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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Schaltgerät mit einem Schnittstellenmodul.
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Ein Schaltgerät kann beispielsweise als Leistungsschalter, Motorschutzschalter, Leistungsschutzschalter oder Lasttrennschalter realisiert sein. Typischerweise umfasst ein Schaltgerät eine Auslöseeinheit, einen Aktor und eine Schaltmechanik. Die Auslöseeinheit ist über den Aktor mit der Schaltmechanik gekoppelt. Da in der Anlagentechnik immer mehr Bussysteme verwendet werden, ist es erforderlich, dass auch ein Schaltgerät einfach mit einem Bus verbunden werden kann.
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Es ist eine Aufgabe, ein Schaltgerät bereitzustellen, das einen einfachen Anschluss an einen Bus ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit dem Schaltgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Schaltgerät eine Auslöseeinheit, einen Aktor, der mit der Auslöseeinheit gekoppelt ist, eine Schaltmechanik, die mit dem Aktor gekoppelt ist, und ein Schnittstellenmodul. Das Schnittstellenmodul umfasst eine Signalverarbeitungseinheit, die mit der Auslöseeinheit gekoppelt ist, eine Schnittstellenschaltung, die mit einer Sende- und Empfangsschaltung der Signalverarbeitungseinheit gekoppelt ist, einen Spannungsversorgungseingang zum Zuführen einer ersten Versorgungsspannung und einen Spannungswandler, der eingangsseitig an den Spannungsversorgungseingang angeschlossen ist und einen Spannungsausgang zur Abgabe einer zweiten Versorgungsspannung umfasst. Der Spannungsausgang ist mit der Signalverarbeitungseinheit und mit der Auslöseeinheit gekoppelt.
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Mit Vorteil kann das Schaltgerät über das Schnittstellenmodul an einen Bus angeschlossen sein. In einem Beispiel unterstützt das Schnittstellenmodul mindestens ein Busprotokoll. Das Schaltgerät kann über die Signalverarbeitungseinheit und die Schnittstellenschaltung Daten an den Bus abgeben und Daten vom Bus empfangen. Der Bus kann direkt an die Schnittstellenschaltung angeschlossen sein oder mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt sein.
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Das Schnittstellenmodul kann auch als Schaltgerät-Status-Modul, Englisch: breaker status module, abgekürzt BSM, bezeichnet werden.
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In einer Ausführungsform ist die Signalverarbeitungseinheit als Mikrocontroller oder Mikroprozessor realisiert.
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In einer Ausführungsform ist die Sende- und Empfangsschaltung der Signalverarbeitungseinheit ausgelegt, ein serielles Datensignal in ein paralleles Datensignal umzuwandeln. Die Sende- und Empfangsschaltung kann ausgelegt sein, ein von der Schnittstellenschaltung abgegebenes serielles Datensignal in ein paralleles Datensignal umzuwandeln, welches von weiteren Blöcken der Signalverarbeitungseinheit weiterverarbeitet wird. Die weiteren Blöcke können z.B. eine Zentraleinheit, Englisch: central processing unit, abgekürzt CPU, oder/und ein Speicher sein. Ebenso kann die Sende- und Empfangsschaltung ausgelegt sein, ein von den weiteren Blöcken der Signalverarbeitungseinheit bereitgestelltes paralleles Datensignal in ein serielles Datensignal umzuwandeln, welches der Schnittstellenschaltung zugeleitet wird. Dieses serielle Datensignal ist somit ein Ausgangssignal des Schnittstellenmoduls und kann beispielsweise über eine Busleitung einem Busmodul oder Adaptermodul des Schaltgeräts oder über die Busleitung einer externen Einheit, wie etwa einer übergeordneten Kommunikationseinheit, zugeleitet werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Sende- und Empfangsschaltung der Signalverarbeitungseinheit einen universalen asynchronen Empfänger-Sender und/oder einen universalen synchronen/asynchronen Empfänger-Sender. Mit Vorteil kann somit die Sende- und Empfangsschaltung Daten, die von den weiteren Blöcken der Signalverarbeitungseinheit bereitgestellt werden, in ein serielles Bitsignal umwandeln und an die Schnittstellenschaltung abgeben. Weiter kann die Sende- und Empfangsschaltung umgekehrt ein serielles Bitsignal, das über die Schnittstellenschaltung der Signalverarbeitungseinheit zugeleitet wird, in Bytes von Daten, die von den weiteren Blöcken der Signalverarbeitungseinheit verarbeitet werden, umwandeln.
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In einer Ausführungsform ist der Spannungswandler als Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, englisch DC/DC converter, realisiert. Ein Spannungswert der ersten Versorgungsspannung ist größer als ein Spannungswert der zweiten Versorgungsspannung.
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In einer Ausführungsform ist der Spannungswandler als Abwärtswandler implementiert. Alternativ kann der Spannungswandler als Abwärts/Aufwärtswandler realisiert sein.
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In einer Ausführungsform umfasst das Schnittstellenmodul eine Detektionseinheit, die ausgangsseitig mit der Signalverarbeitungseinheit gekoppelt ist und ausgelegt ist, eine Positionsinformation in ein elektrisches Detektionssignal umzuwandeln.
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In einer Ausführungsform ist die Detektionseinheit ausgelegt, optisch eine Position eines Betätigers des Schaltgeräts zu erfassen und in das elektrische Detektionssignal umzuwandeln. Der Betätiger ist mit der Schaltmechanik gekoppelt. Der Betätiger ist für einen Benutzer zugänglich. Der Betätiger kann beispielsweise ein Kippschalter oder ein Druckschalter sein. Somit kann von der Detektionseinheit die Position des Betätigers erfasst werden, in das elektrische Detektionssignal umgewandelt werden und so eine Information über die Position des Betätigers über die Signalverarbeitungseinheit, die Schnittstellenschaltung und einen Bus einer Kommunikationseinheit, die sich extern vom Schaltgerät befindet, oder der Auslöseeinheit des Schaltgeräts zugeleitet werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Schnittstellenmodul einen Spannungsteiler mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem Spannungsteilerabgriff. Der erste Anschluss ist an einen Neutralleiter angeschlossen oder ist an einen Neutralleiter anschließbar. Der Spannungsteilerabgriff ist mit einem Eingang der Auslöseeinheit gekoppelt. Der zweite Anschluss kann an eine Bezugspotentialleitung oder einen Bezugspotentialanschluss angeschlossen sein. Mit Vorteil kann somit eine Spannung am Neutralleiter überwacht werden.
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Beispielsweise kann das Schaltgerät in einen Betriebsmodus oder in einen Wartungsmodus eingestellt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Schnittstellenmodul eine Steuereingangsschaltung zum Zuführen eines Steuersignals. Die Signalverarbeitungseinheit ist mit der Steuereingangsschaltung gekoppelt und ausgelegt, in Abhängigkeit vom Steuersignal eine Schutzfunktion des Schaltgeräts einzustellen. Das Schaltgerät kann einen mechanisch betätigbaren Schalter umfassen, mit dem das Steuersignal erzeugt wird. In Abhängigkeit vom Steuersignal wird das Schaltgerät in den Wartungsmodus oder in den Betriebsmodus eingestellt. Im Wartungsmodus kann beispielsweise die Schutzfunktion des Schaltgeräts erhöht sein. Somit wird mit Vorteil die Sicherheit einer Person erhöht, welche eine Last wartet, die über das Schaltgerät mit elektrischer Energie versorgt wird. Ein derartiger Schalter kann auch als Lichtbogenreduktions-Wartungseinstellungsschalter, Englisch arc reduction maintainance setting switch, abgekürzt ARMS switch, oder Energiereduktions-Wartungseinstellungsschalter, Englisch energy reduction maintainance setting switch, abgekürzt ERMS switch, bezeichnet werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Schnittstellenmodul eine Verriegelungsschaltung, die mit einem Anschluss des Schnittstellenmoduls zum Empfangen und/oder Senden eines Verriegelungssignals und mit der Auslöseeinheit gekoppelt ist. Die Auslöseeinheit unterbricht oder ermöglicht einen Stromfluss in Abhängigkeit des Verriegelungssignals mittels des Aktors und der Schaltmechanik. Das Verriegelungssignal kann als zonenselektives Verriegelungssignal bezeichnet werden. Das Verriegelungssignal kann z.B. mindestens ein Signal aus einer Gruppe umfassen, die aus einem Verriegelungseingangssignal, einem Verriegelungsausgangssignal und einem zusätzlichen Verriegelungssignal besteht. Mittels des Verriegelungssignals kann das Schaltgerät mit weiteren Schaltgeräten gekoppelt sein. Eine zonenselektive Verriegelung wird im Englischen als zone selective interlocking, abgekürzt ZSI, bezeichnet.
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Gemäß dem Verfahren der zonenselektiven Verriegelung unterbricht dasjenige Schaltgerät einen Stromfluss zu einer eine Störung verursachende Last, welches unmittelbar der Last vorgeschaltet ist. Kann dieses Schaltgerät erfolgreich den Stromfluss unterbrechen, so unterbrechen weitere Schaltgeräte ihren Stromfluss nicht. Damit wird sichergestellt, dass nicht dasjenige Schaltgerät einen Stromfluss unterbricht, in dem am schnellsten eine Auslösebedingung erreicht wird, sondern dasjenige Schaltgerät, das unmittelbar zur Energieversorgung der die Störung verursachenden Last dient.
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Die Verriegelungsschaltung kommuniziert z.B. mit der Auslöseeinheit des Schaltgeräts, in dem sich die Verriegelungsschaltung befindet und mit Verriegelungsschaltungen weiterer Schaltgeräte und/oder einer übergeordneten Kommunikationseinheit. Aus den von der Auslöseeinheit des Schaltgeräts der Verriegelungsschaltung des Schaltgeräts zur Verfügung gestellten Informationen und den von den externen Schaltgeräten beziehungsweise der Kommunikationseinheit bereitgestellten Informationen bestimmt die Verriegelungsschaltung, ob die Auslöseeinheit mittels der Schaltmechanik und des Aktors einen Stromfluss unterbrechen oder weiter ermöglichen soll.
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In einer Ausführungsform umfasst das Schaltgerät ein Gehäuse. Die Auslöseeinheit, der Aktor, die Schaltmechanik und das Schnittstellenmodul sind innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse kann aufmachbar realisiert sein. Das Gehäuse kann beispielsweise auf der Vorderseite aufmachbar sein. Das Gehäuse kann aufmachbar sein, auch wenn das Gehäuse in einer Anordnung wie einem Schaltschrank installiert ist. Das Gehäuse kann zu Wartungszwecken aufmachbar sein. Das Gehäuse kann derart aufmachbar sein, dass eine Person das Schnittstellenmodul dem Schaltgerät entnehmen kann. Beispielsweise kann zu Wartungszwecken oder Reparaturzwecken eine Person das Schnittstellenmodul dem Schaltgerät entnehmen und ein anderes Schnittstellenmodul wieder in das Schaltgerät einsetzen. Daher ist das Gehäuse so realisiert, dass es von der Vorderseite geöffnet werden kann.
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In einer Ausführungsform umfasst die Auslöseeinheit eine weitere Signalverarbeitungseinheit, die mit der Signalverarbeitungseinheit des Schnittstellenmoduls und mit dem Aktor gekoppelt ist. Die weitere Signalverarbeitungseinheit ist als Mikroprozessor, Mikrocontroller, Logik-Gatter und/oder Zustandsmaschine, englisch state machine, realisiert. Somit umfasst das Schaltgerät mindestens zwei Signalverarbeitungseinheiten.
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Das Schaltgerät ist als Schaltgerät mit modularem internen Interface und Signalisiereinheit realisiert.
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Das Schnittstellenmodul kann auch als Schaltgerät-Status-Modul, englisch breaker status module, abgekürzt BSM, bezeichnet werden. Die Auslöseeinheit kann als Auslöseelektronik realisiert sein. Das Schaltgerät kann als Schutzgerät und/oder Leistungsschalter implementiert sein. Die Schaltmechanik kann als Kontaktsystem bezeichnet werden.
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Das BSM ist ein internes Interface zwischen der Auslöseeinheit des Schaltgeräts und weiteren modularen Kommunikationseinheiten. Das BSM dient der Erfassung der Schaltstellung des Kontaktsystems bzw. der Schaltmechanik und der Meldung an die Elektronik des Schaltgeräts, insbesondere an die Auslöseeinheit.
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In einer Ausführungsform erfasst die Auslöseeinheit (auch Auslöser genannt) die Betriebsbedingungen, also den Stromfluss durch das Schaltgerät, und wirkt entsprechend über einen oder mehrere Aktoren (z.B. eine Spule) auf die Schaltmechanik ein, um abhängig von der Last und entsprechenden Voreinstellungen das Kontaktsystem des Schaltgeräts im Überlast bzw. Kurzschlussfall zu öffnen.
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Insbesondere in einem Schaltgerät mit einer elektronischen Auslöseeinheit können z.B. Lastbedingungen in der Anlage oder dem Schaltgerät erfasst werden und entsprechende Lastzustände aus dem Schaltgerät bzw. in das Schaltgerät gemeldet werden. Mit Vorteil kann das BSM mit externen Einrichtungen zusammenwirken. Das BSM ist derart realisiert, dass das BSM mit verschiedene Kommunikationstypen und -protokollen zusammenwirken kann. Das BSM wirkt elektrisch mit der Auslöseeinheit des Schaltgeräts zusammen.
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In einer Ausführungsform kann auf eine externe Melde- oder Kommunikationseinheit, die unmittelbar an das Schaltgerät angeschlossen ist und etwa am Gehäuse außerhalb des Schaltgeräts angebracht ist, verzichtet werden.
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In einer Ausführungsform ist zur Installation des BSM im Schaltgerät kein zusätzlicher Platzbedarf erforderlich, da ein vorhandener Freiraum genutzt werden kann. Wegen der räumlichen Nähe des BSM und der weiteren Teile des Schaltgeräts ist ein Verdrahtungsaufwand im Schaltgerät gering.
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Das BSM realisiert z.B. die Signalisier-Funktion und die interne Kommunikation im Gehäuse des Schaltgeräts. Das BSM unterstützt mindestens ein Busprotokoll. Alternativ erfolgt die Signalisierfunktion aus dem BSM heraus über ein eigenes Busprotokoll. Dazu kann z.B. das BSM über das eigene Busprotokoll mit einem Adaptermodul oder einem Busmodul gekoppelt sein. Das Adaptermodul oder das Busmodul können z.B. im Gehäuse des Schaltgeräts angeordnet sein oder unmittelbar außen am Gehäuse des Schaltgeräts angeordnet sein. Das Busmodul kann außen am Gehäuse des Schaltgeräts mit einer clip-Verbindung befestigt sein. So dient das BSM als internes Interface zwischen der Auslöseeinheit des Leistungsschalters und einer weiteren modularen Kommunikationseinheit. Das Adaptermodul oder das Busmodul können als interne Kommunikationsmodule realisiert sein. So können an das BSM interne Kommunikationsmodule über eine interne Schnittstelle angeschlossen sein.
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Das BSM, das Adaptermodul oder das Busmodul können für mindestens ein Kommunikationsprotokoll wie etwa MODBUS RTU Kommunikation, Modbus TCP, Ethernet, Profibus, Profibus DP, ProfiNet und/oder Smart-Wire realisiert sein. Das BSM und das zugehörige interne Kommunikationsmodul benutzen die im Schaltgerät vorhandenen Einbauräume und Schnittstellen. Damit sind Kombinationen in der Bestückung mit konventionellen Hilfsschaltern etwa in einem Schaltschrank platzsparend möglich. Das Adaptermodul oder das Busmodul können unabhängig vom BSM in das Schaltgerät eingebaut werden. Das BSM lässt sich mit verschiedenen Ausführungsformen von einem Adaptermodul oder einem Busmodul koppeln.
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Das BSM stellt diverse elektrische Schnittstellen zur Auslöseeinheit bereit, wie z.B. eine 24 Volt Spannungsversorgung, Signaleingänge für die Signalselektivität (abgekürzt ZSI) bzw. für eine Schutzfunktion im Wartungsfall (abgekürzt ARMS) und/oder für einen externen Spannungsabgriff. Das BSM realisiert eine Kombination der Funktionalität. Weiter erfasst die Detektionseinheit des BSM die Signalzustände von Schaltschloss und Kontaktsystem über vorhandene Schnittstellen. Die Detektionseinheit führt die Erfassung z.B. optoelektronisch über einen optischen Detektor wie etwa einer Lichtschranke, über einen Mikroschalter oder über andere Bauteile durch.
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Das BSM ist damit modular in verschiedenen Baugrößen von Schaltgeräten einsetzbar. Vorteilhaft besteht die Verbindung des BSM zur Elektronik des Schaltgeräts, also z.B. zur Auslöseeinheit, durch eine steckbare mehrpolige Leitung. Standardstecker werden durch bestimmte Halter (Steckeradapter) in den Gehäusen der Elektronik kraftschlüssig bzw. formschlüssig zur Leiterplatte hin fixiert.
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Zur Datenübertragung zwischen der Auslöseeinheit und dem BSM bzw. zwischen dem BSM und dem Kommunikationsmodul wird z.B. ein internes Datenprotokoll verwendet.
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Die Offenbarung wird im Folgenden an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Komponenten oder Funktionseinheiten tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Komponenten oder Funktionseinheiten in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:
- 1A und 1B Beispiele eines Schaltgeräts und
- 2A bis 2C Beispiele eines Schnittstellenmoduls.
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1A zeigt ein Beispiel eines Schaltgeräts 10. Das Schaltgerät 10 kann beispielsweise als Leistungsschalter, Motorschutzschalter, Leistungsschutzschalter oder Lasttrennschalter realisiert sein. Das Schaltgerät 10 umfasst eine Auslöseeinheit 11, einen Aktor 12 und eine Schaltmechanik 13. Weiter umfasst das Schaltgerät 10 einen ersten und einen zweiten Anschluss 14, 15, die mit einem festen und einem beweglichen Kontakt 16, 17 des Schaltgeräts 10 verbunden sind. Die Auslöseeinheit 11 ist ausgangsseitig mit dem Aktor 12 gekoppelt. Der Aktor 12 kann ein elektromechanischer Aktor sein. Der Aktor 12 kann z.B. als Spule oder piezoelektrisches Element realisiert sein. Der Aktor 12 erzeugt eine Kraft, die auf die Schaltmechanik 13 einwirkt. Ist der Aktor 12 als Spule realisiert, so erzeugt die Spule ein magnetisches Feld, das auf die Schaltmechanik 13 einwirkt. Die Schaltmechanik 13 ist ausgelegt, den beweglichen Kontakt 17 vom festen Kontakt 16 zu trennen. Weiter ist die Schaltmechanik 13 ausgelegt, den beweglichen Kontakt 17 mit dem festen Kontakt 16 zu verbinden, so dass durch den ersten und den zweiten Anschluss 14, 15 ein Strom I fließt. Somit ist die Auslöseeinheit 11 dazu konfiguriert, mittels des Aktors 12 und der Schaltmechanik 13 den beweglichen Kontakt 17 vom festen Kontakt 16 zu trennen und somit einen Stromfluss I zu unterbrechen bzw. den beweglichen Kontakt 17 mit dem festen Kontakt 16 in Kontakt zu bringen und somit den Fluss des Stromes I zu ermöglichen.
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Weiter kann das Schaltgerät 10 eine Löschkammer 19 aufweisen, die zum Löschen eines zwischen dem beweglichen und dem festen Kontakt 16, 17 auftretenden Lichtbogens vorgesehen ist.
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Zusätzlich umfasst das Schaltgerät 10 ein Schnittstellenmodul 20. Das Schnittstellenmodul 20 ist über eine Leitungsanordnung 18 des Schaltgeräts 10 mit der Auslöseeinheit 11 gekoppelt. Weiter ist das Schnittstellenmodul 20 mit Anschlüssen 21 des Schaltgeräts 10 verbunden.
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Das Schaltgerät 10 umfasst zusätzlich einen Betätiger 22, der auf die Schaltmechanik 13 wirkt. Der Betätiger 22 ist derart realisiert, dass eine Person den Betätiger 22 verwenden kann, um den beweglichen Kontakt 17 in Kontakt mit dem festen Kontakt 16 zu bringen oder den beweglichen Kontakt 17 vom festen Kontakt 16 zu trennen.
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1B zeigt ein Beispiel des Schaltgeräts 10, das eine Weiterbildung des in 1A gezeigten Schaltgeräts ist. In 1B ist im Wesentlichen die Vorderseite des Schaltgeräts 10 gezeigt. Das Schaltgerät 10 umfasst ein Gehäuse 23. Das Gehäuse 23 kann von einer Person geöffnet werden. Dazu weist das Gehäuse 23 an der Vorderseite des Schaltgeräts 10 einen beweglichen Deckel 24 auf. Der bewegliche Deckel 24 weist eine Öffnung 25 auf, sodass eine Person Zugang zum Betätiger 22 hat. Der Deckel 24 ist mittels eines Scharniers 27 mit den weiteren Teilen des Gehäuses 23 verbunden.
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An der Vorderseite des Schaltgeräts 10 sind die Auslöseeinheit 11, ein Busmodul 70 sowie das Schnittstellenmodul 20 angeordnet. Die Schnittstellenleitungen 26 schließen das Schnittstellenmodul 20 an das Busmodul 70 an. Die Schnittstellenleitungen 26 sind Teil der Anschlüsse 21 des Schnittstellenmoduls 20. Die Schnittstellenleitungen 26 können elektrische Leiter und/oder optische Leiter aufweisen. Die elektrischen Leiter können als Kabel implementiert sein. Die optischen Leiter können als Glasfaserkabel oder Lichtwellenleiter realisiert sein. Das Schnittstellenmodul 20 kann im Schaltgerät 10 befestigt sein, z.B. mit einer clip-Verbindung oder einer Hakenverbindung mit Sicherung. Das Schnittstellenmodul 20 kann z.B. an der Stelle eines oder mehrerer Hilfsschalter, d.h. im Raum eines oder mehrerer möglicher Hilfsschalter, im Schaltgerät 10 angeordnet sein. Auf der nicht gezeigten Rückseite des Schaltgeräts 10 befindet sich eine Befestigungsanordnung des Schaltgeräts 10, z.B. zur Befestigung des Schaltgeräts 10 in einem Schaltschrank. Seitlich führt eine Verbindungsleitung 67 vom Schaltgerät 10 weg. Die Verbindungsleitung 67 kann mit einem nicht gezeigten Neutralleiter verbunden sein. Die Verbindungsleitung 67 ist an einen Spannungsteiler 65 des Schnittstellenmoduls 20 angeschlossen, wie anhand 2A näher erläutert.
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Das Schaltgerät 10 kann optional ein zusätzliches Gehäuse 28 umfassen. Das zusätzliche Gehäuse 28 ist seitlich am Gehäuse 23 befestigt. Im zusätzlichen Gehäuse 28 kann das Busmodul 70 oder ein Adaptermodul platziert sein. Dieses zusätzliche Gehäuse 28 kann vorgesehen sein, wenn der zur Verfügung stehende Bauraum im Gehäuse 23 nicht für das Busmodul 70 oder das Adaptermodul ausreichend ist (wenn z.B. etwa eine Ethernet-Buchse im Busmodul 70 oder im Adaptermodul zu integrieren ist). Das Busmodul 70 und das Adaptermodul werden anhand 2A näher erläutert.
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Alternativ kann das zusätzliche Gehäuse 28 entfallen.
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2A zeigt ein Beispiel des Schnittstellenmoduls 20, das eine Weiterbildung der in 1A und 1B gezeigten Beispiele ist. Das Schnittstellenmodul 20 umfasst eine Signalverarbeitungseinheit 37. Die Signalverarbeitungseinheit 37 kann als Mikroprozessor oder Mikrocontroller realisiert sein. Die Signalverarbeitungseinheit 37 weist als Blöcke z.B. eine Zentraleinheit 38, englisch central processing unit, abgekürzt CPU, und einen Speicher 39 auf.
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Weiter umfasst das Schnittstellenmodul 20 einen Spannungsversorgungseingang 30. Der Spannungsversorgungseingang 30 kann zwei Spannungsversorgungsleitungen 31, 32 umfassen. Eine erste Spannungsversorgungsleitung 31 kann zur Zuführung einer ersten Versorgungsspannung V+ vorgesehen sein. Die erste Versorgungsspannung V+ ist als Gleichspannung realisiert. Die erste Versorgungsspannung V+ kann beispielsweise einen Wert von 24 Volt betragen. Die zweite Spannungsversorgungsleitung 32 kann als Bezugspotentialanschluss oder Bezugspotentialleitung realisiert sein. Auf der zweiten Spannungsversorgungsleitung 32 ist ein Bezugspotential GND abgreifbar. Über verschiedene nicht gezeigte Leitungen des Schnittstellenmoduls 20 ist die zweite Spannungsversorgungsleitung 32 mit der Signalverarbeitungseinheit 37 und den weiteren Schaltungen des Schnittstellenmoduls 20 verbunden. Weiter ist die zweite Spannungsversorgungsleitung 32 über die Leitungsanordnung 18 mit der Auslöseeinheit 11 verbunden.
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Das Schnittstellenmodul 20 umfasst einen Spannungswandler 34, der mit dem Spannungsversorgungseingang 30 gekoppelt ist. Der Spannungswandler 34 umfasst einen Spannungsausgang 35. Am Spannungsausgang 35 ist eine zweite Versorgungsspannung VD abgreifbar. Der Spannungsausgang 35 des Spannungswandlers 32 ist an die Signalverarbeitungseinheit 37 angeschlossen. Weiter ist der Spannungsausgang 35 des Spannungswandlers 32 über die Leitungsanordnung 18 an die Auslöseeinheit 11 angeschlossen. Zusätzlich ist die erste Spannungsversorgungsleitung 31 über die Leitungsanordnung 18 mit der Auslöseeinheit 11 verbunden. Somit werden die erste Versorgungsspannung V+, die zweite Versorgungsspannung VD und das Bezugspotential GND der Auslöseeinheit 11 zugeleitet. Die zweite Versorgungsspannung VD ist eine Gleichspannung. Die zweite Versorgungsspannung VD hat einen niedrigeren Spannungswert als die erste Versorgungsspannung V+. Die zweite Versorgungsspannung VD kann beispielsweise 3 Volt betragen.
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Das Schnittstellenmodul 20 umfasst eine Schnittstellenschaltung 40. Die Schnittstellenschaltung 40 ist an den Anschlüssen 21 angeschlossen, die aus dem Schnittstellenmodul 20 herausgeführt sind. Die Schnittstellenschaltung 40 ist an die Signalverarbeitungseinheit 37 angeschlossen. Die Schnittstellenschaltung 40 kann z.B. als Medienkonverter, Schnittstellenwandler oder Schnittstellenmodul, englisch transceiver, realisiert sein. Ein Medienkonverter kann z.B. ein elektrisches Signal in ein optisches Signal und umgekehrt umwandeln.
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Ferner umfasst die Signalverarbeitungseinheit 37 eine Sende- und Empfangsschaltung 41. Die Sende- und Empfangsschaltung 41 umfasst mindestens eine Sende- und Empfangseinheit 42 bis 44. In dem in 2A gezeigten Beispiel umfasst die Sende- und Empfangsschaltung drei Sende- und Empfangseinheiten 42 bis 44. Eine Sende- und Empfangseinheit 42 der Sende- und Empfangsschaltung 41 kann z.B. als universaler asynchroner Empfänger-Sender realisiert sein. Ein universaler asynchroner Empfänger-Sender wird im Englischen als universal asynchronous receiver/transmitter, abgekürzt UART, bezeichnet. Ferner kann eine weitere Sende- und Empfangseinheit 43 der Sende- und Empfangsschaltung z.B. als universaler synchroner/asynchroner Empfänger-Sender implementiert sein. Ein universaler synchroner/asynchroner Empfänger-Sender wird im Englischen als universal synchronous/asynchronous receiver/transmitter, abgekürzt USART, bezeichnet.
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Die Schnittstellenschaltung 40 koppelt die Sende- und Empfangsschaltung 41 mit den Schnittstellenleitungen 26 des Schnittstellenmoduls 20. Dazu kann die Schnittstellenschaltung 40 verschiedene Blöcke aufweisen, wie etwa eine Kommunikations-Anschlussschnittstelle 45, englisch communication connection interface oder com connection interface, die an die Sende- und Empfangseinheiten 42 und 43 angeschlossen ist. Weiter kann die Schnittstellenschaltung 40 ein Kommunikations-Bauteil 46, englisch CAM device, und eine weitere Kommunikations-Anschlussschnittstelle 47, englisch cam connection interface, umfassen. Die weitere Kommunikations-Anschlussschnittstelle 47 ist über das Kommunikations-Bauteil 46 mit der Sende- und Empfangseinheit 44 gekoppelt.
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Weiter umfasst das Schnittstellenmodul 20 eine Detektionseinheit 50. Die Detektionseinheit 50 ist an die Signalverarbeitungseinheit 37 angeschlossen. Die Detektionseinheit 50 gibt ein elektrisches Detektionssignal SDE an die Signalverarbeitungseinheit 37 ab. Die Detektionseinheit 50 dient vor allem der Positionsdetektion. Die Detektionseinheit 50 kann beispielsweise die Position des Betätigers 22 erfassen. Die Detektionseinheit 50 dient zur Detektion des AN-Zustands, des AUS-Zustands und des Auslösezustands des Schaltgeräts 20. Die Detektionseinheit 50 kann zusätzlich auch zur Anzeige des AUS-Zustands oder des AN-Zustands eingesetzt werden. Die Detektionseinheit 50 kann zum Bereitstellen von Signalen an einen entfernten Bediener verwendet werden.
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Das Schnittstellenmodul 20 kann eine Steuereingangsschaltung 55 aufweisen, die mit der Signalverarbeitungseinheit 37 gekoppelt ist. Der Steuereingangsschaltung 55 wird ein Steuersignal ARMSIN zugeleitet. Weiter kann der Steuereingangsschaltung 55 ein weiteres Bezugspotential AGND zugeführt werden. Die Steuereingangsschaltung 55 stellt in Abhängigkeit vom Steuersignal ARMSIN eine Schutzfunktion des Schaltgeräts 10 ein. Eine Schutzfunktion kann z.B. hoch oder niedrig eingestellt sein. Im Falle einer hohen Schutzfunktion wird bei einer geringeren Überspannung oder Überstrom bereits das Schaltgerät 10 ausgelöst, das heißt der bewegliche Kontakt 17 vom festen Kontakt 16 getrennt. Eine hohe Schutzfunktion wird beispielsweise dann eingestellt, wenn Wartungsarbeiten an einer Last, die mittels des Schaltgeräts 10 mit elektrischer Energie versorgt wird, durchgeführt werden. Das Steuersignal ARMSIN kann von einer Person durch Betätigen eines nicht gezeigten Schalters oder Druckknopfs des Schaltgeräts 10 erzeugt werden.
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Zusätzlich umfasst das Schnittstellenmodul 20 eine Verriegelungsschaltung 60. Die Verriegelungsschaltung 60 kann ein Verriegelungsbauteil 61 und eine Verriegelungsanschlussschaltung 62 aufweisen. Die Verriegelungsschaltung 60 ist sowohl über die Leitungsanordnung 18 mit der Auslöseeinheit 11 wie auch mit den Anschlüssen 21 des Schnittstellenmoduls 20 verbunden. Diese Anschlüsse sind externe Anschlüsse. Die Verriegelungsschaltung 60 dient zur Realisierung des Verfahrens der zonenselektiven Verriegelung. Die Verriegelungsschaltung 60 kann ein Verriegelungseingangssignal ZIN empfangen und ein Verriegelungsausgangssignal ZOUT abgeben. Weiter kann an der Verriegelungsschaltung 60 ein zusätzliches Verriegelungssignal ZCOM anliegen.
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Gemäß dem Verfahren der zonenselektiven Verriegelung, englisch zone selective interlocking, abgekürzt ZSI, löst dasjenige Schaltgerät 10 aus, das am nächsten zu der Last ist, bei der eine Störung auftritt. Somit wird das Schaltgerät 10 ausgelöst, das unmittelbar der Last vorgeschaltet ist. Weitere Schaltgeräte, die über das nächste Schaltgerät 10 mit der Last gekoppelt sind, lösen im Fall einer Störung nicht aus, oder zumindest nicht als erste aus. Somit können die weiteren Schaltgeräte weiter Energie an andere Lasten einer Anlage bereitstellen. Es werden in einer Anlage somit die Lasten oder Geräte minimiert, die im Falle einer Störung nicht mehr mit Energie versorgt werden. Erst wenn das Schaltgerät, das am nächsten zur Last angeordnet ist, die Störung nicht beherrschen kann, wird ein weiteres Schaltgerät ausgelöst.
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Die Verriegelungsschaltung 60 gibt Informationen an die Auslöseeinheit 11 ab, sodass die Auslöseeinheit 11 je nach Zustand der Anlage mittels der Schaltmechanik 13 und des Aktors 12 den Fluss des Stromes I unterbricht oder weiter ermöglicht.
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Zusätzlich kann das Schnittstellenmodul 20 den Spannungsteiler 65 umfassen. Der Spannungsteiler 65 kann über einen Spannungsteileranschluss 66 und die Verbindungsleitung 67 mit einem Neutralleiter verbunden sein. Der Spannungsteiler 65 kann einen nicht gezeigten ersten und zweiten Spannungsteilerwiderstand aufweisen. Ein Spannungsteilerabgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand ist mit der Auslöseeinheit 11 verbunden. Ein erster Anschluss des Spannungsteilers 65 ist mit dem Spannungsteileranschluss 66 verbunden und kann somit optional mit dem Neutralleiter verbunden sein. Ein zweiter Anschluss des Spannungsteilers 65 ist mit der zweiten Spannungsversorgungsleitung 32 verbunden. Somit wird eine Spannung, die am Neutralleiter anliegt, heruntergeteilt und die heruntergeteilte und am Spannungsteilerabgriff abgreifbare Spannung der Auslöseeinheit 11 zugeleitet. Liegt am Neutralleiter eine Spannung VN über einen vorbestimmten Schwellwert an, so löst die Auslöseeinheit 11 aus und unterbricht den Fluss des Stromes I.
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Die Signalverarbeitungseinheit 37 ist über mehrere Leitungen der Leitungsanordnung 18 mit der Auslöseeinheit 11 verbunden. Somit führt eine Vielzahl von Leitungen vom Schnittstellenmodul 20 zur Auslöseeinheit 11. Die Auslöseeinheit 11 kann verschiedene Anschlüsse 68 aufweisen, an denen z.B. die erste Versorgungsspannung V+, die zweite Versorgungsspannung VD und das Bezugspotential GND abgreifbar sind. Somit können andere Module im Schaltgerät 10 über die Auslöseeinheit 11 und das Schnittstellenmodul 20 mit der ersten und der zweiten Versorgungsspannung V+, VD und dem Bezugspotential GND versorgt werden.
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Die Auslöseeinheit 11 kann eine weitere Signalverarbeitungseinheit 64 umfassen. Die weitere Signalverarbeitungseinheit 64 ist mit der Signalverarbeitungseinheit 37 des Schnittstellenmoduls 20 und mit dem Aktor 12 gekoppelt. Die weitere Signalverarbeitungseinheit 64 kann einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, Logik-Gatter und/oder eine Zustandsmaschine, englisch state machine, umfassen. Die Auslöseeinheit 11 kann eine USB-Schnittstelle 69 umfassen.
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Weiter kann das Schaltgerät 10 ein Busmodul 70 umfassen. Das Busmodul 70 ist über die Schnittstellenleitungen 26 mit dem Schnittstellenmodul 20 und zwar mit der Schnittstellenschaltung 40 verbunden. Das Busmodul 70 ist auf der anderen Seite an einen Bus 71 angeschlossen. Das Busmodul 70 kann als Modbus-Modul, Medienkonverter, Schnittstellenwandler oder Schnittstellenmodul, englisch transceiver, realisiert sein. Das Busmodul 70 umfasst eine Busanschlussschaltung 72, die an den Bus 70 angeschlossen ist. Weiter umfasst das Busmodul 70 eine Schnittstellenschaltung 73, die an die Schnittstellenschaltung 40 des Schnittstellenmoduls 20 angeschlossen ist. Beispielsweise kann die Schnittstellenschaltung 73 des Busmoduls 70 an die Kommunikations-Anschlussschnittstelle 45 der Schnittstellenschaltung 40 angeschlossen sein. Die Schnittstellenschaltung 73 des Busmoduls 70 ist über einen Busumsetzer 74 des Busmoduls 70 mit der Busanschlussschaltung 72 gekoppelt.
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Anstelle des Busses 71 können auch zwei oder mehr Busse an das Busmodul 70 angeschlossen werden. Eine Vielzahl von Verbindungsleitungen kann die Schnittstellenschaltung 73 des Busmoduls 70 mit der Kommunikations-Anschlussschnittstelle 45 der Schnittstellenschaltung 40 verbinden. Das Busmodul 70 kann im Gehäuse 23 des Schaltgeräts 10 angeordnet sein.
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Alternativ kann das Schaltgerät 10 ein Adaptermodul 80 aufweisen, das einen Feldbus 81 mit der Schnittstellenschaltung 40 verbindet. Das Adaptermodul 80 kann als externes Kommunikationsadaptermodul, Feldbusmodul, Medienkonverter, Schnittstellenwandler oder Schnittstellenmodul, englisch transceiver, realisiert sein. Das Adaptermodul 80 umfasst eine Feldbusanschlussschaltung 82, die an den Feldbus 81 angeschlossen ist. Weiter umfasst das Adaptermodul 80 eine Schnittstellenschaltung 83, die mit den Anschlüssen der Kommunikations-Anschlussschnittstelle 45 der Schnittstellenschaltung 40 des Schnittstellenmoduls 20 verbunden werden kann. Ein Busumsetzer 84 des Adaptermoduls 80 koppelt die Schnittstellenschaltung 43 des Adaptermoduls 80 mit der Feldbusanschlussschaltung 82. Das Adaptermodul 80 kann im Gehäuse 23 des Schaltgeräts 10 angeordnet sein.
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In einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform kann das Busmodul 70 im Schnittstellenmodul 20 integriert sein. Das Schnittstellenmodul 70 ist somit in der Lage, einen Bus 71 oder mehrere Busse anzusprechen.
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In einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform kann das Adaptermodul 80 im Schnittstellenmodul 20 realisiert sein. Somit kann das Schnittstellenmodul 20 an den Feldbus 81 angeschlossen sein.
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2B zeigt ein Beispiel des Schnittstellenmoduls 10 aus perspektivischer Sicht, das eine Weiterentwicklung der oben gezeigten Beispiele ist. Es ist vor allem die Vorderseite des Schnittstellenmoduls 20 dargestellt. Das Schnittstellenmodul 20 umfasst den Spannungsteiler 65. Das Schnittstellenmodul 20 ist über die Leitungsanordnung 18 mit der Auslöseeinheit 11 verbunden. Die Leitungsanordnung 18 ist als Flachbandkabel realisiert. Das Busmodul 70 ist benachbart zum Schnittstellenmodul 20 realisiert. Das Busmodul 70 ist über die Schnittstellenleitungen 26 mit dem Schnittstellenmodul 20 gekoppelt Die Schnittstellenleitungen 26 sind ebenfalls als Flachbandkabel realisiert. Die Anschlüsse zum Anschließen des Busses 71 an das Busmodul 70 sind ebenfalls auf der Vorderseite ausgeführt. An der Vorderseite des Schnittstellenmoduls 20 sind die Anschlüsse für die Steuereingangsschaltung 55, für die Verriegelungsschaltung 60 und für die weitere Kommunikations-Anschlussschnittstelle 47 gezeigt. Das Schnittstellenmodul 20 weist ein Gehäuse auf.
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2C zeigt ein Beispiel des Schnittstellenmoduls 20 aus perspektivischer Sicht, das eine Weiterentwicklung der oben gezeigten Beispiele ist. Es sind dabei sowohl eine Seite wie auch die Vorderseite des Schnittstellenmoduls 20 zu sehen. Das Gehäuse des Schnittstellenmoduls 20 ist entfernt. Die Schaltmechanik 13 umfasst ein bewegliches Teil 90. Das bewegliche Teil 90 kann mit dem in 1A und 1B gezeigten Betätiger 22 gekoppelt sein. Die Bewegung des Betätigers 22 wird in eine Bewegung des beweglichen Teils 90 umgesetzt. Die Schaltmechanik 13 umfasst eine Feder 91, die beispielsweise als Druckfeder realisiert sein kann. Die Feder 91 ist zwischen dem Gehäuse oder einem Träger des Schnittstellenmoduls 20 und dem bewegliches Teil 90 angeordnet. Das bewegliche Teil 90 kann zylinderförmig oder abschnittsweise zylinderförmig sein.
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Seitlich vom beweglichen Teil 90 ist ein optischer Detektor 92 des Schnittstellenmoduls 20 angeordnet. Der optische Detektor 92 ist mit der Detektionseinheit 50 gekoppelt. Der optische Detektor 92 dient zur optischen Erfassung der Position des bewegliches Teils 90. Der optische Detektor 92 gibt ein Signal an die Detektionseinheit 50 ab, das diese in das elektrische Detektionssignal SDE umwandelt. Der optische Detektor 92 kann beispielsweise als Photomikrosensor oder Infrarotlichtschranke ausgebildet sein. Das Schnittstellenmodul 20 kann einen nicht gezeigten, weiteren optischer Detektor 92 aufweisen. Alternativ können anstelle des optischen Detektors 92 ein oder mehrere Mikroschalter oder ein oder mehrere Schlitzsensoren des Schnittstellenmoduls 20 die Position des beweglichen Teils 90 erfassen.
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Das Schnittstellenmodul 20 umfasst eine Leiterplatte 93, englisch printed circuit board. Die Schaltungen des Schnittstellenmoduls 20 können auf genau einer Leiterplatte 93 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaltgerät
- 11
- Auslöseeinheit
- 12
- Aktor
- 13
- Schaltmechanik
- 14, 15
- Anschluss
- 16
- fester Kontakt
- 17
- beweglicher Kontakt
- 18
- Leitungsanordnung
- 19
- Löschkammer
- 20
- Schnittstellenmodul
- 21
- Anschlüsse
- 22
- Betätiger
- 23
- Gehäuse
- 24
- Deckel
- 25
- Öffnung
- 26
- Schnittstellenleitungen
- 27
- Scharnier
- 28
- zusätzliches Gehäuse
- 30
- Spannungsversorgungseingang
- 31
- erste Spannungsversorgungsleitung
- 32
- zweite Spannungsversorgungsleitung
- 34
- Spannungswandler
- 35
- Spannungsausgang
- 37
- Signalverarbeitungseinheit
- 38
- Zentraleinheit
- 39
- Speicher
- 40
- Schnittstellenschaltung
- 41
- Sende- und Empfangsschaltung
- 42 bis 44
- Sende- und Empfangseinheit
- 45
- Kommunikations-Anschlussschnittstelle
- 46
- Kommunikations-Bauteil
- 47
- weitere Kommunikations-Anschlussschnittstelle
- 50
- Detektionseinheit
- 55
- Steuereingangsschaltung
- 60
- Verriegelungsschaltung
- 61
- Verriegelungsbauteil
- 62
- Verriegelungsanschlussschaltung
- 64
- weitere Signalverarbeitungseinheit
- 65
- Spannungsteiler
- 66
- Spannungsteileranschluss
- 67
- Verbindungsleitung
- 68
- Anschlüsse
- 69
- USB-Schnittstelle
- 70
- Busmodul
- 71
- Bus
- 72
- Busanschlussschaltung
- 73
- Schnittstellenschaltung
- 74
- Busumsetzer
- 80
- Adaptermodul
- 81
- Feldbus
- 82
- Feldbusanschlussschaltung
- 83
- Schnittstellenschaltung
- 84
- Busumsetzer
- 90
- bewegliches Teil
- 91
- Feder
- 92
- optischer Detektor
- 93
- Leiterplatte
- AGND
- weiteres Bezugspotential
- ARMSIN
- Steuersignal
- I
- Strom
- GND
- Bezugspotential
- SDE
- elektrisches Detektionssignal
- VD
- zweite Versorgungsspannung
- VN
- Spannung
- V+
- erste Versorgungsspannung
- ZCOM
- zusätzliches Verriegelungssignal
- ZIN
- Verriegelungseingangssignal
- ZOUT
- Verriegelungsausgangssignal
