EP1109177A2 - Verfahren zum Schalten einer Last - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for switching a load, to which a switching voltage can be supplied.
- the invention relates to a circuit arrangement for performing the method.
- the present invention is therefore based on the object specify a procedure of the type mentioned at the outset that is independent on the type of load to be switched, be it one ohmic load, a lamp load, a capacitive load, a inductive load with or without moving parts, one switching enables this load.
- a circuit arrangement specify which to perform the procedure suitable is.
- An embodiment of the invention according to that specified in claim 2 Measures result in a lower energy requirement with switched inductive load with moving parts and also speeds up shutdown processes.
- the invention is particularly in digital output units for programmable logic controllers can be used.
- Essential components of the circuit arrangement according to FIG. 1 are a sensor unit 1, which is provided for the detection of the change in a load current 11, a controllable switch 3 in the form of a MOSFET switch and a voltage generation unit 4.
- a DC supply voltage 5 can be supplied to the voltage generation unit 4 , from which the voltage generating unit 4 generates 6 switching voltages depending on a control signal 6 generated by the sensor unit 1 and supplied to the voltage generating unit 4.
- two switching voltages are provided, a maximum voltage of 48 VDC and a holding voltage of 16 VDC, which are generated from a supply voltage of 24 VDC.
- a control signal 9 can be fed to the controllable switch 3 via a control output 7 of a programmable logic controller and via potential-separating means 8, an activated control signal 9 closing the switch 3. This has the effect that a switching voltage 10 is supplied to the load 2 and the load current 11 flows through the load 2 via a ground connection M. Further components of the circuit arrangement such as storage choke 12, quenching element 13 and overvoltage protection device 14 are of no significance for the invention and therefore do not need to be explained in more detail.
- FIG. 2 in which current and voltage curves are shown.
- the load 2 (FIG. 1) is supplied with an abrupt maximum voltage Um, which, for. B. corresponds to twice the nominal load voltage Un.
- This maximum voltage Um causes a rapid increase in a load current I.
- the sensor unit 1 detects a current shoulder Ss in the load current profile, which, for. B. caused by the movement of an anchor and the resulting change in flow.
- the sensor unit 1 then activates the control signal 6, as a result of which the voltage generating unit 4 at the time T1 suddenly reduces the switching voltage from the maximum voltage Um to a holding voltage Uh, which in a practical exemplary embodiment of the invention is two thirds of the nominal load voltage Un.
- the inductive load 2 Due to the increased switching voltage Um between times T0 and T1 and the reduced switching voltage Uh from time T1, on the one hand, the inductive load 2 is switched quickly and, on the other hand, the energy requirement during switched load 2 is reduced, with a holding current from time T2 in the steady state Ih flows through the load 2.
- the time interval is selected in accordance with the technical specifications in the data sheets of the inductive load to be switched so that it is ensured that the current shoulder Ss occurs within this predetermined time interval. In this case, the circuit arrangement according to FIG.
- a time interval monitoring unit is to be provided instead of the sensor unit 1. It can happen that e.g. B. an armature in a coil can not be moved because the movement is blocked due to a disturbance. In this case, there is no current shoulder and in order to prevent the maximum voltage from being constantly applied to the coil and thereby damaging the coil, it is advantageous to reduce the maximum voltage to the holding voltage after a predefinable time interval.
- FIG. 3a shows one Switching voltage in the form of a DC voltage
- the Maximum voltage Um twice the nominal load voltage Un and the holding voltage Uh two thirds of this nominal load voltage Un is.
- Such a DC voltage with variable amplitude generates the voltage generating unit 4 ( Figure 1) that the switching voltage varies depending on the control signal 6.
- Figure 3b shows a clocked version, with one Time T3 is the DC component of the withstand voltage of two Third of the nominal load voltage with an alternating voltage corresponding amplitude and clock rate is achieved.
- Such a pulsating DC voltage with constant amplitude and variable pulse-pause ratio can advantageously be used as a switching voltage in a circuit arrangement shown in FIG. 4 for switching a plurality of inductive loads with movable parts.
- the control of only one output channel is shown in FIG.
- the same parts in Figures 4 and 1 are provided with the same reference numerals.
- a voltage generating unit 4 ' connects the maximum voltage Um (FIG. 3b) to the inductive load 2 via the controllable switch 3 and a sensor unit 1'.
- the sensor unit 1 In the event that the sensor unit 1 'detects a current shoulder and / or a predeterminable time interval has expired, the sensor unit 1' switches an AND logic element 14 to a pulse-pause signal 15, as a result of which the controllable switch 3 switches the maximum voltage Um in accordance with the Pulse-pause ratio (duty cycle) switches this pulse-pause signal on or off.
- This switching on or off of the maximum voltage Um in accordance with the duty cycle that can be predetermined by the sensor unit generates a constant component from time T3 (FIG. 3b), which corresponds to the holding voltage Uh (FIG. 3a).
- a circuit arrangement for switching a load, independently on the type of load to be switched, be it an ohmic one Load, a capacitive load, an inductive load with or without movable parts is shown in simplified form in FIG.
- the in Figures 1 and 5 the same parts are with the same reference numerals Mistake.
- a time generator 15 which is used to specify evaluation time intervals is provided.
- a first evaluation time interval is intended to detect whether the to switching load an inductive or other load, e.g. B. is an ohmic, capacitive or lamp load. If one inductive load is detected is a second time interval provided in which it is detectable whether the inductive Load is an inductive load with or without moving parts.
- the respective start and end of the time intervals shows the time generator 15 of the voltage generating unit 4 that depend on these time intervals the control signal 6 of the load 2 via the switch 3, as in It is shown below that corresponding switching voltages are supplied.
- FIG. 6 To clarify the function and effect the circuit arrangement shown in FIG Figure 6 referred in which current and voltage curves are shown, in Figure 6a voltage and current profiles an ohmic, a capacitive and a lamp load between a switch-on time tl and a switch-off time t4, in Figure 6b a voltage and current profile an inductive load with no moving parts between them At times and in Figure 6c a voltage and current profile an inductive load with moving parts between them Points in time are shown.
- the voltage generating unit 4 first increases the switching voltage to a maximum switching voltage Um in a step-wise manner or clocked, as a result of which the inductive load is switched quickly is effected.
- the sensor unit 1 In order to recognize whether the inductive load is an inductive load with movable parts or an inductive load without movable parts, it is necessary that the sensor unit 1 during a predeterminable second time interval following the first time interval between the time t2 and a third time t3 continues to record the load current.
- the voltage generating unit 4 reduces the switching voltage in a step-wise or clocked manner to a holding voltage from the third time t3 to the switch-off time t4 Uh, which is less than the nominal load voltage Un, which reduces the energy consumption.
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Abstract
Description
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
- Figur 1
- eine Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven Last mit bewegbaren Teilen,
- Figur 2
- eine Darstellung von Strom- und Spannungsverläufen,
- Figur 3
- eine Darstellung von Schaltspannungen,
- Figur 4
- eine Schaltungsanordnung zum Schalten mehrerer induktiver Lasten,
- Figur 5
- eine Schaltungsanordnung zum Schalten einer Last und
- Figur 6
- eine weitere Darstellung von Strom- und Spannungsverläufen.
Dem steuerbaren Schalter 3 ist über einen Steuerausgang 7 einer speicherprogrammierbaren Steuerung und über Potential trennende Mittel 8 ein Steuersignal 9 zuführbar, wobei ein aktiviertes Steuersignal 9 den Schalter 3 schließt. Dies bewirkt, dass eine Schaltspannung 10 der Last 2 zugeführt wird und der Laststrom 11 durch die Last 2 über einen Masseanschluss M abfließt. Weitere Bestandteile der Schaltungsanordnung wie Speicherdrossel 12, Löschglied 13 und Überspannungsschutzeinrichtung 14 sind für die Erfindung ohne Bedeutung und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden.
Anstatt die Schaltspannung nach dem Erfassen der Stromschulter Ss auf die Haltespannung Uh zu reduzieren, kann man auch in der Art und Weise vorgehen, die Schaltspannung nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls zu reduzieren. Das Zeitintervall wird entsprechend den technischen Angaben in den Datenblättern der zu schaltenden induktiven Last so gewählt, dass sichergestellt ist, dass die Stromschulter Ss innerhalb dieses vorgegebenen Zeitintervalls auftritt. Die Schaltungsanordnung nach Figur 1 ist in diesem Fall dahingehend zu modifizieren, dass anstatt der Sensoreinheit 1 eine Zeitintervall-Überwachungseinheit vorzusehen ist.
Es kann vorkommen, dass z. B. ein Anker in einer Spule nicht bewegt werden kann, da die Bewegung aufgrund einer Störung blockiert ist. In diesem Fall tritt keine Stromschulter auf und um zu verhindern, dass die Maximalspannung konstant an der Spule anliegt und die Spule dadurch beschädigt wird, ist es vorteilhaft, nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls die Maximalspannung auf die Haltespannung zu reduzieren.
Eine Spannungserzeugungs-Einheit 4' schaltet über den steuerbaren Schalter 3 und eine Sensoreinheit 1' der induktiven Last 2 die Maximalspannung Um (Figur 3b) zu. Für den Fall, dass die Sensoreinheit 1' eine Stromschulter erkennt und/oder ein vorgebbares Zeitintervall abgelaufen ist, schaltet die Sensoreinheit 1' einem UND-Verknüpfungsglied 14 ein Puls-Pausen-Signal 15 zu, wodurch der steuerbare Schalter 3 die Maximalspannung Um entsprechend dem Puls-Pausen-Verhältnis (Tastverhältnis) dieses Puls-Pausen-Signals zu- oder abschaltet. Dieses Zu- oder Abschalten der Maximalspannung Um gemäß dem durch die Sensoreinheit vorgebbaren Tastverhältnis erzeugt einen Gleichanteil ab dem Zeitpunkt T3 (Figur 3b), welcher der Haltespannung Uh (Figur 3a) entspricht.
Für den Fall dagegen, dass die Sensoreinheit 1 eine Laststromschulter detektiert (Figur 6c), was auf eine induktive Last mit bewegten Teilen hinweist, reduziert die Spannungserzeugungs-Einheit 4 von dem dritten Zeitpunkt t3 bis zum Abschaltzeitpunkt t4 die Schaltspannung sprungförmig oder getaktet auf eine Haltespannung Uh, die geringer ist als die Last-Nennspannung Un, wodurch der Energieverbrauch vermindert wird.
Claims (6)
- Verfahren zum Schalten einer Last (2), welcher eine Schaltspannung (U, Un, Um, Uh) zuführbar ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:a) sprungförmiges Aufschalten der Schaltspannung auf eine erste vorgebbare Spannung, die im Wesentlichen der Nennspannung (Un) der zu schaltenden Last (2) entspricht,b) Erfassen des Laststromes (I) während eines ersten vorgebbaren Zeitintervalls zwischen einem ersten Zeitpunkt (tl) und einem zweiten Zeitpunkt (t2),c) Konstanthalten der ersten vorgebbaren Spannung (Un) bis zum Abschalten der Schaltspannung zu einem Abschaltzeitpunkt (t4) für den Fall, dass der Laststrom (I) im ersten Zeitintervall abfällt oder gleich bleibt,d) sprungförmiges oder getaktetes Erhöhen der Schaltspannung auf eine maximale Schaltspannung (Um) für den Fall, dass der Laststrom im ersten Zeitintervall ansteigt, wobei für den Fall, dass während eines vorgebbaren, dem ersten Zeitintervall folgenden zweiten Zeitintervalls zwischen dem zweiten Zeitpunkt (t2) und einem dritten Zeitpunkt (t3) eine Laststromschulter (Ss) erfasst wird, die Schaltspannung sprungförmig oder getaktet auf eine Haltespannung (Uh) von dem dritten Zeitpunkt (t3) bis zu dem Abschaltzeitpunkt (t4) reduziert wird, für den Fall, dass keine Laststromschulter (Ss) während des zweiten Zeitintervalls erfasst wird, die Schaltspannung sprungförmig oder getaktet auf die erste Schaltspannung (Un) von dem dritten Zeitpunkt (t3) bis zu dem Abschaltzeitpunkt (t4) reduziert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltespannung (Uh) geringer als die Last-Nennspannung (Un) ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltspannung eine Gleichspannung mit variabler Amplitude oder eine pulsierende Gleichspannung mit konstanter Amplitude und variablem Puls-Pausen-Verhältnis (Tastverhältnis) ist.
- Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass Mittel (1) zur Erfassung der Laststromschulter (Ss) und/oder Mittel zur Vorgabe eines Zeitintervalls vorgesehen sind,dass diese Mittel (1) in Reihe zur Last (2) und zu einem steuerbaren Schalter (3) geschaltet sind,dass diese Mittel (1) mit Spannungserzeugungs-Mitteln (4) verbunden sind, welche eine Schaltspannung (Un, Um, Uh) erzeugen, die über den steuerbaren Schalter (3) der Last (2) zuführbar ist, wobei ein Zeitgenerator (15) vorgesehen ist, der den Spannungserzeugungs-Mitteln (4) vorgibt, wie lange die jeweiligen Schaltspannungen (Un, Um, Uh) der Last (2) zuzuführen sind.
- Digitalausgabeeinheit für eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei durch eine CPU der speicherprogrammierbaren Steuerung dem steuerbaren Schalter (3) ein Steuersignal (6) zuführbar ist.
- Digitalausgabeeinheit nach Anspruch 5 mit mehreren Ausgangskanälen, wobei an jeden Kanaleine Last (2) über einen steuerbaren Schalter (3) undMittel (1) zur Erfassung der Laststromschulter (Ss) anschließbar sind.
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