专利名称：电保护开关的控制模块、驱动该模块的方法和电保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电保护开关的具有中断功能的控制模块、 一种用于驱动这种控制才莫块的方法以及一种电^f呆护系统。
背景技术：
库交高功率级的电负载(例如工业生产工艺的电驱动系统中的电 才几)通常不利用其4妄线端直4妄地连4矣至电网，而是通过电保护开关 与电网连接。因此，例如上述电才几通过作为保护开关的所谓的接触器连4妄到380V的三相电网上。为了快速且可靠地/使整个负载与电 网断开，那么〗呆护开关4皮断开。该保护开关通常由24 V控制电压驱动，这就是i兌，通过施力口 24V控制电压来闭合，以便将电负载连接到电网上。出于不同的原 因(例如出于安全方面的考虑)，这种保护开关具有例如紧急停止 按钮或者限位开关的形式的断路器。在负载的紧急情况下或者故障 情况下触发断各器，切断保护开关的控制电压，而保护开关4皮 断开，进而使电负载可靠;l也与电网断开。该保护开关与断各器共同 形成用于电负载的电4呆护系统。现在存在用于保护系统的多种不同的解决方案。例如已知，具 有数字输入端的断路电子设备前置连接于保护开关，断路器连接至 该输入端。在此，该断路器事实上不断开保护开关的电压，而是仅^义触发用于断^各电子i殳备的信号，然后，该断路电子i殳备应该4丸4亍 该信号。这种类型的结构的缺点例如在于，在断路电子设备中出现 故障的情况下，尽管触发了断^各器，^旦也并未断开保护开关。因此，在保护开关的其它变体中，断路器通常作为第一元件连 接到控制电压的馈电线上。通过触发断路器，保护开关可靠地与控 制电压分开并且断开。然而，利用这种方法，全部其它的组件(例 如同样通过控制电压供电的设备控制系统)同样不能被提供电流。 因此，在重新闭合断路器后，包括设备控制系统在内的全部设备被 再次重新启动，这可能导致设备的很长的重新投运时间。因此，无 电流的设备控制系统在设备的停机时间中不能再执行其它的功能， 而是^皮完全+刀断。这种类型的装置具有高昂的布线费用，这是因为例如在较大的 设备中分布有多个断路器，并且必须首先通过全部串联的断路器来 输送穿过设备，直到该电压到达实际的设备控制系统或者到达实际 的保护开关。除了断路器的在其开关性能方面的完美功能的必要性以外，这 也是所希望的，即该断路器事实上仅在需要时触发保护开关。故障， 这就是说无意中断控制电压导致了不希望的设备停机等等。发明内容本发明的目的在于提供一种用于具有断路器的保护开关的装行故障监控，其中，在触发断路器时，可选的其它系统组件被继续 提供以电压。在装置方面，该目的通过用于电保护开关的控制模块来实现， 其中，控制模块具有中断功能。控制模块包括电压输入端，通过该电压llr入端向控制才莫块^是供例如24 V的控制电压。该控制电压还持续地施加在控制模块上。控制电压在控制模块中无中断地被输送 到输出端处，断路器例如通过馈电线可连接至该输出端。控制模块 具有输入端，断路器同样连接至该输入端。在运行的情况下，断3各 器还将控制电压输送回输入端，如果该断路器一皮触发，那么控制电 压就不再施加在l命入端处。在控制模块中，输入端进而根据断路器的接通状态存在或者不 存在的控制电压被输送至接线端，保护开关又可连接至该接线端。 因此，仅仅在断路器未被触发的情况下向该保护开关提供电压。此外，在控制才莫块中集成有测量单元，该测量单元用于测量在 车lr入端和llr出端处的电流和/或电压。因此，该测量单元测量在断路 器和其々赍电线处的电值，当在以下才是及断路器时，该电值在接下来总是具有意义的。为了进一步处理，该控制模块将所测定的电流和 /或电压测量值继续输送至评估装置。此外，确保了快速且可靠地切断保护开关，这是因为该断路器 中断了通向保护开关的控制电压或者绕过该断^各器输送该控制电压。相应的安全规定(例如DIN标准)也被满足。然而，控制才莫块在触发断路器时也保持连接到控制电压。例如在控制模块中集成的 设备控制系统也保持运行。设备的重新投运时间被降低，这是因为 剩余的设备控制系统未被一起切断。通过测量流经断路器或者施加到该断路器上的电流和/或电压， 与断路器的特性相关的特征参数(例如其体积电阻)被测定。较新 型的保护开关例如利用脉沖控制电压驱动。在此，例如上升时间、 边缘陡度以及类似的参数还可以在输入端和输出端处作为用于断^各器的电流电压特;f正;故测定作为特;f正参^t。在此，在^f呆护开关的已 知的特性时， 一旦电压被测定，例如还可以获得在查阅表中的对应 的电流。例如在断路器的已知良好状态(新的)中测定的特征参数(例 如电流特征)可以在其4吏用寿命期间来监测。如果相应的电流特4正 发生变化，进而所测定的特4正参凄t发生变化，例如当其欧姆电阻突 然增加时，那么这意p木着断^各器4妄近失效。然而，通过4艮据本发明 的控制模块，这将尽早地即在断路器真正失效之前、进而在控制电 压的非预期的中断之前以及在设备停机之前被识别出来。相应的有 失爻文危险的断路器可以在其真正失效前，例如在常规维^修或者i殳备停^/L期间被更换，而没有其它的缺点。此外，控制模块基于控制开关获悉保护开关的状态(开或关)，并且可以借助上述电流特征、 以及特征参凄t计算出断if各器的电阻。由所测量电流和电压的变化或者相应由其算出的特征参凄t的 变化还可以尽早地推断出例如导线变热或者接触磨损。用于断路器 的过长或错误尺寸的连接导线还可以如此查出，例如由错误布线或者4晉误尺寸引起的导线变热可以尽早地被查出，并且在最终失效前 借助于控制模块来切断负载。由于在控制模块中输送控制电压，在 断路器的被触发状态下，监测对电流和/或电压的相应的测量，并因 此还确保了保护系统可以投入使用。此外，在控制冲莫块中可以i殳置评估单元，该评估单元评估由测 量单元所测定的电流或电压，或者至少进一步传输用于继续处理。此外，用于保护开关的控制开关还可以集成在控制模块中的输 入端和接线端之间。即使在未被触发的断路器中，该控制开关也可 以使电压由输入端到接线端进而到保护开关的输送中断，进而使保护开关断开。因此，不同于断路器，该控制开关用于正常地接ii/f呆 护开关。如开头所述，该断路器尤其可以是紧急停止开关或者限位开 关。相应的功能监测对于这种类型的断路器来说是特别重要的。控制才莫块可以额外地具有通向设备控制系统的总线接口 。通 常，设备控制系统确保对控制开关的控制，例如对由测量单元测量 的电流和/或电压的评估以及断路器的相应的功能控制。换句话说， 该评估单元可以集成在设备控制系统中。由于控制模块与控制电压 的持续连接，因此，即使在断路器被触发时也确保了通过总线接口 与设备控制系统的通信。该保护开关可以是电机起动器系统的保护开关。除了电机的软 启动或软止动之外，所述电机起动器还满足了断路功能和紧急停止 功能。尤其在电机时， 一方面在触发断路器时可靠的停机是特別重 要的，而且根据本发明可以使其重新投运时间最小化，或者可以避 免由于断^各器失效而4普误地切断。该控制才莫块可以是整个电保护系统的一部分，在该电保护系统 中，电保护开关和断路器连接到控制模块上。在方法方面，该目的通过用于驱动控制模块的方法来实现，如 上所述，在该方法中，保护开关在其驱动时通过4妄线端供应电压和 电流，在此测量单元测定在l命入端和/或输出端处的电流和/或电压， 并且评估单元测定与断路器的特性相关的特4￡{直。在其基本实施例中，该方法以此为基础，即测定流至该断^各器 或者乂人该断^各器回流至控制才莫块的电流和/或通过该断^各器的电压， 以及由此测定用于断路器特性的特征值。该特征值可以例如与参考值或者在新状态中测定的特征值进行比较。特征值导致对断路器的 老化、损坏等方面的检测。参考值用于对断路器和连接导线的正确尺寸以及其正确的布线进^f于^r测。根据本发明的方法的另 一 方面以及有利的设计方案联系到根 据本发明的控制模块或者电保护系统已经详细地与相应的优点一 起进4亍阐述。
为了进一步描述本发明，参照附图中的实施例。在示意性原理 图中示出了图1是具有根据本发明的保护开关的电驱动系统的框图。
具体实施方式
图1示出了电马区动系乡充2，其由电4几4和4空制该电才几的控制系 统6组成。电才几4通过连^妄线^各8连4妄到三相电网12上，电才几起 动器IO被接入到该连接线路中。电机起动器IO作为保护开关包括 4妻触器(在此未进一步阐述)，该4妄触器可以断开或4妄通该连4妄导 线8。控制系统6包括作为控制模块的接口模块20、作为断路器的紧 急停止^4丑22、 i殳备控制系统24、以及电压供应装置26。接口模块20具有控制电压输入端28，电压供应装置26 (控制 电压U例如24 V)连接到该控制电压输入端处。在控制电压输入 端28处的控制电压U的相通过第一相导线30a l命送至l餘出端32a。 同样连接在控制电压输入端28处的用于控制电压U的零线34通至 接线端36。控制电压U的相由输出端32a通过连接导线38输送至10紧急停止按钮22，并且由那里返回至输入端32b。根据紧急停止4妄 4丑22的4妄通状态，在llT入端32b处施加控制电压UU安4丑22闭合) 或者未施加电压(按4丑22断开)。另 一相导线30b由输入端32b通 过可枳4成或电子控制的开关40通至4妄线端36。相导线30b和零线 34由^妄线端36通到电才几起动器10上。如果在接线端36处施加控制电压U,电才几起动器10接通，并 且电机4启动。如果按压紧急停止按钮22,或者断开开关40,在 才妻线端36处不再施加电压，该电才几起动器10断开并且电才几4 4亭止。此外，4妾口才莫块20包括-」微型处理器42,该二微型处理器通过控 制导线44来控制开关40。此外，在该4妄口才莫块20中存在测量i殳备 46,该测量i殳备通过测量导线48与输出端32a和输入端32b连4妄。 该测量设备46同样连4妄到孩吏型处理器42上，该孩i型处理器又与通 信接口 50连接，该微型处理器通过该通信接口与设备控制系统24 相连。测量i殳备46测定丰命出端32a和输入端32b相只t于零线34的电 压Ul和U2和/或测定流至紧急停止按钮22或来自紧急停止按钮的 电流I1或I2。测量设备46将相应的测量值U1、 U2或I1、 12输送 至孩i型处理器42处，该孩史型处理器/^中测定用于连4妾导线38和紧 急4f止4姿4丑22的特4正参凄t 52,例如其欧姆电阻。可选地，有关的测量值还可以^皮l命送到i殳备控制系统24处， 并且在那里测定特征参数52。在安装驱动系统2时，连4妄导线38无意间^皮过长地选择。因 此，在第一系统测试时，电阻R1作为特征参数52由电压Ul、 U2 和电流II、 12算出，该电阻大于在设备控制系统中存储的最大值 Rmax。设备控制系统24通知该错误给设备驱动装置(未示出)，并且连接导线38通过正确的长度替换。在驱动系统2开始运转时， 重新测量得出作为特征参数的电阻R2 。在多年运4亍之后，在运4亍期间总是重复测量在输入端32a和输_ 出端32b之间的电阻R2，这才羊电阻在以下日子内上升到^直R3。由 孩史型处理器42测定的从R2到R3的偏差AR大于在设备控制系统 24中存储的所允许的电阻Z/^差ARmax。该电阻变化意p未着紧急停 止按钮22会很快失效，这是因为该紧急停止按钮的接触电阻可能 明显升高。在一些日子内，这也许会导致错误的、偶然的触发或中 断紧急停止按钮22,进而会导致电机4停止。因此，在电机4无论 如何都会停止的夜间生产中断期间，通过构造相同的但新的紧急停 止按钮替换该紧急停止按钮22。可选地，该紧急停止按钮22也可以是限位开关。因为电机4 由于驱动装置传感器(未示出)失效而运行到终端位置，所以限位 开关触发。在输入端32b处的控制电压U下降到0 V。电机4被停 止，但是驱动系统2的剩余部分保持运行。特别是，微型处理器42 通知设备控制系统，限位开关已经触发，并且此外设备是可投入使 用的，设备停止也是通过正确触发的限位开关实现的。
权利要求
1.一种控制模块(20)，具有中断功能且用于电保护开关(10)，所述控制模块具有用于控制电压(U)的电压输入端(28)，输送所述控制电压(U)的输出端(32a)，在所述输出端上连接有用于所述保护开关(10)的断路器(22)，输入端(32b)，用于从所述断路器(22)回送的所述控制电压(U)，与所述输入端(32b)连接的用于所述保护开关(10)的接线端(36)，测量单元(46)，用于测量在所述输入端(32b)和所述输出端(32a)的电流(I1、I2)和/或电压(U1、U2)。
2. 根据权利要求1所述的控制模块(20 ),出于所述断路器(22 ) 的功能控制的目的，所述控制模块具有评估单元(42)，用于 ;平估所述电流(11、 12)和/或电压(Ul、 U2)。
3. 根据权利要求1或2所述的控制模块(20 )，具有用于所述保 护开关(10)的控制开关(40)，所述控制开关在所述输入端(32b)和所述4妄线端(36)之间连才妄。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的控制模块(20),其中，所 述断路器(22)是紧急停止开关或者限位开关。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的控制模块(20)，具有通向 设备控制系统(24 )的总线接口 ( 50 )。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的控制模块(20),其中，所 述保护开关(10)是电机起动器系统中的保护开关。
7. —种电保护系统(6),具有电保护开关(10)、断路器(22) 以及根据前述权利要求中任一项所述的控制模块(20 )。
8. —种方法，用于驱动根据权利要求1至7中任一项所述的控制 模块(20),其中在接线端(36)上产生用于在保护开关运行时提供给保 护开关(10)的电压(U)和电流(11、 12)，测量单元(46)测定在输入端(32b)和输出端(32a)处 的所述电流(11、 12)和/或所述电压(Ul、 U2)，控制^t块(20)在连接断路器(22)时将用于测定与所 述断路器(22)的特性相关的特征值(Rl至R3)的所述电流 (11、 12)和/或所述电压(Ul、 U2) lt送到评估单元(42、 24)处，所述评估单元(42、 24)由所述电流(11、 12)和/或所述 电压(Ul、 U2)测定与所述断路器(22)的特性相关的特征 值(Rl至R3 )。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述评估单元(42、 24) 测定所述断路器(22)的电流特^正作为所述特4i参凄t (Rl至 R3 )。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述评估单元(42、 24) 测定所述断路器(22)的欧姆电阻作为所述特征参数(Rl至 R3 )。
11. 根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在相应于 不良特性的特征值(Rl至R3)时，所述断路器(22)和/或 乂人所述專lr入端(32b)和/或所述l命出端(32a)通至所述断路 器的导线(38)被修复。
12. 根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，在相应于 不良特性的所述特征值(Rl至R3)时，所述保护开关(10) :故可控制地切断。
13. 才艮据4又利要求8至12中任一项所述的方法，其中，所述控制 模块(20)连接到设备控制系统(24)上，其中，用于继续处 理的所述电流(11、 12)和/或所述电压(Ul、 U2)和/或所述 特征值(Rl至R3)被输送到所述设备控制系统(24)处。
全文摘要
本发明涉及一种控制模块(20)，具有中断功能，用于电保护开关(10)，包括用于控制电压(U)的电压输入端(28)；输送控制电压(U)的输出端(32a)，在其上可连接保护开关(10)的断路器(22)；输入端(32b)，用于从该断路器回送的控制电压(U)；与输入端(32b)连接的接线端(36)，用于保护开关(10)；以及测量单元(46)，用于测量在输入端(32b)和输出端(32a)的电流(I1、I2)和/或电压(U1、U2)。此外，本发明涉及一种电保护系统(6)包括电保护开关(10)、断路器(22)、以及控制模块(20)以及一种方法，用于驱动根据本发明的控制模块(20)。
文档编号H02H7/08GK101262127SQ20081008166
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年3月7日
发明者斯特凡·拜尔 申请人:西门子公司