DE19606488A1 - Elektromagnetischer oder elektronischer Schalter und seine Verwendung in einem Schaltverteiler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen oder elektronischen Schalter, der durch an diesen anlegbare Steuersignale und mit diesem verbindbare elektrische Verbraucher ein- und ausschaltet, wobei der Schalter mit einem Mikroprozessor zusammenwirkt, der wenigstens einen Teil der Steuersignale zum Schalten des Schalters erzeugt, und eine Verwendung dieses Schalters in einem Schaltverteiler.

Ein elektromagnetischer Schalter, auch Schütz oder Relais genannt, dem ein Mikroprozessor zugeordnet ist, ist aus der DE-OS 44 09 318 bekannt. Dieser Mikropro­ zessor hat im Zusammenwirken mit dem Schütz die Aufgabe, die Ein- und Ausgabefunktion sowie alle Logik-, Verrie­ gelungs- und Überwachungsfunktionen des Schützes auszu­ führen.

Es besteht aber das Bedürfnis, daß der elektromagne­ tische oder elektronische Schalter, im folgenden nur kurz Schalter genannt, den mit diesem verbundenen elek­ trischen Verbraucher, den er ein- und ausschaltet, in bezug auf seine bestimmungsgemäße Funktion überwacht und bei erkannten Fehlern in der ordnungsgemäßen Betriebs­ weise den elektrischen Verbraucher steuert und/oder regelt, um einen normalen Betriebszustand zu erreichen bzw. ihn dank auszuschalten, wenn dieser nicht erreich­ bar ist.

Derartige Steuerfunktionen sind bisher beispielsweise über Bimetallschaltereinrichtungen, die gesondert zum Schalter vorgesehen sind oder aber Teil des Schalters sind, ausgeführt worden, oder aber beispielsweise über sogenannte FI-Schalter, die allerdings beispielsweise beim Auftreten von Fehlströmen in einem elektrischen Verbraucher regelmäßig die gesamte Anlage abschalten, da aus Kostengründen im allgemeinen nur ein FI-Schutzschal­ ter hinter der Hauptsicherung eingebaut wird.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einfachen Mitteln eine Dauerüberwachung der mit dem Schalter verbundenen elektrischen Verbraucher in bezug auf alle seine relevanten Funktionsparameter durchführen kann, der anstelle bisheriger bekannter Schalter ohne zusätzliche Verkabelung und ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Einrichtungen eingesetzt werden kann, der in bezug auf seine Eigenfunktion selbststeuernd ausgebil­ det werden kann aber auch von einem Zentralrechner gesteuert werden kann und der im Vergleich zu den bisherigen Lösungen dieser Art mit großer Sicherheit seine Überwachungs-, Steuerungs- und ggf. Regelfunk­ tionen ausführen kann.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Mikroprozessor dem Schalter unmittelbar zugeordnet ist, wobei der Mikroprozessor über Sensoreinrichtungen die elektrischen Verbraucher auf vorgebbare physika­ lische Parameter überwacht und den Schalter in Abhän­ gigkeit der erfaßten Parameter steuert und/oder regelt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im wesentlichen darin, daß eine Dauerüberwachung der mit dem Schalter überwachten elektrischen Verbraucher möglich ist und eine kontinuierlich Aufzeichnung physi­ kalischer Parameter wie Strom und Spannung usw. in allen Betriebszuständen möglich ist. Darüber hinaus sind gesonderte elektrische Verbindungen und gesonderte zusätzliche Einrichtungen im Zusammenwirken mit dem Schalter nur noch in sehr reduziertem Maße, wenn über­ haupt, nötig. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist schließlich die Möglichkeit des dauernden Beobachtens der mit dem Schalter verbundene elektrischen Verbrau­ cher, so daß nicht nur Betriebsstörungen sondern auch schon Verschleißerscheinungen bei den Verbrauchern frühzeitig erkannt werden können, beispielsweise durch Erfassung einer schleichenden Erhöhung der Leistungs­ aufnahme der Verbraucher bei gleicher Last und Ver­ schlechterung des cos Φ.

Ein noch weiterer Vorteil ist schließlich, daß der Schalter selbst durch die erfindungsgemäß vorgeschla­ genen Lösung in bezug auf die Erfassung seiner Eigenpa­ rameter variabel ausgebildet werden kann, beispielsweise die Erfassung der Erhöhung des über seine Kontakte fließenden Stromes der angeschlossenen Verbraucher, um beispielsweise ein Ausschalten eines sehr wichtigen Verbrauchers in einer Gesamtanlage zu verhindern. Auch ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung beispielsweise eine Fernabfrage des momentanen Betriebsstatus des Schalters über Datenleitungen und/oder ggf. sogar durch normale Fernmeldeleitungen.

Auch kann beispielsweise eine Mehrzahl der erfindungs­ gemäßen Schalter die Überwachung und Steuerung komplet­ ter speicherprogrammierbarer Schalter (SPS) funktions­ mäßig übernehmen, beispielsweise von Standardschaltungen wie Stern-Dreieck-, Dahlander-, Wendeschützschaltungen und dergleichen, wie sie zur Ansteuerung üblicher Antriebe verwendet werden, so daß diese durch die erfindungsgemäßen Schalter in vollem Umfang ersetzt werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schalters überwacht die Sensoreinrichtung die Verbindungsleitungen mit den elektrische Verbrauchern insbesondere auf vorgebbare elektrische Parameter wie Strom, Spannung, cos Φ, Phasensymmetrie bei Drehstrom usw. Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Schalters werden die Verbindungsleitungen zu den elektrischen Verbrau­ chern unmittelbar am Schalter überwacht, d. h. der Schalter selbst umfaßt unmittelbar alle Einrichtungen, einschließlich der Sensoreinrichtungen, und ist somit als einzige einheitliche Baueinheit in der Lage, die bestimmungsgemäßen vorgebbaren physikalischen Parameter zu überwachen, zu steuern und ggf. auch zu regeln. Bei dieser Ausgestaltung entfällt eine Verkabelung zu den Sensoren und das gesonderte Vorsehen von Sensoren vollständig.

Vorteilhafterweise werden mittels der Sensoreinrich­ tungen analoge und/oder digitale Signale von Einrich­ tungen erfaßt, die in einer Feldebene im weitesten Sinne mit den Verbrauchern zusammenwirken, beispielsweise Signale von abtriebsseitig mit den Verbrauchern gekop­ pelte Einrichtungen.

Eine Sensoreinrichtung des Schalters kann vorteilhafter­ weise ein Transformator sein, der die Messung der vorbestimmbaren physikalischen Parameter über die zu den elektrischen Verbrauchern führenden Leitungen durch­ führt, wobei der Transformator in Form einer sogenannten Ragowsky-Spule ausgebildet sein kann, oder in Form eines Hall-Sensors. Diese an sich berührungslose, d. h. galva­ nisch getrennte Erfassung der gewünschten Parameter in den Verbindungsleitungen zu den elektrischen Verbrau­ chern kann unmittelbar im Bereich des Schalters erfol­ gen.

Ein Schalter der vorgenannten Art wird vorteilhafter­ weise in einem Schaltverteiler verwendet, der eine Mehrzahl dieser Schalter aufweist, die über Steuerlei­ tungen zum Ein- und Ausschalten der mit dem Schaltver­ teiler verbindbaren elektrischen Verbraucher ansteuerbar sind, wobei alle Schalter nach Art eines Steuerbusses mit einer Steuereinrichtung adressierbar verbunden sind und die Plätze der Schalter zeilen- und spaltenartig angeordnet sind, und wobei die zeilenweise Ansteuerung der Schalter durch eine im Schaltverteiler spaltenartig angeordnete, alle Zeilen adressierbare und/oder die Schalter steuerbare Verteilereinrichtung erfolgt, und daß die spaltenweise Ansteuerung der Schalter durch im Schaltverteiler pro Zeile angeordnete jeden Adressplatz pro Zeile adressierbare und/oder die Schalter steuerbare Zeilenverteilereinrichtung erfolgt. Ein Schaltverteiler dieser Art, der eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Schalter verwendet, kann für die verschiedensten Schalt­ verteilerfunktionen bei den unterschiedlichsten Anwen­ dungsarten verwendet werden, d. h. gewissermaßen als Standardverteiler, was seine mechanische, elektrische und elektronische Ausrüstung angeht. Er kann so konfek­ tioniert werden, daß er dann als Standardverteiler für alle möglichen Schaltzwecke zur Verfügung steht. Alle übrigen Komponenten des Schaltverteilers mit Ausnahme des erfindungsgemäßen Schalters sind regelmäßig stan­ dardmäßige Komponenten, die entsprechend des gewünschten Ausbaugrades des Schaltverteilers miteinander kombiniert werden können.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach­ folgende einzige schematische Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrieben. Diese zeigt:

In Form eines Blockschaltbildes den Schalter gemäß der Erfindung in einer beispielhaften Beschaltungsweise.

Ein Schalter 11, dem unmittelbar ein Mikroprozessor 110 zugeordnet ist, ist hier beispielhaft in einem Schalt­ verteiler 10 angeordnet, der in der DE-OS 44 09 318 beschrieben worden ist. Auf die Beschreibung des vorge­ nannten Schaltverteilers 10 wird in bezug auf dessen mögliche Ausgestaltung Bezug genommen.

Der in dem Schaltverteiler 10 angeordnete Schalter wird über Verbindungsleitungen 113 mit einem elektrischen Verbraucher 112 verbunden, der hier beispielhaft in Form eines Motors ausgebildet ist. An den Schalter 11 sind auf übliche Weise eine Spannungsversorgung 20 ange­ schlossen und eine Verbindung, die einen Steuerbus 13 bildet, über den eine Kommunikation zwischen dem Mikro­ prozessor 110 des Schalters 11 mit einer hier nicht dargestellten Recheneinrichtung möglich ist.

Darüber hinaus ist der Mikroprozessor 110 des Schalters 11 mit einer Sensoreinrichtung 111 verbunden, die hier die Strom und/oder Spannungserfassung in der Verbin­ dungsleitung 113 zum elektrischen Verbraucher 12 ermög­ licht. Schließlich ist der Mikroprozessor 110 des Schalters 11 mit einem hier beispielhaft aufgeführten Reparaturschalter 22 verbunden, über den manuell über den Mikroprozessor 110 der damit verbundene Schalter 11 deaktiviert bzw. aktiviert werden kann. Eine Lüfter­ einrichtung 23, hier ebenfalls beispielhaft erwähnt, kann über den Mikroprozessor 110 des Schalters 11 bei über die Temperaturerfassungseinrichtung 21 erkannter Übertemperatur eines elektrischen Verbrauchers 12 aktiviert werden, um beispielsweise eine Kühlung des elektrischen Verbrauchers 112 vorzunehmen, vgl. die gestrichelte Linie 114.

Der dem Schalter 11 unmittelbar zugeordnete Mikropro­ zessor 110, d. h. jeder Schalter 11 dieser Art wäre mit einem ihm gesondert zugeordneten Mikroprozessor 110 ausgerüstet, ist mit den Steuereingängen des Schalters 11 auf hier nicht gesondert dargestellte Weise funk­ tionsmäßig verbunden, d. h. der Mikroprozessor 110 liefert Steuersignale an den Schalter 11, so daß der mit dem Schalter 11 verbundene elektrische Verbraucher 112 je nach erkanntem Parameter eingeschaltet, ausgeschaltet oder steuernd oder regelnd auf ihn eingewirkt wird. Der Mikroprozessor 110 kann entsprechend seiner Anwendung auf bekannte Weise gemäß den gewünschten, vorzugebenden zu überwachenden physikalischen Parametern programmiert werden, so daß er unmittelbar auf die Überwachungs-, Steuer- und Regelfunktionen, die gewünscht werden, auf den elektrischen Verbraucher 112 angepaßt werden kann. In Abhängigkeit der dann während des bestimmungsgemäßen Betriebes des elektrischen Verbrauchers 112 erfaßten physikalischen Parameter über die Sensoreinrichtung 110 überwacht, steuert und regelt der Mikroprozessor 111 das Schaltverhalten des Schalters 11.

Es sei hier klargestellt, daß der Schalter 11 nicht nur in Form eines konventionellen Schützes oder eines Relais ausgebildet sein kann, sondern auch in Form eines an sich bekannten elektronischen Schalters, der an sich bekannt in einer großen Funktionsbreite im Handel erhältlich ist, beispielsweise in Form eines Halblei­ terschalters und dergleichen. Ein elektronischer Schal­ ter in diesem Sinne ist auch ein Schalter, der ein stetiges Signal im Zustand des Schaltens ausgibt.

Über den Steuerbus 13, der auch als Datenbus zur ex­ ternen Abfrage der erfaßten physikalischen Parameter dienen kann, die über die Sensoreinrichtung 11 und den Mikroprozessor geliefert werden, können die Parameter auch nach außen abgegeben werden, so daß von Außen ebenfalls eine Überwachung der Parameter möglich ist und somit eine Gesamtüberwachung einer Vielzahl der erfin­ dungsgemäßen Schalter 11 in einem Schaltverteiler 10 oder sogar mehrerer Schaltverteiler 10 durchgeführt werden kann.

Es sei angemerkt, daß die Sensoreinrichtung 11 in Abhängigkeit der zu erfassenden Parameter auf die unterschiedlichste Weise ausgebildet sein kann, wobei es möglich ist, eine Vielzahl unterschiedlicher Sensorein­ richtungen, beispielsweise in Form eines Transformators oder eines Hall-Sensors oder eines Temperatursensors oder eines die Phasensymmetrie eines Verbrauchers dienenden Sensors auszubilden und alle diese Sensoren 111 mit dem Schalter 11 bzw. dem Mikroprozessor 110 zu verbinden. Insofern ist die in der einzigen Figur dargestellte Ausgestaltung des Schalters 11 lediglich als eine mögliche beispielhafte Ausführungsform zu verstehen.

Der Schalter 11 kann auch in dem Schalterverteiler 10 Anwendung finden, wenn dieser derart ausgebildet ist, wie es in der DE-OS 44 09 381 beschrieben worden ist. Bei Verwendung in diesem bekannten Schaltverteiler 10 ist eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Schalter 11 enthalten, die über Steuerleitungen zum Ein- und Aus­ schalten der mit dem Schaltverteiler 10 verbindbaren elektrischen Verbraucher 112 ansteuerbar sind. Dort sind alle Schalter 11 nach Art eines Steuerbusses mit einer Steuereinrichtung adressierbar verbunden und die Plätze der Schalter 11 sind zeilen- und spaltenartig angeord­ net. Die zeilenweise Ansteuerung der Schalter 11 erfolgt durch eine im Schaltverteiler 10 spaltenartig angeord­ nete, alle Zeilen adressierbare und/oder die Schalter 11 steuerbare Verteilereinrichtung. Ebenfalls erfolgt die spaltenweise Ansteuerung der Schalter 11 durch ein im Schalterverteiler 10 pro Zeile angeordnete, jeden Adressplatz pro Zeile adressierbare und/oder die Schal­ ter 11 steuerbare Zeilenverteilereinrichtung.

Bezugszeichenliste

10 Schaltverteiler
11 Schalter
110 Mikroprozessor
111 Sensoreinrichtung
112 elektrischer Verbraucher
113 Verbindungseinrichtung
114 Kühlung
12
13 Steuerbus
14
15
16
17
18
19
20 Spannungsversorgung
21 Temperaturerfassungseinrichtung
22 Reparaturschalter
23 Lüftereinrichtung

Claims (7)

1. Elektromagnetischer oder elektronischer Schalter, der durch an diesen anlegbare Steuersignale und mit diesem verbindbare elektrische Verbraucher ein- und ausschal­ tet, wobei der Schalter mit einem Mikroprozessor zusam­ menwirkt, der wenigstens einen Teil der Steuersignale zum Schalten des Schalters erzeugt, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mikroprozessor (110) dem Schalter (11) unmittelbar zugeordnet ist, wobei der Mikroprozessor (110) über Sensoreinrichtungen (111) die elektrischen Verbraucher (112) auf vorgebbare physikalische Parameter überwacht und den Schalter (11) in Abhängigkeit der erfaßten Parameter steuert und/oder regelt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtungen (111) die Verbindungsleitungen (113) zu den elektrischen Verbrauchern (112) auf die vorgebbaren elektrischen Parameter überwachen.

3. Schalter nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (113) zu den elektrischen Verbrauchern (112) unmittelbar am Schalter (11) überwacht werden.

4. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtungen (111) ein Transformator (Ragowsky-Spule) ist.

5. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (111) ein Hall-Sensor ist.

6. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Sensorein­ richtungen (111) analoge und/oder digitale Signale von Einrichtungen erfaßt werden, die mit den Verbrauchern (112) zusammenwirken.

7. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Schal­ terverteiler (10), der eine Mehrzahl dieser Schalter (11) aufweist, die über Steuerleitungen zum Ein- und Ausschalten der dem Schaltverteiler (10) verbindbaren elektrischen Verbraucher (112) ansteuerbar sind, wobei alle Schalter (11) nach Art eines Steuerbusses mit einer Steuereinrichtung adressierbar sind und die Plätze der Schalter (11) zeilen- und spaltenartig angeordnet sind, und wobei die zeilenweise Ansteuerung der Schalter (11) durch eine im Schaltverteiler (10) spaltenartig ange­ ordnete, alle Zeilen adressierbare und/oder die Schalter (11) steuerbare Verteilereinrichtung erfolgt, und daß die spaltenweise Ansteuerung der Schalter (11) durch eine im Schaltverteiler (10) pro Zeile angeordnete, jeden Arbeitsplatz pro Zeile adressierbare und/oder die Schalter (11) steuerbare Zeilenverteilereinrichtung erfolgt.