CN101262127B - 电保护开关的控制模块、驱动该模块的方法和电保护系统 - Google Patents

电保护开关的控制模块、驱动该模块的方法和电保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制模块(20)，具有中断功能，用于电保护开关(10)，包括：用于控制电压(U)的电压输入端(28)；输送控制电压(U)的输出端(32a)，在其上可连接保护开关(10)的断路器(22)；输入端(32b)，用于从该断路器回送的控制电压(U)；与输入端(32b)连接的接线端(36)，用于保护开关(10)；以及测量单元(46)，用于测量在输入端(32b)和输出端(32a)的电流(I1、I2)和/或电压(U1、U2)。此外，本发明涉及一种电保护系统(6)包括电保护开关(10)、断路器(22)、以及控制模块(20)以及一种方法，用于驱动根据本发明的控制模块(20)。

Description

电保护开关的控制模块、驱动该模块的方法和电保护系统
技术领域
本发明涉及一种用于电保护开关的具有中断功能的控制模块、一种用于驱动这种控制模块的方法以及一种电保护系统。 
背景技术
较高功率级的电负载(例如工业生产工艺的电驱动系统中的电机)通常不利用其接线端直接地连接至电网，而是通过电保护开关与电网连接。因此，例如上述电机通过作为保护开关的所谓的接触器连接到380V的三相电网上。为了快速且可靠地使整个负载与电网断开，那么保护开关被断开。 
该保护开关通常由24V控制电压驱动，这就是说，通过施加24V控制电压来闭合，以便将电负载连接到电网上。出于不同的原因(例如出于安全方面的考虑)，这种保护开关具有例如紧急停止按钮或者限位开关的形式的断路器。在负载的紧急情况下或者故障情况下触发断路器，切断保护开关的控制电压，从而该保护开关被断开，进而使电负载可靠地与电网断开。该保护开关与断路器共同形成用于电负载的电保护系统。 
现在存在用于保护系统的多种不同的解决方案。例如已知，具有数字输入端的断路电子设备前置连接于保护开关，断路器连接至该输入端。在此，该断路器事实上不断开保护开关的电压，而是仅 仅触发用于断路电子设备的信号，然后，该断路电子设备应该执行该信号。这种类型的结构的缺点例如在于，在断路电子设备中出现故障的情况下，尽管触发了断路器，但也并未断开保护开关。 
因此，在保护开关的其它变体中，断路器通常作为第一元件连接到控制电压的馈电线上。通过触发断路器，保护开关可靠地与控制电压分开并且断开。然而，利用这种方法，全部其它的组件(例如同样通过控制电压供电的设备控制系统)同样不能被提供电流。因此，在重新闭合断路器后，包括设备控制系统在内的全部设备被再次重新启动，这可能导致设备的很长的重新投运时间。因此，无电流的设备控制系统在设备的停机时间中不能再执行其它的功能，而是被完全切断。 
这种类型的装置具有高昂的布线费用，这是因为例如在较大的设备中分布有多个断路器，并且必须首先通过全部串联的断路器来输送穿过设备，直到该电压到达实际的设备控制系统或者到达实际的保护开关。 
除了断路器的在其开关性能方面的完美功能的必要性以外，这也是所希望的，即该断路器事实上仅在需要时触发保护开关。故障，这就是说无意中断控制电压导致了不希望的设备停机等等。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于具有断路器的保护开关的装置和方法，该方法允许可靠地切断保护开关并且允许对保护开关进行故障监控，其中，在触发断路器时，可选的其它系统组件被继续提供以电压。 
在装置方面，该目的通过用于电保护开关的控制模块来实现，其中，控制模块具有中断功能。控制模块包括电压输入端，通过该电压输入端向控制模块提供例如24V的控制电压。该控制电压还持续地施加在控制模块上。控制电压在控制模块中无中断地被输送到输出端处，断路器例如通过馈电线可连接至该输出端。控制模块具有输入端，断路器同样连接至该输入端。在运行的情况下，断路器还将控制电压输送回输入端，如果该断路器被触发，那么控制电压就不再施加在输入端处。 
在控制模块中，输入端进而根据断路器的接通状态存在或者不存在的控制电压被输送至接线端，保护开关又可连接至该接线端。因此，仅仅在断路器未被触发的情况下向该保护开关提供电压。 
此外，在控制模块中集成有测量单元，该测量单元用于测量在输入端和输出端处的电流和/或电压。因此，该测量单元测量在断路器和其馈电线处的电值，当在以下提及断路器时，该电值在接下来总是具有意义的。为了进一步处理，该控制模块将所测定的电流和/或电压测量值继续输送至评估装置。 
此外，确保了快速且可靠地切断保护开关，这是因为该断路器中断了通向保护开关的控制电压或者绕过该断路器输送该控制电压。相应的安全规定(例如DIN标准)也被满足。然而，控制模块在触发断路器时也保持连接到控制电压。例如在控制模块中集成的设备控制系统也保持运行。设备的重新投运时间被降低，这是因为剩余的设备控制系统未被一起切断。 
通过测量流经断路器或者施加到该断路器上的电流和/或电压，与断路器的特性相关的特征参数(例如其体积电阻)被测定。较新型的保护开关例如利用脉冲控制电压驱动。在此，例如上升时间、边缘陡度以及类似的参数还可以在输入端和输出端处作为用于断 路器的电流电压特征被测定作为特征参数。在此，在保护开关的已知的特性时，一旦电压被测定，例如还可以获得在查阅表中的对应的电流。 
例如在断路器的已知良好状态(新的)中测定的特征参数(例如电流特征)可以在其使用寿命期间来监测。如果相应的电流特征发生变化，进而所测定的特征参数发生变化，例如当其欧姆电阻突然增加时，那么这意味着断路器接近失效。然而，通过根据本发明的控制模块，这将尽早地即在断路器真正失效之前、进而在控制电压的非预期的中断之前以及在设备停机之前被识别出来。相应的有失效危险的断路器可以在其真正失效前，例如在常规维修或者设备停机期间被更换，而没有其它的缺点。此外，控制模块基于控制开关获悉保护开关的状态(开或关)，并且可以借助上述电流特征、以及特征参数计算出断路器的电阻。 
由所测量电流和电压的变化或者相应由其算出的特征参数的变化还可以尽早地推断出例如导线变热或者接触磨损。用于断路器的过长或错误尺寸的连接导线还可以如此查出，例如由错误布线或者错误尺寸引起的导线变热可以尽早地被查出，并且在最终失效前借助于控制模块来切断负载。由于在控制模块中输送控制电压，在断路器的被触发状态下，监测对电流和/或电压的相应的测量，并因此还确保了保护系统可以投入使用。 
此外，在控制模块中可以设置评估单元，该评估单元评估由测量单元所测定的电流或电压，或者至少进一步传输用于继续处理。 
此外，用于保护开关的控制开关还可以集成在控制模块中的输入端和接线端之间。即使在未被触发的断路器中，该控制开关也可以使电压由输入端到接线端进而到保护开关的输送中断，进而使保 护开关断开。因此，不同于断路器，该控制开关用于正常地接通保护开关。 
如开头所述，该断路器尤其可以是紧急停止开关或者限位开关。相应的功能监测对于这种类型的断路器来说是特别重要的。 
控制模块可以额外地具有通向设备控制系统的总线接口。通常，设备控制系统确保对控制开关的控制，例如对由测量单元测量的电流和/或电压的评估以及断路器的相应的功能控制。换句话说，该评估单元可以集成在设备控制系统中。由于控制模块与控制电压的持续连接，因此，即使在断路器被触发时也确保了通过总线接口与设备控制系统的通信。 
该保护开关可以是电机起动器系统的保护开关。除了电机的软启动或软止动之外，所述电机起动器还满足了断路功能和紧急停止功能。尤其在电机时，一方面在触发断路器时可靠的停机是特别重要的，而且根据本发明可以使其重新投运时间最小化，或者可以避免由于断路器失效而错误地切断。 
该控制模块可以是整个电保护系统的一部分，在该电保护系统中，电保护开关和断路器连接到控制模块上。 
在方法方面，该目的通过用于驱动控制模块的方法来实现，如上所述，在该方法中，保护开关在其驱动时通过接线端供应电压和电流，在此测量单元测定在输入端和/或输出端处的电流和/或电压，并且评估单元测定与断路器的特性相关的特征值。 
在其基本实施例中，该方法以此为基础，即测定流至该断路器或者从该断路器回流至控制模块的电流和/或通过该断路器的电压，以及由此测定用于断路器特性的特征值。该特征值可以例如与参考 值或者在新状态中测定的特征值进行比较。特征值导致对断路器的老化、损坏等方面的检测。参考值用于对断路器和连接导线的正确尺寸以及其正确的布线进行检测。 
根据本发明的方法的另一方面以及有利的设计方案联系到根据本发明的控制模块或者电保护系统已经详细地与相应的优点一起进行阐述。 
附图说明
为了进一步描述本发明，参照附图中的实施例。在示意性原理图中示出了： 
图1是具有根据本发明的保护开关的电驱动系统的框图。 
具体实施方式
图1示出了电驱动系统2，其由电机4和控制该电机的控制系统6组成。电机4通过连接线路8连接到三相电网12上，电机起动器10被接入到该连接线路中。电机起动器10作为保护开关包括接触器(在此未进一步阐述)，该接触器可以断开或接通该连接导线8。 
控制系统6包括作为控制模块的接口模块20、作为断路器的紧急停止按钮22、设备控制系统24、以及电压供应装置26。 
接口模块20具有控制电压输入端28，电压供应装置26(控制电压U例如24V)连接到该控制电压输入端处。在控制电压输入端28处的控制电压U的相通过第一相导线30a输送至输出端32a。同样连接在控制电压输入端28处的用于控制电压U的零线34通至接线端36。控制电压U的相由输出端32a通过连接导线38输送至 紧急停止按钮22，并且由那里返回至输入端32b。根据紧急停止按钮22的接通状态，在输入端32b处施加控制电压U(按钮22闭合)或者未施加电压(按钮22断开)。另一相导线30b由输入端32b通过可机械或电子控制的开关40通至接线端36。相导线30b和零线34由接线端36通到电机起动器10上。 
如果在接线端36处施加控制电压U，电机起动器10接通，并且电机4启动。如果按压紧急停止按钮22，或者断开开关40，在接线端36处不再施加电压，该电机起动器10断开并且电机4停止。 
此外，接口模块20包括评估单元42，其被设计成微型处理器42，该微型处理器通过控制导线44来控制开关40。此外，在该接口模块20中存在测量设备46，该测量设备通过测量导线48与输出端32a和输入端32b连接。该测量设备46同样连接到微型处理器42上，该微型处理器又与通信接口50连接，该微型处理器通过该通信接口与设备控制系统24相连。 
测量设备46测定输出端32a和输入端32b相对于零线34的电压U1和U2和/或测定流至紧急停止按钮22或来自紧急停止按钮的电流I1或I2。测量设备46将相应的测量值U1、U2或I1、I2输送至微型处理器42处，该微型处理器从中测定用于连接导线38和紧急停止按钮22的特征参数52，例如其欧姆电阻。 
可选地，有关的测量值还可以被输送到设备控制系统24处，并且在那里测定特征参数52。 
在安装驱动系统2时，连接导线38无意间被过长地选择。因此，在第一系统测试时，电阻R1作为特征参数52由电压U1、U2和电流I1、I2算出，该电阻大于在设备控制系统中存储的最大值Rmax。设备控制系统24通知该错误给设备驱动装置(未示出)，并 且连接导线38通过正确的长度替换。在驱动系统2开始运转时，重新测量得出作为特征参数的电阻R2。 
在多年运行之后，在运行期间总是重复测量在输入端32a和输出端32b之间的电阻R2，这样电阻在以下日子内上升到值R3。由微型处理器42测定的从R2到R3的偏差ΔR大于在设备控制系统24中存储的所允许的电阻公差ΔRmax。该电阻变化意味着紧急停止按钮22会很快失效，这是因为该紧急停止按钮的接触电阻可能明显升高。在一些日子内，这也许会导致错误的、偶然的触发或中断紧急停止按钮22，进而会导致电机4停止。因此，在电机4无论如何都会停止的夜间生产中断期间，通过构造相同的但新的紧急停止按钮替换该紧急停止按钮22。 
可选地，该紧急停止按钮22也可以是限位开关。因为电机4由于驱动装置传感器(未示出)失效而运行到终端位置，所以限位开关触发。在输入端32b处的控制电压U下降到0V。电机4被停止，但是驱动系统2的剩余部分保持运行。特别是，微型处理器42通知设备控制系统，限位开关已经触发，并且此外设备是可投入使用的，设备停止也是通过正确触发的限位开关实现的。 

Claims (13)

1.一种具有中断功能且用于电保护开关(10)的控制模块(20)，所述控制模块具有：
用于控制电压(U)的电压输入端(28)，
输送所述控制电压(U)的输出端(32a)，在所述输出端上连接有用于所述保护开关(10)的断路器(22)，
输入端(32b)，用于从所述断路器(22)回送的所述控制电压(U)，
与所述输入端(32b)连接的用于所述保护开关(10)的接线端(36)，
测量单元(46)，用于测量在所述输入端(32b)和所述输出端(32a)的第一电流(I1)、第二电流(I2)和/或第一电压(U1)、第二电压(U2)，
其特征在于，
用于所述保护开关(10)的控制开关(40)连接在所述输入端(32b)和所述接线端(36)之间。
2.根据权利要求1所述的控制模块(20)，出于所述断路器(22)的功能控制的目的，所述控制模块具有评估单元(42)，用于评估所述第一电流(I1)、所述第二电流(I2)和/或所述第一电压(U1)、所述第二电压(U2)。
3.根据权利要求1或2所述的控制模块(20)，其中，所述控制电压(U)通过外部连接的断路器(22)从所述输出端(32)回送至所述输入端(32b)。 
4.根据权利要求3所述的控制模块(20)，其中，所述断路器(22)是紧急停止开关或者限位开关。
5.根据权利要求4所述的控制模块(20)，具有通向设备控制系统(24)的总线接口(50)。
6.根据权利要求1所述的控制模块(20)，其中，所述保护开关(10)是电机起动器系统中的保护开关。
7.一种电保护系统(6)，具有电保护开关(10)、断路器(22)以及根据前述权利要求中任一项所述的控制模块(20)。
8.一种用于驱动根据权利要求1至7中任一项所述的控制模块(20)的方法，其中：
在接线端(36)上产生用于在保护开关运行时提供给保护开关(10)的控制电压(U)和第一电流(I1)、第二电流(I2)，
测量单元(46)测定在输入端(32b)和输出端(32a)处的所述第一电流(I1)、所述第二电流(I2)和/或所述第一电压(U1)、所述第二电压(U2)，
控制模块(20)在连接断路器(22)时将用于测定与所述断路器(22)的特性相关的第一特征值(R1)、第二特征值(R2)、第三特征值(R3)的所述第一电流(I1)、所述第二电流(I2)和/或所述第一电压(U1)、所述第二电压(U2)输送到评估单元(42)处，
所述评估单元(42)由所述第一电流(I1)、所述第二电流(I2)和/或所述第一电压(U1)、所述第二电压(U2)测定与所述断路器(22)的特性相关的第一特征值(R1)、第二特征值(R2)、第三特征值(R3)。 
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述评估单元(42)测定所述断路器(22)的电流特征作为所述第一特征值(R1)、所述第二特征值(R2)、所述第三特征值(R3)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述评估单元(42)测定所述断路器(22)的欧姆电阻作为所述第一特征值(R1)、所述第二特征值(R2)、所述第三特征值(R3)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在相应于不良特性的第一特征值(R1)、第二特征值(R2)、第三特征值(R3)时，所述断路器(22)和/或从所述输入端(32b)和/或所述输出端(32a)通至所述断路器的导线(38)被修复。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在相应于不良特性的所述第一特征值(R1)、所述第二特征值(R2)、所述第三特征值(R3)时，所述保护开关(10)被可控制地切断。
13.根据权利要求12中所述的方法，其中，所述控制模块(20)连接到设备控制系统(24)上，其中，用于继续处理的所述第一电流(I1)、所述第二电流(I2)和/或所述第一电压(U1)、所述第二电压(U2)和/或所述第一特征值(R1)、所述第二特征值(R2)、所述第三特征值(R3)被输送到所述设备控制系统(24)处。 
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