JP5154793B2

JP5154793B2 - 低電圧モジュ−ル

Info

Publication number: JP5154793B2
Application number: JP2006504810A
Authority: JP
Inventors: メルケル、ハンス−ペーター; ツァンク、グンナー
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: US7493176B2; DE10315623A1; NO20055156D0; ZA200507053B; CN1768561A; US20070052298A1; CN1768561B; EP1611777A1; JP2006522969A; CA2519454A1; WO2004089051A1; NO332047B1; CA2519454C; NO20055156L; EP1611777B1; PL1611777T3

Description

本発明は、例えばモータのような、低電圧スイッチギア・アセンブリの送出部内の電気的負荷のコントロール及びモニタのためのデバイスに係る。

ドイツ特許出願公開第 DE 94 16 303 号明細書には、電動モータのオープンループ制御、クローズドループ制御及びスイッチングのためのドライブ制御装置が記載され、このドライブ制御装置は、モータのスイッチング及び制御装置を備えている。

この制御装置は、通信インタフェ−スを有し、この通信インタフェ−スによってフィールド・バスに接続され、このフィールド・バスを介してコントロール・システムとの間で通信を行うことが可能になる。この制御装置はまた、バイナリ及びアナログ信号、特に、モータの負荷電流及び漏電の測定のための信号、を検出するための入力を有している。この制御装置はまた、モータまたは接触器を駆動するための、サイリスタを備えた電源部を有している。他のバイナリまたはアナログ出力は、無い。モータのスイッチング及び制御装置の中央コンポーネントは、内蔵されたプログラム可能なコントローラ及びプログラム可能なモータ保護機能である。

この制御装置は、予め組み立てられたユニットで構成され、構成の変更はできない。全てのコンポーネントは、共通のハウジングの中に永久的に収容されており、個々のコンポーネントを交換することは、想定されていない。一つの制御装置が、多くの用途を意図して設計されているので、特定の用途に対しては、必ずしも最適に構成されてはいない。従って、例えば、大電流のスイッチを開閉することが可能な統合型三相電力のエレクトロニクスは、狙いが接触器を駆動することにあるときには、必要ではない。その場合には、電磁リレイが、スペースを取らず電力損失も小さいので、より適切である。

本発明の目的は、低電圧施設の中の電気的負荷のコントロール及びモニタのための、個々の要求に柔軟に適合することが可能なデバイスを提供することにある。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１に規定された特徴を有するスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルによって実現される。本発明の、有利な効果を伴う更なる改善は、その他の請求項に規定されている。

低電圧スイッチギア・アセンブリの送出部内の電気的負荷のコントロール及びモニタのための、本発明に基づくスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルは、個々に交換可能な複数の個別のコンポーネントから構成される。このモジュール式の構成は、当該スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルを、例えば、モータまたは電力の送出部をコントロールするためなどの、それぞれ意図された用途に適合させることを可能にする。

スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルは、一つまたはそれ以上の中央ユニット及び一つまたはそれ以上のバス接続ユニットを備え、各バス接続ユニットは、バス・システムとの接続のための通信インタフェ−スを有している。このスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルは、上記通信インタフェ−ス及び上記バス・システムを介して、他のアプライアンス（appliances）、例えば、コントロール・システム内のコントロール・ステーションとの間で通信を行うことができる。通信インタフェ−スは、フィールド・バス・システム（例えば、プロフィバス（登録商標）（Profibus）のために、及び制御ネットワーク（例えば、イーサネット（登録商標）のために、存在する。二つまたはそれ以上のバス接続ユニットの使用は、冗長なバスのオペレーション、または、異なるバスでのオペレーションを可能にする。

更に、接続スロットが、一つまたはそれ以上の電源ユニット、及び一つまたはそれ以上の入出力ユニットを保持するために設けられる。上記スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルは、内部バスを有し、そこにコンポーネントの全てが接続され、且つ、そこを介して、中央ユニットがその他のコンポーネントとの間で通信を行う。

内部バスは、シリアルバス及びパラレルバスの双方であっても良い。中央ユニットは、マイクロプロセッサ及び対応するデータ・メモリを有し、プログラム可能なコントローラ及び構成変更可能な保護機能を備えている。特定アプリケーション向けのプログラムを、このプログラム可能なコントローラにロードすることができる。中央ユニットは、このプログラムを使用して、その他のコンポーネントから受け取ったデータを処理する。コントロール対象の負荷の保護のための上記保護機能もまた、アプリケーションに基づいて、構成を変更することが可能である。中央ユニットは、コントロール／構成変更ユニットまたはプログラム装置の接続のための、外部インタフェースを有していても良い。

中央ユニットの外部インタフェースは、電気的インタフェース、例えば、９ウエイＳＵＢ−Ｄコネクタ付きのＲＳ２３２、であっても良い。上記インタフェースは、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルとプログラム装置との間のＤＣ絶縁をもたらす光カプラを備えた光学的インタフェースであっても良い。更なる改善は、赤外線インタフェース（ＩｒＤａ）または無線リンクによって、ワイヤ無しまたはケーブル無しの接続を使用することである。

個々の用途に柔軟に適合させるために、更なるセンサ及びアクチュエータの接続のために使用可能な様々な入出力ユニットを利用することができる。バイナリ入力を備えた入出力ユニットが、位置またはその他の情報の検出のために存在し、アクチュエータを駆動するためのバイナリ出力、測定値の検出のためのアナログ入力、及び公称値をプリセットするためのアナログ出力を備えている。更に、入出力ユニットが設けられ、この入出力ユニットは、バイナリ及びアナログの入力及び出力の組み合わせを持っている。

スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルの中で使用されるバス接続ユニットと入出力ユニットは、互いに組み合わされて一つのコンポーネントを構成することが可能であり、一緒にインタフェース・ユニットを構成する。

もし、そのスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルのコンポーネント及びコンポーネント要素のために要求される供給電圧が、そのスイッチギア・アセンブリの中で賄えない場合には、電力供給ユニットが、電力供給のために設けられ、そして、同様に、インタフェース・ユニットの中に内蔵される。

スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルの更なるコンポーネントは、電源ユニットである。電源ユニットは、入力部及び送出部を備えている。この入力部は、主電源に、例えばスイッチギア・アセンブリ内のバスバーに接続される。送出部には、コントロール対象の負荷が、一般的にケーブルを介して接続される。更に、電源ユニットは、測定デバイス及び演算ユニットを備えている。負荷が接続されたとき、電流は、バスバーから入力部を介して電源ユニットの中に流れ、送出部を介してその負荷に流れる。

電源ユニットはまた、メイン・スイッチング・デバイス及びスイッチ断路器を備えている。上記メイン・スイッチング・デバイスは、電気機械式の接触器でも、サーキット・ブレーカでも良い。また、制御された電力半導体、例えばサイリスタを用いることもできる。上記スイッチ断路器は、手動操作可能であっても良いし、電気的駆動機構を備えていても良い。

測定デバイスの目的は、アナログ測定値、特に、負荷への供給ラインの電流、を検出することにある。供給ライン（スターまたはデルタ電圧）の電圧、及び温度、例えば、電源ユニット内の空気の温度または接触温度もまた、検出することができる。上記測定デバイスは、これらの値の検出のために必要になるセンサ、例えば、それぞれ必要数の従来型の、電流トランス、ケーブル・コンバージョン・コンバータ、分流抵抗、電圧変換器、電圧トランス、容量性電圧分配器及び温度センサを有している。

本発明の一つの有利な効果を伴う改善は、例えば、圧力、ガス濃度、湿度、水分または力などの、更なる環境変数の測定のための、更なるセンサの接続を設けることである。

これらのようなセンサは、例えば、火災警報の監視または濃度の監視などを行うために、使用することができる。

電源ユニットはまた、演算ユニットを有し、これは電子回路である。この演算ユニットは、測定デバイスで測定された値、及びメイン・スイッチング・デバイス及びスイッチ断路器からの位置情報を読むためのアナログ及びバイナリ入力を有している。

更なるステータス情報、例えば、内蔵された安全ユニットをモニタするための情報、あるいは、緊急遮断コマンドの検出のための情報もまた、読むことができる。それに加えて、メイン・スイッチング・デバイス及びスイッチ断路器（但し、電気的駆動機構を備えたもの）、あるいは、その他のアプライアンスを駆動するために使用される出力が設けられる。

上記演算ユニットは、測定デバイスで測定された値を読んで、それらをデジタル値に変換する。電流及び電圧が測定されたとき、演算ユニットは、これらの測定値を用いて、有効電力電流、無効成分、及びその負荷に供給されるボルト−アンペア、及び力率、即ちボルト−アンペアに対する有効電力の割合を計算する。演算ユニットはまた、電流または電圧波形を用いて、主供給システムの周波数を計算する。

例えば、演算ユニットは、デジタル信号プロセッサ、及びこの目的のための適切なデータ・メモリを有する。

コントロール／構成変更ユニットには、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルのローカル制御が設けられており、また実施形態によっては、ステータス情報及びアナログ値（例えば、電流測定値）を表示するための視覚的表示、スイッチ及びキー類、とりわけスイッチングのコマンドを入力するためのものスイッチ及びキーを有している。上記コントロール／構成変更ユニットはまた、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルの保護機能の構成変更を可能にする。

上記コントロール／構成変更ユニットは、第一のインタフェースを介して、中央ユニットの外部インタフェースに接続される。上記コントロール／構成変更ユニットのこの第一のインタフェースは、中央ユニットの外部インタフェースと同様に、電気的、光学的または無線インタフェースである。

コントロール／構成変更ユニットの一つの展開において、第二のインタフェースが設けられ、それにプログラム装置が接続される。

このように、中央ユニットのプログラミングのための、このプログラム装置は、一方では、中央ユニットの外部インタフェースに直接接続され、あるいは、もし、コントロール／構成変更ユニットが接続されている場合には、コントロール／構成変更ユニットの第二のインタフェースに接続される。

コントロール／構成変更ユニットの第二のインタフェースもまた、電気的、光学的または無線インタフェースである。

プログラム可能なコントローラは、一般的に、プログラムされ、保護機能がプログラム装置により構成される。プログラム装置は、スタンダードＰＣまたはスタンダードＰＤＡであって、その中に、特定のプログラミング・インタフェースがインストールされる。

本発明の有利な効果を伴う一つの改善において、プログラミング・インタフェース及びウエブ・サーバが、中央ユニットの中に内蔵され、それによって、プログラミング及び構成変更を、スタンダードＰＣまたはスタンダードＰＤＡの中にインストールされたスタンダード・ウエブ・ブラウザの助けで実行することが可能になる。

これによりまた、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルのシンプルな制御が可能になる。換言すると、測定値及びステータス情報の表示と、スイッチング・コマンドの入力が、上記スタンダード・ウエブ・ブラウザによって可能になる。

中央ユニットは、更にまた、プログラミング・ロケーションからの、バス接続ユニット及びそれに接続されたバス・システムを介して、プログラムされ且つ構成変更される。中央ユニットに内蔵されたウエブ・サーバを使用することもまた可能である、それによって、一つのスタンダード・ウエブ・ブラウザのみが、プログラミング・ロケーションで必要になる。同じことを、バス・システムに接続されたコントロール・ステーションからの、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルの制御及びモニタに適用することができる。

本発明の一つの実施形態及び詳細について、以下の図面を参照しながら、より詳細に説明する。

図１は、本発明に基づくスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルのデザインを概略的に示している。中央ユニット２、バス接続ユニット６、入出力ユニット７及び電源ユニット４は、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル１の内側に配置される。バス接続ユニット６及び一つの入出力ユニット７は、一緒に、インタフェース・ユニット３を構成する。

バス接続ユニット６及び入出力ユニット７は、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル１の後方の壁８の中のプラグ・コネクタによって、スイッチギア・アセンブリ内の挿入用区画内の対応する適切なコネクタにそれぞれ接続される。入出力ユニット７の個別のインタフェースを、配線によって、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル１の他の外側の壁に接続しても良い。

電源ユニット４の入力部４ｂ及び送出部４ａもまた、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル１の後方の壁８の中のプラグ・コネクタによって、スイッチギア・アセンブリの挿入用区画内の対応する適切なコネクタに接続される。電源ユニット４はまた、スイッチ断路器（図示せず）、メイン・スイッチング・デバイス（図示せず）、測定デバイス４ｃ及び演算ユニット４ｄを有している。

スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル１に設けられた中央ユニット２は、外部インタフェース２ａを有し、この外部インタフェース２ａに、コントロール／構成変更ユニット５が接続される。中央ユニット２との接続のためのインタフェース５ｂに加えて、コントロール／構成変更ユニット５はまた、プログラム装置の接続のためのインタフェース５ａを有している。

本発明に基づくスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルのデザインを概略的に示す図。

Claims

低電圧スイッチギア・アセンブリの送出部内の少なくとも一つの電気的負荷のコントロール及びモニタのためのスイッチギア・アセンブリ・モジュール（１）であって、
バス・システムとの接続のための少なくとも一つの通信インタフェ−スを有し、プログラム可能なコントローラを有し、且つ、構成変更可能な保護機能を有し、
− 当該スイッチギア・アセンブリ・モジュール（１）は、交換可能なコンポーネントから構成され、少なくとも一つの中央ユニット（２）と、通信インタフェ−スを備えた少なくとも一つのバス接続ユニット（６）と、入力部、送出部、測定デバイス、及び演算ユニットを有する少なくとも一つの電源ユニット（４）と、を有し；
− 接続スロットが、前記少なくとも一つの電源ユニット（４）及び少なくとも一つの入出力ユニット（７）を保持するために設けられ；
− 内部バスが、当該スイッチギア・アセンブリ・モジュール（１）の中に配置された他のコンポーネントとの間の、中央ユニット（２）からの通信のために設けられ；
− 前記入出力ユニット（７）は、バイナリ入力、バイナリ出力、アナログ入力、アナログ出力または、それらの組み合わせを有していること；
を特徴とするスイッチギア・アセンブリ・モジュール。
下記特徴を備えた請求項１に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記中央ユニット（２）は、プログラム可能なコントロール及び構成変更可能な保護機能を有し、且つ、
外部インタフェース（２ａ）が、コントロール／構成変更ユニット（５）またはプログラム装置との接続のために、設けられている。
下記特徴を備えた請求項２に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記外部インタフェース（２ａ）は、電気的、光学的または無線インタフェースである。
下記特徴を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記少なくとも一つのバス接続ユニット（６）は、設けられた一つまたはそれ以上の更なるバス接続ユニット（６）、および／または、設けられた一つまたはそれ以上の入出力ユニット（７）とともに、インタフェース・ユニット（３）を構成している。
下記特徴を備えた請求項４に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
電源ユニット（４）は更に、メイン・スイッチング・デバイスおよび／またはスイッチ断路器を有している。
下記特徴を備えた請求項４に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記測定デバイス（４ｃ）は、電流測定のためのおよび／または電圧測定のためのおよび／または温度測定のための、一つまたはそれ以上のセンサを有している。
下記特徴を備えた請求項６に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記測定デバイス（４ｃ）は、更なる環境変数の測定のための更なるセンサを有している。
下記特徴を備えた請求項５から７のいずれか１項に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記演算ユニット（４ｄ）は、電子回路であり、
前記測定デバイス（４ｃ）で測定された値を読むための入力、
および／または、前記メイン・スイッチング・デバイスおよび／または前記スイッチ断路器からの位置情報、および／または他のステータス情報を読むための入力、
および／または、前記メイン・スイッチング・デバイスおよび／または前記スイッチ断路器および／または他のアプライアンスを駆動するための出力を有している。
下記特徴を備えた請求項８に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記演算ユニット（４ｄ）は、前記測定デバイス（４ｃ）で読まれた電流及び電圧を使用して、負荷に供給される有効電力、負荷に供給される無効成分、負荷に供給されるボルト−アンペア、力率及び電源周波数を計算するための手段を有している。
下記特徴を備えた請求項２または３に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記コントロール／構成変更ユニット（５）は、
前記中央ユニット（２）の、前記外部インタフェース（２ａ）との接続のための第一のインタフェース（５ｂ）を有し、且つ、
視覚的表示および／またはスイッチおよび／またはキー類を有している。
下記特徴を備えた請求項１０に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記第一のインタフェース（５ｂ）は、電気的、光学的または無線インタフェースである。
下記特徴を備えた請求項１０または１１に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記コントロール／構成変更ユニット（５）は、プログラム装置の接続のための第二のインタフェース（５ａ）を有している。
下記特徴を備えた請求項１２に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記第二のインタフェース（５ａ）は、電気的、光学的または無線インタフェースである。
下記特徴を備えた請求項２，３，１２または１３のいずれか１項に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
適切なプログラミング・インタフェースを備えたスタンダードＰＣ、または適切なプログラミング・インタフェースを備えたスタンダードＰＤＡが、前記プログラム装置として設けられている。
下記特徴を備えた請求項２，３，１２、１３または１４のいずれか１項に記載のスイッチギア・アセンブリ・モジュ−ル（１）：
前記中央ユニット（２）は、内蔵のウエブ・サーバを有し、
このウエブ・サーバは、前記プログラム可能なコントローラのプログラミング、および／または、前記保護機能の構成変更、および／または、スイッチギア・アセンブリ・モジュ−ルの制御を、前記プログラム装置にインストールされているスタンダード・ウエブ・ブラウザの助けで、可能にする。