DE202012104080U1

DE202012104080U1 - Elektronische Sicherungsvorrichtung und Steuerungsvorrichtung

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Publication number: DE202012104080U1
Application number: DE202012104080U
Authority: DE
Original assignee: Block Transformatoren Elektronik GmbH
Current assignee: Block Transformatoren Elektronik GmbH
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-10-24

Abstract

Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) mit
– Eingangsanschlüssen (21, 22, 23, 24) zum Anschließen einer elektrischen Spannungsquelle (6),
– Ausgangsanschlüssen (25, 26, 27, 28) zum Anschließen mindestens einer Last (31, 32, 33, 34),
– einer steuerbaren Schalteinrichtung (41, 42, 43, 44) zwischen einem Eingangsanschluss (21, 22, 23, 24) und einem Ausgangsanschluss (25, 26, 27, 28),
– einer Steuereinheit (29) zur Steuerung der Schalteinrichtung (41, 42, 43, 44),
– einem Steuersignaleingang (S1) zum Empfang eines digitalen, kodierten Steuersignals, in dem digital kodiert ist, an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll,
– einem Statussignalausgang (S2) zur Bereitstellung eines digitalen Statussignals, das anzeigt,
ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal anliegt, und/oder
ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Überstrom anliegt, und/oder
warum an einem Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal anliegt oder nicht,
wobei die Steuereinheit (29) ausgestaltet ist, das Steuersignal auszuwerten und die Schalteinrichtung...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Sicherungsvorrichtung, eine Steuereinrichtung für eine solche Sicherungsvorrichtung sowie ein Sicherungssystem.
Elektronische Sicherungsvorrichtungen (oft auch als elektronische Schutzschalter oder elektronische Sicherungen bezeichnet) sind vielfach bekannt und werden umfassend in der Praxis, insbesondere zwischen einer Spannungs-/Stromversorgung und einer Last, eingesetzt, um beispielsweise bei einem Kurzschluss sicher und schnell den Stromfluss in abgesicherte Komponenten zu unterbrechen und diese Komponenten und ihre Zuleitungen so vor Beschädigungen oder Zerstörung zu schützen. Ein solcher elektronischer Schutzschalter wird beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung PVFE 24 vertrieben. Ein elektronischer Schutzschalter mit einstellbarer Strombegrenzung in einem Stromverteilungssystem im DC-Niedervoltbereich ist beispielsweise aus der DE 20 2009 005 420 U1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Sicherungsvorrichtung, eine Steuereinrichtung und ein Sicherungssystem anzugeben, mit denen die Diagnosefähigkeit sowie das gezielte Schalten beliebiger Stromkreise auf einfache Weise ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Sicherungsvorrichtung mit

– Eingangsanschlüssen zum Anschließen einer elektrischen Spannungsquelle,
– Ausgangsanschlüssen zum Anschließen mindestens einer Last,
– einer steuerbaren Schalteinrichtung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss,
– einer Steuereinheit zur Steuerung der Schalteinrichtung,
– einem Steuersignaleingang zum Empfang eines digitalen, kodierten Steuersignals, in dem digital kodiert ist, an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll,
– einem Statussignalausgang zur Bereitstellung eines digitalen Statussignals, das anzeigt,

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Schalteinrichtung mit::

– einem Steuersignalausgang zur Ausgabe eines digitalen, kodierten Steuersignals, in dem digital kodiert ist, an welchen Ausgangsanschlüssen der elektronischen Sicherung ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll,
– einem Statussignaleingang zum Empfang eines digitalen Statussignals, das anzeigt, ob und an welchen Ausgangsanschlüssen der elektronischen Sicherung ein Ausgangssignal anliegt, ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Überstrom anliegt und/oder warum an einem Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal anliegt oder nicht.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Sicherungssystem mit einer hier vorgeschlagenen elektronischen Sicherungsvorrichtung und einer hier vorgeschlagenen Steuereinrichtung zur Steuerung der elektronischen Sicherungsvorrichtung.
Der vorgeschlagene elektronische Schutzschalter hat primär die Aufgabe, Stromkreise (insbesondere 24 V-Stromkreise) auf Überstrom und Kurzschluss zu überwachen, um angeschlossene Verbraucher und deren Zuleitungen zu schützen. Der vorstehend beschriebene elektronische Schutzschalter kann aber noch erheblich mehr leisten, als nur den fehlerhaften Stromkreis selektiv abzuschalten. Die Diagnosefähigkeit sowie das gezielte Schalten beliebiger Stromkreise über nur zwei Leitungen, wie hier vorgeschlagen, schaffen neue Möglichkeiten.
In fast jedem Schaltschrank befindet sich eine 24 V-Stromversorgung, die zumeist durch ein primär getaktetes Schaltnetzteil realisiert ist. Um die gesamte Anlage gegen einen Totalausfall aufgrund von Störungen eines elektrischen Verbrauchers oder dessen Zuleitung zu schützen, ist die 24 V-Versorgungsspannung in der Regel auf einzelne Stromkreise aufgeteilt und selektiv abgesichert.
Eine immer mehr an Bedeutung zunehmende Variante der 24 V-Absicherung sind elektronische Schutzschalter. Die allgemeinen Vorteile einer elektronischen Lösung gegenüber einer konventionellen Absicherung durch klassische Leitungsschutzschalter oder Schmelzsicherungen sind hinlänglich bekannt. So bieten die elektronischen Lösungen insbesondere bei hohen Leitungsimpedanzen die notwendige Sicherheit, fehlerhafte Stromkreise auch zuverlässig trennen zu können. Abgebrannte Schaltschränke aufgrund eines nicht sicher funktionierenden Leitungsschutzes sind heutzutage vermeidbar.
Die hier vorgeschlagenen elektronischen Schutzschalter und Steuereinrichtungen bieten einer Steuereinrichtung (z. B. einer SPS) erstmals die Möglichkeit, über nur zwei digitale Ein- und Ausgänge jeden beliebigen Ausgangskanal aktiv ein- oder auch auszuschalten, ausgelöste Stromkreise wieder zurückzusetzen sowie zeitgleich den aktuellen Status jedes Ausgangs abzufragen.
Im laufenden Betrieb können somit mit bis zu 10 A abgesicherte Stromkreise gezielt geschaltet werden. Auch energieeffiziente Anwendungen sind nun kostengünstig realisierbar. Einzelne Stromkreise können ohne Zusatzkomponenten abgeschaltet werden, um beispielsweise temporär nicht benötigte Verbraucher auszuschalten. Zu diesem Zweck bisher verwendete Leistungsschütze und deren Ansteuerung können substituiert werden. Das spart Platz, reduziert den Verdrahtungsaufwand und senkt die Kosten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das digitale Schalten über nur eine Leitung zwischen der Steuereinrichtung und dem Schutzschalter realisiert. Die Steuereinrichtung generiert eine aus beispielsweise 17 Datenbits bestehende Pulsfolge, deren Übertragungsgeschwindigkeit variabel je nach Performance der verwendeten Steuereinrichtung gewählt werden kann. Da diese Pulsfolge kodiert, vorzugsweise Manchester-kodiert, gesendet wird, synchronisiert sich der Schutzschalter automatisch auf den verwendeten Takt auf. Diese Taktsynchronisierung dient dazu, den Kommunikationsbetrieb mit unterschiedlichsten (unterschiedlich in der Rechengeschwindigkeit) Steuereinrichtungen zu ermöglichen, ohne vorab Einstellungen in Bezug auf die Übertragungsgeschwindigkeit machen zu müssen bzw. sich Restriktionen bei der Auswahl der Steuereinrichtung unterwerfen zu müssen.
Über eine zweite Leitung stellt er taktsynchron die Betriebs- und Fehlerzustände für jeden Ausgangskanal zur Verfügung. Die Steuereinrichtung kann diese Zustände auswerten und kennt somit den Status aller abgesicherten Stromkreise. Übertragen werden je Ausgangskanal die aktuellen Betriebszustände (Ein/Aus), als auch die Fehlerzustände (Ausgelöst/Überstrom).
Die Steuereinrichtung sendet über eine Leitung eine kodierte (z. B. Manchester-kodierte) Pulsfolge. Taktsynchron stellt der Schutzschalter über eine zweite Leitung die aktuellen Betriebszustände für die Steuereinrichtung bereit.
Bevorzugt sind somit, sowohl für das Steuersignal als auch für das Statussignal, jeweils das Taktsignal und das Datensignal in einem gemeinsamen Signal codiert.
Da die Steuereinrichtung den Datenaustausch initiiert, kann je nach Applikation ein zyklisches oder auch gezieltes Abfragen programmtechnisch realisiert werden. Fehlerzustände in den Ausgangsstromkreisen werden der Steuereinrichtung durch einen definierten Impuls signalisiert, sofern die Daten nicht zyklisch abgefragt werden. Es gehen keine Informationen verloren.
Um den Programmieraufwand für die Einbindung der neuen Geräte in einer Steuereinrichtung zu verringern, ist bevorzugt ein geeigneter Funktionsbaustein, beispielsweise für Step 7 sowie CoDeSys-Systeme, vorgesehen.
Der bei elektronischen Schutzschaltern sonst übliche Meldekontakt ist bei dem vorgeschlagenen Schutzschalter bevorzugt ebenfalls integriert. Über ihn lassen sich als Summenmeldung ausgelöste Stromkreise signalisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sicherungssystems,
2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elektronischen Sicherung,
3 Diagramme verschiedener Signale, und
4 ein Diagramm eines Signals S2 mit Schaltimpuls.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherungssystem 1 mit einem elektronischen Schutzschalter 2 (allgemein einer elektronischen Sicherungsvorrichtung) zur Absicherung einer oder mehrerer Lasten 3a, 3b und einer Steuereinrichtung 4 zur Steuerung des elektronischen Schutzschalters 2. Bevorzugt ist ein Monitor 5 zur Anzeige von Steuerungseinstellungen, Steuerungssignalen, Zuständen des Schutzschalters 2, oder dergleichen. Zwischen dem Schutzschalter 2 und der Steuereinrichtung 4 sind zwei oder drei Verbindungsleitungen als Signalisierungs- und Steuerleitungen vorgesehen.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzschalters 2. Der Schutzschalter 2 weist Eingangsanschlüsse 21, 22, 23, 24 auf, an denen eine elektrische Spannungsquelle 6 angeschlossen ist, beispielsweise ein Schaltnetzteil oder ein AC/DC-Wandler zur Bereitstellung einer Gleichspannung von z. B. 24 V. An mehreren Ausgangsanschlüssen 25, 26, 27, 28 (vorliegend beispielhaft acht Ausgangsanschlüsse, von denen vier explizit gezeigt sind) des elektronischen Schutzschalters 2 ist jeweils eine Last 31, 32, 33, 34 angeschlossen, deren anderer Anschluss an einem (hier dem mit „–„ gekennzeichneten) Ausgang 62 der Spannungsquelle 6 angeschlossen ist. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige Lasten handeln, die mittels des elektronischen Schutzschalters 2 abgesichert werden sollen, so dass bei einem Kurzschluss keine Beschädigungen an Komponenten der jeweiligen Last und ihrer Zuleitungen oder auch der Spannungsquelle 6 auftreten.
An jedem Ausgangsanschluss, und somit an jeder Last 31, 32, 33, 34, ist jeweils eine steuerbare Schalteinrichtung 41, 42, 43, 44 angeschlossen, die über jeweils eine Sicherung 51, 52, 53, 54 mit dem anderen (hier dem mit ”+” gekennzeichneten) Ausgang 61 der Spannungsquelle 6 verbunden sind. Ferner ist eine Steuereinheit 29 vorgesehen, die die Schalteinrichtungen 41, 42, 43, 44 steuert. Diese ist in 2 zwar als separate Einheit gezeigt, es ist jedoch auch denkbar, dass die Steuerlogik komplett oder teilweise in die Schalteinrichtungen 41, 42, 43, 44 integriert ist, auch wenn hier von der Steuereinheit 29 die Rede ist.
Die Schalteinrichtungen 41, 42, 43, 44 dienen dazu, bei einem Auslösen des elektronischen Schalters 2 den Stromfluss von der Spannungsquelle 6 zu der jeweiligen Last 31, 32, 33, 34 zu unterbrechen. In einer einfachen Ausgestaltung weisen die Schalteinrichtungen 41, 42, 43, 44 beispielsweise einen einfachen elektronischen Schalter auf, wie er aus der Praxis und auf dem Markt befindlichen Geräten hinlänglich bekannt ist. Grundsätzlich ist die Ausgestaltung der Schalteinrichtungen 41, 42, 43, 44 für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, es können also grundsätzlich beliebige in Analog- oder Digitaltechnik aufgebaute steuerbare Schalteinrichtungen Verwendung finden.
Der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise eines solchen elektronischen Schutzschalters 2 sind dem Fachmann im Allgemeinen aus der Praxis und diversen auf dem Markt befindlichen Geräten bekannt und sollen deshalb hier nicht weiter vertieft werden.
Der elektronische Schutzschalter 2 ist erfindungsgemäß mit mindestens zwei, bei der in 2 gezeigten Ausführungsform mit drei, Signalisierungs- und Steuerkontakten S1, S2, S3 ausgestattet. Die Steuereinrichtung 4 verfügt über entsprechende Signalisierungs- und Steuerkontakte S1', S2', S3'. Zwischen den Kontakten S1, S1' wird ein Steuersignal 71 von der Steuereinrichtung 4 an den Schutzschalter 2 übertragen bzw. von der Steuereinrichtung 4 bereitgestellt und von dem Schutzschalter 2 ausgelesen. Zwischen den Kontakten S2, S2' wird ein Statussignal 72 von dem Schutzschalter 2 an die Steuereinrichtung 4 übertragen bzw. von dem Schutzschalter 2 bereitgestellt und von der Steuereinrichtung 4 ausgelesen. Zwischen den Kontakten S3, S3' wird eine Störungssammelmeldung 73 von dem Schutzschalter 2 an die Steuereinrichtung 4 übertragen bzw. von dem Schutzschalter 2 bereitgestellt und von der Steuereinrichtung 4 ausgelesen. In der Steuereinrichtung 4 sind natürlich weitere Mittel, insbesondere zur Erzeugung und Auswertung der diversen Signale vorgesehen. Diese sind jedoch grundsätzlich bekannt und sind für das Verständnis und die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung von keiner größeren Bedeutung, so dass an dieser Stelle auf weitere Erläuterung dieser Elemente verzichtet wird.
Im Signal 71 (3C) steckt kombiniert das Datensignal (3B) und das Taktsignal (3A). Dieses Signal wird grundsätzlich von der Steuereinrichtung 4 erzeugt, weil je nach Geschwindigkeit der Steuereinrichtung 4 das intern erzeugte Taktsignal variiert. Durch die Codierung von Daten- und Taktsignal in einem gemeinsamen Signal wird es möglich, die gesamte Kommunikation zwischen dem Schutzschalter 2 und der Steuereinrichtung 4 mit nur zwei Verbindungsleitungen zu realisieren.
Das am Steuersignaleingang S1 empfangene Steuersignal 71 (3C) zeigt im Allgemeinen in kodierter Weise an, an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll. Das am Statussignalausgang S2 bereitgestellte Statussignal 72 (3D) zeigt im Allgemeinen an, ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal anliegt, ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Überstrom anliegt und/oder warum an einem Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal anliegt oder nicht. Allgemein können über diese Statussignal 72 Statusinformationen bereitgestellt (also übertragen und/oder ausgelesen) werden.
Der Schutzschalter 2 kann sich an der entweder steigenden oder fallenden Flanke im Signal 71 zeitlich orientieren und so die Informationen an dem Signalkontakt S2 bzw. im Signal 72 (3D) zur Verfügung stellen („sich aufsynchronisieren”). In dem Moment, wenn die Steuereinrichtung 4 die positive oder negative Flanke im Signal 71 sendet (d. h. bei der neg. Taktflanke des Taktsignals (3A)) wird die Information von dem Signal 72 eingelesen.
Das Signal 73 hat im Allgemeinen keine Relation zu den Signalen 71 und 72. Nutzer können die Signale 71 und 72 und/oder das Signal 73 nutzen.
Über die Signalkontakte S1 (bevorzugt digitaler Eingang) und S2 (bevorzugt digitaler Ausgang) lassen sich sowohl betriebsrelevante Informationen aus dem Schutzschalter 2 auslesen als auch beliebige Ausgangskanäle gezielt ein- oder ausschalten. Ein Summen-Reset (Wiedereinschalten) von allen ausgelösten Ausgängen (nicht manuell ausgeschalteten Ausgängen) ist über den Signaleingang S1 ebenfalls möglich, sofern für eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise mindestens 0,5 Sekunden, ein Impuls, beispielsweise ein 24 V-High-Impuls, eingespeist wird. Der Signalausgang S3 dient als aktive (z. B. 24 V-)Sammel-Störungsmeldung und signalisiert, dass mindestens ein Ausgang aufgrund von Überstrom abgeschaltet wurde. Ein interner Gerätedefekt wird ebenfalls durch S3 signalisiert.
Mittels einer übergeordneten Steuerung durch die Steuereinrichtung 4 (z. B. eine SPS) kann der Schutzschalter 2 über ein kodiertes Bitmuster (beispielsweise unter Nutzung eines Manchester-Code nach IEEE 802.3, NRZ-Code, Eiphase Mark Code oder 4B5B Code) am Signaleingang S1 ferngesteuert werden. Optional können zeitgleich über den Signalausgang S2 die Betriebszustände ausgelesen werden.
Ferner ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der Statussignalausgang S2 ausgestaltet ist zur Ausgabe eines Meldesignals, insbesondere zur zyklischen Ausgabe eines Meldesignals, wenn für einen vorbestimmten Zeitraum keine Abfrage der Ausgangsstatus erfolgt.
3 zeigt verschiedene Signaldiagramme zur Erläuterung der verschiedenen Signals. 3A zeigt einen in der Steuereinrichtung 4 generierten Hilfstakt (Taktzyklus zur Datenübertragung). 3B zeigt von der Steuereinrichtung 4 zum Schutzschalter 2 zu versendende Datenbits. 3C zeigt das Signal am Signaleingang S1, also den Leitungscode von der Steuereinrichtung 4 zum Schutzschalter 2 (Takt XOR Datenbits). 3D zeigt das Signal am Signalausgang S2, also den Leitungscode von dem Schutzschalter 2 zur Steuereinrichtung 4 (Datenbits, gültig an der fallenden Taktflanke des Hilfstaktes (3A)). Sämtliche Signale sind jeweils für den Ein-/Aus-Status als auch für den Fehlerstatus gezeigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sendet die Steuereinrichtung 4 die (Manchester-)Kodierung an den Schutzschalter über S1 (In). Darin ist kodiert, welcher Ausgangskanal ein- bzw. ausgeschaltet werden soll. Der Schutzschalter 2 synchronisiert sich intern darauf auf und sendet gleichzeitig den Status (Ein-/Aus und Fehlerstatus) eines oder mehrerer, bevorzugt aller, Kanäle über S2 (Out) zurück. Die vom Schutzschalter 2 zurückgesendeten Daten sind bevorzugt nur High/Low und nicht (z. B. Manchester-)kodiert. Die Übernahme der Daten sollte jeweils kurz nach dem Flankenwechsel (von High zu Low) vom generierten Hilfs-Takt erfolgen, um Fehlsignalisierungen durch Programmlaufzeiten oder Verzögerungen der Ein-/Ausgaben in einer Steuereinrichtung 4 zu vermeiden. Ändert sich der Fehlerstatus im Schutzschalter 2, beispielsweise nachdem an einem Ausgang ein Überstrom vorliegt, so generiert der Schutzschalter 2 am Signalausgang S2 einen zyklischen Impuls (z. B. 500 ms High-Impuls, alle 3 Sekunden), wie er beispielhaft in 4 gezeigt ist. Dieser Impuls wird solange gesendet, bis die Steuereinrichtung 4 den aktualisierten Status über ein neues (bevorzugt Manchester-kodiertes) Telegramm erfolgreich abgefragt hat.

Eine beispielhafte Kodierung der vom Schutzschalter 2 gesendeten Status-Bits ist in nachfolgender Tabelle dargestellt.

Ein-/Aus-Status pro Kanal	Fehler-Status Pro Kanal	Beschreibung
0	0	Ausgangskanal ist manuell oder via kodiertem Pulsmuster an S1 abgeschaltet
0	1	Ausgangskanal ist aufgrund eines Überstroms abgeschaltet
1	0	Ausgangskanal ist manuell oder via kodiertem Pulsmuster an S1 eingeschaltet
1	1	Überstrom (Ausgangsstrom > Nennstrom) (Dauer des Überstroms ist ≥ 1 Sekunde)

Gesendete Ein-/Ausgabe-Status-Änderungen durch die Steuereinrichtung 4 werden erst beim nächsten Telegramm aktualisiert vom Schutzschalter zurück gesendet. Wenn beispielsweise der Status des dritten Ausgangskanals (am Ausgang 27) in einem Telegramm von „0” auf „1” geändert wird, so wird im selben Telegramm der alte Status „0” übertragen. Erst bei der nächsten Abfrage durch die Steuereinrichtung 4 wird der Status des Ausgangskanals vom Schutzschalter 2 aktualisiert gesendet.
Der (bevorzugt 24 V) Signaleingang S1 ist bezogen auf den mit „–„ gekennzeichneten Eingang des Moduls nicht potenzialgetrennt. Durch diesen Eingang lassen sich sowohl alle durch Überlast abgeschalteten Ausgänge wieder einschalten als auch einzelne Kanäle gezielt ein- oder ausschalten. Durch Anlegen einer 24 V Spannung für länger als 0,5 Sekunden werden alle durch Überlast ausgelösten Ausgänge sequenziell und lastabhängig wiedereingeschaltet.
Über kodierte Pulsmuster können beliebige Ausgänge gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet werden. Temporäre Stromkreise wie beispielsweise bestimmte Beleuchtungen oder Hilfsstromkreise könnten bei Bedarf gezielt abgeschaltet werden. Die nachfolgende Tabelle zeigt die beiden Hauptfunktionen, die entsprechende Aktion, die Reaktion und den Impuls.
Das kodierte Pulsmuster besteht bevorzugt aus 17 Bit, die als Manchester-Code (nach IEEE 802.3) gesendet werden. In einer solchen Ausgestaltung hat das erste zu übertragende Bit den Wert null und dient als Startbit. Danach folgen 16 Bit Daten. Die ersten 8 Bit repräsentieren den gewünschten Zustand der einzelnen Kanäle in absteigender Reihenfolge. Bei einem Wert von „1” wird der entsprechende Kanal eingeschaltet, bei einem Wert von „0” ausgeschaltet. Bei den folgenden 8 Bit ist nur das erste, höchstwertige Bit relevant. Ein Wert von „1” bedeutet, dass der in den ersten 8 Bit übertragene Zustand übernommen wird, bei einem Wert von Null wird der in den ersten 8 Bit dargestellte Zustand ignoriert. Die weiteren 7 Bit können beliebig gewählt werden. Sie dienen nur als Taktsignal für S2 (Fehlerstatus der Ausgänge).
Der High-Pegel beträgt in einer beispielhaften Ausgestaltung mindestens 15 V, höchstens 30 V; der Low-Pegel beträgt mindestens 0 V, höchstens 5 V. Das zugrundeliegende Taktsignal hat eine Periode von mindestens 70 ms und höchstens 200 ms. Nachdem das Pulsmuster gesendet wurde, werden die Ein-/Ausgänge S1 und S2 wieder auf Low-Pegel gelegt. Neue Pulse an S1 sind bevorzugt erst nach einer Wartezeit von mind. 200 ms zulässig.
Der (bevorzugt 24 V) Signalausgang S2 ist bezogen auf den 0 V-Eingang des Moduls nicht potenzialgetrennt. Durch diesen Ausgang lassen sich die Zustände aller integrierten Ausgangskanäle abfragen. Der Ausgang ist kurzschlussfest, der Kurzschlussstrom beträgt z. B. ca. 20 mA.
Sofern die Steuereinrichtung 4 über den Signaleingang S1 die kodierte Pulsfolge sendet, synchronisiert sich der Schutzschalter 2 auf den Hilfs-Takt der Steuereinrichtung 4 auf und sendet über den Signalausgang S2 den aktuellen Ein/Aus-Zustand der Kanäle, bevorzugt im Datenbyte 1. Im Datenbyte 2 sind ausgelöste Kanäle kodiert.
Sollte die Steuereinrichtung 4 keine zyklische Statusabfrage durchführen, so generiert der Schutzschalter 2 auf S2 einen zyklischen Impuls, sofern sich der Fehlerstatus ändert und nicht innerhalb der nächsten 3 Sekunden der Status regulär abgefragt wird. Der interne Fehlerstatus ändert sich durch das Abschalten oder auch durch Überstrom mindestens eines Ausgangs. Dieser Impuls wird solange gesendet, bis die Steuereinrichtung 4 den aktualisierten Status über ein neues (Manchester-)kodiertes Telegramm erfolgreich abfragt hat.
Die Steuereinrichtung 4 fragt daher den Signalkontakt S2 ab, um über Statusänderungen im Schutzschalter 2 informiert zu werden. Gleichzeitig ist es in einer Steuereinrichtung 4 programmtechnisch zu vermeiden, ein Telegramm über S1 zu starten, während ein Impuls auf S2 durch den Schutzschalter erzeugt wird. Es wird bevorzugt, vor Sendestart des Telegramms den jeweiligen Zustand auf S2 auszuwerten oder mindestens alle 3 Sekunden ein Telegramm zur Statusabfrage zu generieren.
Der (bevorzugt 24 V) Signalausgang S3 ist bezogen auf den 0 V-Eingang des Moduls nicht potenzialgetrennt. Die Summenmeldung wird durch einen „Active High” Signalausgang realisiert. Sofern kein Ausgang ausgelöst hat und kein interner Gerätedefekt detektiert wurde, ist dieser Signalausgang „Active High” (+24 V). Sobald mindestens ein Ausgangskanal ausgelöst hat oder eine defekte interne Schutzsicherung erkannt wurde, schaltet der Signalausgang auf „Active Low” (0 V) um. Dieser Signalausgang ist bevorzugt kurzschlussfest und bis max. 20 mA belastbar.
Der vorgeschlagene elektronische Schutzschalter bietet somit kostengünstig einen selektiven Überstromschutz, insbesondere für DC 24 V-Verbraucher, der sich in den gesamten Steuerungs- und Überwachungsprozess eines Sicherungssystems integrieren lässt. Die kompakten Geräte erlauben zudem das Zuschalten von großen kapazitiven Lasten und leisten einen wertvollen Beitrag für mehr Energieeffizienz und höhere Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen.
Es versteht sich, dass die oben gezeigten Ausführungsformen nur beispielhaft zu verstehen sind und die einzelnen Elemente auch in anderen sinnvollen Kombinationen miteinander eingesetzt werden können. Die konkrete Realisierung der einzelnen Elemente kann unterschiedlich geschehen, sofern die erfindungsgemäß vorgesehene Funktion jeweils erfüllt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202009005420 U1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.3 [0035]
IEEE 802.3 [0043]

Claims

Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) mit – Eingangsanschlüssen (21, 22, 23, 24) zum Anschließen einer elektrischen Spannungsquelle (6), – Ausgangsanschlüssen (25, 26, 27, 28) zum Anschließen mindestens einer Last (31, 32, 33, 34), – einer steuerbaren Schalteinrichtung (41, 42, 43, 44) zwischen einem Eingangsanschluss (21, 22, 23, 24) und einem Ausgangsanschluss (25, 26, 27, 28), – einer Steuereinheit (29) zur Steuerung der Schalteinrichtung (41, 42, 43, 44), – einem Steuersignaleingang (S1) zum Empfang eines digitalen, kodierten Steuersignals, in dem digital kodiert ist, an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll, – einem Statussignalausgang (S2) zur Bereitstellung eines digitalen Statussignals, das anzeigt, ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal anliegt, und/oder ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Überstrom anliegt, und/oder warum an einem Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal anliegt oder nicht, wobei die Steuereinheit (29) ausgestaltet ist, das Steuersignal auszuwerten und die Schalteinrichtung entsprechend zu steuern und das Statussignal zu erzeugen.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Statussignalausgang (S2) ausgestaltet ist zur Ausgabe eines Meldesignals, insbesondere zur zyklischen Ausgabe eines Meldesignals, wenn für einen vorbestimmten Zeitraum keine Abfrage der Ausgangsstatus erfolgt.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Störmeldungsausgang (S3) vorgesehen ist zur Ausgabe einer digitalen Störungssammelmeldung, die anzeigt, ob an mindestens einem Ausgangsanschluss aufgrund von Überstrom ein Ausgangssignal abgeschaltet wurde und/oder ein interner Gerätedefekt vorliegt.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal und das Statussignal mit einem Hilfstaktsignal synchronisiert sind.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29) ausgestaltet ist, das Steuersignal auszuwerten, das so kodiert ist, dass für jeden Ausgangsanschluss eine Steuerinformation enthalten ist, die angibt, ob an dem jeweiligen Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29) ausgestaltet ist, das Steuersignal auszuwerten, das so kodiert ist, dass für jeden Ausgangsanschluss ein Steuerbit vorgesehen ist.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29) ausgestaltet ist, das Steuersignal auszuwerten, das so kodiert ist, dass es ein Startbit, für jeden Ausgangsanschluss ein Steuerbit und ein Übernahmebit, das angibt, ob der durch die Steuerbits signalisierte Zustand übernommen werden soll oder nicht, aufweist.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal mit einem Manchester-Code, NRZ-Code, Biphase Mark Code oder 4B5B Code kodiert ist.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29) ausgestaltet ist, einen Reset der Schalteinrichtungen durchzuführen, wenn das Steuersignal so kodiert ist, dass es für eine vorbestimmte Zeitdauer einen vorbestimmten Code, insbesondere ein High-Level-Signal, sendet.
Elektronische Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (29) ausgestaltet ist, das Statussignal so zu kodieren, dass es je Ausgangsanschluss eine Statusinformation, die angibt, ob ein Ausgangssignal anliegt oder nicht, und eine Fehlerinformation, die angibt, warum ein Ausgangssignal anliegt oder nicht, enthält.
Steuervorrichtung (4) zur Steuerung einer elektronischen Sicherungsvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit – einem Steuersignalausgang (S1') zur Ausgabe eines digitalen, kodierten Steuersignals, in dem digital kodiert ist, an welchen Ausgangsanschlüssen der elektronischen Sicherung ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll, – einem Statussignaleingang (S2') zum Empfang eines digitalen Statussignals, das anzeigt, ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Ausgangssignal anliegt, und/oder ob und an welchen Ausgangsanschlüssen ein Überstrom anliegt, und/oder warum an einem Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal anliegt oder nicht.
Steuervorrichtung (4) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Störmeldungseingang (S3') vorgesehen ist zum Empfang einer digitalen Störungssammelmeldung, die anzeigt, ob an mindestens einem Ausgangsanschluss der elektronischen Sicherung aufgrund von Überstrom ein Ausgangssignal abgeschaltet wurde und/oder ein interner Gerätedefekt vorliegt.
Steuervorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) ausgestaltet ist, das Steuersignal so zu kodieren, dass für jeden Ausgangsanschluss eine Steuerinformation enthalten ist, die angibt, ob an dem jeweiligen Ausgangsanschluss ein Ausgangssignal angelegt oder abgeschaltet werden soll.
Steuervorrichtung (4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) ausgestaltet ist, das Steuersignal so zu kodieren, dass für jeden Ausgangsanschluss ein Steuerbit vorgesehen ist.
Steuervorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) ausgestaltet ist, das Steuersignal so zu kodieren, dass es ein Startbit, für jeden Ausgangsanschluss ein Steuerbit und ein Übernahmebit, das angibt, ob der durch die Steuerbits signalisierte Zustand übernommen werden soll oder nicht, aufweist.
Steuervorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) ausgestaltet ist, das Steuersignal mit einem Manchester-Code, NRZ-Code, Biphase Mark Code oder 4B5B Code zu kodieren.
Steuervorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) ausgestaltet ist, das Steuersignal so zu kodieren, dass es für eine vorbestimmte Zeitdauer einen vorbestimmten Code, insbesondere ein High-Level-Signal, sendet.
Steuervorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) ausgestaltet ist, das Statussignal auszuwerten, das je Ausgangsanschluss der elektronischen Sicherungsvorrichtung (2) eine Statusinformation, die angibt, ob ein Ausgangssignal anliegt oder nicht, und eine Fehlerinformation, die angibt, warum an ein Ausgangssignal anliegt oder nicht, enthält.
Sicherungssystem mit einer elektronischen Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18 zur Steuerung der elektronischen Sicherungsvorrichtung.