DE102022133570A1 - Switching device for operation with different input control voltages - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät (10) insbesondere zum Betreiben mit unterschiedlichen Eingangssteuerspannungen. An die Eingangsanschlüsse (30, 31) des Schaltgeräts (10) ist ein Strommesspfad (50) angeschlossen, der einen vorbestimmten elektrischen Widerstand (51) und einen dazu in Reihe geschalteten Stromsensor (52) aufweist. Der vom Stromsensor (52) gemessene Stromwert wird einer Steuer- und Auswertungseinrichtung (70) zugeführt, die in Abhängigkeit von dem vorbestimmten elektrischen Widerstand und dem gemessenen Stromwert einen Spannungswert ermittelt und prüft, ob der ermittelte Spannungswert einem vorbestimmten Eingangssteuerspannungswert aus mehreren gespeicherten vorbestimmten Eingangssteuerspannungswerten zugeordnet werden kann. Wenn ja, werden die zu diesem Eingangssteuerspannungswert gehörenden Einschalt- und Ausschaltschwellenspannungswerte für den weiteren Betrieb des Schaltgeräts (10) der Steuer- und Auswerteeinrichtung (70) zur Verfügung gestellt.The invention relates to a switching device (10), in particular for operation with different input control voltages. A current measuring path (50) is connected to the input connections (30, 31) of the switching device (10), which has a predetermined electrical resistance (51) and a current sensor (52) connected in series therewith. The current value measured by the current sensor (52) is fed to a control and evaluation device (70), which determines a voltage value depending on the predetermined electrical resistance and the measured current value and checks whether the determined voltage value can be assigned to a predetermined input control voltage value from a plurality of stored predetermined input control voltage values. If so, the switch-on and switch-off threshold voltage values associated with this input control voltage value are made available to the control and evaluation device (70) for the further operation of the switching device (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät, welches insbesondere zum Betreiben mit unterschiedlichen Eingangssteuerspannungen geeignet ist.The present invention relates to a switching device which is particularly suitable for operation with different input control voltages.
Schaltgeräte zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass sie bei einer vorgegebenen Eingangssteuerspannung dafür sorgen, dass ein Relais oder Schütz oberhalb einer vorgegebenen Einschalt-Spannungsschwelle eingeschaltet und bei Unterschreitung einer vorgegebenen Abschalt-Spannungsschwelle abgeschaltet wird. Bekannt sind Schaltgeräte, die mit unterschiedlichen Eingangssteuerspannungen betrieben werden können. Marktübliche Eingangssteuerspannungen liegen bei 24 V, 48 V, 60 V, 120 V und 230 V. Bei den Eingangssteuerspannungen kann es sich sowohl um Wechselspannungen als auch Gleichspannungen handeln.One of the features of switching devices is that, when a given input control voltage is present, they ensure that a relay or contactor is switched on above a given switch-on voltage threshold and is switched off when the voltage falls below a given switch-off voltage threshold. Switching devices that can be operated with different input control voltages are known. Common input control voltages are 24 V, 48 V, 60 V, 120 V and 230 V. The input control voltages can be either AC or DC.
Ein solches Schaltgerät ist beispielsweise aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Schaltgerät, welches mit mehreren unterschiedlichen Eingangssteuerspannungen betrieben werden kann, zu schaffen, bei dem die Störempfindlichkeit durch externe Einflüsse minimiert werden kann.The present invention is based on the object of creating an alternative switching device which can be operated with several different input control voltages, in which the sensitivity to interference caused by external influences can be minimized.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Schaltgerät zu schaffen, das sich insbesondere in Abhängigkeit einer anliegenden Eingangssteuerspannung selbst konfiguriert. Hierzu wird eine am Schaltgerät anliegende Eingangssteuerspannung nicht direkt einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zugeführt. Stattdessen wird der Strom in einem an die Eingangsanschlüsse des Schaltgerät angeschalteten Strompfad, der eine Reihenschaltung aus einem elektrischen Widerstand mit vorbestimmten Widerstandswert und einem Stromsensor aufweist, gemessen, wobei der gemessene Stromwert der Steuer-und Auswerteeinrichtung zugeführt wird, die dann in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Widerstandswert des elektrischen Widerstand und dem gemessenen Stromwert einen Spannungswert ermittelt und prüft, ob der ermittelte Spannungswert einem vorbestimmten Eingangssteuerspannungswert aus mehreren im Schaltgerät gespeicherten vorbestimmten Eingangssteuerspannungswerten zugeordnet werden kann. Wenn ja, werden die zu diesem Eingangssteuerspannungswert gehörenden Einschalt- und Ausschaltschwellenspannungswerte für den weiteren Betrieb des Schaltgeräts der Steuer- und Auswerteeinrichtung zur Verfügung gestellt.A core idea of the invention can be seen in the creation of a switching device that configures itself in particular depending on an applied input control voltage. For this purpose, an input control voltage applied to the switching device is not fed directly to a control and evaluation device. Instead, the current is measured in a current path connected to the input terminals of the switching device, which has a series connection of an electrical resistor with a predetermined resistance value and a current sensor, wherein the measured current value is fed to the control and evaluation device, which then determines a voltage value depending on the predetermined resistance value of the electrical resistor and the measured current value and checks whether the determined voltage value can be assigned to a predetermined input control voltage value from several predetermined input control voltage values stored in the switching device. If so, the switch-on and switch-off threshold voltage values associated with this input control voltage value are made available to the control and evaluation device for the further operation of the switching device.
Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The above-mentioned technical problem is solved by the features of claim 1.
Demnach ist ein Schaltgerät, insbesondere ein selbstlernendes Schaltgerät vorgesehen, welches insbesondere zum Betreiben mit unterschiedlichen Eingangssteuerspannungen ausgebildet ist. Das Schaltgerät weist vorzugsweise folgende Merkmale auf einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen einer Eingangssteuerspannung,
einen an den ersten und zweiten Eingangsanschluss angeschlossen Strommesspfad, der einen vorbestimmten elektrischen Widerstand, d.h. einen elektrischen Widerstand mit einem vorbestimmten Widerstandswert, und einen dazu in Reihe geschalteten Stromsensor, der zum Messen eines durch den Strompfad fließenden Stroms ausgebildet ist, aufweist,
eine Schalteinrichtung - zum Beispiel ein elektromechanischer Schalter oder ein Optokoppler-, die zum Schließen und Öffnen wenigstens eines Laststromkreises ausgebildet und mit einem Steuerstromkreis elektrisch verbunden ist,
ein ansteuerbares Schaltelement, das zum Schließen und Öffnen des Steuerstromkreises ausgebildet ist,
eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, die einen ersten Eingang, der elektrisch mit dem Stromsensor verbunden ist, aufweist,
eine mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung elektrisch verbundene Speichereinrichtung, in der eine Zuordnungstabelle gespeichert ist, die jedem vorbestimmten Eingangssteuerspannungswert aus einer Mehrzahl von n verschiedenen vorbestimmten Eingangssteuerspannungswerten jeweils einen Einschalt-Spannungsschwellenwert und einen Ausschalt-Spannungsschwellenwert zuordnet, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist,
- i) in Abhängigkeit von einem vom Stromsensor gemessenen Stromwert und dem vorbestimmten elektrischen Widerstand einen Spannungswert zu ermitteln und zu prüfen, ob der ermittelte Spannungswert einem der n verschiedenen vorbestimmten Eingangssteuerspannungswerte zuordenbar ist, und wenn ja,
- ii) in Abhängigkeit von dem, dem ermittelten Spannungswert zugeordneten vorbestimmten Eingangssteuerspannungswert den dazugehörenden Einschalt-Spannungsschwellenwert und den dazugehörenden Ausschalt-Spannungsschwellenwert aus der Speichereinrichtung auszulesen und als aktuellen Einschalt- bzw. Ausschaltschwellenwert bereitzustellen.
a current measuring path connected to the first and second input terminals, which has a predetermined electrical resistance, ie an electrical resistance with a predetermined resistance value, and a current sensor connected in series therewith, which is designed to measure a current flowing through the current path,
a switching device - for example an electromechanical switch or an optocoupler - which is designed to close and open at least one load circuit and is electrically connected to a control circuit,
a controllable switching element designed to close and open the control circuit,
a control and evaluation device having a first input electrically connected to the current sensor,
a memory device electrically connected to the control and evaluation device, in which an allocation table is stored which assigns a switch-on voltage threshold value and a switch-off voltage threshold value to each predetermined input control voltage value from a plurality of n different predetermined input control voltage values, wherein the control and evaluation device is designed to
- i) to determine a voltage value as a function of a current value measured by the current sensor and the predetermined electrical resistance and to check whether the determined voltage value can be assigned to one of the n different predetermined input control voltage values, and if so,
- ii) depending on the predetermined input control voltage value associated with the determined voltage value, to read out the associated switch-on voltage threshold value and the associated switch-off voltage threshold value from the memory device and to provide them as the current switch-on or switch-off threshold value.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments and refinements are the subject of the subclaims.
So weist das Schaltgerät beispielsweise eine Spannungsversorgungs-Einrichtung mit einem ersten und einem zweiten Ausgang auf, wobei die Spannungsversorgungs-Einrichtung dazu ausgebildet ist, bei einer am ersten und zweiten Eingangsanschluss angelegten Eingangssteuerspannung eine erste vorbestimmte Versorgungsgleichspannung und eine zweite vorbestimmte Versorgungsgleichspannung zu erzeugen und die erste vorbestimmte Versorgungsgleichspannung am ersten Ausgang und die zweite vorbestimmte Versorgungsgleichspannung am zweiten Ausgang bereitzustellen, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung die einen Spannungsversorgungsanschluss aufweist, der elektrisch mit dem zweiten Ausgang der Spannungsversorgung-Einrichtung verbunden ist. Die Schalteinrichtung ist über den Steuerstromkreis mit dem ersten Ausgang verbunden.For example, the switching device has a voltage supply device with a first and a second output, wherein the voltage supply device is designed to generate a first predetermined DC supply voltage and a second predetermined DC supply voltage when an input control voltage is applied to the first and second input terminals and to provide the first predetermined DC supply voltage at the first output and the second predetermined DC supply voltage at the second output, wherein the control and evaluation device has a voltage supply terminal that is electrically connected to the second output of the voltage supply device. The switching device is connected to the first output via the control circuit.
Zum Aktivieren und Deaktivieren der Schalteinrichtung ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, ein Aktivierungssignal zu erzeugen, wenn nach Ausführung des Schrittes ii) ein von der Steuer- und Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von einem vom Stromsensor gemessenen Stromwert ermittelter Spannungswert größer oder gleich dem als aktuell gespeicherten Einschalt-Spannungsschwellenwert ist, wobei
das ansteuerbare Schaltelement dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf das Aktivierungssignal den Steuerstromkreis zu schließen, und wobei
die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Deaktivierungssignal zu erzeugen, wenn nach Ausführung des Schrittes ii) ein von der Steuer- und Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von einem vom Stromsensor gemessenen Stromwert ermittelter Spannungswert kleiner oder gleich dem aktuell gespeicherten Ausschalt-Spannungsschwellenwert ist, wobei
das ansteuerbare Schaltelement dazu ausgebildet ist, unter Ansprechen auf das Deaktivierungssignal den Steuerstromkreis zu öffnen.To activate and deactivate the switching device, the control and evaluation device is preferably designed to generate an activation signal if, after execution of step ii), a voltage value determined by the control and evaluation device as a function of a current value measured by the current sensor is greater than or equal to the switch-on voltage threshold value stored as currently, wherein
the controllable switching element is designed to close the control circuit in response to the activation signal, and wherein
the control and evaluation device is designed to generate a deactivation signal if, after execution of step ii), a voltage value determined by the control and evaluation device as a function of a current value measured by the current sensor is less than or equal to the currently stored switch-off voltage threshold value, wherein
the controllable switching element is designed to open the control circuit in response to the deactivation signal.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das ansteuerbare Schaltelement integraler Bestandteil der Steuer- und Auswerteeinrichtung sein. Vorzugsweise bildet in diesem Fall das ansteuerbare Schaltelement einen offenen Kollektor-Ausgang der Steuer- und Auswerteeinrichtung.According to an advantageous embodiment, the controllable switching element can be an integral part of the control and evaluation device. In this case, the controllable switching element preferably forms an open collector output of the control and evaluation device.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann das ansteuerbare Schaltelement als separates Bauelement ausgebildet sein, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung einen Steuerausgang zum Anlegen des Aktivierungssignals oder des Deaktivierungssignals aufweist, und wobei der Steuerausgang mit einem Anschluss des ansteuerbaren Schaltelements elektrisch verbunden ist.According to an alternative advantageous embodiment, the controllable switching element can be designed as a separate component, wherein the control and evaluation device has a control output for applying the activation signal or the deactivation signal, and wherein the control output is electrically connected to a terminal of the controllable switching element.
Das Schaltgerät ist vorzugsweise ein selbstlernendes Schaltgerät. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, nach Ausführung der Schritte i) und ii) kontinuierlich in Abhängigkeit von einem vom Stromsensor gemessen Stromwert einen Spannungswert zu ermitteln und zu prüfen, ob dieser ermittelte Spannungswert einem anderen der n verschiedenen vorbestimmten Eingangssteuer-Spannungswerte zuordenbar ist, und wenn dies der Fall ist, in Abhängigkeit von dem, dem ermittelten Spannungsfeld zugeordneten vorbestimmten Eingangssteuerspannungswert den dazugehörenden Einschaltet-Spannungsschwellenwert und den dazugehörenden Ausschalt-Spannungsschwellenwert aus der Speichereinrichtung auszulesen und diese Werte als neue aktuelle Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte bereitzustellen bzw. zu speichern. Auf diese Weise erfolgt eine automatische Anpassung der Einschalt- und Ausschaltspannungsschwellenwerte während des Betriebs des Schaltgeräts.The switching device is preferably a self-learning switching device. This is advantageously achieved in that the control and evaluation device is designed to continuously determine a voltage value after execution of steps i) and ii) as a function of a current value measured by the current sensor and to check whether this determined voltage value can be assigned to another of the n different predetermined input control voltage values, and if this is the case, to read out the associated switch-on voltage threshold value and the associated switch-off voltage threshold value from the storage device as a function of the predetermined input control voltage value assigned to the determined voltage field and to provide or store these values as new current switch-on and switch-off voltage threshold values. In this way, the switch-on and switch-off voltage threshold values are automatically adjusted during operation of the switching device.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Schaltgerät einen dritten Eingangsanschluss aufweisen, der elektrisch mit einem zweiten Eingang der Steuer-Auswerteeinrichtung verbunden ist. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist dann vorzugsweise dazu ausgebildet, unter Ansprechen auf ein am dritten Eingangsanschluss anlegbares erstes Steuersignal, die aktuellen gespeicherten bzw. bereitgestellten Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte zu löschen und anschließend die Schritte i) und ii) zu wiederholen. Dank dieser Maßnahme können die Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte zurückgesetzt und das Schaltgerät neu gestartet werden, um die Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte hinsichtlich einer anderen Eingangssteuerspannung neu einzustellen.According to an advantageous development, the switching device can have a third input connection that is electrically connected to a second input of the control and evaluation device. The control and evaluation device is then preferably designed to delete the currently stored or provided switch-on and switch-off voltage threshold values in response to a first control signal that can be applied to the third input connection and then to repeat steps i) and ii). Thanks to this measure, the switch-on and switch-off voltage threshold values can be reset and the switching device can be restarted in order to reset the switch-on and switch-off voltage threshold values with regard to a different input control voltage.
Um einer Bedienperson jederzeit zu ermöglichen, die aktuell gültigen Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte zu erfahren, kann das Schaltgerät eine optische und/oder akustische Ausgabeeinrichtung aufweisen. In diesen Fall kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, das Schaltgerät zu veranlassen, über die optische und/oder akustische Ausgabeeinrichtung eine optische und/oder akustische Information auszugeben, die die aktuell gespeicherten Einschalt- und Ausschaltschwellenwerte und/oder den dazugehörenden vorbestimmten Eingangssteuerspannungswert repräsentiert.In order to enable an operator to know the currently valid switch-on and switch-off voltage threshold values at any time, the switching device can have an optical and/or acoustic output device. In this case, the control and evaluation device can be designed to cause the switching device to output the optical optical and/or acoustic output device to output optical and/or acoustic information which represents the currently stored switch-on and switch-off threshold values and/or the associated predetermined input control voltage value.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Steuer-und Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, unter Ansprechen auf ein zweites am dritten Eingangsanschluss anlegbares Steuersignal, das Schaltgerät zu veranlassen, über die optische und/oder akustische Ausgabeeinrichtung eine optische und/oder akustische Information auszugeben, die die aktuell bereitgestellten bzw. gespeicherten Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte und/oder den dazugehörenden vorbestimmten Eingangssteuerspannungswert repräsentiert.According to an advantageous development, the control and evaluation device can be designed to cause the switching device, in response to a second control signal that can be applied to the third input connection, to output optical and/or acoustic information via the optical and/or acoustic output device, which represents the currently provided or stored switch-on and switch-off voltage threshold values and/or the associated predetermined input control voltage value.
Das ansteuerbare Schaltelement ist vorzugsweise ein Halbleiterschalter, wobei die Schalteinrichtung als elektromechanischer Schalter, z.B. als Relais oder Schütz, oder als Optokoppler ausgebildet sein kann. Vorzugsweise ist der elektromechanische Schalter als Ein-/Ausschalter oder als Wechselschalter ausgebildet.The controllable switching element is preferably a semiconductor switch, whereby the switching device can be designed as an electromechanical switch, e.g. as a relay or contactor, or as an optocoupler. The electromechanical switch is preferably designed as an on/off switch or as a changeover switch.
Zweckmäßigerweise weist das Schaltgerät wenigstens zwei mit dem elektromechanischen Schalter verbundene Ausgangsanschlüsse zum Anschließen wenigstens eines Laststromkreises auf.Conveniently, the switching device has at least two output terminals connected to the electromechanical switch for connecting at least one load circuit.
Der elektromechanische Schalter kann beispielsweise eine in Reihe mit dem ansteuerbaren Schaltelement geschaltete Erregerspule aufweisen.The electromechanical switch can, for example, have an excitation coil connected in series with the controllable switching element.
Zweckmäßigerweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung als Mikrocontroller ausgebildet sein.The control and evaluation device can expediently be designed as a microcontroller.
Vorteilhafterweise kann die Speichereinrichtung integraler Bestandteil der Steuer- und Auswerteeinrichtung sein.Advantageously, the storage device can be an integral part of the control and evaluation device.
Ist die Speichereinrichtung ein separates Bauelement, kann sie beispielsweise ein nicht flüchtiger, elektronischer Speicherbaustein, beispielsweise ein EEPROM, sein.If the storage device is a separate component, it can be, for example, a non-volatile electronic memory device, such as an EEPROM.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Darin zeigen:
-
1 das Blockschaltbild eines beispielhaften Schaltgeräts, in welchem die Erfindung verwirklicht ist, und -
2 das Blockschaltbild eines weiteren beispielhaften Schaltgeräts, in welchem die Erfindung verwirklicht ist.
-
1 the block diagram of an exemplary switching device in which the invention is implemented, and -
2 the block diagram of another exemplary switching device in which the invention is implemented.
Das Schaltgerät 10 weist einen ersten Eingangsanschluss 30 und einen zweiten Eingangsanschluss 31 auf, an die eine Eingangssteuerspannung, beispielsweise in Form einer Gleichspannung oder einer Wechselspannung, angelegt werden kann. Angemerkt sei, dass der Eingangsanschluss 31 vorzugsweise als Masseanschluss fungieren kann. Lediglich beispielhaft ist eine Gleichspannungsquelle 20 über einen Schalter 21 an die beiden Eingangsanschlüsse 30 und 31 anschaltbar. Für den Fall, dass als Eingangssteuerspannung auch eine Wechselspannung angelegt werden soll, kann in dem Schaltgerät 10 ein Brückengleichrichter 40 implementiert sein, der an die beiden Eingangsanschlüssen 30 und 31 angeschlossen sein kann. Zur Glättung der Ausgangsspannung des Brückengleichrichters 40 kann ein Glättungskondensator 41 parallel zum Ausgang des Brückengleichrichters 40 geschaltet sein.The
Ferner ist ein Strommesspfad 50 elektrisch an die beiden Eingangsanschlüsse 30 und 31 angeschlossen. Der Strommesspfad 50 ist, falls vorhanden, hinter dem Brückengleichrichter 40 angeordnet und weist einen elektrischen Widerstand mit vorbestimmten Widerstandswert und einen dazu in Reihe geschalteten Stromsensor 52 auf, der zum Messen eines durch den Strompfad 50 fließenden Stroms ausgebildet ist. Eine an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 anlegbare Eingangssteuerspannung wird einer Spannungsversorgungs-Einrichtung 60 zugeführt. Hierzu ist die Spannungsversorgungs-Einrichtung 60 elektrisch mit den Eingangsanschlüssen 30 und 31 verbunden. Die Spannungsversorgungs-Einrichtung 60 kann einen Gleichspannungswandler 61, auch DC-Wandler genannt, aufweisen, der eine an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 anliegende Eingangssteuerspannung in eine Gleichspannung von beispielsweise 12 V umwandelt. Am Ausgang des Gleichspannungswandlers 61 kann ein Glättungskondensator 62 vorgesehen sein. Die vom Gleichspannungswandler 61 erzeugte Ausgangsgleichspannung wird einem ersten Ausgang 64 der Spannungsversorgungs-Einrichtung 60 zugeführt. Ferner wird die Ausgangsgleichspannung des Gleichspannungswandlers 61 einem Spannungsregler 63 zugeführt, der beispielsweise aus der 12 V-Gleichspannung eine Versorgungsspannung für eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 erzeugt. Hierzu wandelt der Spannungsregler 63 die Eingangsgleichspannung von 12 V beispielsweise in eine 3,3 V Ausgangsspannung um, die über einen Ausgang 65 der Spannungsversorgungs-Einrichtung 60 einem Spannungsversorgungsanschluss 71 der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 zugeführt wird. Dank der Spannungsversorgungs-Einrichtung 60 kann das Schaltgerät 10 lediglich über eine zweiadrige Leitung betrieben werden, da sowohl der Mikrocontroller 70 als auch der elektromechanische Schalter 100 über die an die Eingangsanschlüsse 30 und 31 angelegte Eingangssteuerspannung versorgt wird.Furthermore, a
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 kann zweckmäßigerweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Der Mikrocontroller 70 kann ferner einen analogen Eingang 72 aufweisen, der mit einem Ausgang des Stromsensors 72 verbunden ist. Der analoge Eingang 72 ist mit einem Analog/Digital-Wandler 79, kurz A/D-Wandler genannt, des Mikrocontrollers 70 verbunden. Der A/D-Wandler 79 wandelt die vom Stromsensor 52 gemessenen analogen Stromwerte in digitale Stromwerte um. In an sich bekannter Weise kann der Mikrocontroller 70 einen Mikroprozessor 76 und einen Speicher 95, in dem beispielsweise eine Firmware zum Steuern und Überwachen des Schaltgeräts 10 gespeichert ist, aufweisen. Der Ausgang des A/D-Wandlers 79 ist eingangsseitig mit dem Mikrocontroller 70 verbunden.The control and
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung weist das Schaltgerät 10 eine als elektromechanischen Schalter ausgebildete Schalteinrichtung 100 auf. Der elektromechanische Schalter 100 kann zum Beispiel als Relais oder Schütz ausgebildet sein. Der elektromechanische Schalter 100 weist eine in einem Steuerstromkreis 103 angeordnete Erregerspule 101 auf, die elektrisch in Reihe mit einem ansteuerbaren Schaltelement 110 geschaltet ist. Das Schaltelement 110 ist beispielsweise als separates Bauelement ausgebildet, das der Erregerspule 101 vor- oder nachgeschaltet sein kann. Der Steuerstromkreis 103 ist elektrisch mit dem Ausgang 64 der Spannungsversorgungseinrichtung 60 verbunden. Das Schaltelement 110 kann, wie in
Anstelle des elektromechanischen Schalters 100 kann im Schaltgerät 10 eine als Optokoppler ausgebildete Schalteinrichtung 100' implementiert sein. Dies ist in
Ferner kann beispielsweise eine optische-und/oder akustische Ausgabeeinrichtung 80 im Schaltgerät 10 implementiert sein, die vorzugsweise mit einem digitalen Ausgang 74 des Mikrocontrollers 70 elektrisch verbunden ist. Die optische-und/oder akustische Ausgabeeinrichtung 80 hat die Aufgabe, einer Bedienperson die aktuell am Schaltgerät 10 angelegte Eingangssteuerspannung sowie die dazugehörenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte, die im Speicher 95 gespeichert sein können, zu signalisieren.Furthermore, for example, an optical and/or
Weiterhin kann das Schaltgerät 10 zweckmäßigerweise eine separate Speichereinrichtung 90, die als EEPROM ausgebildet sein kann, aufweisen. In der Speichereinrichtung 90 kann beispielsweise eine Nachschlagetabelle hinterlegt sein, die unterschiedlichen vordefinierten Eingangssteuerspannungen jeweils einen Einschalt-Spannungsschwellenwert und einen Ausschalter-Spannungsschwellenwerte zuordnet. Beispielsweise können als vordefinierte Eingangssteuerspannungen Spannungswerte von 24 V, 48 V, 60 V, 120 V und 230 V hinterlegt sein. Wie eingangs bereits erwähnt, können je nach Implementierung des Schaltgerät 10 Wechselspannungen und/oder Gleichspannungen als Eingangssteuerspannungen vom Schaltgerät 10 verarbeitet werden. Lediglich der einfachen Erläuterung wegen sei angenommen, dass in der Speichereinrichtung 90 die Gleichspannungswerte von 24V, 48V und 60V sowie die jeweils dazugehörenden vorbestimmbaren Ausschalt- und Einschalt-Spannungsschwellenwerte gespeichert sind. Alternativ oder zusätzlich können diese Werte auch in dem im Mikrocontroller 70 integrierten Speicher 95 abgelegt sein. In diesem Fall könnte auf die separate Speichereinrichtung 90 verzichtet werden.Furthermore, the switching
Die als Mikrocontroller ausgebildete Steuer-Auswerteeinrichtung 70 weist gemäß der in
Weiterhin weist der Mikrocontroller 70 gemäß der beispielhaften Ausgestaltung vorzugsweise einen Anschluss 77 auf, über den der Mikrocontroller 70 bzw. der Mikroprozessor 76 mit der Speichereinrichtung 90 kommunizieren kann. Vorzugsweise können die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 und die Speichereinrichtung über einen SPI (Serial Peripheral Interface)-basierten Bus miteinander verbunden sein. In diesem Fall ist der Anschluss 77 als SPI-basierte Schnittstelle ausgebildet, wobei die Speichereinrichtung 90 dann ebenfalls über eine SPI-basierte Schnittstelle verfügt. Der Mikrocontroller 70 ist dazu ausgebildet, beispielsweise einen Anforderungsbefehl, der u.a. einen ermittelten Spannungswert, der einer angelegten Eingangssteuerspannung entspricht, über den Anschluss 77 zur Speichereinrichtung 90 zu übertragen, um die Speichereinrichtung 90 aufzufordern, den zu diesem Spannungswert gehörenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwert zum Mikrocontroller 70 zu übertragen. Die Steuer-und Auswerteeinrichtung 70 kann dazu ausgebildet sein, die aus der Speichereinrichtung 90 ausgelesenen Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte als aktuell bereitgestellte Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte in dem Speicher 95 des Mikrocontrollers 70 zu speichern.Furthermore, according to the exemplary embodiment, the
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass anstelle des ansteuerbaren Schaltelements 110 auch ein ansteuerbares Schaltelement 110' in dem Schaltgerät 10 verwendet werden kann. Dies ist in
Das Schaltgerät 10 kann einen dritten Eingangsanschluss 32 aufweisen, der mit einem weiteren, vorzugsweise digitalen Eingang 73 der Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 verbunden sein kann. Beispielsweise kann eine Bedienperson an den Eingang 32 des Schaltgerät 10 ein erstes Steuersignal anlegen, um die aktuelle Konfiguration, d. h. die aktuell vom Schaltgerät 10 verwendete Eingangssteuerspannung mitgeteilt zu bekommen. Der Mikrocontroller 70 ist dazu ausgebildet, das erste am Eingang 73 ankommende Steuersignal auszuwerten und über den Ausgang 74 ein entsprechendes Steuersignal zur optischen und/oder akustischen Ausgabeeinrichtung 80 zu übertragen, die daraufhin die aktuell konfigurierte Eingangssteuerspannung einer Bedienperson in optischer oder akustischer Form ausgibt. Hierzu können vorbestimmte Codes, zum Beispiel Ziffern verwendet werden, denen jeweils eine der vorbestimmten Eingangssteuerspannungen und die jeweils dazugehörenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte zugeordnet sind. So kann beispielsweise die Ziffer 1 einer Eingangssteuerspannung von 24V, die Ziffer 2 einer Eingangssteuerspannung von 24V und die Ziffer 3 einer Eingangssteuerspannung von 48V zugeordnet werden. Vorzugsweise ist dann die optische und/oder akustische Ausgabeeinrichtung 80 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der jeweiligen Ziffer eine entsprechende Anzahl an Blinkimpulse und/oder eine entsprechende Sprachäußerung auszugeben.The switching
Beispielsweise kann an den Eingangsanschluss 32 als zweites Steuersignal ein Reset-Signal angelegt werden, welches über den Eingang 73 der Steuer-und Auswerteeinrichtung 70 zugeführt wird. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 70 kann dazu ausgebildet sein, unter Ansprechen auf das Reset-Signal die in dem Speicher 95 aktuell abgelegten Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte zu löschen bzw. zurückzusetzen.For example, a reset signal can be applied to the
Nachfolgend wird die Funktions- und Arbeitsweise des in
Angenommen sei nunmehr, dass in dem Speicher 90 drei mögliche Gleichspannungen als Eingangssteuerspannungswerte, beispielsweise 24 V, 48 V und 60 V, sowie die jeweils dazugehörigen Einschalt-Spannungsschwellenwerte und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte, beispielsweise in Form einer Nachschlagetabelle gespeichert sind. Diese drei Spannungswerte sind zweckmäßigerweise als Referenzwerte auch in dem Speicher 95 des Mikrocontroller 70 gespeichert. Weiterhin sei angenommen, dass das Schaltgerät 10 erstmalig in Betrieb genommen werden soll.It is now assumed that three possible DC voltages are stored in the
Hierzu wird beispielsweise an die Eingangsanschlüsse 30 und 31 die externe Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen, die beispielsweise eine Gleichspannung von 24 V liefert und der Schalter 21 geschlossen. Nach dem Schließen des Schalters 21 wird der durch die Eingangssteuerspannung hervorgerufene Strom im Strommesspfad 50 vom Stromsensor 52 gemessen. Der in Reihe mit dem Stromsensor 57 liegende elektrische Widerstand 51, der vorzugsweise niederohmig und dessen Wert bekannt ist, dient vorzugsweise dazu, einen Grundlaststrom durch den Strompfad 50 einzustellen, um damit eine Störempfindlichkeit durch äußere Einflüsse minimieren zu können. Der Widerstandswert des Widerstandes 51 ist zum Beispiel im Speicher 95 abgelegt und somit, zusammen mit den drei Referenzwerten von 24V, 48V und 60V dem Mikrocontroller 70 bzw. dem Mikroprozessor 76 bekannt. Der vom Stromsensor 52 gemessene Analogwert wird über den analogen Eingang 72 dem A/D Wandler 79 des Mikrocontroller 70 zugeführt. Der Mikroprozessor 76 des Mikrocontrollers 70 ist derart programmiert, dass er in Abhängigkeit von dem über den A/D-Wandler 79 empfangenen digitalen Strommesswert und den bekannten Widerstandswert des elektrischen Widerstandes 51 einen Spannungswert ermittelt. Der Mikrocontroller 70 bzw. der Mikroprozessor 76 kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, zu prüfen, ob der ermittelte Spannungswert einem der in dem Speicher 95 abgespeicherten Referenzwerten zugeordnet werden kann. Im vorliegenden Fall erkennt der Mikroprozessor 76, dass der ermittelte Spannungswert dem Referenzwert 24V zugeordnet werden kann.For this purpose, for example, the external
Der Mikrocontroller 70 bzw. der darin implementierte Mikroprozessor 76 ist derart programmiert, dass er den erkannten Referenzwert von 24V über den Ausgang 77 zur Speichereinrichtung 90 überträgt und den Speicher 90 veranlasst, die zu dem übertragenen Referenzwert dazugehörenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte zurück zum Mikrocontroller 70 zu übertragen und dem Mikrocontroller 70 zur weiteren Verwendung zur Verfügung zu stellen. Die am Anschluss 77 ankommenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte werden beispielsweise in dem Speicher 95 des Mikrocontroller 70 als die aktuell zu verwendenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte abgelegt. Mit anderen Worten: Nach Abschluss der Erstinbetriebnahme hat sich das Schaltgerät 10 automatisch hinsichtlich der an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 angelegten Eingangssteuerspannung konfiguriert.The
Angemerkt sei, dass der Stromsensor 52 im Betrieb zweckmäßigerweise kontinuierlich den Strom durch den Strommesspfad 50 misst und in regelmäßigen Abständen, vorzugsweise nahezu kontinuierlich, die Strommesswerte zum Mikrocontroller 70 überträgt.It should be noted that during operation, the
Stellt nach der Erstinbetriebnahme der Mikrocontroller 70 fest, dass die an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 anliegende Gleichspannung von 24V während eines definierten Zeitraums ununterbrochen anliegt, - d. h. der Mikroprozessor 76 ermittelt während dieses Zeitraums einen Spannungswert, der größer oder gleich dem im Speicher 95 gespeicherten Einschalt-Spannungsschwellenwert ist - legt der Mikrocontroller 70 bzw. der Mikroprozessor 76 ein Aktivierungssignal an den digitalen Ausgang 75, der dafür sorgt, dass das Schaltelement 110 geschlossen wird. Demzufolge wird die am Ausgang 64 des Gleichspannungswandlers 61 anliegende Ausgangsspannung von beispielsweise 12V dem elektromechanischen Schalter 100 bzw. der Erregerspule 101 zugeführt, sodass das Schaltelement 102 des elektromechanischen Schalter 100 entsprechend geschaltet wird. Bei der gezeigten Ausführungsform sorgt eine stromdurchflossene Erregerspule 101 dafür, dass der Schalter 102 einen Laststromkreis an den Anschlüssen 120 und 121 schließt.If, after initial commissioning, the
In vorteilhafter Weise ist der Mikrocontroller 70 dazu ausgebildet, nach erfolgter Erstinbetriebnahme über den Ausgang 74 ein entsprechendes Steuersignal, beispielsweise eine binär codierte 1, zur optischen und/oder akustischen Ausgabeeinrichtung 80 zu übertragen. Die optische und/oder akustische Ausgabeeinrichtung 80 ist dazu ausgebildet, die binär codierte 1 auszuwerten und die Ziffer 1 beispielsweise durch einen einzigen Blinkimpuls und/oder eine entsprechende Sprachäußerung einer Bedienperson auszugeben. Die auf diese Weise ausgegebene Ziffer 1 signalisiert einer Bedienperson, dass das Schaltgerät 10 aktuell mit einer Eingangssteuerspannung von 24V betrieben wird.Advantageously, the
Der elektromechanische Schalter 100 bleibt so lange im Schaltzustand 1, d. h. die Erregerspule 101 ist stromdurchflossen, bis die Eingangssteuerspannung an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 unter den im Speicher 95 hinterlegten Ausschalt-Spannungsschwellenwert fällt. Dies erkennt der Mikrocontroller 70 daran, dass der kontinuierlich vom Stromsensor 52 gemessene Strom durch den Strompfad 50 abfällt, sodass der Mikroprozessor 76 einen Spannungswert ermittelt, der unterhalb des im Speicher 95 gespeicherten Ausschalt-Spannungsschwellenwertes liegt. Unter Ansprechen hierauf legt er Mikroprozessor 76 ein Deaktivierungssignal an den digitalen Ausgang 75. Unter Ansprechen auf das Deaktivierungssignal wird das Schaltelement 110 geöffnet. In diesem Moment ist die Erregerspule 101 nicht mehr stromdurchflossen und der elektromechanische Schalter 100 geht in einen zweiten Schaltzustand, bei dem über den Schalter 102 nunmehr ein zweiter Laststromkreis (nicht dargestellt), der an den Anschlüssen 121 und 122 angeschlossen ist, geschlossen wird, während der erste Laststromkreis (nicht dargestellt) geöffnet wird.The
Wie bereits weiter oben erwähnt, kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Bedienperson an den Eingang 32 des Schaltgerät 10 ein erstes Steuersignal anlegen, um die aktuelle Konfiguration, d. h. die aktuell vom Schaltgerät 10 verwendete Eingangssteuerspannung mitgeteilt zu bekommen. Der Mikrocontroller 70 ist dazu ausgebildet, ein entsprechendes am Eingang 73 ankommende Steuersignal auszuwerten und über den Ausgang 74 ein entsprechendes Steuersignal, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine binär codierte 1 zur optischen und/oder akustischen Ausgabeeinrichtung 80 zu übertragen. Die optische und/oder akustische Ausgabeeinrichtung 80 ist dazu ausgebildet, die binär codierte 1 auszuwerten und die Ziffer 1 beispielsweise durch einen einzigen Blinkimpuls und/oder eine entsprechende Sprachäußerung einer Bedienperson auszugeben. Die auf diese Weise ausgegebene Ziffer 1 signalisiert einer Bedienperson, dass das Schaltgerät 10 aktuell mit einer Eingangssteuerspannung von 24V betrieben wird.As already mentioned above, according to an advantageous embodiment, an operator can apply a first control signal to the
Über den Eingang 32 kann eine Bedienperson ein zweites Steuersignal, ein sogenanntes Reset-Signal an den Eingang 73 des Mikrocontrollers 70 anlegen. Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist der Mikrocontroller 70 bzw. der Mikroprozessor 76 dazu ausgebildet, unter Ansprechen auf ein Reset-Signal die im Speicher 95 aktuell hinterlegten Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte zu löschen.Via the
Wird nach einem Reset des Schaltgeräts 10 erneut eine Eingangssteuerspannung, beispielsweise eine Eingangssteuerspannung von 48V, an die Eingangsanschlüsse 30 und 31 des Schaltgeräts 10 angelegt, wird das zuvor hinsichtlich der Erstinbetriebnahme geschilderte Konfigurierungsverfahren erneut durchgeführt, sodass am Ende einer ordnungsgemäßen Konfigurationsphase die zu dem Referenzwert von 48V gehörenden Ein- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte aus dem Speicher 90 vom Mikrocontroller 70 ausgelesen und in dem Speicher 95 als die aktuellen Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte gespeichert werden..If, after a reset of the
Das beispielhafte Schaltgerät 10 kann auch in einem sogenannten selbstlernenden Modus betrieben werden, in dem sich das Schaltgerät 10 automatisch neu konfiguriert, d. h. auf einen neuen Eingangssteuerspannungswert und auf die dazugehörenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte einstellt.The
Angenommen sei nunmehr, dass das Schaltgerät 10 gemäß der zuvor beschriebenen Erstinbetriebnahme auf einen Eingangssteuerspannungswert von 24 V und den dazugehörenden Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte, die im Speicher 95 hinterlegt sind, konfiguriert ist. Wie bereits erwähnt, ist der Sensor 52 dazu ausgebildet, während einer an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 angelegten Eingangssteuerspannung, kontinuierlich den Strom durch den Strompfad 50 zu messen, wobei der gemessene Stromwert über den A/D-Wandler 79 dem Mikroprozessor 76 des Mikrocontrollers 70 zuzuführen. Der Mikrocontroller 70 bzw. der Mikroprozessor 76 ist dazu ausgebildet, in regelmäßigen Zeitabständen, oder nahezu kontinuierlich, aus den am Eingang 72 ankommenden gemessenen Stromwerten einen Spannungswert zu ermitteln und zu prüfen, ob die ermittelten Spannungswert einem der drei gespeicherten Referenzwerte, das sind 24V, 48V und 60V, zugeordnet werden kann.Let us now assume that the switching
Nunmehr sei angenommen, dass im laufenden Betrieb die an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 angelegte Eingangssteuerspannung von 24 V beispielsweise auf 48 V erhöht wird. Das bedeutet, dass nach wie vor das Schaltelement 110 geschlossen ist und die Erregerspule 101 bestromt wird.Now assume that during operation the input control voltage applied to the
Angenommen sei nunmehr, dass die geänderte Eingangssteuerspannung, im vorliegenden Fall die neue Eingangs- Steuerspannung 48V, mindestens für eine vorbestimmte Zeitdauer anliegt und der Stromsensor 52 für die vorbestimmte Zeitdauer einen entsprechend erhöhten Stromwert misst, der über den Eingang 72 und den A/D-Wandler 79 dem Mikroprozessor 76 zugeführt wird. In diesem Fall ermittelt der Mikroprozessor 76 während der vordefinierten Zeit Spannungswerte und stellt fest, dass die ermittelten Spannungswert allesamt während der vorbestimmten Zeitdauer dem im Speicher 95 gespeicherten Referenzwert von 48V zugeordnet werden können. Unter Ansprechen hierauf fordert der Mikroprozessor 76 über den Anschluss 77 die Speichereinrichtung 90 auf, den zum Referenzwert von 48V gehörenden Einschalt- und Ausschaltet-Spannungsschwellenwerte zu senden. Der Mikrocontroller 70 bzw. der Mikroprozessor 76 ist beispielsweise derart programmiert, dass er die der alten Eingangssteuerspannung von 24 V zugeordneten Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte löscht und durch die neuen Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte ersetzt, oder die alten Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte durch die neuen empfangenen Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte, die der Eingangssteuerspannung von 48 V zugeordnet sind, in dem Speicher 95 überbeschreiben.Let us now assume that the changed input control voltage, in this case the new input control voltage 48V, is present for at least a predetermined period of time and that the
Das beispielhafte Schaltungsgerät 10 ist somit in der Lage, selbstlernend, d.h. automatisch zu erkennen, ob währende eines laufenden Betriebs eine neue Eingangssteuerspannung an die Eingangsanschlüsse 30 und 31 angelegt wurde. Unter Ansprechen hierauf konfiguriert sich der das Schaltgerät 10 selbst, d. h. der Mikrocontroller 70 sorgt dafür, dass nunmehr die der neuen Eingangssteuerspannung von 48 V zugeordneten Einschalt- und Ausschalt-Spannungsschwellenwerte aktiviert werden, indem sie in den Speicher 95 geschrieben werden. Das bedeutet, dass, wenn die an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 anliegende aktuelle Eingangssteuerspannung von 48 V unter den ihr zugeordneten Ausschalt-Spannungsschwellenwert fällt, der Mikrocontroller 70 dies feststellt und daraufhin das Schaltelement 110 öffnet.The
Wie bereits erwähnt, ändert sich an der Funktionsweise des Schaltgeräts 10 im Wesentlichen nichts, wenn anstelle des Mikrocontrollers 70 der Mikrocontroller 70' und/oder anstelle des elektromechanischen Relais 100 der Optokoppler 100' im Schaltgerät 10 implementiert ist.As already mentioned, there is essentially no change in the functioning of the
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 3375004 B1 [0003]EP 3375004 B1 [0003]
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