CN101640416A

CN101640416A - 模块式电力系统和用于驱动的方法

Info

Publication number: CN101640416A
Application number: CN200910150295A
Authority: CN
Inventors: 米夏埃尔·阿贝特; 维尔纳·恩格尔; 京特·格里斯巴赫; 杰拉尔德·希尔梅尔; 阿诺德·克拉姆; 马蒂亚斯·梅茨勒; 迪尔克·施密特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: CN101640416B; US20100026309A1; EP2149956A1; US8164216B2; EP2149956B1

Abstract

本发明涉及一种模块式电力系统(1)，该系统具有用于供给电流的第一源模块(2)和可与源模块连接的、消耗电流的第一漏模块(4)，其中该第一漏模块(4)为了标识其最大功率需求量而具有第一漏极标识设备(4a)。在该模块式电力系统中，通过下述手段实现第一源模块(2)和第一漏模块(4)之间的功率平衡，即第一源模块(2)具有用于标识其有效功率容量的第一电源标识设备(2a)，其中第一漏极标识设备(4a)和第一电源标识设备(2a)为了测定系统(1)的功率比而连接在用于产生电压差(10)的双线线路(6)上。

Description

模块式电力系统和用于驱动的方法

技术领域

本发明涉及一种模块式电力系统，该系统具有用于供给电流的第一源模块和可与源模块连接的、消耗电流的第一漏模块，其中该第一漏模块具有用于标识该其最大功率需求量的第一漏极标识设备。

本发明还涉及一种用于驱动这样的模块式电力系统的方法。

背景技术

在模块式电力系统中，例如在模块式建立的自动化系统中，通常自动化技术的不同的组件被布置在后连线板结构或简单的装配轨上，并互相电连接。则这些不同的组件基本上可以分为承担源模块的功能的组件和承担漏模块功能的组件。因此，在模块式建立的自动化系统中通常有CPU，至少一个电源组件，多个外围组件，以及在需要时有其它用于通信目的的组件。用于供给电流的电源组件归为源模块，而消耗电流的组件，例如外围组件归为漏模块。

在自动化系统运行时，不仅在组件起动时而且在运行期间，都会发生电源组件的不可预料的自发故障，其中自发故障由于电流消耗组件对电流输出组件的不合适的功率需求量而产生。

上述自动化系统的使用者在规划系统时决定满足系统的电源组件或多个电源组件的有效功率容量是多大。在此，如果所选择的可使用的功率例如仅稍小于最大所需功率，那么可能会导致自动化系统暂时毫无问题地工作，然而，取决于假定偶然的环境参数，该系统在运行中会出现故障。这样的故障可能在较长一段时间的规律的运行后才会出现。

例如，可以想象如下场景：

1.系统表面上规律地“开动”，然而当所有外围组件活跃起来时，突然地崩溃。

2.系统表面上规律地“开动”，然而在达到工作温度后，突然地崩溃。

3.系统规律地“开动”，例如常年正确地运行，然而在插入另外的外围组件后，突然地崩溃。

在上述情况中，存在通常对于自动化系统来说目前没有识别的过载。

DE 10 2005 039 886A1公开了一种功率需求量经控制的模块式系统。在这种系统中，在连接到电源的单个模块中分别设置了表示单个模块的功率需求量的标识符。通过主模块可以借助于单个模块中的标识符来测定考虑到过载的所有被连接的单个模块的功率需求总量。这种系统的缺陷是，只考虑了鉴于功率需求总量的插入的另外的单个模块。如果给系统例如增加一个额外的电源组件，则不会考虑该组件以确定电流消耗组件和电流输出组件之间的功率比。

发明内容

因此，本发明的目的在于这样地扩展根据现有技术的模块式电力系统，即功率平衡或功率比的确定也与输出电流的组件发生关联。

对于开头所述的模块式电力系统来说，该目的这样地实现，即第一源模块具有用于标识其有效功率容量第一电源标识设备，其中，为了测定系统的第一源模块和第一漏模块之间的功率比，第一漏极标识设备和第一电源标识设备连接在双线线路上以产生电压差。电压差作为功率平衡的结果在该双线线路上供使用，在此，该双线线路可作为一种双线总线穿过模块式系统而延伸。与单线线路相反，在双线线路中可以预期有利地较少出现电磁兼容性(EMV)问题，其中在单线线路中通过将标识设备接地连接而出现一个“单端的”配置。例如，在可插在后连线板结构上的模块中，双线线路经过用于各个模块的每个所属的插接位置，且可以通过模块的插入与各个标识设备连接。在此，有利地这样设计插头接点，即通到标识设备的接触被提前设置。也就是说，在模块完全开动之前，已经可以通过标识设备测定功率平衡度。

在优选的设计方案中，双线线路与主模块连接，且可评估主模块中的电压差以识别系统的过载。那么，优选地在主模块中设置有用于评估电压差的设备。例如，这种设备可以通过本领域技术人员常用的、运算放大器的电路连接来实现。然后，这种运算放大器电路的输出端可以提供一个模拟信号，该信号将功率平衡度描述为一个例如为0-2的值。在此，小于1的值意味着源模块的功率足以用于漏模块。然后等于1的值表示正好有漏模块所需的功率需求量那么多的功率供使用。

为了在双线线路上产生电压差的一个优选的技术方案为，这样地设计第一电源标识设备，即可借助于第一电源标识设备将电流供给到双线线路中，并这样地设计第一漏极标识设备，即可借助于第一漏极标识设备从双线线路提取出电流。在此，优选地，第一电源标识设备可设计为有源的电元件且第一漏极标识设备可设计为无源的电元件。因此，源模块优选地设计具有作为电源标识设备的电源，且漏模块设计具有作为漏极标识设备的消耗电流的固定电阻。那么，通过双线线路上的固定电阻的不同负载或进入双线线路的不同的电流供给造成了双线线路上的电压差，该电压差反映了最终结果。

在此，优选地，第一电源标识设备具有两个作用相同的电组件。出于对称的原因，电源标识设备作为有源的电元件应该设计为两个作用相同的电组件以在双线线路上产生电压差，该有源的电元件优选地设计为电流源或电压源。在此，有意义的是，在电压源中分别串联接通用于负载分配的电阻。

在漏极标识设备中，同样有利的是，该设备具有两个作用相同的电的无源元件。例如，这表示对于由固定电阻组成的漏极标识设备来说，每一个固定电阻分别紧挨在双线线路的一条上且这两个固定电阻具有相同的电阻值。

在一个特别优化的设计方案中，第一标识设备具有第一接线端、第二接线端、第三接线端和第四接线端，在此第一接线端连接在正导线上，第四接线端连接在电源电压线路的负导线上，第二接线端连接在第一导体上，以及第三接线端连接在双线线路的第二导体上。通过电源标识设备的或者也是漏极标识设备的这种线路布置，可以将这些设备装配为简单的、可电插入模块中的标识设备。例如，如果在模块式系统内部的外围组件的功率需求量发生改变，那么这种系统的运行者可以将适合新的比例的标识设备插入各个组件中，从而最终确保用于系统的整体运行的有效的功率平衡的运算。

当存在多个用于供给电流的源模块和另外多个可与源模块连接的、消耗电流的漏模块，且这些模块分别具有相应的电源标识设备或漏极标识设备时，根据本发明的设备的优点特别明显。在此，例如，所有源模块和所有漏模块在并联电路中位于供电总线上，该供电总线同样可以位于已提及的后连线板结构上。同样可以想象的是，例如，在具有仅仅一个源模块和三个漏模块的布置中，在即将发生漏模块的供应不足时，在需要时根据功率平衡将另一个源模块接入供电总线。

在开头所述的用于驱动模块式电力系统的方法中，该目的这样地实现，即为第一源模块设置用于标识其有效功率容量的第一电源标识设备以，其中，为了测定系统的第一源模块和第一漏模块之间的功率比，第一漏极标识设备和第一电源标识设备连接在双线线路上以产生电压差。因此，在系统中有电压差供使用，该电压差描述了可供使用的功率和即将消耗的功率之间的比例。

如果在下一个方法步骤中，将双线线路与主模块连接且评估主模块中的电压差以识别系统的过载，那么例如可以借助于产生诊断警报或系统警报而灵活地对系统的可能的过载做出反应，并可以采取措施以避免系统故障。

在该方法的有利的改进方案中，这样地设计第一电源标识设备，即将电流供给到双线线路中，并这样地设计第一漏极标识设备，即从双线线路提取出电流。

通过前述的电压差的产生能够以有利的方式在系统起动之前确定，供使用的功率是否大于或等于最大可消耗的功率；以及在低于可指定的第一比例时起动该系统。如果基于电压差测得的、第一可指定的比例超出指定值，那么优选地产生一个阻止系统“开动”的信号。

根据本方法，当系统起动后将第二比例用于监控过载是有利的，其中第二比例选择为大于第一比例，以使由双线线路上的干扰造成的判断错误最小化。如果第二比例基于电压差而例如取值为1.2，这代表短时过载20％，那么主模块可借助相应的求值单元短时地容忍，且在过载持续较长时间的情况下才以相应地产生故障报告或诊断警报作为反应。可能导致电压差失真的短时的干扰可能例如是电磁兼容性(EMV)干扰。例如，该电磁兼容性(EMV)干扰通过干扰信号的输入而产生，该干扰信号可能由于位于双线线路附近的用电器的接通而产生。因此，该方法以及前述的具有其双线线路的系统有利地应用在具有在空间上分散的部件的、受到电磁兼容性(EMV)加载的环境中。与此相反，对于根据现有技术的功率平衡来说，在具有相应的测量值强烈偏差的电磁兼容性(EMV)干扰中，应该考虑到单线线路，这基本上可能会使根据本方法来执行根据现有技术的功率平衡产生问题。

附图说明

借助于附图对本发明的一个实施例和其它优点进行描述。附图示出了：

图1示出了模块式系统；以及

图2示出了标识设备在双线线路上的电路连接。

具体实施方式

图1示出了模式化电力系统1。在此，系统1具有第一源模块2、第二源模块3、第一漏模块4和第二漏模块5，作为在后连线板结构上的可插入组件，它们和主模块7一起形成自动化系统。

具有第一导体6a和第二导体6b的双线线路6设计为双线总线，从主模块7开始在模块2、...、5上延伸穿过整个自动化系统。为了连接到双线线路上，第一源模块2具有第一电源标识设备2a、且第二源模块3具有第二电源标识设备3a。源模块2、3的电源标识设备2a、3a代表借助于源模块2、3供使用的功率。在第一漏模块4中供使用的第一漏极标识设备4a和在第二漏模块中供使用的第二漏极标识设备5a分别代表漏模块4、5的将要消耗的功率。

电源/漏极标识设备2a、3a、4a和5a分别具有四个接线端用于连接至双线线路6和用于连接至供电电压线路12。在此，供电电压线路12由正导线12a和负导线12b形成。第一电源标识设备2a通过第一接线端21连接至正导线12a，从而通过第二接线端22将电流供给到双线线路6的第一导体6a。此外，为了对称的供给，第一电源标识设备2a通过第四接线端24连接至负导线12b，从而通过第三接线端23将电流供给到双线线路6的第二导体6b。

第二电源标识设备3a通过其四个连接端31、...、34的连接方式和第一电源标识设备2a的连接方式一样。待供给的电流在电源标识设备2a、3a中由它们各自的电源2b或3b提供，如在图2中详细示出的那样。两个电源2b是两个作用相同的电源，其分别将相同份额的电流供给至第一导体6a或第二导体6b中。因此，两个电源2b具有同样的参考标号。

在第二电源标识设备3a的两个电源3b中表现为完全相同的，但是在这里电源3b的将要供给的电流强度与电源2b的不同，因为第二源模块3比第一源模块2提供的功率大。

同样地，第一漏极标识设备4a具有两个作用相同的组件。在这种情况下，它们是两个分别具有相同的电阻值的固定电阻4b。为了在双线线路6上得到对称的负载，两个作用相同的固定电阻4b中的第一固定电阻4b利用第一漏极标识设备4a的第二接线端42连接至双线线路的第一导体6a，且利用第四接线端44连接至供电电压线路12的负导线12b。与此相反，另一个电阻46通过第三接线端43连接至双线线路6的第一导体6b，且通过第四接线端44连接至正导线12a。通过这种连接方式，使双线线路6对称地加载，且因此可以在双线线路6上产生相应于部分电压差的负载。

第二漏极标识设备5a的两个固定电阻5b的连接方式也是类似的，在这里，固定电阻5b的电阻值当然不同于固定电阻4b的电阻值。

总之，可以通过具有差别的信号线路执行对功率平衡的检验。该具有差别的信号线路通过漏极的固定电阻与其最大功率成比例地加载。相反，电源通过固定电阻或通过电源分别将电流与其最大功率成比例地供给到具有差别的信号线路中。在此，联系到电阻法，电源的电流供给到等效电阻。平衡的结果是双线线路6上的电压差10，该电压差在功率储备增多时变为正，且随着可能不足的功率变为负。

在平衡的情况下，当100％的可用功率也最大限度地被需要时，电压差为零。

电压差10的评估利用用于评估电压差的设备13进行，该设备根据图1设置在主模块7中。在评估电压差10后，该设备13可产生用于主模块7的相应的信号，该信号也用于保护系统1防止过载，或相应地利用合适的措施使系统1“停止运行”。同样可以想象的是，基于过程信号将另一个也设计为源模块的组件动态地接入系统1。

Claims

1.一种模块式电力系统(1)，具有用于供给电流的第一源模块(2)和可与所述第一源模块连接的、消耗电流的第一漏模块(4)，其中所述第一漏模块(4)具有用于标识所述第一漏模块的最大功率需求量的第一漏极标识设备(4a)，其特征在于，所述第一源模块(2)具有用于标识所述第一源模块的有效功率容量的第一电源标识设备(2a)，其中，为了测定所述系统(1)的所述第一源模块(2)和所述第一漏模块(4)之间的功率比，所述第一漏极标识设备(4a)和所述第一电源标识设备(2a)连接在双线线路(6)上以产生电压差(10)。

2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中所述双线线路(6)与主模块(7)连接且可评估所述主模块(7)中的所述电压差(10)以识别所述系统(1)的过载。

3.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中这样地设计所述第一电源标识设备(2a)，即可将电流供给到所述双线线路(6)中，并且这样地设计所述第一漏极标识设备(4a)，即可以从所述双线线路(6)中提取出电流。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(1)，其中所述第一电源标识设备(2a)具有两个作用相同的电的有源组件(2b)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统(1)，其中所述第一漏极标识设备(4a)具有两个作用相同的电的无源组件(4b)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(1)，其中所述第一电源标识设备(2a)具有第一接线端(21)、第二接线端(22)、第三接线端(23)和第四接线端(24)，且

-所述第一接线端(21)连接在正导线(12a)上，且所述第四接线端(24)连接在电源电压线路(12)的负导线(12b)上，以及

-所述第二接线端(22)连接在第一导体(6a)上，且所述第三接线端(23)连接在所述双线线路(6)的第二导体(6b)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统(1)，其中存在多个用于供给电流的源模块(2、3)和另外多个可与所述源模块连接的、消耗电流的漏模块(4、5)，上述模块分别具有相应的电源标识设备(2a、3a)或漏极标识设备(4a、5a)。

8.一种用于驱动模块式电力系统(1)的方法，所述模块式电力系统具有至少一个用于供给电流的第一源模块(2)和至少一个可与所述第一源模块连接的、消耗电流的第一漏模块(4)，其中所述第一漏模块(4)具有用于标识所述第一漏模块的最大功率需求量的第一漏极标识设备(4a)，其特征在于，为所述第一源模块(2)设置第一电源标识设备(2a)以标识所述第一源模块的有效功率容量，其中为了测定所述系统(1)的所述第一源模块(2)和所述第一漏模块(4)之间的功率比，所述第一漏极标识设备(4a)和所述第一电源标识设备(2a)与双线线路(6)接通以在所述双线线路(6)上产生电压差(10)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述双线线路(6)与主模块(7)连接且可评估所述主模块(7)中的所述电压差(10)以识别所述系统(1)的过载。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中这样地设计所述第一电源标识设备(2a)，即将电流供给到所述双线线路(6)中，并这样地设计所述第一漏极标识设备(4a)，即从所述双线线路(6)中提取出电流。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中在系统起动之前根据所述电压差(10)来确定供使用的功率是否大于或等于可消耗的最大功率，且在低于可指定的第一比例(V1)时激活所述系统(1)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述系统(1)起动后将第二比例(V2)用于监控过载，其中所述第二比例(V2)选择为大于所述第一比例(V1)，从而将由所述双线线路(6)上的干扰造成的错误判断最小化。