低压模块

低压模块

本发明涉及一种用于在低压开关设备的出口(Abgang)中控制和 监控诸如电动机的电气负载的设备。

文献DE 94 16 303描述了一种用于控制、调节和开关电动机的 驱动控制设备，该驱动控制设备由电动机开关设备和控制设备组成。 该控制设备具有借助其被连接到现场总线上的通信接口，并且该通信 接口使得控制设备能够通过该现场总线与控制系统进行通信。此外， 控制设备还拥有用于检测二进制信号和模拟信号、尤其是用于测量电 动机负载电流和故障电流的输入。该控制设备也具有带有用于控制电 动机或接触器的可控硅的功率部分。不存在其它的二进制或者模拟输 出。电动机开关设备和控制设备的中央部件是集成的可编程的控制装 置和可编程的电动机保护功能。控制设备表示预制的、不可配置的单 元。所有的部件被固定地安置在共同的外壳中，并且未规定单个部件 的置换。由于控制设备被规定用于多种用途，所以该控制设备针对特 定的用途不是总是最佳配置的。这样，当要控制接触器时，不需要例 如可以切换大电流的集成的、三相的功率电子电路；在这种情况下电 磁继电器可能是更合宜的，因为该电磁继电器具有小地位置需求和低 的损耗功率。

本发明的任务是，提出一种用于在低压开关设备中控制和监控电 气负载的设备，该设备可以灵活地与各自的要求相匹配。

根据本发明通过具有权利要求1中所述的特征的开关设备模块 来解决该任务。在其它的权利要求中说明了本发明的其它有利的改进 方案。

本发明的用于在低压开关设备的出口中控制和监控电气负载的 开关设备模块由多个独立的部件构造而成，这些部件分别是可单个置 换的。通过这种模块式的结构，可能将开关设备模块分别与所规定的 用途相匹配，例如用于控制电动机或者能量出口。开关设备模块包含 一个或多个中央单元和一个或多个总线连接单元，其中每个总线连接 单元拥有用于连接到总线系统上的通信接口。通过该通信接口，开关 设备模块可以经过总线系统与另外的设备、例如与控制系统的控制站 进行通信。存在着针对现场总线系统(例如Profi总线)的通信接口 和针对控制网络(例如以太网)的通信接口。通过采用两个或多个总 线连接单元，冗余的总线运行或者在不同总线上的运行是可能的。此 外还规定了用于接纳一个或多个功率单元以及接纳一个或多个输入/ 输出单元的连接位置。在开关设备模块中装设所有部件都被连接到其 上的内部总线，并且中央单元通过该内部总线与其余的部件进行通 信。该内部总线既可被实施为串行总线又可被实施为并行总线。

中央单元具有微处理器和所属的数据存储器，并且包含了可编程 的控制装置和可参数化(parametrierbar)的保护功能。专用的程序 可被装载到该可编程的控制装置中。中央单元根据该程序来处理由其 余的部件所得到的数据。用于保护要控制的负载的保护功能也可以被 专用地参数化。中央单元可以拥有用于连接控制单元/参数化单元或 者编程设备的外部接口。

中央单元的外部接口可被实施为电气接口、例如具有9极SUB-D 插头的RS232。此外，该外部接口还可被实施为具有光耦合器的光学 接口，由此达到了在开关设备模块和编程设备之间的直流隔离。其它 的改善在于应用无线的、或例如通过红外接口(IrDa)的无电缆的连 接，或者应用无线电连接。

各种各样的输入/输出单元可供灵活地与各自的用途相匹配使 用，借助这些输入/输出单元可以连接其它的传感器和执行机构。存 在着输入/输出单元，这些输入/输出单元具有用于检测位置信号或另 外的信号的二进制输入、具有用于控制执行机构的二进制输出、具有 用于检测测量值的模拟输入和具有用于预定额定值的模拟输出。此外 还装设了具有由二进制和模拟的输入和输出构成的组合的输入/输出 单元。

在开关设备模块中所采用的总线连接单元和输入/输出单元可被 汇总成一个部件，并且因此共同形成了接口单元。只要在开关设备中 没有必要的电源电压可供开关设备模块的部件和部分部件来使用，就 装设用于供电的电源部分，该电源部分同样可被集成在接口单元中。

开关设备模块的其它的部件是功率单元。该功率单元具有与主电 源、例如开关设备中的母线相连接的馈电部分和输出部分，要控制的 负载通常通过电缆被连接到该输出部分上。此外在功率单元中还含有 测量设备和处理单元。如果接上了负载，则电流从母线经过馈电部分 通过功率单元经过输出部分向负载流动。

功率单元可以附加地包含主开关设备和隔离开关。主开关设备可 以是电磁接触器或功率开关，但是受控的功率半导体、例如可控硅也 是可以设想的。隔离开关可以用手操作或者配备有电气驱动装置。

测量设备的任务是检测模拟测量值、尤其是通向负载的引线中的 电流。此外还可以检测引线的电压(星形连接的相电压或者三角形连 接电压)和例如功率单元中的空气温度或接触温度的温度。为了检测 这些值，测量设备具有各自必需的数量的必要的传感器、例如传统的 电流互感器、电缆改装转换器(Kabelumbauwandler)、分流电阻、 电压互感器、容性分压器和温度传感器。

在本发明的有利的改进方案中，规定了用于测量诸如压力、气体 浓度、湿度或者力的其它环境参变量的其它传感器的连接。借助这种 传感器例如可以实现火灾报警监控或者冷凝监控。

此外，功率单元还具有被实施为电子电路的处理单元。该处理单 元拥有用于读入由测量设备所测量的值和主开关设备以及隔离开关 的位置信号的模拟输入以及二进制输入。也可以读入其它的状态信 号、例如用于监控集成的安全单元或者用于检测紧急断电命令的状态 信号。附加地装设了输出，利用这些输出可以控制主开关设备和隔离 开关(只要该隔离开关具有电气驱动装置)或其它的设备。

处理单元读入由测量设备所测量的值，并且将这些值转换成数字 值。此外，如果测量了电流和电压，则该处理单元从这些测量值中计 算出输送给负载的有功功率、无功功率和视在功率以及功率因数、即 有功功率与视在功率的比。该处理单元也选择性地从电流曲线或电压 曲线中计算出供电网的频率。该处理单元为此目的例如具有数字信号 处理器和相应的数据存储器。

装设控制单元/参数化单元，以本地控制开关设备模块，该控制 单元/参数化单元按照实施方案可以具有用于表示状态信号和模拟值 (例如所测量的电流)的光学显示，以及具有其中也用于输入开关命 令的开关和按键。借助该控制单元/参数化单元也可能参数化开关设 备模块的保护功能。该控制单元/参数化单元通过第一接口与中央单 元的外部接口相连接。

该控制单元/参数化单元的第一接口同样如中央单元的外部接口 那样可被实施为电气的、光学的或者无线接口。

在控制单元/参数化单元的扩展方案中，装设了编程设备可被连 接到其上的第二接口。用于编程中央单元的编程设备因此可以一方面 被直接连接到中央单元的外部接口上，或者如果连接了控制单元/参 数化单元，则该编程设备可被连接到控制单元/参数化单元的第二接 口上。

控制单元/参数化单元的第二接口也可被实施为电气的、光学的 或者无线接口。

通常通过编程设备来实现可编程的控制装置的编程和保护功能 的参数化，该编程设备被实施为标准PC或者标准PDA，并且在该编 程设备上安装专用的编程表面。

在本发明的有利的改进方案中，将编程表面和网络服务器集成在 中央单元中，以致借助被安装在标准PC或者标准PDA上的标准网络 浏览器可以执行编程和参数化。借助标准网络浏览器也可能简单地控 制开关设备模块，也就是显示测量值和状态信号以及输入开关命令。 附加地也可以通过总线连接单元和所连接的总线系统从编程位置出 发将中央单元编程和参数化。在这种情况下，也可以使用被集成在中 央单元中的网络服务器，以致在编程位置上只必需标准网络浏览器。 同样的也适用于，由被连接到总线系统上的控制站来控制和监控开关 设备模块。

借助以下的附图来详细阐述本发明的实施例和细节。

唯一的附图示意性地示出本发明的开关设备模块的结构。中央单 元2、总线连接单元6、输入/输出单元7和功率单元4位于开关设备 模块1的内部。总线连接单元6和其中一个输入/输出单元7共同形 成了接口单元3。总线连接单元6和输入/输出单元7分别借助开关 设备模块1的后壁8上的插接装置与开关设备的插口中的相应的匹配 插头相连接。输入/输出单元7的单个接口也可用电缆连接到开关设 备模块1的另一个外壁。功率单元4的馈电部分4b和输出部分4a分 别借助开关设备模块1的后壁8上的插接装置与开关设备的插口中的 相应的匹配插头相连接。此外，功率单元4还具有在这里未示出的隔 离开关、在这里未示出的主开关设备、测量设备4c和处理单元4d。 在开关设备模块1中含有的中央单元2具有控制单元/参数化单元5 被连接到其上的外部接口2a。除了用于连接到中央单元2上的接口 5b之外，控制单元/参数化单元5还拥有用于连接编程设备的接口 5a。