CN108292574A - 用于控制开关装置的开关装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制至少一个开关装置(210、221、222、310、321、322)的开关设备(100)，该开关设备具有：控制单元(110)，该控制单元形成用于控制至少一个开关装置(210、221、222、310、321、322)；用于施加电源电压以为控制单元(110)的供电的接口(172、174)；能够与用于施加电源电压的接口(172、174)连接的蓄能器(120)，蓄能器形成用于在电源电压下降或失效时给控制单元(110)提供能量，该能量足够如此控制至少一个开关装置(210、221、222、310、321、322)，使得开关装置(210、221、222、310、321、322)执行预先设定的开关操作，其中开关设备(100)具有用于监控蓄能器(120)的功能性的装置(112、114、134、140)。本发明还涉及一种借助于这类开关设备(100)控制至少一个开关装置(210、221、222、310、321、322)的相应的方法。

Description

用于控制开关装置的开关装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制开关装置的开关设备，尤其是用于接通和例如断开电动机的电负载的开关设备，以及一种相应的用于控制开关装置的方法。
背景技术
举例而言，用于控制开关装置的开关设备用在自动化技术中，尤其是用于接通和断开电负载、例如电动机的开关设备。在这种情况下，尤其考虑使用机电开关和/或半导体开关作为开关装置。
机电开关，例如继电器具有优势，即其具有较低的内阻并且因此是损失少的。然而在接通时产生电弧，由此长期而言导致触点损坏。另一方面，半导体开关，如晶闸管(Thyristoren)或三端双向可控硅元件(Triacs)允许基本上无磨损的开关，然而其具有较高的内阻，从而产生必须高成本排除的损耗热量。在所谓的混合开关中并联连接机电开关和半导体开关，其中半导体开关在开关操作期间承载电流，从而机电开关能够在无电流状态下接通。因此，混合开关将低磨损的半导体技术和低损耗的继电器技术结合在一起，其中通常使用开关设备完成开关的控制，该开关设备出于控制目的包含微处理器。
然而，即使在例如电机开关中使用混合开关，也存在这样的问题，即在电源电压失效时导致输出级的失控的切断，从而导致机械触点的打开，其中由于失控的切断，尤其在机械触点中造成相当大的磨损。与触点的尺寸无关地，这导致了使用寿命的限制。
混合开关的晶闸管或三端双向可控硅元件在电流过零时切断电流并且因此实现几乎不磨损地中断电流流动。然而，为此要求例如在继电器中机械触点保持在其位置上，直到关闭操作结束。由此，已知在开关设备中使用能量缓冲器，以便能够在这一时刻仍然为继电器供电。
举例而言，在WO 2014/032718 A1中描述了一种用于控制在其后接入的电动机的能量供应的开关设备。该开关设备具有供电接口，供电源能够通过紧急停止开关连接在该供电接口上，该供电源提供例如24V的电源电压。此外，现有技术的开关设备具有用于连接到供电网络的接口。还设置用于连接电动机的其它接口。设置多个机电开关和半导体开关，以便能够将电动机连接到供电网络中或者从供电网络断开。此外，在开关设备中实施控制单元，控制单元能够借助于通过供电接口获得的电能提供所需的开关信号，即在各自的开关上所需的激发能量。此外，所述开关设备包括蓄能器，蓄能器能够在电源连接处的电源电压降至临界范围时向控制单元提供电能，以便控制单元能够为各自的开关提供所需的开关信号。换句话说，通过电源连接或借助于蓄能器为控制单元提供关闭机电开关或保持机电开关关闭并且将半导体开关保持在导通状态所需的能量。
在WO2014/075742 A1中公开类似的开关设备，其中在低于第一电压阈值时电动机受控自动关闭，其中在关闭情况下测量从低于第一电压阈值到低于第二电压阈值的时间并且控制单元在该时间低于临界时间值时输出信号。以这种方式，能够在执行电动机的自动关闭时确定蓄能器的损耗情况。借助于所述信号能够产生设备错误，借此防止开关设备的重新连接，从而在检测到蓄能器的损耗后，能够避免开关触点因失控的关闭而磨损。然而，如果在相当长的一段时间内没有自动关闭，并且在此期间发生了蓄能器的损耗，由此使蓄能器不再有足够的能量以执行受控的开关操作时，则仍可能发生失控的关闭。
发明内容
本发明所基于的目的在于，说明改进用于控制开关装置的开关设备的途径并且提供一种相应改进的、用于控制开关装置的方法。
该目的是通过独立权利要求的特征实现的。从属权利要求的主体是有利的实施例。
相应地，用于控制至少一个开关装置的开关设备具有：控制单元，该控制单元形成用于控制至少一个开关装置；用于施加电源电压以为控制单元供电的接口；能够与用于施加电源电压的接口连接的蓄能器，其中该蓄能器形成用于在电源电压下降或失效时给控制单元提供能量，该能量足够如此控制至少一个开关装置，使得该开关装置执行预先设定的开关操作。此外，开关设备具有用于监控蓄能器的功能性的装置，其中尤其连续地进行监控，即在预定时间点检查蓄能器的功能性，其中尤其这样选择这些时间点，使得在两个检查时间点之间通常不会出现导致控制单元不再能够控制至少一个开关装置执行预先设定的开关操作的蓄能器的损耗。
借助开关设备、尤其是上述开关设备控制至少一个开关装置的方法包含为开关设备的控制单元的供电在开关设备上施加电源电压，其中通过控制单元控制至少一个的开关装置，并且其中在电源电压下降或失效时，通过可与电源电压连接的蓄能器给控制单元提供能量，该能量足够如此控制该至少一个的开关装置，使得该开关装置执行预先设定的开关操作，并且该方法包括对于蓄能器功能性的监控，其中尤其持续地进行该监控。
本发明的核心思想在于，对用于开关设备用于存储电能的蓄能器进行持续的监控，从而可靠地避免由蓄能器的损耗引发的失控的关闭、尤其避免了机电开关的失控的打开。
作为改进开关设备的另一个优选的措施，还能够有利地设定，将开关设备从连接在相同的电源电压上的其他设备上解耦，从而避免蓄能器的能量流失到其他设备中。
根据改进开关设备的另一个优选的措施，能够有利地设定，使用脉宽调制信号以通过开关设备来控制开关装置，根据预先设定的参数控制脉宽调制信号的占空比，以实现高效控制并且实现尽可能小地确定蓄能器的尺寸。
该方法有利地设定，在预先设定的时间点，尤其周期性地将蓄能器从供电装置断开预先设定的持续时间，其中如此选择该预先设定的持续时间，使得在蓄能器的正常运行状态中，存储在蓄能器中的能量在预先设定的持续时间期间不低于执行预先设定的开关操作所需的能量，此外有利地设定，测量对应于蓄能器的测量参数，该测量参数是存储在蓄能器中的能量的计量；比较测量值和预先设定的阈值，并且根据比较结果获得蓄能器的功能性。
优选地，在识别到蓄能器的功能性下降了预先设定的程度时，这样控制至少一个的开关装置，使得开关装置执行预先设定的开关操作，并且替代性地或额外地产生错误提示。
预先设定的开关操作尤其包括开关序列，开关顺序用于可靠地切断通过至少一个的开关装置来控制开关的电负载。
在方法的有利的实施方案中进一步设定，这样从其它设备上、尤其从连接在相同的电源电压上的其它设备上解耦开关设备，使得避免存储在蓄能器中的能量流失到其它设备中。
有利地，控制单元使用经脉宽调制的开关信号控制至少的一个开关装置，其中由控制单元根据开关装置的开关状态和/或根据电源电压和/或根据开关装置的环境温度控制经脉宽调制的开关信号的占空比。优选地，借助于与控制单元连接的电压测量装置监控电源电压。
附图说明
接下来参照几个实施例，结合附图进一步阐述本发明。在此，相同的附图标记表示相同或类似的组件。附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的开关设备的优选实施方案，
图2示意性地示出了多个连接在共同的紧急停止链上的开关设备，
图3示意性地示出了具有和不具有用于解耦的二极管的、用于为开关设备的控制单元供电的电压的示例性的曲线以及与此相关的关闭序列的启动，
图4示意性并且示例性地示出了在用于监控而定期执行的蓄能器的性能测试中的、在开关设备的蓄能器上的电压曲线；用于将蓄能器从电源电压断开的开关的相应的开关位置；以及在功能正常的和有缺陷的蓄能器中的电动机运转。
具体实施方式
图1示出了用于控制至少一个开关装置的示例性的开关设备100，其中，在本实例中，至少一个的开关装置包括开关装置210、221、222、310、321和322，这些开关装置用于电负载400的接通和断开，其中，负载在本实例中形成为三相电动机。应该注意的是，至少一个的开关装置也能够有利地集成在开关设备100中。
三相电动机400连接在供电网络上，供电网络在所示的实例中是具有三条导线L1、L2、L3的三相低压网络。三相电动机400分别通过电流通路401、402和403连接到这些导线上。
为了三相电动机400的接通和断开，在电流通路401中接入机电开关210和混合开关220的串联电路，其中混合开关220由半导体开关221和机电开关222的并联电路构成，并且在电流通路403中以相似的方式接入机电开关310和混合开关320的串联电路，其中混合开关320由半导体开关321和机电开关322的并联电路构成。机电开关210、222、310和321例如形成为继电器并且半导体开关221和322例如形成为三端双向可控硅元件。
开关装置210、221、222、310、321和322由开关设备100的控制单元110控制。在图1中，通过虚线191至196显示控制。通常借助于在图1中未绘制的相应的控制电路完成开关装置210、221、222、310、321和322的控制。控制单元110优选具有微处理器，以执行控制功能。此外，开关设备100能够与上级开关装置连接并且从该上级开关装置接收用于接通或断开三相电动机400的开关指令。
开关设备100连接在电源电压上，在所示的实例中，电源电压在开关设备100的、由连接端子172和174构成的电源电压接口上提供24V的直流电压，其中连接端子174接地。举例而言，能够通过图1中未绘制的外接电源件提供电源电压。
电源电压用于控制单元110的供电。为了确保即使在供电电压下降或失效的情况下也可如此控制开关装置，使得预先设定的开关操作得以执行，设置一个能够与电源电压接口连接的第一蓄能器120，第一蓄能器在电源电压下降或失效时为控制单元110在一段时间内提供能量。
为了持续地监控蓄能器的功能性，开关设备100具有用于监控蓄能器120的功能性的装置。在所示的实例中，这些装置包括能够由控制单元110控制的开关140。通过虚线180显示开关140的控制。
通过由控制单元110控制打开开关140，蓄能器120在预先设定的时间点从电源断开预先设定的持续时间并且测量蓄能器120上的电压。为此目的，控制单元110具有电压测量装置114，该电压测量装置在预先设定的持续时间期间测量在测量点114m上的电压，其中能够借助A/D转换器提供能够由控制单元120的微处理器处理的数字的测量值。将在蓄能器120上测量的电压与至少一个预先设定的、并且优选存储在控制单元110上参考值或阈值比较。
蓄能器120从电源断开的断路时间、也就是预先设定的持续时间能够优选地选择为非常短的，从而蓄能器120的断开对控制单元110的功能没有影响。持续时间能够例如为100ms(毫秒)。然而，也能够选择另一个适合的持续时间，例如高出或低出至少或至多2、5、10、20或100倍的持续时间。在所示的实例中，为此目的进一步设定，控制单元120通过自身的、具有自己的，也就是说第二蓄能器160的内部电源件150供能，其中在所示的实例中电源件150提供3.3V的电压。
在所示的实例中，蓄能器120和160形成为电容器。如果电容器120磨损或老化，则电容器120的容量变小，并且由此该电容器的存储电能的能力或其功能性下降。通过测量蓄能器120上的电压识别蓄能器120的功能性的降低，因为当功能性降低时，在蓄能器120从电源上断开后，电压比在功能完全正常的状态中下降得快。
应该注意的是，优选只在三相电动机400运行时，也就是说在控制单元110为开关装置210、221、222、310、321和322的控制而消耗能量时，才执行蓄能器的功能性的监控。
如果在蓄能器120从电源断开后低于第一预先设定阈值或水准，则三相电动机400先是保持运行。低于第一预先设定阈值的识别有利于确定用于功能测试的机制、即通过开关140的控制将蓄能器120从电源断开是否正确运行。
借助蓄能器120上测量的电压低于第二阈值或水准来识别蓄能器120的功能性下降了预先设定的程度。一旦识别到低于第二阈值，则三相电动机关闭。
优选这样选择蓄能器120的功能性预先设定的下降程度以及第二阈值，即在低于第二阈值时蓄能器120仍能够给控制单元提供能量，该能量足够控制开关装置210、221、222、310、321和322执行预先设定的开关操作。在此，预先设定的开关操作尤其包括三相发动机400的正确顺序的关闭，其中尤其避免机电开关210、222、310和322的磨损。
在蓄能器120上的电压测量提供代表仍处于蓄能器120中的能量的值。在启动关闭序列时仍可用的能量还能够有利地用于在开关设备100的设备存储器中保存开关设备100的设备状态，该设备状态例如包含关于开关设备100和由控制单元110执行的应用程序的诊断数据。
可选择地或者附加地还能够由开关设备100向与开关设备100连接的上级控制装置提供反馈。此外，能够在开关设备100上或者借助于图1中未绘制的上级控制装置发布错误提示，例如如下：“警告，内部错误，通过继电器完成断开”。
为了测量电源电压，控制单元110具有电压测量装置112，该电压测量装置测量在测量点112m上的电压，其中能够借助A/D转换器提供能够由控制单元120的微处理器处理的数字的测量值。然而原则上，电压测量装置112还能够只提供数字的信息，即设备的供电是否仍处于激活，以便有最长的时间来执行关闭序列。因此，电压测量装置112能够可选择性作为数字输入而实现。
电源电压的测量尤其还用于识别在上述功能测试期间电源电压是否在预先设定的、蓄能器120通过开关140的打开而从电源电压断开的持续时间期间下降或消失，，从而确定低于第二阈值是由于蓄能器120的功能性的下降还是由于电源电压的下降或消失而导致的。
为了能够独立于所施加的电源电压测量蓄能器120上的电压，设置一个用于解耦的二极管134。
通常，开关设备100为了监控蓄能器120的功能性优选具有至少一个与控制单元110连接的用于测量对应于蓄能器120的测量参数的测量装置114，测量参数是存储在蓄能器120中的能量的计量，并且具有能够由控制单元110控制的、用于将蓄能器120从电源电压断开的装置140，其中控制单元110形成用于在预先设定的时间点将蓄能器120从电源电压断开预先设定的持续时间、用于测量对应于蓄能器120的测量参数并且用于比较测量值和预先设定的阈值，其中控制单元110还形成用于根据比较结果获得蓄能器120的功能性，并且其中这样确定蓄能器120的尺寸，即在所述蓄能器120功能正常的状态中，存储在蓄能器120中的能量在预先设定的持续时间期间不低于执行预先设定的开关操作所需的能量。
如上所述，预先设定的开关操作优选包括开关序列，该开关序列用于可靠地关闭通过至少一个开关装置210、221、222、310、321和322连接的电负载400。
应该注意的是，在三相电动机400接通时，机电开关210和310，以及222和322是闭合的并且通过由控制单元110提供的保持电流保持在这个开关状态中，并且半导体开关221和321是断开的。
在开关序列、下文又称为关闭序列中，首先接通半导体开关221和321并且打开无负载的机电开关222和322。然后，断开半导体开关221和321并且借此中断三相电动机400的电源，并且随后打开无负载的机电开关210和310。
通过具有相反顺序的开关序列完成电负载400的接通，也就是说闭合机电开关210和310，接通半导体开关221和321，在接通半导体开关221和321后闭合机电开关222和322并且作为旁路接收半导体开关221和321的电流，在闭合机电开关222和322后断开半导体开关。如上所述，机电开关210、222、310和322优选形成为继电器。在接通状态下连续地控制继电器线圈，其中在保持状态下，在继电器中只需要比闭合继电器所需更小的磁化电流。
为了确保更好的能效，在开关设备100的优选实施例中，控制单元110形成用于使用脉宽调制的开关信号控制至少一个的开关装置。特别有利的是使用脉宽调制的开关信号以控制继电器，例如开关210、222、310和322，然而使用脉宽调制的开关信号以控制半导体开关，例如三端双向可控硅元件221和321也能够是有利的。
脉宽调制信号是电信号，其在一定时间周期内在至少两个电压值和/或电流值之间转换。脉宽调制信号优选涉及矩形信号，其中，其它信号也在本发明的范围内。在下文中，如果没有其它指定，则认为是矩形信号。脉宽调制信号包含脉冲的周期性序列，其中脉宽调制信号的占空比(Aussteuergard或Tastgrad)表示脉冲持续时间或脉冲宽度与周期时间的比例。
举例而言，因为需要不同的磁化电流，以便根据相应的开关状态、即根据是正在完成继电器的闭合还是继电器的持续控制来控制继电器，所以由控制单元优选根据开关装置的开关状态、尤其根据控制相应所需的电能以控制脉宽调制的开关信号的占空比。
为了补偿电源电压的波动，能够替代地或者附加地由控制单元根据电源电压控制脉宽调制的开关信号的占空比。因为控制开关装置所需的电能通常也取决于环境温度，则还能够替代地或者额外地由控制单元根据各个相应开关装置的环境温度控制脉宽调制的开关信号的占空比。举例而言，晶闸管和三端双向可控硅元件所需的点火电流强烈取决于半导体的温度，其中低温下需要更高的点火电流。然而，较高的点火电流在高温下会导致不必要的损耗。尤其能够有利地单独控制每个通过控制单元110控制的开关装置的脉宽调制开关信号的占空比。
为了获得各个相应的参数，例如开关状态或者当前控制所需的电能或者环境温度，优选设置在图1中未绘制的相应的测量装置。
尤其在24V的电源电压断开并且蓄能器120上的电压下降时，如上述对蓄能器120的功能性进行监控时那样，修正脉宽调制的开关信号的占空比是有利的，从而尤其能够尽可能长地维持继电器中所需的磁化电流。以此方式，能够最大化地利用存储的可用能量并且尽可能小地确定蓄能器120的尺寸。
如果电源电压例如降至15V，则脉宽调制信号的占空比能够调整到例如50％，并且在电源电压升至15V时，则脉宽调制的开关信号的占空比能够降低到25％。通过对脉宽调制的修正能够将电容器120的尺寸确定为普通值的四分之一，该值例如是基于最坏情况假设而确定的。
另一个好处是节能，能源的节省还允许设备内部的电源150中的组件有更小并且更有利的尺寸。通过脉宽调制开关信号修正的占空比，总是只是接收各个相应状态下实际用于驱动继电器所需量的能量。
图2中示意性地绘制了多个连接在共同的紧急停止链上的开关设备100。
在所示的实施例中，两个开关设备100通过紧急停止开关设备600连接在电源500上，电源能够例如形成为24V的电源件。尤其设置一条从电源到开关设备100的连接端子172的电流通路，该电流通路能够通过紧急停止开关设备600的紧急停止开关610的打开而中断。开关设备100的连接端子174接地。在所示的实施例中，电源件500通过连接端子510和520连接在单相低压网络上，该单相低压网络能够通过图1中未绘制的三相低压网络的L1导线和N导线提供。举例而言，图2中绘制的二极管530用于反极性保护。
在实践中，在设备供电500上或者紧急停止链上连接多于一个设备是常见的，其中这也可以包含多个不同的设备。为了更容易表示，图2中只绘制了两个示例性的开关设备100。
如关于图1所说明的，开关设备100在设备供电装置的输入电路中具有蓄能器120，蓄能器在设备供电中断时为顺序的关闭提供必需的能量。因此，特别有利地设定，通过设备输入端上的解耦避免能量回流到其他设备。这点在图2所示的实施例中通过二极管132而实现。
此外，在图2中绘制了开关设备100的接口175，开关设备100能够通过该接口与未绘制的上级开关装置连接，这些开关设备能够从该上级开关装置接收例如用于接通或断开三相电动机400的开关指令。还有利地设置与这些接口175分别连接的二极管138。
通过借助于二极管132进行的解耦还能够消除在24V电源上的电压波动或中断。如果没有解耦，能够导致蓄能器120的更快放电并且在可能情况下导致失控的关闭。
通过解耦能够一直利用蓄能器120中的能量，直到蓄能器上的电压降到临界点，特别是降至上述第二阈值，在低于该阈值时启动三相电动机400的关闭。
解耦的优点在于，在电源电压中断时保证输出电路的顺次关闭、降低对电压波动的敏感性、在电源电压下降时确保更长的可用性、能够弥补电源电压的短暂中断并且将在蓄能器120中提供的能量完全提供给相应的开关设备100。
在图1所示的开关设备100中也设置了用于解耦的二极管132，以避免电能从蓄能器120流到其他设备。然而，该功能也能够由二极管134实现，从而能够在图1所示的开关设备中有利地省略二极管132。
图3示意性地示出了用于解耦的二极管的使用效果。
在3a)和b)中示例性地描绘了不使用用于从其它设备解耦的二极管时所出现的情况。图3a)示出了设备供电的示范性的电压曲线710，即蓄能器120上的电压曲线。在所示的示例中，电压从时间点t1起急剧下降，因为例如电源电压下降并且能量被其它设备从蓄能器120中取出。在低于所示实例中的19V的第二阈值时，激活关闭序列，即启动三相电机400的关闭。这点在图3b)中示意性地通过曲线720表示，曲线指明关闭序列是激活的还是不激活的。
图3c)和d)中示例性地描绘了使用用于从其他设备解耦的二极管时所出现的情况。图3c)示出了设备供电的示范性的电压曲线730，即蓄能器120上的电压曲线。在所示的示例中，电压从时间点t1起下降，举例而言，在该时间点电源电压下降，而不是因为能量被其它设备从蓄能器120中取出。由此，直至时间点t3时才低于19V的阈值并且激发关闭序列，即启动三相电动机400的关闭。这点在图3d)中示意性地通过曲线740表示。
因此，通过附图标记750表示额外的可用性，因为关闭延迟了t3和t2的差值的时长。
图4再次示意性地描绘了蓄能器120的功能测试的流程。优选地，在预先设定时间点重复图2所示的过程、尤其周期性地重复，以便监控蓄能器120的功能性。
图4a)描绘开关140的开关位置的时间曲线810。在正常工作期间，开关140最初是闭合的。为了蓄能器120的功能测试，在时间点t1时通过控制单元110的控制打开开关140并且在时间点t4时再次闭合开关。通过打开开关140，蓄能器120从电源断开并且蓄能器120上的电压降低，直到时间点t4。通过关闭开关，蓄能器120重新连接到电源并且相应地再次充电，直到在时间点t5时达到电量充满状态。
在图4b)中描绘了蓄能器120上的电压曲线，其中实线820描述完全正常的蓄能器120的电压曲线并且虚线830描述有缺陷的蓄能器120的电压曲线。
即使蓄能器120是完全正常的，也会在所示实例的时间点t2时低于第一阈值，其中该阈值如上所述用于断定完成功能测试的机制、即通过开关140的控制将蓄能器120从电源断开，是否正确地起效。
在蓄能器120完全正常时不低于第二个阈值，然而在蓄能器120有缺陷时发生这种情况，具体而言在所示实例的时间t3时。
通过低于第二阈值，启动电动机400的关闭。
在图4c)和d)中分别描绘的曲线825或835示出了电动机运转，即电动机400是接通(启动)还是断开(关闭)，具体来说，图4c)表示完全正常的蓄能器120并且图4d)表示有缺陷的蓄能器120。
应该注意的是，在图4c)和d)分别描绘的发动机运行状态在控制单元110的控制应用程序中被视为逻辑状态，并且在有缺陷的蓄能器120中，关闭序列在时间点t3时启动，但是发动机在关闭序列的过程中、具体而言在开关222和322打开之后，通过三端双向可控硅元件221和321的断开才如上所述从电源断开并且由此实际关闭。
还应该注意的是，功能测试是在足够短的时间间隔内重复的，以确保即使发现有缺陷的蓄能器120，它仍然足够有效地确保可靠地断开。举例而言，在有利的实施形式中，可以每天一次、即在24个运行小时的时间间隔中执行一次功能测试。然而，也能够选择其它合适的时间间隔，例如高出或低于至少或至多2、5、10、20或100倍的时间间隔。
如本发明提出的对蓄能器120的功能性的监控，即连续检查，特别有利于如水泵或风机的连续运行的应用。由于老化通常表现为容量的减少，由此可能导致蓄能器的故障并且不再顺序关闭，从而继电器可能熔焊在一起。特别是在连续工作时和高温下会出现储能电容器的快速老化，而现有技术中已知的开关设备不会检测到这种尤其在连续工作中使用的器件中的老化。
附图标记说明
100 开关设备
110 控制单元
112、114 电压测量装置
112m、114m 电压测量的测量点
120 第一蓄能器
132、134 二极管
138 二极管
140 可控制的开关
150 电源件3.3V
160 第二蓄能器
172、174 用于连接电源电压的连接端子
175 用于通过上级控制开关进行控制的接口
180 用于控制可控制的开关的连接
191-194 对机电开关的控制
195、196 对三端双向可控硅元件的控制
210、310 机电开关，尤其继电器
220、320 混合开关
221、321 三端双向可控硅元件
222、322 机电开关，尤其继电器
400 电负载，尤其电动机
401-403 电流通路
500 电源、例如24V电源件
510、520 用于连接至供电网络的接口
530 二极管
600 紧急停止开关设备
610 紧急停止开关
710 不具有二极管的电压曲线
720 不具有二极管的开关序列的激活曲线
730 具有二极管的电压曲线
740 具有二极管的开关序列的激活曲线
750 额外的可用性的持续时间
810 开关位置的时间曲线
820 正常工作的蓄能器中的蓄能器上的电压曲线
825 蓄能器正常工作时的电动机运行
830 蓄能器有缺陷时蓄能器上的电压曲线
835 蓄能器有缺陷时的电动机运行

Claims (15)

1.用于控制至少一个开关装置(210、221、222、310、321、322)的开关设备(100)，所述开关设备具有：
-控制单元(110)，所述控制单元形成用于控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)；
-施加用于所述控制单元(110)的供电的电源电压的接口(172、174)；
-能够与用于施加电源电压的所述接口(172、174)连接的蓄能器(120)，所述蓄能器形成用于在所述电源电压下降或中断时给所述控制单元(110)提供能量，所述能量足够如此控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)，使得所述开关装置(210、221、222、310、321、322)执行预先设定的开关操作，
其特征在于，
所述开关设备(100)具有用于监控所述蓄能器(120)的功能性的装置(112、114、134、140)。
2.根据权利要求1所述的开关设备，所述开关设备还具有至少一个与所述控制单元(100)连接的、用于测量对应于所述蓄能器(120)的测量参数的测量装置(114)，所述测量参数是存储在所述蓄能器(120)中的能量的计量，所述开关设备并且具有能够由所述控制单元(110)控制的、用于将所述蓄能器(120)从所述电源电压中断开的装置(140)，其中
所述控制单元(110)形成用于在预先设定的时间点将所述蓄能器(120)从所述电源电压断开预先设定的持续时间、用于测量对应于所述蓄能器(120)的所述测量参数并且用于比较测量值和预先设定的阈值，其中所述控制单元(110)还形成用于根据比较结果获得所述蓄能器(120)的功能性，并且其中这样确定所述蓄能器(120)的尺寸，即在所述蓄能器(120)正常工作的状态中，存储在所述蓄能器(120)中的能量在预先设定的所述持续时间期间不低于执行预先设定的所述开关操作所需的能量。
3.根据权利要求2所述的开关设备，其中所述蓄能器形成为电容器(120)，对应于所述蓄能器的所述测量变量是由所述电容器(120)提供的电压，并且用于测量对应于所述蓄能器的所述测量变量的所述测量装置形成为电压测量装置(114)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的开关设备，所述开关设备形成用于，在识别到所述蓄能器(120)的功能性下降了预先设定的程度时，这样控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)，使得所述开关装置执行所述预先设定的开关操作，和/或产生错误提示。
5.根据上述权利要求中任一项所述的开关设备，其中所述预先设定的开关操作包括开关序列，所述开关序列用于可靠地关闭通过至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)进行开关控制的电负载(400)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的开关设备，所述开关设备具有用于从其它设备中、尤其从连接在所述电源电压上的其它设备上解耦所述开关设备(100)的解耦装置(132、134)，其中所述解耦装置(132、134)形成用于避免存储在所述蓄能器(120)中的能量流到所述其它设备，并且其中所述解耦装置尤其包括至少一个二极管(132、134)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的开关设备，其中所述控制单元(110)形成用于使用经脉宽调制的开关信号控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)，其中由所述控制单元(110)根据所述开关装置(210、221、222、310、321、322)的开关状态和/或根据所述电源电压和/或根据所述开关装置(210、221、222、310、321、322)的环境温度控制经脉宽调制的开关信号的占空比。
8.根据上述权利要求中任一项所述的开关设备，所述开关设备具有与所述控制单元(110)连接的、用于监控所述电源电压的电压测量装置(112)。
9.借助于根据权利要求1至8中任一项所述的开关设备(100)用于控制至少一个开关装置(210、221、222、310、321、322)的方法，所述方法具有步骤：
-为所述开关设备(100)的控制单元的供电在所述开关设备(100)上施加电源电压，其中通过所述控制单元(110)控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)，
-在所述电源电压下降或中断时，通过与所述电源电压连接的蓄能器(120)给所述控制单元(110)提供能量，所述能量足够如此控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)，使得所述开关装置执行预先设定的开关操作，和
-监控所述蓄能器(120)的功能性。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在预先设定的时间点、尤其周期性地
-将蓄能器(120)从供电装置断开预先设定的持续时间，其中如此选择预先设定的所述持续时间，使得在所述蓄能器(120)的正常工作状态中，存储在所述蓄能器(120)中的能量在预先设定的所述持续时间期间不低于执行所述预先设定的开关操作所需的能量，
-测量对应于所述蓄能器(120)的测量参数，所述测量参数是存储在所述蓄能器(120)中的能量的计量，
-比较测量值和预先设定的阈值，并且
-根据比较结果获得所述蓄能器(120)的功能性。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，其中在识别到所述蓄能器(120)的功能性下降了预先设定的程度时，这样控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)，使得所述开关装置执行所述预先设定的开关操作，和/或产生错误提示。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述预先设定的开关操作包括开关序列，所述开关序列用于可靠地关闭通过至少一个所述开关装置(210、221、222、310、321、322)进行开关控制的电负载(400)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中这样从其它设备中、尤其从连接在所述电源电压上的其它设备上解耦所述开关设备(100)，使得避免存储在所述蓄能器(120)中的能量流到所述其它设备。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述控制单元(110)使用经脉宽调制的开关信号控制至少一个的所述开关装置(210、221、222、310、321、322)，其中由所述控制单元(110)根据所述开关装置(210、221、222、310、321、322)的开关状态和/或根据所述电源电压和/或根据所述开关装置的环境温度控制经脉宽调制的所述开关信号的占空比。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中借助于与所述控制单元(110)连接的电压测量装置(112)监控所述电源电压。
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