專利名稱：電保護(hù)開關(guān)的控制模塊、驅(qū)動(dòng)該模塊的方法和電保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電保護(hù)開關(guān)的具有中斷功能的控制模塊、 一種用于驅(qū)動(dòng)這種控制才莫塊的方法以及一種電^f呆護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
庫交高功率級(jí)的電負(fù)載(例如工業(yè)生產(chǎn)工藝的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電 才幾)通常不利用其4妄線端直4妄地連4矣至電網(wǎng)，而是通過電保護(hù)開關(guān) 與電網(wǎng)連接。因此，例如上述電才幾通過作為保護(hù)開關(guān)的所謂的接觸器連4妄到380V的三相電網(wǎng)上。為了快速且可靠地/使整個(gè)負(fù)載與電 網(wǎng)斷開，那么〗呆護(hù)開關(guān)4皮斷開。該保護(hù)開關(guān)通常由24 V控制電壓驅(qū)動(dòng)，這就是i兌，通過施力口 24V控制電壓來閉合，以便將電負(fù)載連接到電網(wǎng)上。出于不同的原 因(例如出于安全方面的考慮)，這種保護(hù)開關(guān)具有例如緊急停止 按鈕或者限位開關(guān)的形式的斷路器。在負(fù)載的緊急情況下或者故障 情況下觸發(fā)斷各器，切斷保護(hù)開關(guān)的控制電壓，而保護(hù)開關(guān)4皮 斷開，進(jìn)而使電負(fù)載可靠;l也與電網(wǎng)斷開。該保護(hù)開關(guān)與斷各器共同 形成用于電負(fù)載的電4呆護(hù)系統(tǒng)?，F(xiàn)在存在用于保護(hù)系統(tǒng)的多種不同的解決方案。例如已知，具 有數(shù)字輸入端的斷路電子設(shè)備前置連接于保護(hù)開關(guān)，斷路器連接至 該輸入端。在此，該斷路器事實(shí)上不斷開保護(hù)開關(guān)的電壓，而是僅^義觸發(fā)用于斷^各電子i殳備的信號(hào)，然后，該斷路電子i殳備應(yīng)該4丸4亍 該信號(hào)。這種類型的結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)例如在于，在斷路電子設(shè)備中出現(xiàn) 故障的情況下，盡管觸發(fā)了斷^各器，^旦也并未斷開保護(hù)開關(guān)。因此，在保護(hù)開關(guān)的其它變體中，斷路器通常作為第一元件連 接到控制電壓的饋電線上。通過觸發(fā)斷路器，保護(hù)開關(guān)可靠地與控 制電壓分開并且斷開。然而，利用這種方法，全部其它的組件(例 如同樣通過控制電壓供電的設(shè)備控制系統(tǒng))同樣不能被提供電流。 因此，在重新閉合斷路器后，包括設(shè)備控制系統(tǒng)在內(nèi)的全部設(shè)備被 再次重新啟動(dòng)，這可能導(dǎo)致設(shè)備的很長的重新投運(yùn)時(shí)間。因此，無 電流的設(shè)備控制系統(tǒng)在設(shè)備的停機(jī)時(shí)間中不能再執(zhí)行其它的功能， 而是^皮完全+刀斷。這種類型的裝置具有高昂的布線費(fèi)用，這是因?yàn)槔缭谳^大的 設(shè)備中分布有多個(gè)斷路器，并且必須首先通過全部串聯(lián)的斷路器來 輸送穿過設(shè)備，直到該電壓到達(dá)實(shí)際的設(shè)備控制系統(tǒng)或者到達(dá)實(shí)際 的保護(hù)開關(guān)。除了斷路器的在其開關(guān)性能方面的完美功能的必要性以外，這 也是所希望的，即該斷路器事實(shí)上僅在需要時(shí)觸發(fā)保護(hù)開關(guān)。故障， 這就是說無意中斷控制電壓導(dǎo)致了不希望的設(shè)備停機(jī)等等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于具有斷路器的保護(hù)開關(guān)的裝行故障監(jiān)控，其中，在觸發(fā)斷路器時(shí)，可選的其它系統(tǒng)組件被繼續(xù) 提供以電壓。在裝置方面，該目的通過用于電保護(hù)開關(guān)的控制模塊來實(shí)現(xiàn)， 其中，控制模塊具有中斷功能?？刂颇K包括電壓輸入端，通過該電壓llr入端向控制才莫塊^是供例如24 V的控制電壓。該控制電壓還持續(xù)地施加在控制模塊上?？刂齐妷涸诳刂颇K中無中斷地被輸送 到輸出端處，斷路器例如通過饋電線可連接至該輸出端?？刂颇K 具有輸入端，斷路器同樣連接至該輸入端。在運(yùn)行的情況下，斷3各 器還將控制電壓輸送回輸入端，如果該斷路器一皮觸發(fā)，那么控制電 壓就不再施加在l命入端處。在控制模塊中，輸入端進(jìn)而根據(jù)斷路器的接通狀態(tài)存在或者不 存在的控制電壓被輸送至接線端，保護(hù)開關(guān)又可連接至該接線端。 因此，僅僅在斷路器未被觸發(fā)的情況下向該保護(hù)開關(guān)提供電壓。此外，在控制才莫塊中集成有測量單元，該測量單元用于測量在 車lr入端和llr出端處的電流和/或電壓。因此，該測量單元測量在斷路 器和其々赍電線處的電值，當(dāng)在以下才是及斷路器時(shí)，該電值在接下來總是具有意義的。為了進(jìn)一步處理，該控制模塊將所測定的電流和 /或電壓測量值繼續(xù)輸送至評(píng)估裝置。此外，確保了快速且可靠地切斷保護(hù)開關(guān)，這是因?yàn)樵摂嗦菲?中斷了通向保護(hù)開關(guān)的控制電壓或者繞過該斷^各器輸送該控制電壓。相應(yīng)的安全規(guī)定(例如DIN標(biāo)準(zhǔn))也被滿足。然而，控制才莫塊在觸發(fā)斷路器時(shí)也保持連接到控制電壓。例如在控制模塊中集成的 設(shè)備控制系統(tǒng)也保持運(yùn)行。設(shè)備的重新投運(yùn)時(shí)間被降低，這是因?yàn)?剩余的設(shè)備控制系統(tǒng)未被一起切斷。通過測量流經(jīng)斷路器或者施加到該斷路器上的電流和/或電壓， 與斷路器的特性相關(guān)的特征參數(shù)(例如其體積電阻)被測定。較新 型的保護(hù)開關(guān)例如利用脈沖控制電壓驅(qū)動(dòng)。在此，例如上升時(shí)間、 邊緣陡度以及類似的參數(shù)還可以在輸入端和輸出端處作為用于斷^各器的電流電壓特;f正;故測定作為特;f正參^t。在此，在^f呆護(hù)開關(guān)的已 知的特性時(shí)， 一旦電壓被測定，例如還可以獲得在查閱表中的對(duì)應(yīng) 的電流。例如在斷路器的已知良好狀態(tài)(新的)中測定的特征參數(shù)(例 如電流特征)可以在其4吏用壽命期間來監(jiān)測。如果相應(yīng)的電流特4正 發(fā)生變化，進(jìn)而所測定的特4正參凄t發(fā)生變化，例如當(dāng)其歐姆電阻突 然增加時(shí)，那么這意p木著斷^各器4妄近失效。然而，通過4艮據(jù)本發(fā)明 的控制模塊，這將盡早地即在斷路器真正失效之前、進(jìn)而在控制電 壓的非預(yù)期的中斷之前以及在設(shè)備停機(jī)之前被識(shí)別出來。相應(yīng)的有 失爻文危險(xiǎn)的斷路器可以在其真正失效前，例如在常規(guī)維^修或者i殳備停^/L期間被更換，而沒有其它的缺點(diǎn)。此外，控制模塊基于控制開關(guān)獲悉保護(hù)開關(guān)的狀態(tài)(開或關(guān))，并且可以借助上述電流特征、 以及特征參凄t計(jì)算出斷if各器的電阻。由所測量電流和電壓的變化或者相應(yīng)由其算出的特征參凄t的 變化還可以盡早地推斷出例如導(dǎo)線變熱或者接觸磨損。用于斷路器 的過長或錯(cuò)誤尺寸的連接導(dǎo)線還可以如此查出，例如由錯(cuò)誤布線或者4晉誤尺寸引起的導(dǎo)線變熱可以盡早地被查出，并且在最終失效前 借助于控制模塊來切斷負(fù)載。由于在控制模塊中輸送控制電壓，在 斷路器的被觸發(fā)狀態(tài)下，監(jiān)測對(duì)電流和/或電壓的相應(yīng)的測量，并因 此還確保了保護(hù)系統(tǒng)可以投入使用。此外，在控制沖莫塊中可以i殳置評(píng)估單元，該評(píng)估單元評(píng)估由測 量單元所測定的電流或電壓，或者至少進(jìn)一步傳輸用于繼續(xù)處理。此外，用于保護(hù)開關(guān)的控制開關(guān)還可以集成在控制模塊中的輸 入端和接線端之間。即使在未被觸發(fā)的斷路器中，該控制開關(guān)也可 以使電壓由輸入端到接線端進(jìn)而到保護(hù)開關(guān)的輸送中斷，進(jìn)而使保護(hù)開關(guān)斷開。因此，不同于斷路器，該控制開關(guān)用于正常地接ii/f呆 護(hù)開關(guān)。如開頭所述，該斷路器尤其可以是緊急停止開關(guān)或者限位開 關(guān)。相應(yīng)的功能監(jiān)測對(duì)于這種類型的斷路器來說是特別重要的。控制才莫塊可以額外地具有通向設(shè)備控制系統(tǒng)的總線接口 。通 常，設(shè)備控制系統(tǒng)確保對(duì)控制開關(guān)的控制，例如對(duì)由測量單元測量 的電流和/或電壓的評(píng)估以及斷路器的相應(yīng)的功能控制。換句話說， 該評(píng)估單元可以集成在設(shè)備控制系統(tǒng)中。由于控制模塊與控制電壓 的持續(xù)連接，因此，即使在斷路器被觸發(fā)時(shí)也確保了通過總線接口 與設(shè)備控制系統(tǒng)的通信。該保護(hù)開關(guān)可以是電機(jī)起動(dòng)器系統(tǒng)的保護(hù)開關(guān)。除了電機(jī)的軟 啟動(dòng)或軟止動(dòng)之外，所述電機(jī)起動(dòng)器還滿足了斷路功能和緊急停止 功能。尤其在電機(jī)時(shí)， 一方面在觸發(fā)斷路器時(shí)可靠的停機(jī)是特別重 要的，而且根據(jù)本發(fā)明可以使其重新投運(yùn)時(shí)間最小化，或者可以避 免由于斷^各器失效而4普誤地切斷。該控制才莫塊可以是整個(gè)電保護(hù)系統(tǒng)的一部分，在該電保護(hù)系統(tǒng) 中，電保護(hù)開關(guān)和斷路器連接到控制模塊上。在方法方面，該目的通過用于驅(qū)動(dòng)控制模塊的方法來實(shí)現(xiàn)，如 上所述，在該方法中，保護(hù)開關(guān)在其驅(qū)動(dòng)時(shí)通過4妄線端供應(yīng)電壓和 電流，在此測量單元測定在l命入端和/或輸出端處的電流和/或電壓， 并且評(píng)估單元測定與斷路器的特性相關(guān)的特4￡{直。在其基本實(shí)施例中，該方法以此為基礎(chǔ)，即測定流至該斷^各器 或者乂人該斷^各器回流至控制才莫塊的電流和/或通過該斷^各器的電壓， 以及由此測定用于斷路器特性的特征值。該特征值可以例如與參考值或者在新狀態(tài)中測定的特征值進(jìn)行比較。特征值導(dǎo)致對(duì)斷路器的 老化、損壞等方面的檢測。參考值用于對(duì)斷路器和連接導(dǎo)線的正確尺寸以及其正確的布線進(jìn)^f于^r測。根據(jù)本發(fā)明的方法的另 一 方面以及有利的設(shè)計(jì)方案聯(lián)系到根 據(jù)本發(fā)明的控制模塊或者電保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)詳細(xì)地與相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)一 起進(jìn)4亍闡述。


為了進(jìn)一步描述本發(fā)明，參照附圖中的實(shí)施例。在示意性原理 圖中示出了圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)開關(guān)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了電馬區(qū)動(dòng)系鄉(xiāng)充2，其由電4幾4和4空制該電才幾的控制系 統(tǒng)6組成。電才幾4通過連^妄線^各8連4妄到三相電網(wǎng)12上，電才幾起 動(dòng)器IO被接入到該連接線路中。電機(jī)起動(dòng)器IO作為保護(hù)開關(guān)包括 4妻觸器(在此未進(jìn)一步闡述)，該4妄觸器可以斷開或4妄通該連4妄導(dǎo) 線8?？刂葡到y(tǒng)6包括作為控制模塊的接口模塊20、作為斷路器的緊 急停止^4丑22、 i殳備控制系統(tǒng)24、以及電壓供應(yīng)裝置26。接口模塊20具有控制電壓輸入端28，電壓供應(yīng)裝置26 (控制 電壓U例如24 V)連接到該控制電壓輸入端處。在控制電壓輸入 端28處的控制電壓U的相通過第一相導(dǎo)線30a l命送至l餘出端32a。 同樣連接在控制電壓輸入端28處的用于控制電壓U的零線34通至 接線端36?？刂齐妷篣的相由輸出端32a通過連接導(dǎo)線38輸送至10緊急停止按鈕22，并且由那里返回至輸入端32b。根據(jù)緊急停止4妄 4丑22的4妄通狀態(tài)，在llT入端32b處施加控制電壓UU安4丑22閉合) 或者未施加電壓(按4丑22斷開)。另 一相導(dǎo)線30b由輸入端32b通 過可枳4成或電子控制的開關(guān)40通至4妄線端36。相導(dǎo)線30b和零線 34由^妄線端36通到電才幾起動(dòng)器10上。如果在接線端36處施加控制電壓U,電才幾起動(dòng)器10接通，并 且電機(jī)4啟動(dòng)。如果按壓緊急停止按鈕22,或者斷開開關(guān)40,在 才妻線端36處不再施加電壓，該電才幾起動(dòng)器10斷開并且電才幾4 4亭止。此外，4妾口才莫塊20包括-」微型處理器42,該二微型處理器通過控 制導(dǎo)線44來控制開關(guān)40。此外，在該4妄口才莫塊20中存在測量i殳備 46,該測量i殳備通過測量導(dǎo)線48與輸出端32a和輸入端32b連4妄。 該測量設(shè)備46同樣連4妄到孩吏型處理器42上，該孩i型處理器又與通 信接口 50連接，該微型處理器通過該通信接口與設(shè)備控制系統(tǒng)24 相連。測量i殳備46測定豐命出端32a和輸入端32b相只t于零線34的電 壓Ul和U2和/或測定流至緊急停止按鈕22或來自緊急停止按鈕的 電流I1或I2。測量設(shè)備46將相應(yīng)的測量值U1、 U2或I1、 12輸送 至孩i型處理器42處，該孩史型處理器/^中測定用于連4妾導(dǎo)線38和緊 急4f止4姿4丑22的特4正參凄t 52,例如其歐姆電阻?？蛇x地，有關(guān)的測量值還可以^皮l命送到i殳備控制系統(tǒng)24處， 并且在那里測定特征參數(shù)52。在安裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2時(shí)，連4妄導(dǎo)線38無意間^皮過長地選擇。因 此，在第一系統(tǒng)測試時(shí)，電阻R1作為特征參數(shù)52由電壓Ul、 U2 和電流II、 12算出，該電阻大于在設(shè)備控制系統(tǒng)中存儲(chǔ)的最大值 Rmax。設(shè)備控制系統(tǒng)24通知該錯(cuò)誤給設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)，并且連接導(dǎo)線38通過正確的長度替換。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 重新測量得出作為特征參數(shù)的電阻R2 。在多年運(yùn)4亍之后，在運(yùn)4亍期間總是重復(fù)測量在輸入端32a和輸_ 出端32b之間的電阻R2，這才羊電阻在以下日子內(nèi)上升到^直R3。由 孩史型處理器42測定的從R2到R3的偏差A(yù)R大于在設(shè)備控制系統(tǒng) 24中存儲(chǔ)的所允許的電阻Z/^差A(yù)Rmax。該電阻變化意p未著緊急停 止按鈕22會(huì)很快失效，這是因?yàn)樵摼o急停止按鈕的接觸電阻可能 明顯升高。在一些日子內(nèi)，這也許會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的、偶然的觸發(fā)或中 斷緊急停止按鈕22,進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致電機(jī)4停止。因此，在電機(jī)4無論 如何都會(huì)停止的夜間生產(chǎn)中斷期間，通過構(gòu)造相同的但新的緊急停 止按鈕替換該緊急停止按鈕22。可選地，該緊急停止按鈕22也可以是限位開關(guān)。因?yàn)殡姍C(jī)4 由于驅(qū)動(dòng)裝置傳感器(未示出)失效而運(yùn)行到終端位置，所以限位 開關(guān)觸發(fā)。在輸入端32b處的控制電壓U下降到0 V。電機(jī)4被停 止，但是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2的剩余部分保持運(yùn)行。特別是，微型處理器42 通知設(shè)備控制系統(tǒng)，限位開關(guān)已經(jīng)觸發(fā)，并且此外設(shè)備是可投入使 用的，設(shè)備停止也是通過正確觸發(fā)的限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種控制模塊(20)，具有中斷功能且用于電保護(hù)開關(guān)(10)，所述控制模塊具有用于控制電壓(U)的電壓輸入端(28)，輸送所述控制電壓(U)的輸出端(32a)，在所述輸出端上連接有用于所述保護(hù)開關(guān)(10)的斷路器(22)，輸入端(32b)，用于從所述斷路器(22)回送的所述控制電壓(U)，與所述輸入端(32b)連接的用于所述保護(hù)開關(guān)(10)的接線端(36)，測量單元(46)，用于測量在所述輸入端(32b)和所述輸出端(32a)的電流(I1、I2)和/或電壓(U1、U2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊(20 ),出于所述斷路器(22 ) 的功能控制的目的，所述控制模塊具有評(píng)估單元(42)，用于 ;平估所述電流(11、 12)和/或電壓(Ul、 U2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制模塊(20 )，具有用于所述保 護(hù)開關(guān)(10)的控制開關(guān)(40)，所述控制開關(guān)在所述輸入端(32b)和所述4妄線端(36)之間連才妄。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制模塊(20),其中，所 述斷路器(22)是緊急停止開關(guān)或者限位開關(guān)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制模塊(20)，具有通向 設(shè)備控制系統(tǒng)(24 )的總線接口 ( 50 )。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制模塊(20),其中，所 述保護(hù)開關(guān)(10)是電機(jī)起動(dòng)器系統(tǒng)中的保護(hù)開關(guān)。
7. —種電保護(hù)系統(tǒng)(6),具有電保護(hù)開關(guān)(10)、斷路器(22) 以及根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制模塊(20 )。
8. —種方法，用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的控制 模塊(20),其中在接線端(36)上產(chǎn)生用于在保護(hù)開關(guān)運(yùn)行時(shí)提供給保 護(hù)開關(guān)(10)的電壓(U)和電流(11、 12)，測量單元(46)測定在輸入端(32b)和輸出端(32a)處 的所述電流(11、 12)和/或所述電壓(Ul、 U2)，控制^t塊(20)在連接斷路器(22)時(shí)將用于測定與所 述斷路器(22)的特性相關(guān)的特征值(Rl至R3)的所述電流 (11、 12)和/或所述電壓(Ul、 U2) lt送到評(píng)估單元(42、 24)處，所述評(píng)估單元(42、 24)由所述電流(11、 12)和/或所述 電壓(Ul、 U2)測定與所述斷路器(22)的特性相關(guān)的特征 值(Rl至R3 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述評(píng)估單元(42、 24) 測定所述斷路器(22)的電流特^正作為所述特4i參凄t (Rl至 R3 )。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述評(píng)估單元(42、 24) 測定所述斷路器(22)的歐姆電阻作為所述特征參數(shù)(Rl至 R3 )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在相應(yīng)于 不良特性的特征值(Rl至R3)時(shí)，所述斷路器(22)和/或 乂人所述專lr入端(32b)和/或所述l命出端(32a)通至所述斷路 器的導(dǎo)線(38)被修復(fù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在相應(yīng)于 不良特性的所述特征值(Rl至R3)時(shí)，所述保護(hù)開關(guān)(10) :故可控制地切斷。
13. 才艮據(jù)4又利要求8至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述控制 模塊(20)連接到設(shè)備控制系統(tǒng)(24)上，其中，用于繼續(xù)處 理的所述電流(11、 12)和/或所述電壓(Ul、 U2)和/或所述 特征值(Rl至R3)被輸送到所述設(shè)備控制系統(tǒng)(24)處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制模塊(20)，具有中斷功能，用于電保護(hù)開關(guān)(10)，包括用于控制電壓(U)的電壓輸入端(28)；輸送控制電壓(U)的輸出端(32a)，在其上可連接保護(hù)開關(guān)(10)的斷路器(22)；輸入端(32b)，用于從該斷路器回送的控制電壓(U)；與輸入端(32b)連接的接線端(36)，用于保護(hù)開關(guān)(10)；以及測量單元(46)，用于測量在輸入端(32b)和輸出端(32a)的電流(I1、I2)和/或電壓(U1、U2)。此外，本發(fā)明涉及一種電保護(hù)系統(tǒng)(6)包括電保護(hù)開關(guān)(10)、斷路器(22)、以及控制模塊(20)以及一種方法，用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的控制模塊(20)。
文檔編號(hào)H02H7/08GK101262127SQ20081008166
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月7日
發(fā)明者斯特凡·拜爾 申請(qǐng)人:西門子公司