the at least one output signal.
  • the absolute encoder is attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.
  • the absolute encoder has a first output for outputting the first or second value for the absolute position and a second output for outputting the incremental or relative value for the position.
  • absolute encoder includes both devices that determine two values for the position in different ways and devices that contain two separate encoders, at least one of which is an absolute encoder.
  • the absolute encoder comprises a multi-turn encoder.
  • the absolute encoder is configured to detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft using a first scanning method.
  • the absolute encoder is configured to additionally detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft using a second scanning method which is independent of the first scanning method.
  • the first or second sensing method includes an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive sensing method.
  • the first scanning method differs from the second scanning method.
  • the absolute encoder is positively connected to the drive shaft, the motor shaft or the other shaft.
  • the absolute encoder is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the other shaft in a force-fitting or material-fitting manner, for example by an adhesive connection.
  • the positive and additional material or force-fitting connection further increases the fastening of the absolute encoder and ultimately the operational reliability.
  • the programmable safety controller refers to a controller that contains two processor units, in particular two programmable logic controllers (PLCs).
  • the two processor units use the same process image of inputs and outputs of the control unit, which processes a user program stored in the control unit in parallel.
  • the user program contains a plurality of instructions.
  • the instructions When the instructions are executed by the control unit, this results in the control of the power section depending on the setpoint.
  • This drives the motor and ultimately the switch to carry out one or more operations, for example a switchover between two winding taps of an operating device or parts of the switchover, such as a load switchover, a selector operation or a preselector operation in the case of a switch that is designed as an on-load tap changer.
  • control unit includes a first and a second processor unit.
  • the control unit is designed to execute a program, in particular the user program, in order to implement a switching command for the switch, the first and the second processor unit executing the program in parallel.
  • the use of the programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy increases the operational reliability of the switch arrangement.
  • control unit is designed to carry out at least one comparison between the first and the second processor unit during the execution of the program, in particular a continuous comparison.
  • the comparison includes a comparison, in particular a cyclic comparison, of a process image of the first processor unit with a process image of the second processor unit.
  • control unit is configured to initiate a further security measure depending on a result, in particular in the case of a negative result of the at least one adjustment or comparison of the process images.
  • the safety measure or the further safety measure includes a safe shutdown of the motor, a blocking or shutdown of the power section or a triggering of a circuit breaker that connects or disconnects the equipment to a power network.
  • the safe shutdown of the motor takes place in particular in such a way that the switch is in a safe position after the safe shutdown.
  • Initiating the safety measure includes the output of at least one safety signal.
  • the safe stopping of the engine includes a safety function corresponding to a stop category according to the industry standard EN 60204-1:2006, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the safe stopping of the motor includes a safe torque off, STO, safety function, a safe stop 1, SS1, safety function, a safe stop 2, SS2, safety function, or a safe operation stop, SOS, safety function.
  • a hardware of the first processor unit differs from a hardware of the second processor unit.
  • control unit is configured to check a locking condition of two or more components of the switch arrangement.
  • the components of the switch arrangement can comprise components of the switch, for example, in the case of a switch which is designed as an on-load tap-changer, a selector, a preselector, a polarity circuit or a load changeover switch of the on-load tap-changer.
  • the components of the switch assembly may also include components that are not Part of the switch are, in particular, components of another switch in the switch arrangement or another switching component in the switch arrangement.
  • Two switches designed as on-load tap-changers can, for example, be on-load tap-changers for different phases of the energy network.
  • the other switching components can, for example, include a tap changer, a double reversing switch or an Advanced Retard Switch, ARS.
  • the locking condition can correspond to a specification that one of the components may only be operated or may not be operated if another of the components is in a certain state, for example a certain position, a certain switching state or a certain movement state.
  • control unit is configured to initiate the security measure depending on a result, in particular in the case of a negative result of the test of the locking condition.
  • the switch arrangement e.g. if it is an on-load tap changer, a load diverter switch, a selector, a double reversing switch, a reversing switch, a preselector, a circuit breaker, a load switch or a disconnector, is assigned to an electrical equipment, for example a power transformer or a phase-shifting transformer.
  • control unit has inputs and outputs which are designed as clocked inputs and outputs, respectively.
  • control unit is configured to check the presence of a cross-circuit based on input signals present at the inputs and/or based on output signals present at the outputs.
  • a cross circuit is a short circuit between connecting cables of two adjacent inputs or outputs.
  • control unit is configured to initiate the further safety measure depending on a result of the test, in particular if a cross-circuit is present.
  • the power unit is designed to bring the motor to a standstill, in particular to a safe standstill, by means of a first of the at least one safety measures.
  • the standstill can also include a movement within a defined tolerance range.
  • the safe stopping of the engine includes a safety function corresponding to a stop category according to the industry standard EN 60204-1:2006, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the safe stopping of the motor includes a safe torque off, STO, safety function, a safe stop 1, SS1, safety function, a safe stop 2, SS2, safety function, or a safe operation stop, SOS, safety function.
  • the safety measure includes monitoring a movement or a position of the motor, in particular a motor shaft of the motor.
  • monitoring the movement of the motor includes a safely limited speed (SLS) safety function, a safe speed monitor (SSM) safety function, a safe speed range (SSR) safety function, a safe limit position (SLP) safety function, a safe position (SP) safety function, or a safe direction (SDI) safety function.
  • SLS safely limited speed
  • SSM safe speed monitor
  • SSR safe speed range
  • SLP safe limit position
  • SP safe position
  • SDI safe direction
  • the first safety measure includes an uncontrolled shutdown of the engine.
  • the power unit is designed to completely interrupt the power supply to the motor depending on the control signal.
  • the first safety measure involves interrupting the power supply immediately or without delay. The power supply remains in place even in the The motor is stopped so that it can no longer provide torque (corresponds to STO).
  • the power unit is designed to brake the motor in a controlled manner or to stop it in a controlled manner depending on the control signal.
  • the energy supply to the motor is maintained during this time.
  • the power unit is designed to completely interrupt the energy supply to the motor after the controlled braking or stopping, depending on the control signal, so that the motor can no longer provide torque (corresponds to SS1).
  • the power unit is designed to maintain the energy supply to the motor after the controlled braking or stopping and to regulate a position of the motor, in particular the motor shaft, to a desired position (corresponds to SS2) depending on the control signal.
  • the power unit is designed to initiate a further safety measure if a tolerance range with respect to the target position is violated, in particular comprising an STO or an SS1 safety function.
  • the power unit is configured to limit a speed or rotational speed of the motor shaft by a second of the at least one safety measure.
  • the power unit is configured to restrict the speed such that the speed is less than or equal to a predetermined maximum speed (corresponds to SLS or SSR).
  • the power unit is configured to restrict the speed such that the speed is greater than or equal to a predetermined minimum speed (corresponds to SSM or SSR).
  • the power unit is configured to initiate a further safety measure, in particular comprising an STO or an SS1 safety function, if the maximum speed is exceeded or the minimum speed is undercut.
  • the at least one safety-relevant event comprises a deviation of a direction of rotation of the motor, the motor shaft or another shaft of the switch arrangement from a predetermined target direction of rotation (corresponds to SDI).
  • the direction of rotation is detected by the feedback system, in particular a sensor device of the feedback system, for example the absolute value sensor.
  • control unit is configured to generate the control signal depending on the feedback signal.
  • the at least one safety-relevant event occurs when the absolute position of the motor shaft or the further shaft falls below a predetermined minimum position or exceeds a predetermined maximum position (corresponds to SLP).
  • the at least one safety-relevant event occurs when the first and the second value for the absolute position of the drive shaft differ significantly from one another.
  • the control unit can compare the first and the second value for the absolute position of the drive shaft with one another.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a switch arrangement 1 according to the improved concept with a switch 17 and a Servo drive system 2, which is connected to the switch 17 via a drive shaft 16.
  • the servo drive system 2 contains a motor 12, which can drive the drive shaft 16 via a motor shaft 14 and optionally via a gear 15.
  • a control device 3 of the servo drive system 2 comprises a power section 11, which contains, for example, a servo converter, for the controlled or regulated energy supply of the motor 12, as well as a control unit 10 for controlling the power section 11, for example via a bus 18.
  • the servo drive system 2 can have a sensor system 13, which serves as a feedback system 4 or is part of the feedback system and is connected to the power unit 11. Furthermore, the sensor system 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.
  • the encoder system 13 is designed to detect a value for a position, in particular an angular position, for example an absolute angular position, of the drive shaft 16 and to generate a feedback signal based thereon.
  • the encoder system 13 can comprise, for example, an absolute encoder, in particular a multi-turn absolute encoder, which is attached to the drive shaft 16, the motor shaft 14 or another shaft whose position is clearly linked to the absolute position of the drive shaft 16.
  • the position of the drive shaft 16 can be clearly determined from the position of the motor shaft 14, for example via a transmission ratio of the gear 15.
  • the fastening of the absolute encoder is designed, for example, as a combination of a positive connection with a force-fitting or material-fitting connection.
  • the feedback system is also configured to detect a second value for the position of the drive shaft 16.
  • the sensor system 13 can be configured to detect the second value, in particular using a method which differs from a method by which the first value for the position of the drive shaft 16 is detected.
  • control device 3 can be set up to determine the second value from a rotor position of the motor 12, effectively thus having a virtual sensor for detecting the second value.
  • a rotor position of the motor 12 can be used. Since the strength of the feedback varies periodically, the rotor position can be determined approximately, in particular by means of signal analysis, for example FFT analysis. Since a full revolution of the drive shaft 16 corresponds to a large number of revolutions of the rotor, the position of the drive shaft 16 can be determined with much greater accuracy.
  • the control device 3 in particular the control unit 10 and/or the power unit 11, is designed to control or regulate the motor 12 depending on a feedback signal which the feedback system 4 generates based on the first and the second value.
  • the control device 3 for example the control unit 10, can, for example, compare the two values for the position of the drive shaft 16 and/or carry out a plausibility check of the position determination.
  • the control unit 10 is designed as a programmable safety controller and includes a first and a second programmable logic controller 6, 7. To implement a switching command for the switch, the programmable logic controllers 6, 7, for example, execute a program in parallel.
  • the programmable logic controllers 6, 7 compare themselves with one another, in particular cyclically or continuously.
  • the comparison can, for example, include a comparison of calculation results, checksums or the like.
  • programmable logic controllers 6, 7 contain different hardware components or are designed as different types or models.
  • Inputs and outputs of the control unit 10 can be designed as clocked inputs and outputs. This allows the control unit 10 to detect clock deviations by comparing an input signal with an output signal, for example deviations in period lengths or edges of the signals. Based on the clock deviations, cross-circuits can be detected, for example.
  • the control unit 10 can identify the presence of a safety-relevant event, for example a malfunction or error in the switch 17 or the drive system. If a safety-relevant event occurs, the control unit 10 transmits a control signal to the power unit 11, which then initiates or executes a safety measure.
  • a safety-relevant event for example a malfunction or error in the switch 17 or the drive system.
  • FIG 2 shows a schematic representation of another exemplary embodiment a switch arrangement 1 according to the improved concept, which is based on the embodiment according to Figure 1 based on.
  • the switch arrangement 1 optionally has a control cabinet 21 within which the control unit 10, the power unit 11 and an optional human-machine interface 19 are arranged.
  • the human-machine interface 19 is connected to the control unit 10 and can be used for control, maintenance or configuration purposes, for example.
  • the motor 12, the motor shaft 14, the encoder system 13 and/or the gear 15 can be arranged inside or outside the control cabinet 21.
  • the switch arrangement 1, in particular the control unit 10, is coupled to a safety device 20, which comprises, for example, a circuit breaker, in order to disconnect the switch arrangement 1 or an electrical device to which the switch arrangement 1 is assigned from a power network, for example in the event of an error or a malfunction of the switch arrangement 1.
  • a safety device 20 which comprises, for example, a circuit breaker, in order to disconnect the switch arrangement 1 or an electrical device to which the switch arrangement 1 is assigned from a power network, for example in the event of an error or a malfunction of the switch arrangement 1.
  • a switch arrangement 1 increases the operational reliability of the servo drive system, the switch and the equipment. This is achieved in particular by using the programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy, the initiation of the safety measure by the power unit and the double position determination.

Landscapes

  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung, insbesondere eine Stufenschalteranordnung, mit einem Schalter, insbesondere Laststufenschalter, und einem Servoantriebssystem für den Schalter, insbesondere Laststufenschalter.The invention relates to a switch arrangement, in particular a tap changer arrangement, with a switch, in particular an on-load tap changer, and a servo drive system for the switch, in particular an on-load tap changer.

In Umspannwerken existiert eine Vielzahl an Schaltern für unterschiedliche Aufgaben und mit unterschiedlichen Anforderungen. Für die Betätigung der jeweiligen Schalter müssen diese über ein Antriebssystem angetrieben werden. Bei diesen Schaltern handelt es sich unter anderem um Laststufenschalter, Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Vorwähler, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter.In substations there are a large number of switches for different tasks and with different requirements. In order to operate the respective switches, they must be driven by a drive system. These switches include on-load tap changers, load diverter switches, selectors, double reversers, reversers, pre-selectors, circuit breakers, load switches or isolating switches.

So dienen Laststufenschalter beispielsweise zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines elektrischen Betriebsmittels, wie etwa eines Leistungstransformators oder einer regelbaren Drossel. Dadurch können beispielsweise das Übersetzungsverhältnis des Transformators oder die Induktivität der Drossel verändert werden. Doppelwender dienen zum Umpolen von Wicklungen während des Leistungstransformatorbetriebs.For example, on-load tap-changers are used for uninterrupted switching between different winding taps of an electrical device, such as a power transformer or a controllable choke. This can be used to change the transformation ratio of the transformer or the inductance of the choke, for example. Double reversing switches are used to reverse the polarity of windings during power transformer operation.

All diese Schalter stellen eine hochgradig sicherheitsrelevante Komponente des elektrischen Betriebsmittels dar, weil die Umschaltung während das Betriebsmittel im Betrieb ist erfolgt und dementsprechend beispielsweise an ein Energienetz angeschlossen ist. Störungen beim Betrieb können in extremen Fällen gravierende technische und wirtschaftliche Folgen haben. Das Dokument WO2012/135209 offenbart eine Schalteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.All of these switches represent a highly safety-relevant component of the electrical equipment because the switching takes place while the equipment is in operation and is therefore connected to a power grid, for example. In extreme cases, malfunctions during operation can have serious technical and economic consequences. The document WO2012/135209 discloses a switch arrangement according to the preamble of claim 1.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zum Antreiben eines Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters oder Trennschalters anzugeben, durch welches die Sicherheit des Betriebs erhöht wird.It is therefore an object of the present invention to provide an improved concept for driving a switch, in particular a load tap changer, load diverter switch, selector, double reverser, reverser, preselector, circuit breaker, load switch or disconnector, by means of which the safety of operation is increased.

Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the respective subject matter of the independent claims. Further embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird eine Schalteranordnung gemäß Anspruch 1 angegeben.According to the improved concept, a switch arrangement according to claim 1 is provided.

Die Begrifflichkeit der "Werte für die Position der Antriebswelle" beinhaltet auch solche Werte von Messgrößen, aus denen die Position der Antriebswelle, gegebenenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs, eindeutig bestimmt werden kann.The term "values for the position of the drive shaft" also includes those values of measured quantities from which the position of the drive shaft can be clearly determined, if necessary within a tolerance range.

Durch die Bestimmung von mindestens zwei Werten für die Position der Antriebswelle kann die Steuervorrichtung eine Plausibilität der Positionsbestimmung oder einen Abgleich der beiden Werte vornehmen und dadurch die Sicherheit der Positionsbestimmung erhöhen und das entsprechende Restrisiko einer fehlerhaften Positionsbestimmung verringern. Zudem führt ein Teilausfall der Feedbackvorrichtung, derart, dass nur noch ein Wert für die Position der Antriebwelle bestimmt werden kann, nicht gezwungenermaßen zum sofortigen Stillsetzung der Antriebswelle. Zumindest kann der Schalter, insbesondere Laststufenschalter, Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Vorwählers Leistungsschalters Lastschalter oder Trennschalter, trotz des Teilausfalls noch geregelt in eine sichere Betriebsposition bewegt werden. Letztendlich wird damit die Betriebssicherheit des Servoantriebssystems, des Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschalter, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters oder Trennschalters und des Betriebsmittels erhöht.By determining at least two values for the position of the drive shaft, the control device can check the plausibility of the position determination or compare the two values, thereby increasing the reliability of the position determination and reducing the corresponding residual risk of incorrect position determination. In addition, a partial failure of the feedback device, such that only one value can be determined for the position of the drive shaft, does not necessarily lead to the immediate shutdown of the drive shaft. At least the switch, in particular the on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector, can still be moved into a safe operating position in a controlled manner despite the partial failure. Ultimately, this increases the operational reliability of the servo drive system, the switch, in particular the on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector, and the equipment.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Schalter als ein Laststufenschalter, ein Lastumschalter, ein Wähler, ein Doppelwender, ein Wender, ein Vorwähler, ein Leistungsschalter, ein Lastschalter oder ein Trennschalter ausgebildet.According to at least one embodiment, the switch is designed as an on-load tap changer, a load diverter switch, a selector, a double reversing switch, a reversing switch, a pre-selector, a circuit breaker, a load switch or a disconnector.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform dient das Servoantriebssystem dazu, eine Welle des Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters oder Trennschalters, oder eine entsprechende Komponente des Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters oder Trennschalters, anzutreiben. Dadurch wird der Schalter, insbesondere Laststufenschalter, Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Vorwähler, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter, veranlasst, eine oder mehrere Operationen durchzuführen, beispielsweise eine Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen eines Betriebsmittels oder Teile der Umschaltung, wie etwa eine Lastumschaltung, eine Wählerbetätigung oder eine Vorwählerbetätigung.According to at least one embodiment, the servo drive system serves to drive a shaft of the switch, in particular on-load tap changer, load diverter switch, selector, double reverser, reverser, preselector, circuit breaker, load switch or disconnector, or to drive a corresponding component of the switch, in particular an on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector. This causes the switch, in particular an on-load tap-changer, load changer, selector, double reverser, reverser, pre-selector, circuit breaker, load switch or disconnector, to carry out one or more operations, for example a switchover between two winding taps of an item of equipment or parts of the switchover, such as a load switchover, a selector operation or a pre-selector operation.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Schalter, insbesondere der Welle des Schalters, verbunden.According to at least one embodiment, the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the switch, in particular to the shaft of the switch.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Motor, insbesondere einer Motorwelle des Motors verbunden.According to at least one embodiment, the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the motor, in particular to a motor shaft of the motor.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform entspricht eine Position, insbesondere eine absolute Position, der Motorwelle, einer Position, insbesondere absoluten Position, der Antriebswelle. Das heißt von der Position der Motorwelle lässt sich, gegebenenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs, eindeutig auf die Position der Antriebswelle schließen.According to at least one embodiment, a position, in particular an absolute position, of the motor shaft corresponds to a position, in particular an absolute position, of the drive shaft. This means that the position of the drive shaft can be clearly deduced from the position of the motor shaft, possibly within a tolerance range.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Einwirken ein Steuern, Regeln, Bremsen, Beschleunigen oder Anhalten des Motors. Das Regeln kann beispielsweise eine Positionsregelung, eine Geschwindigkeitsregelung, eine Beschleunigungsregelung oder eine Drehmomentregelung umfassen.According to at least one embodiment, the action includes controlling, regulating, braking, accelerating or stopping the motor. The control can include, for example, position control, speed control, acceleration control or torque control.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil als Umrichter oder Servoumrichter ausgestaltet oder als äquivalente elektronische, insbesondere vollelektronische, Einheit für Antriebsmaschinen.According to at least one embodiment, the power unit is designed as a converter or servo converter or as an equivalent electronic, in particular fully electronic, unit for drive machines.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen enthält die Steuervorrichtung das Feedbacksystem ganz oder teilweise.According to various embodiments, the control device contains the feedback system in whole or in part.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, einen ersten Wert der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle nach einer ersten Methode zu ermitteln und einen zweiten Wert der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle nach einer zweiten Methode zu ermitteln, wobei sich die beiden Methoden voneinander unterscheiden. Dadurch wird eine diversitäre Redundanz erzeugt, welche die Betriebssicherheit weiter erhöht.According to at least one embodiment, the feedback system is designed to determine a first value of the at least two values for the position of the drive shaft according to a first method and to determine a second value of the at least two values for the position of the drive shaft according to a second method, wherein the two methods differ from one another. This creates a diverse redundancy, which further increases operational reliability.

Die beiden Methoden können beispielsweise auf unterschiedlichen technischen oder physikalischen Prinzipien beruhen oder unterschiedliche Hardwarekomponenten einsetzen.For example, the two methods may be based on different technical or physical principles or use different hardware components.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist einer der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle ein erster Wert für eine absolute Position der Antriebswelle.According to at least one embodiment, one of the at least two values for the position of the drive shaft is a first value for an absolute position of the drive shaft.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist ein weiterer der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle ein zweiter Wert für eine absolute Position der Antriebswelle.According to at least one embodiment, another of the at least two values for the position of the drive shaft is a second value for an absolute position of the drive shaft.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist einer der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle ein inkrementeller Wert für eine Position der Antriebswelle oder ein Wert für eine relative Position der Antriebswelle.According to at least one embodiment, one of the at least two values for the position of the drive shaft is an incremental value for a position of the drive shaft or a value for a relative position of the drive shaft.

Der erste und/oder der zweite Wert für die absolute Position kann dann von der Steuereinheit mit dem inkrementellen oder relativen Wert abgeglichen werden, wodurch die Plausibilität des ersten und/oder zweiten Wertes für die absolute Position geprüft werden kann. Bei einer signifikanten Abweichung kann die Steuereinheit das Steuersignal an das Leistungsteil abgeben, um die Sicherheitsmaßnahme einzuleiten.The first and/or second absolute position value can then be compared by the control unit with the incremental or relative value, which allows the plausibility of the first and/or second absolute position value to be checked. In the event of a significant deviation, the control unit can send the control signal to the power unit to initiate the safety measure.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, eine Rotorposition des Motors zu ermitteln und einen der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle in Abhängigkeit der Rotorposition zu bestimmen.According to at least one embodiment, the feedback system is configured to determine a rotor position of the motor and to determine one of the at least two values for the position of the drive shaft depending on the rotor position.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform handelt es sich bei der Rotorposition um einen Winkelbereich, in dem sich ein Rotor des Motors befindet, gegebenenfalls kombiniert mit einer Anzahl von vollständigen Rotationen des Rotors.According to at least one embodiment, the rotor position is an angular range in which a rotor of the motor is located, optionally combined with a number of complete rotations of the rotor.

Je nach Ausgestaltung, insbesondere Polpaarzahl, des Rotors kann damit die Position oder absolute Position der Motorwelle bis auf mindestens 180° genau bestimmt werden, beispielsweise durch die Steuereinheit. Durch Untersetzung mittels einem oder mehrerer Getriebe ist die dadurch erzielbare Genauigkeit der Position der Antriebswelle deutlich größer. Die Auswertung durch die Steuereinheit entspricht hier gewissermaßen einer virtuellen Geberfunktion. Auch bei einem vollständigen Ausfall eines Absolutwertgebers des Feedbacksystems kann daher wenigstens ein Notbetrieb aufrechterhalten werden und/oder der Schalter in eine sichere Position gebracht werden.Depending on the design of the rotor, in particular the number of pole pairs, the position or absolute position of the motor shaft can be determined with an accuracy of at least 180°, for example by the control unit. By reducing the speed using one or more gears, the accuracy of the position of the drive shaft can be significantly increased. The evaluation by the control unit corresponds to a virtual encoder function in a way. Even if an absolute encoder in the feedback system fails completely, at least emergency operation can be maintained and/or the switch can be moved to a safe position.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Feedbacksystem einen Absolutwertgeber, der dazu eingerichtet und angeordnet ist, die absolute Position der Antriebswelle oder eine absolute Position einer weiteren Welle, welche mit der Antriebswelle verbunden ist, zu erfassen und basierend auf der erfassten Position wenigstens ein Ausgangssignal zu erzeugen. Das Feedbacksystem ist dazu eingerichtet, einen der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle, insbesondere den ersten und/oder den zweiten Wert für die absolute Position, anhand des wenigstens einen Ausgangssignals zu ermitteln.According to at least one embodiment, the feedback system includes an absolute value encoder that is designed and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of another shaft that is connected to the drive shaft and to generate at least one output signal based on the detected position. The feedback system is designed to determine one of the at least two values for the position of the drive shaft, in particular the first and/or the second value for the absolute position, based on the at least one output signal.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Absolutwertgeber direkt oder indirekt an der Motorwelle, der Antriebswelle oder einer damit gekoppelten Welle befestigt.According to at least one embodiment, the absolute encoder is attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist der Absolutwertgeber einen ersten Ausgang zur Ausgabe des ersten oder zweiten Wertes für die absolute Position und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe des inkrementellen oder relativen Wertes für die Position auf.According to at least one embodiment, the absolute encoder has a first output for outputting the first or second value for the absolute position and a second output for outputting the incremental or relative value for the position.

Von der Begrifflichkeit "Absolutwertgeber" umfasst sind sowohl Vorrichtungen, die zwei Werte für die Position auf unterschiedliche Weise ermitteln, also auch Vorrichtungen, die zwei separate Geber beinhalten, von denen mindestens einer ein Absolutwertgeber ist.The term "absolute encoder" includes both devices that determine two values for the position in different ways and devices that contain two separate encoders, at least one of which is an absolute encoder.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst der Absolutwertgeber einen Multiturn-Drehgeber.According to at least one embodiment, the absolute encoder comprises a multi-turn encoder.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Absolutwertgeber dazu eingerichtet, die Position der Antriebswelle oder die Position der weiteren Welle anhand eines ersten Abtastverfahrens zu erfassen.According to at least one embodiment, the absolute encoder is configured to detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft using a first scanning method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Absolutwertgeber dazu eingerichtet, die Position der Antriebswelle oder die Position der weiteren Welle zusätzlich anhand eines zweiten Abtastverfahrens, welches von dem ersten Abtastverfahren unabhängig ist, zu erfassen.According to at least one embodiment, the absolute encoder is configured to additionally detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft using a second scanning method which is independent of the first scanning method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das erste oder das zweite Abtastverfahren ein optisches, ein magnetisches, ein kapazitives, ein resistives oder ein induktives Abtastverfahren.According to at least one embodiment, the first or second sensing method includes an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive sensing method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform unterscheidet sich das erste Abtastverfahren von dem zweiten Abtastverfahren.According to at least one embodiment, the first scanning method differs from the second scanning method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Absolutwertgeber formschlüssig mit der Antriebswelle, der Motorwelle oder der weiteren Welle verbunden.According to at least one embodiment, the absolute encoder is positively connected to the drive shaft, the motor shaft or the other shaft.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Absolutwertgeber zusätzlich kraftschlüssig oder stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Klebeverbindung, mit der Antriebswelle, der Motorwelle oder der weiteren Welle verbunden.According to at least one embodiment, the absolute encoder is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the other shaft in a force-fitting or material-fitting manner, for example by an adhesive connection.

Durch die formschlüssige und zusätzlich stoff- oder kraftschlüssige Verbindung wird die Befestigung des Absolutwertgebers und letztlich die Betriebssicherheit weiter erhöht.The positive and additional material or force-fitting connection further increases the fastening of the absolute encoder and ultimately the operational reliability.

Die programmierbare Sicherheitssteuerung bezeichnet eine Steuerung, welche zwei Prozessoreinheiten, insbesondere zwei speicherprogrammierbare Steuerungen, SPS, beinhaltet. Die beiden Prozessoreinheiten nutzen dasselbe Prozessabbild von Ein- und Ausgängen der Steuereinheit welches ein in der Steuereinheit gespeichertes Anwenderprogramm parallel abarbeiten.The programmable safety controller refers to a controller that contains two processor units, in particular two programmable logic controllers (PLCs). The two processor units use the same process image of inputs and outputs of the control unit, which processes a user program stored in the control unit in parallel.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Anwenderprogramm eine Vielzahl von Anweisungen. Wenn die Anweisungen von der Steuereinheit ausgeführt werden, resultiert dies in der Ansteuerung des Leistungsteils in Abhängigkeit des Sollwerts. Dadurch wird der Motor und letztlich der Schalter angetrieben, um eine oder mehrere Operationen durchzuführen, beispielsweise eine Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen eines Betriebsmittels oder Teile der Umschaltung, wie etwa bei einem Schalter, der als Laststufenschalter ausgebildet ist eine Lastumschaltung, eine Wählerbetätigung oder eine Vorwählerbetätigung.According to at least one embodiment, the user program contains a plurality of instructions. When the instructions are executed by the control unit, this results in the control of the power section depending on the setpoint. This drives the motor and ultimately the switch to carry out one or more operations, for example a switchover between two winding taps of an operating device or parts of the switchover, such as a load switchover, a selector operation or a preselector operation in the case of a switch that is designed as an on-load tap changer.

Gemäß der Erfindung beinhaltet die Steuereinheit eine erste und eine zweite Prozessoreinheit. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, zur Umsetzung eines Schaltbefehls für den Schalter ein Programm, insbesondere das Anwenderprogramm, abzuarbeiten, wobei die erste und die zweite Prozessoreinheit das Programm parallel abarbeiten.According to the invention, the control unit includes a first and a second processor unit. The control unit is designed to execute a program, in particular the user program, in order to implement a switching command for the switch, the first and the second processor unit executing the program in parallel.

Durch den Einsatz der programmierbaren Sicherheitssteuerung als Steuereinheit und die damit verbundene Redundanz wird die Betriebssicherheit der Schalteranordnung erhöht.The use of the programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy increases the operational reliability of the switch arrangement.

Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, während des Abarbeitens des Programms, wenigstens einen Abgleich zwischen der ersten und der zweiten Prozessoreinheit durchzuführen, insbesondere einen kontinuierlichen Abgleich. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet der Abgleich einen Vergleich, insbesondere einen zyklischen Vergleich, eines Prozessabbilds der ersten Prozessoreinheit mit einem Prozessabbild der zweiten Prozessoreinheit.According to the invention, the control unit is designed to carry out at least one comparison between the first and the second processor unit during the execution of the program, in particular a continuous comparison. According to at least one embodiment, the comparison includes a comparison, in particular a cyclic comparison, of a process image of the first processor unit with a process image of the second processor unit.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, abhängig von einem Ergebnis, insbesondere im Falle eines negativen Ergebnisses des wenigstens einen Abgleichs oder des Vergleichs der Prozessabbilder, eine weitere Sicherheitsmaßnahme einzuleiten.According to at least one embodiment, the control unit is configured to initiate a further security measure depending on a result, in particular in the case of a negative result of the at least one adjustment or comparison of the process images.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Sicherheitsmaßnahme oder die weitere Sicherheitsmaßnahme ein sicheres Stillsetzen des Motors, eine Blockierung oder Stillsetzung des Leistungsteils oder ein Auslösen eines Leistungschalters, der das Betriebsmittel mit einem Energienetz verbindet beziehungsweise trennt. Das sichere Stillsetzen des Motors erfolgt insbesondere derart, dass sich der Schalter nach dem sicheren Stillsetzen in einer sicheren Stellung befindet. Das Einleiten der Sicherheitsmaßnahme beinhaltet die Ausgabe wenigstens eines Sicherheitssignals.According to at least one embodiment, the safety measure or the further safety measure includes a safe shutdown of the motor, a blocking or shutdown of the power section or a triggering of a circuit breaker that connects or disconnects the equipment to a power network. The safe shutdown of the motor takes place in particular in such a way that the switch is in a safe position after the safe shutdown. Initiating the safety measure includes the output of at least one safety signal.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das sichere Stillsetzen des Motors eine Sicherheitsfunktion, welche einer Stoppkategorie nach der Industrienorm EN 60204-1:2006 entspricht, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.According to at least one embodiment, the safe stopping of the engine includes a safety function corresponding to a stop category according to the industry standard EN 60204-1:2006, the content of which is hereby incorporated by reference.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das sichere Stillsetzen des Motors eine Safe-torque-off, STO, Sicherheitsfunktion, eine Safe-stop-1, SS1, Sicherheitsfunktion, eine Safe-stop-2, SS2, Sicherheitsfunktion, oder eine Safe-operation-stop, SOS, Sicherheitsfunktion.According to at least one embodiment, the safe stopping of the motor includes a safe torque off, STO, safety function, a safe stop 1, SS1, safety function, a safe stop 2, SS2, safety function, or a safe operation stop, SOS, safety function.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform unterscheidet sich eine Hardware der ersten Prozessoreinheit von einer Hardware der zweiten Prozessoreinheit.According to at least one embodiment, a hardware of the first processor unit differs from a hardware of the second processor unit.

Dadurch wird eine diversitäre Redundanz geschaffen, welche die Betriebssicherheit weiter erhöht.This creates diverse redundancy, which further increases operational reliability.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine Verriegelungsbedingung von zwei oder mehr Komponenten der Schalteranordnung zu prüfen.According to at least one embodiment, the control unit is configured to check a locking condition of two or more components of the switch arrangement.

Die Komponenten der Schalteranordnung können Komponenten des Schalters umfassen, beispielsweise bei einem Schalter, der als Laststufenschalter ausgebildet ist einen Wähler, einen Vorwähler, eine Polungsschaltung oder einen Lastumschalter des Laststufenschalters.The components of the switch arrangement can comprise components of the switch, for example, in the case of a switch which is designed as an on-load tap-changer, a selector, a preselector, a polarity circuit or a load changeover switch of the on-load tap-changer.

Die Komponenten der Schalteranordnung können auch Komponenten umfassen, die nicht Teil des Schalters sind, insbesondere Komponenten eines weiteren Schalters der Schalteranordnung oder einer anderen Schaltkomponente der Schalteranordnung. Bei zwei Schaltern, die als Laststufenschalter ausgebildet sind, kann es sich beispielsweise um Laststufenschalter für unterschiedliche Phasen des Energienetzes handeln. Die anderen Schaltkomponenten können beispielsweise einen Umsteller, einen Doppelwender oder einen Advanced Retard Switch, ARS, umfassen.The components of the switch assembly may also include components that are not Part of the switch are, in particular, components of another switch in the switch arrangement or another switching component in the switch arrangement. Two switches designed as on-load tap-changers can, for example, be on-load tap-changers for different phases of the energy network. The other switching components can, for example, include a tap changer, a double reversing switch or an Advanced Retard Switch, ARS.

Die Verriegelungsbedingung kann dabei einer Vorgabe entsprechen, dass eine der Komponenten nur dann betätigt werden darf oder dann nicht betätigt werden darf, wenn sich eine andere der Komponenten in einem bestimmten Zustand befindet, beispielsweise einer bestimmten Position, einem bestimmten Schaltzustand oder einem bestimmten Bewegungszustand.The locking condition can correspond to a specification that one of the components may only be operated or may not be operated if another of the components is in a certain state, for example a certain position, a certain switching state or a certain movement state.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, abhängig von einem Ergebnis, insbesondere im Falle eines negativen Ergebnisses der Prüfung der Verriegelungsbedingung, die Sicherheitsmaßnahme einzuleiten.According to at least one embodiment, the control unit is configured to initiate the security measure depending on a result, in particular in the case of a negative result of the test of the locking condition.

Durch Prüfung der Verriegelungsbedingung und gegebenenfalls Einleitung der Sicherheitsmaßnahme kann die Betriebssicherheit weiter erhöht werden, ohne dass dafür spezifische konstruktive Maßnahmen für den Schalter oder die anderen Komponenten erforderlich sind, wie beispielsweise mechanische oder elektromechanische Systeme, Nockenschalter oder dergleichen.By checking the locking condition and, if necessary, initiating the safety measure, operational safety can be further increased without the need for specific design measures for the switch or the other components, such as mechanical or electromechanical systems, cam switches or the like.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Schalteranordnung, z.B. wenn diese ein Laststufenschalter, ein Lastumschalter, ein Wähler, ein Doppelwender, ein Wender, ein Vorwähler, ein Leistungsschalter, ein Lastschalter oder ein Trennschalter ist, einem elektrischen Betriebsmittel zugeordnet, beispielsweise einem Leistungstransformator oder einem Phasenschiebertransformator.According to at least one embodiment, the switch arrangement, e.g. if it is an on-load tap changer, a load diverter switch, a selector, a double reversing switch, a reversing switch, a preselector, a circuit breaker, a load switch or a disconnector, is assigned to an electrical equipment, for example a power transformer or a phase-shifting transformer.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist die Steuereinheit Eingänge und Ausgänge auf, welche als getaktete Eingänge beziehungsweise Ausgänge ausgebildet sind.According to at least one embodiment, the control unit has inputs and outputs which are designed as clocked inputs and outputs, respectively.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, anhand von Eingangssignalen, welche an den Eingängen anliegen und/oder anhand von Ausgangssignalen, welche an den Ausgängen anliegen, das Vorliegen eines Querschlusses zu prüfen.According to at least one embodiment, the control unit is configured to check the presence of a cross-circuit based on input signals present at the inputs and/or based on output signals present at the outputs.

Als Querschluss wird ein Kurzschluss zwischen Anschlussleitungen zweier benachbarter Ein- oder Ausgänge bezeichnet.A cross circuit is a short circuit between connecting cables of two adjacent inputs or outputs.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, abhängig von einem Ergebnis der Prüfung, insbesondere falls ein Querschluss vorliegt, die weitere Sicherheitsmaßnahme einzuleiten.According to at least one embodiment, the control unit is configured to initiate the further safety measure depending on a result of the test, in particular if a cross-circuit is present.

Durch Einleiten der Sicherheitsmaßnahme bei Vorliegen eines sicherheitsrelevanten Ereignisses oder der weiteren Sicherheitsmaßnahme wird die Betriebssicherheit der Schalteranordnung erhöht.By initiating the safety measure in the event of a safety-relevant event or the further safety measure, the operational reliability of the switch arrangement is increased.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, durch eine erste der wenigstens einen Sicherheitsmaßnahmen den Motor in Stillstand zu versetzen, insbesondere sicher stillzusetzen. Dabei kann der Stillstand auch eine Bewegung in einem definierten Toleranzbereich beinhalten.According to at least one embodiment, the power unit is designed to bring the motor to a standstill, in particular to a safe standstill, by means of a first of the at least one safety measures. The standstill can also include a movement within a defined tolerance range.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das sichere Stillsetzen des Motors eine Sicherheitsfunktion, welche einer Stoppkategorie nach der Industrienorm EN 60204-1:2006 entspricht, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.According to at least one embodiment, the safe stopping of the engine includes a safety function corresponding to a stop category according to the industry standard EN 60204-1:2006, the content of which is hereby incorporated by reference.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das sichere Stillsetzen des Motors eine Safe-torque-off, STO, Sicherheitsfunktion, eine Safe-stop-1, SS1, Sicherheitsfunktion, eine Safe-stop-2, SS2, Sicherheitsfunktion, oder eine Safe-operation-stop, SOS, Sicherheitsfunktion.According to at least one embodiment, the safe stopping of the motor includes a safe torque off, STO, safety function, a safe stop 1, SS1, safety function, a safe stop 2, SS2, safety function, or a safe operation stop, SOS, safety function.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Sicherheitsmaßnahme die Überwachung einer Bewegung oder eine Position des Motors, insbesondere einer Motorwelle des Motors.According to at least one embodiment, the safety measure includes monitoring a movement or a position of the motor, in particular a motor shaft of the motor.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Überwachen der Bewegung des Motors eine Safely-limited-speed, SLS, Sicherheitsfunktion, eine Safe-speed-monitor, SSM, Sicherheitsfunktion, eine Safe-speed-range, SSR, Sicherheitsfunktion, eine Safe-Iimit-position, SLP, Sicherheitsfunktion, eine Safe-Position, SP, Sicherheitsfunktion oder eine Safe-direction, SDI, Sicherheitsfunktion.According to at least one embodiment, monitoring the movement of the motor includes a safely limited speed (SLS) safety function, a safe speed monitor (SSM) safety function, a safe speed range (SSR) safety function, a safe limit position (SLP) safety function, a safe position (SP) safety function, or a safe direction (SDI) safety function.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die erste Sicherheitsmaßnahme ein ungesteuertes Stillsetzen des Motors.According to at least one embodiment, the first safety measure includes an uncontrolled shutdown of the engine.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, die Energieversorgung des Motors abhängig von dem Steuersignal vollständig zu unterbrechen. Insbesondere beinhaltet die erste Sicherheitsmaßnahme die Energieversorgung sofort beziehungsweise unverzüglich zu unterbrechen. Die Energieversorgung bleibt dabei auch im Stillstand des Motors unterbrochen, so dass dieser kein Drehmoment mehr bereitstellen kann (entspricht STO).According to at least one embodiment, the power unit is designed to completely interrupt the power supply to the motor depending on the control signal. In particular, the first safety measure involves interrupting the power supply immediately or without delay. The power supply remains in place even in the The motor is stopped so that it can no longer provide torque (corresponds to STO).

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, abhängig von dem Steuersignal den Motor gesteuert zu bremsen oder gesteuert stillzusetzen. Die Energieversorgung des Motors wird währenddessen aufrechterhalten.According to at least one embodiment, the power unit is designed to brake the motor in a controlled manner or to stop it in a controlled manner depending on the control signal. The energy supply to the motor is maintained during this time.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, abhängig von dem Steuersignal nach dem gesteuerten Bremsen oder Stillsetzen die Energieversorgung des Motors vollständig zu unterbrechen, so dass dieser kein Drehmoment mehr bereitstellen kann (entspricht SS1).According to at least one embodiment, the power unit is designed to completely interrupt the energy supply to the motor after the controlled braking or stopping, depending on the control signal, so that the motor can no longer provide torque (corresponds to SS1).

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, abhängig von dem Steuersignal nach dem gesteuerten Bremsen oder Stillsetzen die Energieversorgung des Motors aufrecht zu erhalten und eine Position des Motors, insbesondere der Motorwelle, auf eine Sollposition zu regeln (entspricht SS2).According to at least one embodiment, the power unit is designed to maintain the energy supply to the motor after the controlled braking or stopping and to regulate a position of the motor, in particular the motor shaft, to a desired position (corresponds to SS2) depending on the control signal.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, bei Verletzung eines Toleranzbereichs bezüglich der Sollposition eine weitere Sicherheitsmaßnahme einzuleiten, insbesondere umfassend eine STO oder eine SS1 Sicherheitsfunktion.According to at least one embodiment, the power unit is designed to initiate a further safety measure if a tolerance range with respect to the target position is violated, in particular comprising an STO or an SS1 safety function.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, durch eine zweite der wenigstens einen Sicherheitsmaßnahme eine Geschwindigkeit oder Drehzahl der Motorwelle einzuschränken.According to at least one embodiment, the power unit is configured to limit a speed or rotational speed of the motor shaft by a second of the at least one safety measure.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, die Einschränkung der Geschwindigkeit dergestalt vorzunehmen, dass die Geschwindigkeit kleiner oder gleich einer vorbestimmten Maximalgeschwindigkeit ist (entspricht SLS oder SSR).According to at least one embodiment, the power unit is configured to restrict the speed such that the speed is less than or equal to a predetermined maximum speed (corresponds to SLS or SSR).

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, die Einschränkung der Geschwindigkeit dergestalt vorzunehmen, dass die Geschwindigkeit größer oder gleich einer vorbestimmten Minimalgeschwindigkeit ist (entspricht SSM oder SSR).According to at least one embodiment, the power unit is configured to restrict the speed such that the speed is greater than or equal to a predetermined minimum speed (corresponds to SSM or SSR).

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil dazu eingerichtet, eine weitere Sicherheitsmaßnahme einzuleiten, insbesondere umfassend eine STO oder eine SS1 Sicherheitsfunktion, wenn die Maximalgeschwindigkeit überschritten oder die Minimalgeschwindigkeit unterschritten wird.According to at least one embodiment, the power unit is configured to initiate a further safety measure, in particular comprising an STO or an SS1 safety function, if the maximum speed is exceeded or the minimum speed is undercut.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst das wenigstens eine sicherheitsrelevante Ereignis eine Abweichung einer Drehrichtung des Motors, der Motorwelle oder einer weiteren Welle der Schalteranordnung von einer vorbestimmten Solldrehrichtung (entspricht SDI).According to at least one embodiment, the at least one safety-relevant event comprises a deviation of a direction of rotation of the motor, the motor shaft or another shaft of the switch arrangement from a predetermined target direction of rotation (corresponds to SDI).

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform wird die Drehrichtung dabei von dem Feedbacksystem, insbesondere einer Gebervorrichtung des Feedbacksystems, beispielsweise dem Absolutwertgeber, erfasst.According to at least one embodiment, the direction of rotation is detected by the feedback system, in particular a sensor device of the feedback system, for example the absolute value sensor.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Steuersignal abhängig von dem Feedbacksignal zu erzeugen.According to at least one embodiment, the control unit is configured to generate the control signal depending on the feedback signal.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform liegt das wenigstens eine sicherheitsrelevante Ereignis vor, wenn die absolute Position der Motorwelle oder der weiteren Welle eine vorbestimmte Minimalposition unterschreitet oder eine vorbestimmte Maximalposition überschreitet (entspricht SLP).According to at least one embodiment, the at least one safety-relevant event occurs when the absolute position of the motor shaft or the further shaft falls below a predetermined minimum position or exceeds a predetermined maximum position (corresponds to SLP).

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform liegt das wenigstens eine, sicherheitsrelevante Ereignis vor, wenn der erste und der zweite Wert für die absolute Position der Antriebswelle signifikant voneinander abweichen. Dazu kann die Steuereinheit den ersten und den zweiten Wert für die absolute Position der Antriebswelle miteinander vergleichen.According to at least one embodiment, the at least one safety-relevant event occurs when the first and the second value for the absolute position of the drive shaft differ significantly from one another. To this end, the control unit can compare the first and the second value for the absolute position of the drive shaft with one another.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.In the following, the invention is explained in detail by means of exemplary embodiments with reference to the drawings. Components which are identical or functionally identical or have an identical effect may be provided with identical reference numerals. Identical components or components with identical functions may only be explained with reference to the figure in which they first appear. The explanation is not necessarily repeated in the subsequent figures.

Es zeigen

Figur 1
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Schalteranordnung gemäß dem verbesserten Konzept; und
Figur 2
eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Schalteranordnung gemäß dem verbesserten Konzept.
Show it
Figure 1
a schematic representation of an exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept; and
Figure 2
a schematic representation of another exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Schalteranordnung 1 gemäß dem verbesserten Konzept mit einem Schalter 17 und einem Servoantriebssystem 2, welches über eine Antriebswelle 16 mit dem Schalter 17 verbunden ist. Das Servoantriebssystem 2 beinhaltet einen Motor 12, welcher über eine Motorwelle 14 und optional über ein Getriebe 15 die Antriebswelle 16 antreiben kann. Eine Steuervorrichtung 3 des Servoantriebssystems 2 umfasst ein Leistungsteil 11, welches beispielsweise einen Servoumrichter enthält, zur gesteuerten oder geregelten Energieversorgung des Motors 12 sowie eine Steuereinheit 10 zur Ansteuerung des Leistungsteils 11, beispielsweise über einen Bus 18. Figure 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a switch arrangement 1 according to the improved concept with a switch 17 and a Servo drive system 2, which is connected to the switch 17 via a drive shaft 16. The servo drive system 2 contains a motor 12, which can drive the drive shaft 16 via a motor shaft 14 and optionally via a gear 15. A control device 3 of the servo drive system 2 comprises a power section 11, which contains, for example, a servo converter, for the controlled or regulated energy supply of the motor 12, as well as a control unit 10 for controlling the power section 11, for example via a bus 18.

Das Servoantriebssystem 2 kann ein Gebersystem 13 aufweisen, welches als Feedbacksystem 4 dient oder Teil des Feedbacksystems ist und mit dem Leistungsteil 11 verbunden ist. Ferner ist das Gebersystem 13 direkt oder indirekt mit der Antriebswelle 16 gekoppelt.The servo drive system 2 can have a sensor system 13, which serves as a feedback system 4 or is part of the feedback system and is connected to the power unit 11. Furthermore, the sensor system 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.

Das Gebersystem 13 ist dazu eingerichtet, einen Wert für eine Position, insbesondere eine Winkelposition, beispielsweise eine absolute Winkelposition, der Antriebswelle 16 zu erfassen und basierend darauf ein Feedbacksignal zu erzeugen. Dazu kann das Gebersystem 13 beispielsweise einen Absolutwertgeber, insbesondere Multi-Turn-Absolutwertgeber, umfassen, welcher an der Antriebswelle 16, der Motorwelle 14 oder einer anderen Welle, deren Position eindeutig mit der absoluten Position der Antriebswelle 16 verknüpft ist, befestigt ist. Beispielsweise ist die Position der Antriebswelle 16 aus der Position der Motorwelle 14 eindeutig bestimmbar, beispielsweise über ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes 15.The encoder system 13 is designed to detect a value for a position, in particular an angular position, for example an absolute angular position, of the drive shaft 16 and to generate a feedback signal based thereon. For this purpose, the encoder system 13 can comprise, for example, an absolute encoder, in particular a multi-turn absolute encoder, which is attached to the drive shaft 16, the motor shaft 14 or another shaft whose position is clearly linked to the absolute position of the drive shaft 16. For example, the position of the drive shaft 16 can be clearly determined from the position of the motor shaft 14, for example via a transmission ratio of the gear 15.

Die Befestigung des Absolutwertgebers ist beispielsweise als Kombination einer formschlüssigen Verbindung mit einer kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung ausgeführt.The fastening of the absolute encoder is designed, for example, as a combination of a positive connection with a force-fitting or material-fitting connection.

Das Feedbacksystem ist außerdem dazu eingerichtet, einen zweiten Wert für die Position der Antriebswelle 16 zu erfassen.The feedback system is also configured to detect a second value for the position of the drive shaft 16.

Dazu kann das Gebersystem 13 eingerichtet sein, den zweiten Wert zu erfassen, insbesondere unter Anwendung einer Methode, welche sich von einer Methode, nach der der erste Wert für die Position der Antriebswelle 16 erfasst wird, unterscheidet.For this purpose, the sensor system 13 can be configured to detect the second value, in particular using a method which differs from a method by which the first value for the position of the drive shaft 16 is detected.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 3 dazu eingerichtet sein, den zweiten Wert aus einer Rotorposition des Motors 12 zu ermitteln, effektiv also einen virtuellen Geber zum Erfassen des zweiten Wertes aufweisen. Dazu kann beispielsweise eine induktive Rückkopplung durch die Bewegung des Rotors in Motorwicklungen des Motors 12 ausgenutzt werden. Da eine Stärke der Rückkopplung periodisch variiert, kann insbesondere mittels Signalanalyse, zum Beispiel FFT Analyse, die Rotorposition näherungsweise bestimmt werden. Da eine volle Umdrehung der Antriebswelle 16 einer Vielzahl von Umdrehungen des Rotors entspricht, kann daraus mit sehr viel höherer Genauigkeit auf die Position der Antriebswelle 16 geschlossen werden.Alternatively or additionally, the control device 3 can be set up to determine the second value from a rotor position of the motor 12, effectively thus having a virtual sensor for detecting the second value. For this purpose, for example, an inductive feedback through the movement of the rotor in motor windings of the motor 12 can be used. Since the strength of the feedback varies periodically, the rotor position can be determined approximately, in particular by means of signal analysis, for example FFT analysis. Since a full revolution of the drive shaft 16 corresponds to a large number of revolutions of the rotor, the position of the drive shaft 16 can be determined with much greater accuracy.

Die Steuervorrichtung 3, insbesondere die Steuereinheit 10 und/oder das Leistungsteil 11, ist dazu eingerichtet, den Motor 12 zu steuern oder zu regeln, abhängig von einem Feedbacksignal, welches das Feedbacksystem 4 basierend auf dem ersten und dem zweiten Wert erzeugt.The control device 3, in particular the control unit 10 and/or the power unit 11, is designed to control or regulate the motor 12 depending on a feedback signal which the feedback system 4 generates based on the first and the second value.

Die Steuervorrichtung 3, beispielsweise die Steuereinheit 10, kann beispielsweise die beiden Werte für die Position der Antriebswelle 16 abgleichen und/oder eine Plausibilitätsprüfung der Positionsbestimmung durchführen.The control device 3, for example the control unit 10, can, for example, compare the two values for the position of the drive shaft 16 and/or carry out a plausibility check of the position determination.

Die Steuereinheit 10 ist als programmierbare Sicherheitssteuerung ausgeführt und beinhaltet eine erste und eine zweite speicherprogrammierbare Steuerung 6, 7. Zur Umsetzung eines Schaltbefehls für den Schalter arbeiten die speicherprogrammierbaren Steuerungen 6, 7 beispielsweise ein Programm parallel ab.The control unit 10 is designed as a programmable safety controller and includes a first and a second programmable logic controller 6, 7. To implement a switching command for the switch, the programmable logic controllers 6, 7, for example, execute a program in parallel.

Während des Abarbeitens des Programms abgleichen sich die speicherprogrammierbaren Steuerungen 6, 7 untereinander, insbesondere zyklisch oder kontinuierlich. Der Abgleich kann beispielsweise einen Vergleich von Berechnungsergebnissen, Prüfsummen oder dergleichen umfassen.While the program is being executed, the programmable logic controllers 6, 7 compare themselves with one another, in particular cyclically or continuously. The comparison can, for example, include a comparison of calculation results, checksums or the like.

Beispielsweise enthalten die speicherprogrammierbaren Steuerungen 6, 7 unterschiedliche Hardwarekomponenten oder sind als unterschiedliche Typen oder Modelle ausgeführt.For example, programmable logic controllers 6, 7 contain different hardware components or are designed as different types or models.

Ein- und Ausgänge der Steuereinheit 10 können als getaktete Ein- und Ausgänge ausgeführt sein. Dadurch kann die Steuereinheit 10 anhand eines Vergleichs eines Eingangssignals mit einem Ausgangssignal Taktabweichungen erkennen, beispielsweise Abweichungen in Periodendauern oder Flanken der Signale. Basierend auf den Taktabweichungen können beispielsweise Querschlüsse detektiert werden.Inputs and outputs of the control unit 10 can be designed as clocked inputs and outputs. This allows the control unit 10 to detect clock deviations by comparing an input signal with an output signal, for example deviations in period lengths or edges of the signals. Based on the clock deviations, cross-circuits can be detected, for example.

Die Steuereinheit 10 kann das Vorliegen eines sicherheitsrelevanten Ereignisses, beispielsweise einer Störung oder eines Fehlers des Schalters 17 oder des Antriebssystems, identifizieren. Wenn ein sicherheitsrelevantes Ereignis vorliegt, übermittelt die Steuereinheit 10 ein Steuersignal an das Leistungsteil 11, welches daraufhin eine Sicherheitsmaßnahme einleitet oder ausführt.The control unit 10 can identify the presence of a safety-relevant event, for example a malfunction or error in the switch 17 or the drive system. If a safety-relevant event occurs, the control unit 10 transmits a control signal to the power unit 11, which then initiates or executes a safety measure.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Schalteranordnung 1 gemäß dem verbesserten Konzept, welche auf der Ausführungsform nach Figur 1 basiert. Figure 2 shows a schematic representation of another exemplary embodiment a switch arrangement 1 according to the improved concept, which is based on the embodiment according to Figure 1 based on.

Die Schalteranordnung 1 weist hier optional einen Schaltschrank 21 auf, innerhalb dessen die Steuereinheit 10, das Leistungsteil 11 und eine optionale Mensch-Maschine-Schnittstelle 19 angeordnet sind. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 19 ist mit der Steuereinheit 10 verbunden und kann beispielsweise Kontroll-, Wartungs- oder Konfigurationszwecken dienen.The switch arrangement 1 optionally has a control cabinet 21 within which the control unit 10, the power unit 11 and an optional human-machine interface 19 are arranged. The human-machine interface 19 is connected to the control unit 10 and can be used for control, maintenance or configuration purposes, for example.

Der Motor 12, die Motorwelle 14 das Gebersystem 13 und/oder das Getriebe 15 können innerhalb oder außerhalb des Schaltschranks 21 angeordnet sein.The motor 12, the motor shaft 14, the encoder system 13 and/or the gear 15 can be arranged inside or outside the control cabinet 21.

Die Schalteranordnung 1, insbesondere die Steuereinheit 10 ist an eine Sicherheitsvorrichtung 20 gekoppelt, welche beispielsweise einen Leistungsschalter oder circuit breaker umfasst, um die Schalteranordnung 1 oder ein elektrisches Betriebsmittel, welchem die Schalteranordnung 1 zugeordnet ist, von einem Energienetz zu trennen, beispielsweise im Falle eines Fehlers oder einer Störung der Schalteranordnung 1.The switch arrangement 1, in particular the control unit 10, is coupled to a safety device 20, which comprises, for example, a circuit breaker, in order to disconnect the switch arrangement 1 or an electrical device to which the switch arrangement 1 is assigned from a power network, for example in the event of an error or a malfunction of the switch arrangement 1.

Durch eine Schalteranordnung 1 nach dem verbesserten Konzept wird die Betriebssicherheit des Servoantriebssystems, des Schalters und des Betriebsmittels erhöht. Dies wird insbesondere durch den Einsatz der programmierbaren Sicherheitssteuerung als Steuereinheit und die damit verbundene Redundanz, dem Einleiten der Sicherheitsmaßnahme durch das Leistungsteil und die doppelte Positionsbestimmung erreicht.A switch arrangement 1 according to the improved concept increases the operational reliability of the servo drive system, the switch and the equipment. This is achieved in particular by using the programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy, the initiation of the safety measure by the power unit and the double position determination.

BezugszeichenReference symbols

11
SchalteranordnungSwitch arrangement
22
ServoantriebssystemServo drive system
33
SteuervorrichtungControl device
44
FeedbacksystemFeedback system
66
erste Prozessoreinheit/ speicherprogrammierbare Steuerungenfirst processor unit/programmable logic controllers
77
zweite Prozessoreinheit/ speicherprogrammierbare Steuerungensecond processor unit/programmable logic controllers
1010
SteuereinheitControl unit
1111
LeistungsteilPower unit
1212
Motorengine
1313
GebersystemEncoder system
1414
MotorwelleMotor shaft
1515
Getriebetransmission
1616
Antriebswelledrive shaft
1717
SchalterSwitch
1818
Busbus
1919
Mensch-Maschine-SchnittstelleHuman-machine interface
2020
SicherheitsvorrichtungSafety device
2121
Schaltschrankswitch cabinet

Claims (13)

  1. A switch assembly comprising a switch (17) and a servo drive system (2) for the switch (17), the servo drive system (2) including
    - a drive shaft (16) connecting the servo drive system (2) to the switch (17);
    - a motor (12) for driving the switch (17);
    - a power section (11) for supplying power to the motor (12); and
    - a feedback system (4), which is designed
    - to determine at least two values for an absolute position of the drive shaft (16)
    - to generate a feedback signal on the basis of the at least two values; and
    - a control unit (10) which is designed as a programmable safety controller and is designed
    - to control the power section (11) depending on at least one desired value;
    - to influence an operation of the motor (12) depending on the feedback signal; and
    - to identify the presence of at least one safety-relevant event and, in the case of the safety-relevant event, to transmit at least one control signal to the power section (11);
    - wherein the power section (11) is designed to initiate or carry out at least one safety action depending on the control signal;
    characterized in, that
    - the control unit (10) includes a first and second processor unit (6, 7); and
    - is designed to run a program in order to implement a switching command for the switch (17), wherein the first and second processor unit (6, 7) run the program in parallel;
    - is designed to carry out at least one reconciliation between the first and the second processor unit (6, 7) whilst the program is being run;
    - is designed to initiate a safety action, depending on a result of the reconciliation, wherein the safety action includes
    - a safe stopping of the motor (12) or
    - a blocking or shutdown of the power section (11) or
    - a tripping of a circuit breaker that connects or disconnects the equipment to a power network.
  2. The switch assembly (1) as claimed in claim 1,
    - wherein the feedback system (4) is designed to determine each of the at least two values for the position of the drive shaft (16) in accordance with an associated method,
    - wherein all methods for determining the at least two values differ from each other.
  3. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 or 2, wherein one of the at least two values for the position of the drive shaft (16) is a first value for an absolute position of the drive shaft (16).
  4. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 3, wherein the feedback system (4)
    - includes an absolute encoder which is designed and arranged to detect the absolute position of the drive shaft (16) or an absolute position of another shaft connected to the drive shaft (16) and to generate at least one output signal on the basis of the detected position; and
    - is designed to determine one of the at least two values for the position of the drive shaft (16) based on the at least one output signal.
  5. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 4, wherein the absolute encoder is connected to the drive shaft (16) or the further shaft in an interlocked manner and is additionally connected to the drive shaft (16) or the further shaft in a frictionally engaged or integrally bonded manner.
  6. The switch assembly (1) as claimed in claim 1, wherein the control unit (10) is designed to carry out a comparison of a process image of the first processor unit (6) with a process image of the second processor unit (7) whilst the program is being run.
  7. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 6, wherein the control unit (10) is designed to check a locking condition of two or more components of the switch assembly.
  8. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 7, wherein the control unit (10) has inputs and outputs which are designed as clocked inputs and outputs, respectively.
  9. The switch assembly (1) as claimed in claim 8, wherein the control unit (10) is designed to check for the presence of a cross-circuit based on input signals and/or output signals which are present at the inputs and/or outputs, respectively.
  10. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 9, wherein the power section (11) is designed to bring the motor (12) to a stop by a first of the at least one safety actions.
  11. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 11, wherein the power section (11) is designed to brake or stop the motor (12) in a controlled manner depending on the control signal.
  12. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 11, wherein the power section (11) is designed to restrict a speed of a motor shaft (14) of the motor (12) by a second of the at least one safety action.
  13. The switch assembly (1) as claimed in one of claims 1 to 12, wherein the switch (17) is an on-load tap-changer or a diverter switch or a selector or a double reversing change-over selector or a reversing change-over selector or a change-over selector or a circuit breaker or an on-load switch or a disconnecting switch.
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