TW201541213A - 用於加熱控制器及／或調節器之功率模組及介面模組以及用於加熱控制及／或調節之模組系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種用於加熱控制器及/或調節器的功率模組(1)，該功率模組具有一外殼(2)，該外殼包含一第一通信介面(3)和一第二通信介面(4)，用於該功率模組(1)之電壓供應的一第一電壓供應介面(5)和一第二電壓供應介面(6)，複數個功率輸出(8)，各自可與加熱元件(9)電氣連接，及一功率輸入(7)，可電氣連接至用於該等加熱元件(9)的電壓供應(10)。在本實施例中，該藉由該外殼(2)封閉的功率模組(1)具有：-一功率分配裝置(12)，其在輸入側上電氣連接到該功率輸入(7)，且在輸出側上，經由一支線(13)各自電氣連接到該等功率輸出(9)，以便提供電流於這些功率輸出，-在該等支線(13)之每一個中的一開關元件(14)，-一控制及/或調節單元(15)，該單元配置為控制及/或調節該等開關元件(14)的開關狀態，作為用於該等加熱元件(9)加熱功率之參考值的功 能，-一通信單元(16)，該單元配置為經由該第一通信介面(3)接收擬定用於該功率模組(1)的參考值，且傳送這些參考值到該控制及/或調節單元(15)，並將經由該第一通信介面(3)接收的參考值轉發到該第二通信介面(4)，但不將擬定用於該功率模組(1)的參考值轉發到該第二通信介面(4)。本發明進一步係有關於一種介面模組，及有關於一種用於加熱控制及/或調節的模組系統。

Description

用於加熱控制器及/或調節器之功率模組及介面模組以及用於加熱控制及/或調節之模組系統

本發明係有關於分別如請求項1和9之一種功率模組及一種介面模組，以及係有關於如請求項14之一種用於加熱控制及/或調節的系統。

工業生產的產品往往藉由加熱器來熱處理。在本例中，即使是在加熱過程中微小的變化都會嚴重地危及產品的品質。為了提升熱處理產品的品質，在時間和空間二者上高準確度地關注所需要的能量是很重要的。這可藉由特殊的加熱控制器及/或調節器來實現，以確保極為精確地致動加熱元件。在本例中，以輻射加熱器形式的歐姆消耗單元，特別是紅外線輻射，經常被用作加熱元件。

例如，吹塑成型工廠通常包含用於加熱預成形塑件目的之輻射加熱器陣列。該等輻射加熱器(紅外線輻射)經由一連接到該電壓供應的開關元件而藉由一加熱控制器及/或調節器來電氣供應，並在該等輻射加熱器的功率輸出方面被控制/調節和監控。

為了實現這個目標，通常對有助於接收參考值之該加熱控制器及/或調節器做提供，該等參考值係經由一現場匯流排來自監控控制器及/或調節器用於加熱元件的加熱功率，監控控制器及/或調節器可例如係一儲存可程式控制(SPC)。該等參考值可採用絕對參考值或與一最大功率或一標稱功率相關之參考值的形式。例如，該功率可與一被輸出的加熱功率相關，或與一藉由加熱元件接收的電功率相關。接著藉由在該加熱控制器及/或調節器中之一預定的控制及/或調節演算法，這些參考值被用來導出用於該等開關元件致動信號。然而，該等參考值也可以脈衝包或每單位時間半波之百分比值的形式(例如每秒)被提供，致動信號可從該等參考值被直接導出，而用於該等開關元件。該等開關元件的開關狀態和由此該等加熱元件的加熱功率可接著藉由該等致動信號被控制或調節。為了便於簡化和更清晰，在下文中所有這些參考值被稱為「用於加熱功率的參考值」。

該等開關動元件的致動，和該開關狀態或加熱功率的控制或調節，例如，可藉由相位角控制或半波控制來實現，以在零點交叉時使該等開關元件切換為零功率。在這種情況下，例如半導體開關(例如固態繼電器)將被用作為開關元件。

在本例中，在業界中的正常做法是使用簡潔結構的加熱控制器，其具有一IP65保護類型的外殼，並因此可被用來緊鄰該等加熱元件。這些加熱控制器的外殼具有一用於非專有工業現場匯流排的連接點，例如像 是PROFIBUS，用於與一監控控制器通信。然而在本例中，用於加熱元件的功率輸出數量限於，例如，少於10個。接著藉由這樣一加熱控制器來提供廣泛分佈加熱元件會涉及顯著的佈線成本。可替代地，一單獨的加熱控制器可提供用於每個該等分佈的加熱元件，儘管這會增加加熱控制器和匯流排存取點的數目，以及在監控控制器中的控制開銷。

在業界中通常也使用包括一通信和控制部分，及一個或多個用於致動複數個加熱元件之功率區段的加熱控制器。該通信及控制部分用於與一監控控制器通信，並控制該功率區段。該功率區段控制藉由該通信和控制部分所規定的該等加熱元件，可能經由獨立的開關元件。在本例中，該通信及控制部和該等功率區段佈置作為彼此緊鄰，各自作為單獨的組件，且沒有任何特別的保護類型，或者甚至結合在一共用系統框架中而沒有任何特別的保護類型。因此，這些加熱控制器不能坐落緊鄰於該等加熱元件，但通常佈置集中在一控制或開關櫃中，接著該控制或開關櫃具有一具體的保護類型。於此再次重申，當提供廣泛分佈加熱負載時，接著將涉及相當大的佈線成本。另外，可能要對每個空間分佈的加熱負載提供一獨立的加熱控制器，各自包括一通信和控制部分，及一個或多個功率區段，然而接著其必須再次被佈置在一特別受保護的環境(例如控制櫃)中。然而，這顯著提高加熱控制器和匯流排存取點的數量，提高在中該監控控制器的控制費用，提高以一可靠的超低 電壓(例如24Vdc)而用於提供該等組件之內部電子元件的接線費用，以及提高相關聯於該等加熱控制器的保護費用。

以此為起始點，本發明的目的因此是具體說明一種解決方案，藉由此解決方案可用彈性地方式來控制或調節更大數量的加熱元件，該等加熱元件可位於彼此靠近處或者廣泛地分佈，以使用更少的組件和只需要適度的佈線費用。此外，該解決方案的目的是確保在一監控控制及/或調節裝置中的控制/調節費用保持在較低地水平。

這個目的藉由一具有如請求項1特性之功率模組、一具有如請求項9特性之介面模組、及一根據請求項14具有至少一個這種功率模組和一個這種介面模組之模組加熱控制及/或調節系統，被創造性地實現。

一種根據本發明之功率模組，其具有一外殼，該外殼包含- 一第一通信介面和一第二通信介面，其中該第一通信介面可連接到另一功率模組或一介面模組的一第二通信介面，且該第二通信介面可連接到另一功率模組的一第一通信介面；- 用於該功率模組之電壓供應的一第一電壓供應介面和一第二電壓供應介面，其中該第一電壓供應介面可連接到另一功率模組或一介面模組的一第二電壓供應介面，且該第二電壓供應介面可連接到另一功率模組的一第一電壓供應介面； - 複數個功率輸出，各自可與一加熱元件電氣連接，特別是各自與輻射加熱器電氣連接；- 一功率輸入，該功率輸入可電氣連接到一用於該等加熱元件的電壓供應；其中該藉由該外殼封閉的功率模組具有如下組件：- 一功率分配裝置，該功率分配裝置在輸入側上電氣連接到該功率輸入，且在輸出側上，經由一支線各自電氣連接到該等功率輸出，以便從該電壓供應提供電流於這些功率輸出；- 在該等支線之每一個中的一開關元件；- 一控制及/或調節單元，該單元配置為控制及/或調節該等開關元件的開關狀態，作為用於該等加熱元件加熱功率之參考值的功能；- 一通信單元，該單元配置為經由該第一通信介面，接收擬定用於該功率模組的參考值，且傳送這些參考值到該控制及/或調節單元，並將經由該第一通信介面接收的參考值轉發到該第二通信介面，但不將擬定用於該功率模組的參考值轉發到該第二通信介面。

因此，藉由各自指定的該等開關元件，該功率模組被用於該等連接的加熱元件之加熱功率的實際控制及/或調節。在工廠中每個空間分散的加熱元件或加熱元件之每個空間分散的群組接著可各自被指定一個功率模組。由於每個功率模組具有其自身的外殼，在本例中它不需要被佈置在一集中的控制櫃中，但可被佈置在一加熱元件的鄰近位置。然而，另一種可能是對該等功率 模組佈置為緊鄰，例如在一開關櫃中，也就是說，因此藉由功率模組可被佈置於每個該加熱元件的位置，可能以一彈性方式來控制及/或調節較大數量的加熱元件，該等加熱元件可被位於彼此緊鄰或廣泛分佈。

在本例中，用於該等加熱元件的該等開關元件也已經納入在該功率模組中，從而省去提供並安裝額外進一步之個別開關元件的需要，以及省去用於連接電壓供應、致動、和監控之額外佈線的需要。

該等通信介面與該通信單元是用於與一介面模組通信，特別是，讓用於該加熱功率的參考值可從該介面模組被接收。該等電壓供應介面是用於該模組的內部電壓供應。至於該內部通信和該內部電壓供應，在本例中經由該等通信介面與該等電壓供應介面，多個功率模組可串聯連接，且這串聯連接可在輸入側上連接到一介面模組。用於加熱功率的該電壓供應和參考值規範可接著經由該介面模組來集中進行。憑藉該等模組的串聯連接，與並聯連接相比，可減少用於大多數現場應用的佈線費用。

然而，該等加熱元件的功率供應不必經由介面模組和功率模組的串聯連接來集中提供，但可在等加熱元件各自的鄰近位置，以分散方式提供。這意味著，沒有必要安裝一功率電纜到一介面模組或一相關聯的開關櫃。同樣地在這種方法中，佈線費用可保持在一較低地水平。

由於該介面模組可承擔多個功率模組及加熱元件之致動的責任，一監控控制及/或調節裝置只需要與該介面模組溝通，以便指定用於加熱功率的參考值，而不須與所有功率模組溝通，從而允許在該監控控制及/或調節裝置中的控制及/或調節費用保持在較低地水平。

該等與支線連接後再連接到該等加熱元件輸出的開關元件較佳地設計為半導體開關(例如固態繼電器)。這使得開關狀態能精確的使控制及/或調節為低損耗，並因此例如藉由相位角控制或半波控制，藉由該等加熱元件發射之加熱功率能精確的使控制及/或調節為低損耗。

在一較佳實施例中，該功率模組也在該外殼中具有至少一個輸入，用於連接一溫度感測器，且該控制及/或調節單元設計成從這個溫度感測器獲取溫度信息。例如，該溫度感測器可測量一加熱元件或一熱處理產品的溫度。在本例中，該外殼可也具有用於多個溫度感測器的連接點，例如用於每一加熱元件的一個溫度感測器。該溫度信息可接著藉由該控制及/或調節單元，在該功率模組中就地使用，以相對於一參考值來優化該加熱功率的控制及/或調節。另外，該控制及/或調節單元可傳送該溫度信息到該通信單元。該通信單元接著設計成經由該等通信介面之一個，發送該溫度信息到一介面模組。在本例中通信介面的選擇是取決於該等模組之介面的連接配置(例如線性或環形)。

該溫度信息可接著不是被使用於該介面模組中，就是從該介面模組傳送到一監控控制及/或調節裝置後，藉由該監控控制及/或調節裝置，被使用於改善該等加熱功率的控制及/或調節。因此經由該等功率模組的串聯連接，進行該溫度信息傳送到該介面模組，從而省去為了溫度信息傳送這目的，需要在該介面模組和該等功率模組的每一個之間的獨立佈線。

在一該功率模組的較佳實施例中，該外殼也具有至少一個用於連接一電流及/或電壓感測器的輸入，且該控制及/或調節單元設計成從這個感測器獲取電流及/或電壓信息。藉由該電流及/或電壓感測器，例如可以測量通過一加熱元件的電流，在一加熱元件的電壓，在該等加熱元件之電壓供應中的電流，或該等加熱元件之電壓供應的電壓。在本例中，該外殼可也具有用於多個電流及/或電壓感測器的連接點，例如用於每個加熱元件一個電流及/或電壓感測器。該電流及/或電壓信息可接著藉由該控制及/或調節單元，就地使用於該功率模組中，以相對於一參考值優化該加熱功率的控制及/或調節。另外或額外地，該控制及/或調節單元可傳送該電流及/或電壓信息到該通信單元。該通信單元接著設計成經由該等通信介面之一個，發送此信息到一介面模組。

該電流及/或電壓信息可接著不是被使用於該介面模組中就是從該介面模組傳送到一監控控制及/或調節裝置後，藉由該監控控制及/或調節裝置，即可被使用於改善該等加熱功率的控制及/或調節。因此經由該 等功率模組的串聯連接，進行該電流及/或電壓信息傳送到該介面模組，從而省去為了電流及/或電壓信息傳送這目的，需要在該介面模組和該等功率模組的每一個之間的獨立佈線。

用於該至少一個溫度感測器和該至少一個電流及/或電壓感測器的該等連接點，以及較佳地用於獲取和預處理測量值的該功率模組裝置，可結合在一獨立的周邊模組中，該周邊模組可機械地和電氣地連接到該功率模組(例如插在或插入該功率模組)，當這種測量值是必需時。此獨立周邊模組也可包含藉由該控制及/或調節單元而用於獲取額外信息(例如一緊急切斷裝置)的數位輸入，及/或藉由該控制及/或調節單元的數位輸出(例如用於致動信號燈)。

該控制及/或調節單元也較佳地配置為監控該功率分配裝置的該等開關元件和線路保護元件，並經由該通信單元與該通信介面中之一者，將錯誤報告到一介面模組。

根據一進一步較佳實施例，該功率模組具有一用於測量存在於該功率輸入之電壓的測量裝置，且該控制及/或調節單元連接到該測量裝置，並配置為使用存在於該功率輸入之電壓的測量值，來修正已從該通信單元接收或由其衍生的參考值，以補償電壓波動。

根據一該功率模組之進一步較佳實施例- 該外殼具有至少一個用於一風扇電氣連接的風扇輸出； - 該功率分配裝置在輸出側經由一支線，電氣連接到該風扇輸出，以便從該電壓供應提供電流給該風扇輸出，其中一開關元件連接到該支線；- 該通信單元配置為經由該第一通信介面，接收擬定用於該功率模組的風扇控制指令及/或風扇參考值，及傳送這些到該控制及/或調節單元，並將經由該第一通信介面接收的風扇控制指令及/或風扇參考值轉發到該第二通信介面，但不將擬定用於該功率模組的風扇控制指令及/或風扇參考值轉發到該第二通信介面；- 該控制及/或調節單元配置為控制及/或調節該等開關元件的開關狀態，作為從該通信單元接收之風扇控制指令及/或風扇參考值的功能，該開關元件與該支線連接，再連接到該風扇輸出。

這意味著所有用於該等加熱元件之供應與致動所需的該等組件，和所有用於該風扇之供應與致動所需的該等組件二者，以該功率模組形式被納入到一單一單元。因此，在工廠中就佈線費用和空間而言能夠顯著節省，特別是在本例中之主開關櫃中，且就相關聯的安裝費用而言能夠顯著節省。例如，可能省去從該主開關櫃到該風扇的長供應線。甚至在該主開關櫃中這些線路的保護保險絲可被省略，因為這可同樣被納入到該功率模組中。

根據一進一步較佳實施例，該功率模組的外殼設計為具有一IP 65或更好的保護類型，可因此被佈置在惡劣的工業環境下而鄰近該等加熱元件的位置。

為了便於安裝，該等介面及輸入和輸出較佳地係設計成插頭連接。

根據本發明，一種用於一加熱控制器及/或調節器的介面模組具有：- 一用於連接到一監控通信系統的第一通信介面；- 一第二通信介面，該第二通信介面可連接到一功率模組(1)的一第一通信介面(3)；- 一第一電壓供應介面(35)，該第一電壓供應介面可連接到一外部電壓供應(39)；- 一第二電壓供應介面，該第二電壓供應介面可連接到一功率模組的一第一電壓供應介面；- 一通信和控制單元，該通信和控制單元設計成a)經由該第一通信介面接收參考值，用於加熱元件的加熱功率；b)指定這些參考值到功率模組；c)經由該第二通信介面，發送這些參考值或由此衍生的參考值到該功率模組，具有信息表明在各自所指定的功率模組中。

因此，例如從一監控控制及/或調節裝置，藉由一監控通信系統，該介面模組作為一中央介面，係用於多個功率模組的致動。經由介面模組其電壓供應輸出，從一中央點，其可提供一內部電壓供應，以用於多個功率模組，其中經由該等功率模組之電壓供應介面的串聯連接，則用於電壓供應的佈線費用即為適度。經由介面模組之第二通信介面，其亦允許用於該等開關元件 的參考值從一中央點來產生和分佈，其中經由該等功率模組之通信介面的串聯連接，則用於該等參考值之傳輸該佈線費用的佈線費用即為適度。在本例中，該等參考值在沒有進一步轉換下，可被轉發到該等功率模組，但也可對於初始預處理進行規範，該初始預處理導致從最初接收的參考值，被導出修改的參考值。特別是，當導出修改的參考值，當開啟各種模組的該等加熱元件開關時，以這種方式則有可能讓時間移位，以限制啟動電流。

例如，藉由指定該等功率模組到位址，當它們第一開始運作時，該信息顯示在每個可提供之該指定的功率模組中。

根據一較佳實施例，該介面模組具有一錯誤記憶體，且該通信和控制單元設計成在這種錯誤記憶體中儲存從功率模組接收的錯誤報告。所有功率模組還有該介面模組的錯誤報告可接著從這個中央點讀出(例如藉由一監控控制及/或調節裝置)，並進行分析。

當導出參考值時，該通信和控制單元較佳地設計成考慮到從功率模組接收的溫度信息及/或電壓信息，及/或經由該第一通信介面發送該溫度信息及/或電壓信息到一監控控制及/或調節裝置。因此，相對於該參考值，有可能改善該等加熱元件之加熱功率的控制及/或調節。

為了便於安裝，該介面模組的介面較佳地設計成插頭連接。

根據一進一步較佳實施例，該介面模組的外殼設計為具有一IP 65或更好的保護類型，可因此被佈置在一開關櫃外側，在惡劣的工業環境下而鄰近該等加熱元件的位置。

在一較佳實施例中，該介面模組也在該外殼上具有至少一個輸入，用於連接一溫度感測器，且該通信和控制單元設計成從這個溫度感測器獲取溫度信息。例如，該溫度感測器可測量一加熱元件或一熱處理產品的溫度。在本例中，該外殼亦可具有用於多個溫度感測器的連接點，例如用於每個加熱元件一個溫度感測器。該溫度信息可接著藉由該通信和控制單元，在該介面模組中就地使用，以相對於一參考值來優化該加熱功率的控制及/或調節。可替代地或額外地，該通信和控制單元可經由該等第二通信介面，傳送該溫度信息到該等功率模組，在此它可接著被用於優化該加熱功率的控制及/或調節。可替代地或額外地，該通信和控制單元可經由該第一通信介面，傳送該溫度信息到一監控控制及/或調節裝置，在此它可接著被用於優化該加熱功率的控制及/或調節。

在一介面模組的較佳實施例中，該外殼也具有至少一個輸入，用於連接一電流及/或電壓感測器，且該通信和控制單元設計成從這個感測器獲取電流及/或電壓信息。藉由該電流及/或電壓感測器，可測量例如通過加熱元件的電流、在加熱元件的電壓、在該等加熱元件之電壓供應中的電流、或是該等加熱元件之電壓供應 的電壓。在本例中，該外殼也可具有用於多個電流及/或電壓感測器的連接點，例如用於每個加熱元件一個電流及/或電壓感測器。該電流及/或電壓信息可接著藉由該通信和控制單元，在該介面模組中使用就地，以相對於一參考值來優化該加熱功率的控制及/或調節。可替代地或額外地，該通信和控制單元可經由該第二通信介面，傳送該電流及/或電壓信息到該等功率模組，在此它可接著被用於優化該加熱功率的控制及/或調節。可替代地或額外地，該通信和控制單元可經由該第一通信介面，傳送該電流及/或電壓信息到一監控控制及/或調節裝置，在此它可接著被用於優化該加熱功率的控制及/或調節。

用於該至少一個溫度感測器和該至少一個電流及/或電壓感測器的該等連接點，以及較佳地用於獲取和預處理測量值的該介面模組裝置，也可結合在一獨立的周邊模組中，該周邊模組可機械地和電氣地連接到該介面模組(例如插在或插入該介面模組)，當這種測量值是必需時。此獨立周邊模組也可包含藉由該通信和控制單元而用於獲取額外信息的數位輸入(例如從一緊急切斷裝置)，及/或藉由該通信和控制單元的數位輸出(例如用於致動信號燈)。

該額外的周邊模組較佳地設計成與可連接到該等功率模組的該額外周邊模組相同，且在該介面模組之側的該介面也較佳地設計成與在該功率模組之側的該介面相同。該等額外模組可接著以一彈性方式被連接到該等介面模組與該等功率模組二者。

本發明之一種用於加熱控制及/或調節的系統，包含至少一個如上所述的功率模組，及一如上所述的介面模組，其中經由它們的電壓供應介面(為了轉發內部電源電壓的目的)，並經由它們的通信介面(為了轉發用於加熱元件之加熱功率參考值的目的)，該等模組從該介面模組開始串聯連接。

在本例中，該至少一個功率模組被佈置成緊鄰它所控制及/或調節的該等加熱元件，並與該介面模組空間上相互遠離或分離。

在兩個該等串聯連接模組之間的連接線較佳地結合以形成一單條電纜，該電纜較佳地被屏蔽，和較佳地係一插入式類型。

1‧‧‧功率模組

2‧‧‧外殼

3‧‧‧第一通信介面

4‧‧‧第二通信介面

5‧‧‧第一電壓供應介面

6‧‧‧第二電壓供應介面

7‧‧‧功率輸入

8‧‧‧功率輸出

9‧‧‧加熱元件

10‧‧‧電壓供應

12‧‧‧功率分配裝置

13‧‧‧支線

14‧‧‧開關元件

15‧‧‧控制及/或調節單元

16‧‧‧通訊單元

20‧‧‧輸入/連接點

21‧‧‧溫度感測器

22‧‧‧輸入/連接點

23‧‧‧感測器

24‧‧‧測量裝置

25‧‧‧風扇輸出

26‧‧‧風扇

27‧‧‧開關元件

28‧‧‧數位輸入

29‧‧‧緊急切斷裝置

30‧‧‧介面模組

31‧‧‧外殼

33‧‧‧第一通信介面

34‧‧‧第二通信介面

35‧‧‧第一電壓供應介面

36‧‧‧第二電壓供應介面

37‧‧‧通信系統

38‧‧‧監控控制及/或調節裝置

39‧‧‧外部電壓供應

40‧‧‧通信和控制單元

41‧‧‧錯誤記憶體

42‧‧‧過濾器/保護電路

44‧‧‧DC/DC轉換器

45‧‧‧開關櫃

46‧‧‧連接線

47‧‧‧連接線

48‧‧‧電纜

50‧‧‧周邊模組

51‧‧‧裝置

52‧‧‧裝置

53‧‧‧裝置

60‧‧‧輸入

61‧‧‧溫度感測器

62‧‧‧輸入

63‧‧‧電流及/或電壓感測器

68‧‧‧數位輸入

69‧‧‧緊急切斷裝置

70‧‧‧周邊模組

71‧‧‧介面

72‧‧‧介面

74‧‧‧通信系統

100‧‧‧系統

Ui‧‧‧電源電壓

本發明和按附屬項中特徵之本發明進一步有利的實施例，參照附圖中示範性實施例，在下方作更詳細解釋，其中：第1圖顯示一功率模組之簡單實施例版本的方塊示意圖。

第2圖顯示一具有額外輸入/輸出之功率模組的方塊示意圖。

第3圖顯示一介面模組之簡單實施例版本的方塊示意圖。

第4圖顯示一具有額外輸入/輸出之介面模組的方塊示意圖。

第5圖顯示一根據本發明用於加熱控制及/或調節之系統的方塊示意圖。

如在第1圖中所示之一用於加熱控制及/或調節的功率模組1具有一外殼2，該外殼包含一第一通信介面3和一第二通信介面4、一第一電壓供應介面5和一第二電壓供應介面6、一功率輸入7、及複數個(例如九個)功率輸出8。

該第一通信介面3可連接到一另一功率模組或如在第3圖中所示之一介面模組的第二通信介面，且該第二通信介面6可連接到一另一個功率模組的第一通信介面。

該第一電壓供應介面5和該第二電壓供應介面6係用於具有一例如24Vdc直流電壓之該功率模組1(例如模組電子)的(內部)電壓供應，其中該第一電壓供應介面5可連接到一另一個功率模組或如在第3圖中所示之一介面模組的第二電壓供應介面，且該第二電壓供應介面6可連接到一另一個功率模組的第一電壓供應介面。

一加熱元件9，特別是每個輻射加熱器，可各自電氣連接到該等功率輸出8。例如，每個輻射加熱器的電功率是在0.5和5kW之間。

該功率輸入7可電氣連接到一用於該等加熱元件9的外部電壓供應10(例如具有一400Vac標稱電壓)。

該功率模組1也具有一包含線路保護元件(未更詳細地顯示)的功率分配裝置12，該功率分配裝置在輸入側上電氣連接到該功率輸入7，且在輸出側上經由一支線13各自電氣連接到該等功率輸出8，以從該電壓供應10提供這些具有電流的功率。一開關元件14連接到該等支線13的每一個。一開關元件14較佳地採用一半導體開關(例如所謂的「固態繼電器」)的形式。

該功率模組1也具有一控制及/或調節單元15和一通信單元16。

該控制及/或調節單元15配置為依該加熱功率之參考值的變動控制及/或調節該等開關元件14的開關狀態。

例如，用於該加熱功率的該等參考值可採用絕對參考值或與一最大功率或一標稱功率相關之參考值的形式。用於該等開關元件14的致動信號，源自於藉由該控制及/或調節單元15和藉由一預定控制及/或調節演算法的這些參考值。然而，該等參考值也可採用脈衝包或每秒半波之百分比值的形式，致動信號可隨後從其中直接導出而用於該等開關元件14。隨後可藉由該等致動信號來控制及/或調節該等開關元件14的開關狀態，和由此控制及/或調節該等加熱元件9的加熱功率。

例如，可藉由相位角控制或半波控制來實現該等開關動元件14的致動，和由此實現該開關狀態或加熱功率的控制或調節。

該通信單元16配置為經由該第一通信介面3接收擬定用於該功率模組1的參考值，及配置為傳送這些參考值到該控制及/或調節單元15，並配置為將經由該第一通信介面3接收的參考值轉發到該第二通信介面4，但不將擬定用於該功率模組1的參考值轉發到該第二通信介面4。

該功率分配裝置12、該等支線13、該等開關元件14、該控制及/或調節單元15、及該通信單元16係藉由該外殼2圍住，及因此受保護。該外殼較佳地設計成具有一IP 65或更好的保護類型，而該功率模組1因此適合在惡劣的環境條件下，用於工業用途的領域中。

在本例中，該控制及/或調節單元15也可這樣設計成監控該等開關元件14和該功率分配裝置12的任何線路保護元件，如，例如保險絲(未更詳細地顯示)，和設計成傳送錯誤信息到該通信單元16。然後該通信單元16設計成經由該等通信介面3、4的一個，發送此錯誤信息到一介面模組。

如在第2圖中所示，該功率模組1可選備額外之輸入、組件、和機能性的特徵。

舉例來說，該功率模組1可允許，例如一個或多個加熱元件9或一熱處理產品的溫度的實際值，在相關於一參考值控制及/或調節該等加熱元件9加熱功率的期間被考慮到。為了此目的，該外殼2可包含至少一個用於連接一溫度感測器21的輸入20。該控制及/或調節單元15接著較佳地設計成從該溫度感測器21獲取溫 度信息。此溫度信息可接著藉由該控制及/或調節單元15，在該功率模組1中就地使用來控制及/或調節該加熱功率，或傳送到該通信單元16，該通信單元經由該通信介面3、4中之一個，發送此溫度信息到一介面模組。

該功率模組1亦可允許例如加熱元件9或電壓供應10之電流或電壓的實際值，在相關於一參考值之該等加熱元件9加熱功率的控制及/或調節期間被考慮到。為了此目的，該外殼2包含至少一個用於連接一電流及/或電壓感測器23的輸入22，該感測器測量存在於一加熱元件9的電壓，及/或通過該加熱元件9的電流，接著該控制及/或調節單元15較佳地設計成從該感測器23獲取電流及/或電壓信息。此電流及/或電壓信息可接著藉由該控制及/或調節單元15，在該功率模組1中就地使用，來控制及/或調節該加熱功率，或傳送到該通信單元16。該通信單元經由該通信介面3、4之一個，發送此電流及/或電壓信息到一介面模組。

用於該至少一個溫度感測器21和該至少一個電流及/或電壓感測器23的該等連接點20、22，以及較佳地用於獲取和預處理測量值的相關聯裝置51、52，可結合在一獨立的周邊模組50中，該周邊模組可經由一介面71機械地和電氣地連接到(例如插在或插入)該功率模組2，當這種測量值是必需時。此獨立的周邊模組50也可包含藉由該通信和控制單元(控制及/或調節單元)15而用於獲取額外信息的數位輸入，及/或藉由該控制及/或調節單元15的數位輸出(例如用於致動信號燈)。經由 案例顯示用於從一緊急切斷裝置29獲取一緊急切斷信號的一數位輸入28，以及用於獲取和預處理該輸入信號的一相關聯裝置53。

該功率模組1也可提供用於在該功率輸入7之電壓波動的補償裝置。為了此目的，該功率模組1可包含一用於測量存在於功率輸入7之電壓的測量裝置24。然後該控制及/或調節單元15連接到該測量裝置24，並配置為使用存在於該功率輸入7之電壓的測量值，來修正已從該通信單元16接收或由其衍生的參考值，以補償電壓波動。

該功率模組1也可提供用於一個或多個風扇26的致動裝置。接著該外殼2可包含至少一個用於一風扇26之電氣連接的風扇輸出25。在本例中，該功率分配裝置12在輸出側上，係經由一支線13電氣連接至該風扇輸出25，以便從該電壓供應10供應這個風扇輸出電流，其中一開關元件27連接到該支線13。該等開關元件27較佳地係一半導體開關(例如所謂的「固態繼電器」)，或者可選地係一機電保護。

該通信單元16接著配置為經由該第一通信介面3接收擬定用於該功率模組1的風扇控制指令及/或風扇參考值，和配置為傳送這些到該控制及/或調節單元15，並配置為將經由該第一通信介面3接收的風扇控制指令及/或風扇參考值轉發到該第二通信介面4，但不將擬定用於該功率模組1的指令及/或參考值轉發到該第二通信介面4。該控制及/或調節單元15接著配置為控制及 /或調節該開關元件27的開關狀態，作為從該通信單元16接收之風扇控制指令及/或風扇參考值的功能，該開關元件27與該支線13連接，再連接到該風扇輸出25。

在第3圖中顯示用於加熱控制及/或調節的一介面模組30具有一外殼31，該外殼包含一第一通信介面33、一第二通信介面34、一第一電壓供應介面35、及一第二電壓供應介面36。

該第一通信介面33是用於連接到一監控、非專有的通信系統74，如，例如PROFIBUS或PROFINET，和用於與一監控控制及/或調節裝置38通信，該裝置連接到該第一通信介面。該第二通信介面34可連接到一功率模組1的一第一通信介面3(參見第1和2圖)。

該第一電壓供應介面35可連接到一外部電壓供應39(例如230Vac)。

該第二電壓供應介面36可連接到一功率模組1的一第一電壓供應介面5(參見第1和2圖)。

藉由該外殼31封閉的該介面模組30具有一通信和控制單元40，它被設計成：a)經由該第一通信介面33接收參考值，用於加熱元件9加熱功率的控制及/或調節(參見第1和2圖)；b)指定這些參考值到功率模組1和他們的功率輸出8(參見第1和2圖)；c)經由該第二通信介面34，發送這些參考值或由此衍生的參考值到該等功率模組1，具有信息表明在每個指定的功率模組1和在每個該功率模組1之指定的功率輸出8。

可使用這些定義用於該等功率模組1的地址來實現指定該參考值到該等功率模組1，當它們開始運作時。

此外，該通信和控制單元40可被設計成類似：a)經由該第一通信介面33，接收風扇控制指令及/或風扇參考值，用於風扇26的控制及/或調節(參見第2圖)；b)指定這些風扇控制指令及/或風扇參考值到功率模組1和它們的風扇輸出25(參見第2圖)；c)將這些風扇控制指令及/或風扇參考值、或控制指令、或由此衍生的參考值，連同表明在每個指定的功率模組1和在每個該功率模組1之指定的風扇輸出25的信息，經由該第二通信介面34發送至該功率模組1。

該介面模組30也具有一錯誤記憶體41，而該通信和控制單元40被設計成經由該第二通信介面34儲存從功率模組1接收的錯誤信息，和在這個錯誤記憶體41中就地產生的錯誤信息。

該通信和控制單元40另外被設計成經由該第二通信介面34從功率模組1接收的溫度信息、電流及/或電壓信息、或其他輸入信號(例如緊急切斷信號)，不是使用來就地優化該加熱功率的控制及/或調節，或產生用於該功率模組1的控制指令(例如用於切入或切出加熱元件的指令，用於數位輸出的致動指令，例如用於信號 燈)，就是使用來經由該第一通信介面33和該通信系統37，發送這些到該監控控制及/或調節裝置38，其中它們接著可用來優化該加熱功率的控制及/或調節，或用來產生控制指令。

該等介面33、34、35、36在本例中被設計成插頭連接。

該外殼31較佳地設計成具有一IP 65或更好的保護類型。

具有一標稱電壓24Vdc的該電壓供應39被用來提供一電源電壓Ui，用於該通信和控制單元40，及用於複數個(例如最多八個)功率模組1的電子設備。為此目的，經由該第一電壓供應介面35、一過濾器/保護電路42、及一可能的DC/DC轉換器44，該電壓供應39被連接到該通信和控制單元40以及該第二電壓供應介面36二者。

如在第4圖中所示，該介面模組30可選備額外地進一步之輸入、輸出、組件、和機能性的特徵。

該介面模組30可允許，例如一個或多個加熱元件9或一熱處理產品的溫度的實際值，在該等加熱元件9之加熱功率相關於一參考值控制及/或調節期間被考慮到。為了此目的，該外殼31可包含至少一個用於連接一溫度感測器61的輸入60。該該通信和控制單元40接著較佳地設計成從該溫度感測器21獲取溫度信息。此溫度信息可接著藉由該通信和控制單元40，就地使用來控制及/或調節該加熱功率(例如藉由調整參考值)，或此溫 度信息可接著經由該通信介面34，傳送到該等功率模組1，該等功率模組使用這個溫度信息來控制及/或調節該加熱功率。

該介面模組30亦可允許例如加熱元件或電壓供應之電流或電壓的實際值，在相關於一參考值在控制及/或調節該等加熱元件9加熱功率的期間被考慮到。為了此目的，該外殼31包含至少一個用於連接一電流及/或電壓感測器63的輸入62，該感測器測量存在於一加熱元件9的電壓，接著該通信和控制單元40較佳地設計成從該感測器63獲取電流及/或電壓信息。此電流及/或電壓信息可接著藉由該通信和控制單元40，就地使用來控制及/或調節該加熱功率(例如藉由調整參考值)，或此電流及/或電壓信息可接著經由該通信介面34，傳送到該等功率模組1，其中此電流及/或電壓信息被使用來控制及/或調節該加熱功率。

用於該至少一個溫度感測器61和該至少一個電流及/或電壓感測器63的該等連接點60、62，以及亦較佳地用於獲取和預處理測量值的相關聯裝置51、52，可結合在一獨立的周邊模組70中，該周邊模組可經由一介面72機械地和電氣地連接到該介面模組30(例如插在或插入該介面模組)，當這樣測量值是必需時。此獨立模組70也可包含藉由該通信和控制單元40而用於獲取額外信息的數位輸入，及/或藉由該通信和控制單元40的數位輸出(例如用於致動信號燈)。而經由案例顯示可知用於從一緊急切斷裝置69獲取一緊急切斷信號的一 數位輸入68，以及用於獲取和預處理該輸入信號的一相關聯裝置53。

如在此所示，該額外的周邊模組70較佳地設計成與可連接到該功率模組1的該額外周邊模組50相同，且在該模組70之側的該介面72也較佳地設計成與在該模組50之側的該介面71相同。該額外模組50、70可接著以一彈性方式被連接到該等介面模組30與該等功率模組1二者。

如在第5圖中所示，一用於加熱控制及/或調節的系統100包含一介面模組30和複數個功率模組1，其中該等模組1、30分別經由其電壓供應介面36和5、6(為了轉發該供電電壓Ui的目的)，和分別經由其通信介面34和3、4(為了轉發用於該等加熱元件9加熱功率之控制指令和參考值的目的，用於轉發風扇控制指令或參考值)，從該介面模組30開始串聯連接。

在本例中的該等功率模組1可在一範圍中被佈置成在空間上相互遠離，並與該介面模組30遠離，以及緊鄰將被控制及/或調節的該等加熱元件9及/或風扇26。在本例中的該等功率模組1可被佈置在一控制或開關櫃中，或如果一外殼2具有一足夠高的保護類型，也可被佈置在一控制或開關櫃的外側。

該介面模組30可被佈置在一控制或開關櫃45中，或如果一外殼31具有一高保護類型，也可在一範圍中被佈置在加熱元件9及/或風扇26的附近。

該介面模組30和該第一隨後的功率模組1也可一起被佈置在一控制或開關櫃45中，而該等其他的功率模組1在一範圍中被佈置在加熱元件9及/或風扇26的附近。

然而，如果有必要，也能以一彈性方式來佈置該等模組立彼此緊鄰，例如在一共用頂端軌上。

在本例中，取決於該等加熱元件或風扇的要求和空間佈置，亦能以一彈性方式來形成一個或多個介面模組的組合，而該等個介面模組中的每一者具有一個或多個串聯連接於此的功率模組。

在兩個串聯連接模組之間的該等連接線46、47較佳地結合以形成一單條電纜48，該電纜較佳地係一插入式類型。

為了防止EMC在該電纜48中的干擾，該干擾可能發生在一功率模組1中相角控制的情況下，較佳地可例如將該電纜被屏蔽。為了進一步提高耐EMC，額外的保護機制，可例如像是當在該等線47上傳送數據時使用CRC效對總和。

該介面模組的第二通信介面34和該功率模組1的第一和第二通信介面3、4可被設計為標準介面，可例如設計為按照RS485標準。該監控控制及/或調節裝置38的通信較佳地經由一非專有的通信系統37來進行，可例如為PROFIBUS和PROFINET。在該介面模組30和該等功率模組1之間的通信可也使用一專有協定來進行。

1‧‧‧功率模組

2‧‧‧外殼

3‧‧‧第一通信介面

4‧‧‧第二通信介面

5‧‧‧第一電壓供應介面

6‧‧‧第二電壓供應介面

7‧‧‧功率輸入

8‧‧‧功率輸出

9‧‧‧加熱元件

10‧‧‧電壓供應

12‧‧‧功率分配裝置

13‧‧‧支線

14‧‧‧開關元件

15‧‧‧控制及/或調節單元

16‧‧‧通訊單元

Claims (16)

1. 一種用於一加熱控制器及/或調節器的功率模組(1)，該功率模組具有一外殼(2)，該外殼包含- 一第一通信介面(3)和一第二通信介面(4)，其中該第一通信介面(3)可連接到另一功率模組(1)或一介面模組(30)的一第二通信介面(4或36)，且該第二通信介面(4)可連接到另一功率模組(1)的一第一通信介面(3)；- 用於該功率模組(1)之電壓供應的一第一電壓供應介面(5)和一第二電壓供應介面(6)，其中該第一電壓供應介面(5)可連接到另一功率模組(1)或一介面模組(30)的一第二電壓供應介面(6)，且該第二電壓供應介面(6)可連接到另一功率模組(1)的一第一電壓供應介面(5)；- 複數個功率輸出(8)，該等功率輸出(8)各自可與加熱元件(9)電氣連接，特別是各自與輻射加熱器各自電氣連接；- 一功率輸入(7)，該功率輸入(7)可電氣連接至用於該等加熱元件(9)的電壓供應(10)；其中藉由該外殼(2)封閉的該功率模組(1)具有如下組件：- 一功率分配裝置(12)，該功率分配裝置在輸入側上電氣連接到該功率輸入(7)，且在輸出側上，經由一支線(13)各自電氣連接到該等功率輸出(9)，以便從該電壓供應(10)提供電流於這些功率輸出； - 在該等支線(13)之每一者中的一開關元件(14)；- 一控制及/或調節單元(15)，該單元配置為，依該等加熱元件(9)加熱功率之參考值的變動控制及/或調節該等開關元件(14)的開關狀態；- 一通信單元(16)，該單元配置為經由該第一通信介面(3)接收擬定用於該功率模組(1)的參考值，且傳送這些參考值到該控制及/或調節單元(15)，並將經由該第一通信介面(3)接收的參考值轉發到該第二通信介面(4)，但不將擬定用於該功率模組(1)的參考值轉發到該第二通信介面(4)。
2. 如請求項1之該功率模組(1)，其中- 該外殼(2)具有至少一個用於連接一溫度感測器(21)的輸入(20)；- 該控制及/或調節單元(15)設計成從該溫度感測器(21)獲取溫度信息。
3. 如請求項1或2之功率模組(1)，其中- 該外殼(2)具有至少一個用於連接一電流/電壓感測器(23)的輸入(22)；- 該控制及/或調節單元(15)設計成從該電壓感測器(23)獲取電壓信息。
4. 如請求項1至3中任一項之功率模組(1)，其中- 該控制及/或調節單元(15)設計成監視該功率分配裝置(12)的該等開關元件(14)和線路保護元件，且傳送錯誤信息到該通信單元(16)； - 該通信單元(16)設計成經由該等通信介面(3、4)中之一者，發送錯誤信息到一介面模組(30)。
5. 如請求項1至4中任一項之功率模組(1)，其中該功率模組具有一用於測量一存在於該功率輸入(7)之電壓的測量裝置(24)，且其特徵在於該控制及/或調節單元(15)連接到該測量裝置(24)，並配置為使用存在於該功率輸入(7)之電壓的測量值，來校正已從該通信單元(16)接收的或由此衍生的參考值，以便用於電壓波動的補償。
6. 如請求項1至5中任一項之功率模組(1)，其中- 該外殼(2)具有至少一個用於一風扇(26)電氣連接的風扇輸出(25)；- 該功率分配裝置(12)在輸出側經由一支線(14)電氣連接到該風扇輸出(25)，以便從該電壓供應(10)提供電流給該風扇輸出，其中一開關元件(27)連接到該支線(14)；- 該通信單元(16)配置為經由該第一通信介面(3)接收擬定用於該功率模組(1)的風扇控制指令及/或風扇參考值，及傳送這些到該控制及/或調節單元(15)，並將經由該第一通信介面(3)接收的風扇控制指令及/或風扇參考值轉發到該第二通信介面(4)，但不將擬定用於該功率模組(1)的風扇控制指令及/或風扇參考值轉發到該第二通信介面(4)；- 該控制及/或調節單元(15)配置為控制及/或調節該等開關元件(27)的開關狀態，作為從該通信單元16接收之風扇控制指令及/或風扇參考值的功能，該開 關元件與該支線(14)連接，再連接到該風扇輸出(25)。
7. 如請求項1至6中任一項之功率模組(1)，其中該外殼(2)被設計成具有一IP 65或更好的保護類型。
8. 如請求項1至7中任一項之功率模組(1)，其中該等介面(3、4、5、6)和輸入與輸出(7、8、20、22、25)被設計成插入式連接。
9. 一種用於一加熱控制器及/或調節器的介面模組(30)，包含- 一用於連接到一監控通信系統(37)的第一通信介面(33)；- 一第二通信介面(34)，該第二通信介面可連接到一功率模組(1)的一第一通信介面(3)；- 一第一電壓供應介面(35)，該第一電壓供應介面可連接到一外部電壓供應(39)；- 一第二電壓供應介面(36)，該第二電壓供應介面可連接到一功率模組(1)的一第一電壓供應介面(5)；- 一通信和控制單元(40)，該通信和控制單元設計成a)經由該第一通信介面(33)接收參考值，用於加熱元件(9)的加熱功率；b)指定這些參考值到功率模組(1)；c)經由該第二通信介面(34)，將這些參考值或由此衍生的參考值連同表明在每個指定的功率模組(1)的信息發送到該功率模組(1)。
10. 如請求項9之介面模組(30)，其中具有一錯誤記憶體(41)，且該通信和控制單元(40)設計成儲存從該功率模組(1)接收的錯誤信息於這個錯誤記憶體(41)中。
11. 如請求項9或10之介面模組(30)，其中該通信和控制單元(40)設計成經由該第一通信介面(33)，發送從功率模組(1)接收的溫度信息及/或電壓信息，到一監控控制及/或調節裝置(38)。
12. 如請求項9至11中任一項之介面模組(30)其中該等介面(33、34、35、36)設計成插頭連接。
13. 如請求項9至12中任一項之介面模組(30)，其中具有一IP 65或更好之防護類型的外殼(31)。
14. 一種用於加熱控制及/或調節的系統(100)，該系統包含至少一個如請求項1至8中任一項之功率模組(1)，和如請求項9至13中任一項之介面模組(30)，其中該等模組(1、30)經由其為了轉發一供電電壓(Ui)目的的電壓供應介面(5、6、36)，和經由其為了轉發用於加熱元件(9)之參考值目的的通信介面(3、4、34)，從該介面模組(30)開始串聯連接。
15. 如請求項14之系統(100)，其中該至少一個功率模組(1)被佈置成與該介面模組空間上相互遠離，並緊鄰該功率模組所控制及/或調節的該等加熱元件(9)。
16. 如請求項14至15中任一項之系統(100)，其中在兩個該等串聯連接模組(1、30)之間的連接線(46、47)結合以形成一單條電纜(48)，該電纜較佳地被屏蔽，且較佳地係一插入式類型。