用于控制开关设备的电磁驱动器方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于借助于程序控制开关设备的电磁驱动器的方法，其中，通过程序配置的处理器执行如下步骤：测量施加在开关设备处输入侧的控制电压；根据测得的控制电压激活电磁驱动器(S12‑S16)；根据测得的控制电压调节额定电压范围(S18‑S24)。

权利要求

1.用于借助于程序控制开关设备的电磁驱动器的方法，其中，通过所述程序配置的处理器执行如下步骤：测量施加在所述开关设备处输入侧的控制电压(S12)；

根据测得的控制电压激活所述电磁驱动器(S14-S16；S14，S34)；

根据测得的控制电压调节额定电压范围(S18-S24)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：初始化所述程序并且声明程序变量用于下导通电压阈值(S12)，检查测得的控制电压是否超过下导通电压阈值(S14)，并且根据所述检查激活所述电磁驱动器(S16；S34)。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，根据测得的控制电压调节额定电压范围包括如下步骤：测定测得的控制电压处在预定的电压范围中的哪个(S18，S22)并且根据测定的预定的电压范围匹配下导通电压阈值和上关断电压阈值(S20，S24)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，测定测得的控制电压处在预定的电压范围中的哪个包括多个需执行的步骤(S18，S22)，这些步骤中的每个为预定的电压范围之一而设置，并且按照每个需执行的步骤(S18，S22)来执行根据测定的预定的电压范围匹配下导通电压阈值和上关断电压阈值(S20，S24)，并且预定的电压范围利用每个执行的步骤被移动到更高的电压范围中。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，预定的电压范围没有重叠。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，预定的电压范围具有从24伏到48伏的第一预定的交流-或者直流电压范围、从48伏到

110伏的第二预定的交流-或者直流电压范围和从110伏到240伏的第三预定的交流-或者直流电压范围。

7.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，根据测得的控制电压调节额定电压范围包括根据测得的控制电压计算下导通电压阈值和上关断电压阈值。

8.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，根据测得的控制电压调节额定电压范围包括根据测得的控制电压从储存的图表中选出额定电压范围和根据选出的额定电压范围调节下导通电压阈值和上关断电压阈值。

9.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，调节额定电压范围还包括如下步骤：

检查额定电压范围是否是预设的(S17)，并且将额定电压范围调节到预设的额定电压范围(S25)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当存在预设的额定电压范围时或者当存在预设的额定电压范围并且测得的控制电压超过和/或不超过一个或者多个预定的阈值时，调节额定电压范围到预设的额定电压范围。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，预设的额定电压范围借助开关、储存值(28)和/或经过数据通信(30)收到的值来确定。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述开关为DIP开关(26)。

13.数据载体，在该数据载体上储存可由处理器执行的计算机程序的程序代码，用于当所述计算机程序由处理器执行时执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法步骤。

14.用于控制开关设备的电磁驱动器的装置，包括处理器(16)和储存器，在该储存器中储存程序，该程序配置所述处理器用于执行根据权利要求1到12中任一项所述的方法。

15.开关设备，包括：

-具有绕组(12)的开关驱动器，和

-根据权利要求14所述的装置,用于控制所述绕组(12)的电流供应。

16.根据权利要求15所述的开关设备，所述开关设备是接触器。

说明书

用于控制开关设备的电磁驱动器方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于控制开关设备、尤其接触器的电磁驱动器的方法，以及相应的装置和带有这种装置的开关设备。

背景技术

[0002] 开关设备例如接触器利用额定控制供应电压来制造。通过标准VDE 0660-100或者IEC/EN/DIN EN 60947-1在段落7.2.1.2中预定用于利用电力驱动操纵开关设备的极限值。

[0003] 例如确定接触器必须在其额定控制供应电压的85％和110％之间导通。这不仅适用于直流电压也适用于交流电压。如果为额定控制供应电压提供一个范围，则85％为下电压值，110％为上电压值。

[0004] 电控制接触器必须在额定控制供应电压的75％与20％(在交流电压情况下)或10％(在直流电压情况下)之间脱离，即可以在75％情况下脱离，然而必须在20％情况下脱离。对于额定控制供应电压的被给定用于操纵接触器的范围，20％或10％为范围的上电压值并且75％为范围的下电压值。

[0005] 额定控制供应电压的范围(在这里也简略称为额定电压范围)不允许过大，因为在其它方面，排他的电压范围会产生重合，如其应该从接触器的接下来的示例和参考在图1中所示的接触器的电压范围来阐述：在从24伏到240伏的额定电压范围100情况中(交流电压或者直流电压)接触器必须根据标准在从24伏的85％、即20.4伏到240伏的110％、即264伏的电压范围120中导通。根据标准接触器可以在24伏的75％、即18伏情况下脱离，而必须在240伏的20％、即对于交流电压48伏情况下脱离(电压范围140)。如在图1中可看出，接触器的导通电压范围和关断电压范围在从20.4伏到48伏的电压范围160中重合，在该范围中接触器不可导通。

[0006] 为遵守通过上述标准预定的极限值并且避免上面描述的电压范围的重合，必须选择相对小的通过额定控制供应电压预定的开关设备的电压范围，并且生产者必须维持相当丰富的开关设备的种类，该开关设备设计和适用于不同的额定电压范围。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于，提出一种用于控制开关设备、尤其是接触器的电磁驱动器的改进的方法和改进的装置。

[0008] 基于本发明的构思在于，根据测量施加在开关设备处输入侧的控制电压，不仅激活开关设备的电磁驱动器，而且调节开关设备的额定电压范围。换句话说，额定电压范围因此相应地与施加在开关设备处输入侧的控制电压相匹配，使得在针对大的额定电压范围，例如设置成从大约24伏到大约240伏的开关设备情况下，可以避免在根据标准使用开关设备时导通范围和关断范围重合。

[0009] 现在，本发明的实施方案涉及用于借助程序控制开关设备的电磁驱动器的方法，其中，通过程序配置的处理器执行如下步骤：测量施加在开关设备处输入侧的控制电压；根据测得的控制电压激活电磁驱动器；根据测得的控制电压调节额定电压范围。第二和第三步骤不必以规定的次序，而也可以以其它次序来执行。例如，可以在根据测得的控制电压激活电磁驱动器的步骤之前执行根据测得的控制电压调节额定电压范围的步骤。

[0010] 尤其，本方法可以包括如下步骤：初始化程序并且声明程序变量用于下导通电压阈值，检查测得的控制电压是否超过下导通电压阈值，并且根据检查激活电磁驱动器。

[0011] 根据测得的控制电压调节额定电压范围可以包括如下步骤：测定测得的控制电压处在预定的电压范围中的哪个并且根据测定的预定的电压范围匹配下导通电压阈值和上关断电压阈值。

[0012] 测定测得的控制电压处在预定的电压范围中的哪个可以包括多个需执行的步骤，这些步骤中的每个为所预定的电压范围之一而设置，并且根据测定的预定的电压范围按照每个需执行的步骤来执行匹配下导通电压阈值和上关断电压阈值，并且预定的电压范围能够利用每个执行的步骤被移动到更高的电压范围中。

[0013] 尤其，预定的电压范围没有重叠。

[0014] 例如，预定的电压范围可以具有第一预定的交流-或者直流电压范围(从大约24伏到大约48伏)、第二预定的交流-或者直流电压范围(从大约48伏到大约110伏)和第三预定的交流-或者直流电压范围(从大约110伏到大约240伏)。

[0015] 根据测得的控制电压调节额定电压范围也可以具有根据测得的控制电压计算下导通电压阈值和上关断电压阈值。例如，可以将所测得的控制电压的85％计算为下导通电压阈值和将所测得的控制电压的50％计算为上关断电压阈值。额定电压范围的该计算可以附加于或者替代于上面描述的额定电压范围的算法的逐步测定而被执行，例如以尽可能快地测定额定电压范围。

[0016] 此外，根据测得的控制电压调节额定电压范围可以包括根据测得的控制电压从储存的图表中选出额定电压范围和根据所选出的额定电压范围调节下导通电压阈值和上关断电压阈值。例如，在储存的图表中可以储存多个符合标准的额定电压范围。在此，所测得的控制电压确定匹配的额定电压范围，因此，该额定电压范围可以根据所测得的控制电压从图表选出并且用于调节下导通电压阈值和上关断电压阈值。

[0017] 此外，调节额定电压范围可以包括如下步骤：检查额定电压范围是否是预设的，并且将额定电压范围调节到预设的额定电压范围上。

[0018] 特别地，当存在预设的额定电压范围时或者当存在预设的额定电压范围并且测得的控制电压超过和/或不超过一个或者多个预定的阈值时，额定电压范围可以调节到预设的额定电压范围上。

[0019] 例如，预设的额定电压范围可以借助开关、尤其DIP开关、储存值和/或经过数据通信收到的值来确定。

[0020] 本发明其它实施方案涉及带有程序代码的计算机程序，用于当所述计算机程序由处理器执行时执行根据本发明并且如前所述的全部方法步骤。

[0021] 此外，本发明的实施方案涉及数据载体，在该数据载体上储存由可由处理器执行的根据本发明和如前所述的计算机程序的程序代码。

[0022] 本发明的其它实施方案涉及用于开关设备的电磁驱动器的装置，其具有处理器、尤其微处理器或者微型控制器，和储存器，在该储存器中储存程序，该程序配置处理器用于执行根据本发明和如前所述的方法。

[0023] 本发明的其它实施方案涉及开关设备，尤其接触器，其带有具有绕组的开关驱动器和根据本发明和如本文所述的用于控制绕组电流供应的装置。

[0024] 本发明的其它优点和应用可能性由下面的描述和在附图中所示的实施例相结合来获得。

附图说明

[0025] 在描述中、在权利要求中、在摘要中和在附图中使用在后面引用的使用附图标记的概念和所述附图标记的清单。

[0026] 其中：

[0027] 图1显示带有接触器的示例性的电压范围的图表；

[0028] 图2显示用于根据本发明的开关设备的电磁驱动器的控制装置的第一实施例的电路框图；

[0029] 图3显示用于根据本发明的开关设备的电磁驱动器的控制装置的第二实施例的电路框图；

[0030] 图4显示用于根据本发明的开关设备的电磁驱动器的控制方法的第一实施例的流程图；

[0031] 图5显示用于根据本发明的开关设备的电磁驱动器的控制方法的第二实施例的流程图；以及

[0032] 图6显示用于根据本发明的开关设备的电磁驱动器的控制方法的第三实施例的流程图。

[0033] 在接下来的描述中，相同的、功能相同的和功能上连通的元件设有相同的附图标记。绝对值接下来仅示例性地提供并且不限制本发明的理解。

具体实施方式

[0034] 图2示出了根据本发明的控制装置或者控制电子仪器的电路框图，该控制装置或者控制电子仪器在原则上设计成可用于广泛的输入电压范围并且可相对紧凑地布置在电路板上。控制装置例如适合集成到如接触器的开关设备中，例如多电压接触器。多电压接触器或者多电压开关设备在此理解为这样的接触器或开关设备，其设置并且设计用于多个不同的额定电压范围，例如用于从约24伏直至约240伏的电压范围。

[0035] 控制装置包括电源10、控制单元16(例如由处理器和储存器(尤其微型控制器)来实现)、迅速去激励单元22和可控制的开关18。在图1中示出的整流器24严格来说不属于控制装置，但还是可设置在控制装置的电路板上。控制装置的所有电压和信号都接地。

[0036] 通过施加在端口A1和A2上的交流电压给整流器24供电。由整流器24从交流电压产生的直流电压给电源10供电，该电源由此产生供应控制单元16和(未示出的)开关设备的电磁驱动器的绕组12的输出电压。绕组12与迅速去激励单元22并联。在绕组12和接地直接联接有可控制的开关18，例如具有相应电流能力并且适用于所出现电压的开关晶体管。

[0037] 图3示出了根据本发明的另一控制装置或控制电子仪器的电路框图，其中，与在图2中示出的控制电子仪器不同，可通过不同的方式预设受调节的额定电压范围：例如可在控制电子仪器的电路板上布置DIP(双列直插式封装)开关26，通过该DIP开关可编码不同的受调节的额定电压范围。也可存在储存器28，例如在电路板上或集成到控制单元16中，在该储存器中，储存值可确定受调节的额定电压范围。如在图3中示出的那样，控制单元16可读取并且写入储存器28，尤其读取并且写入由外源接收的受调节的额定电压范围。最后，在图3中示出数据总线30作为用于受调节的额定电压范围的源，控制电子仪器、尤其控制单元16的数据接口与数据总线在数据上连接，并且通过该数据总线，控制电子仪器、尤其控制单元
16可接收规定预设的额定电压范围的数值。

[0038] 现在借助在图4中示出的根据本发明的方法的第一实施例的流程图阐述控制装置的工作方式，该流程图例如通过控制装置的固件来实现，该工作方式由控制单元16、尤其是实现为控制单元的微控制器来实施。

[0039] 首先，在步骤S10中在端口A1和A2处的电源电压接通接触器并且通过整流器24整流(当接通的电源电压是交流电压时)。整流器24的输出电压输送至电源10，由该电源产生用于控制单元16的电源电压，该控制单元由此启动保存在其储存器中的程序。

[0040] 在启动程序时，在步骤S12中初始化由控制单元16的处理器执行的软件并且声明全部必要的程序变量，尤其是声明变量“下导通电压”用于下导通电压阈值和变量“关断电压”用于上关断电压阈值，并且设置初始值为例如大约20伏(下导通电压(1)，例如85％Ucmin)或大约12伏(关断电压(1)，例如50％Ucmin)。

[0041] 在步骤S12之后，控制单元16在步骤S34中测量整流器24输入侧输送该控制单元的输出电压20并且在步骤S14中评估该测量电压“Umess”，其中检查该测量电压是否超出下导通电压阈值“下导通电压(1)”。如果情况并非如此，则重复步骤S34和S14直到超过阈值“下导通电压(1)”。

[0042] 当测量电压超过下导通电压阈值时，控制单元16在接下来的步骤S16中激活开关设备的电磁驱动器，其方式是控制单元经由控制信号14通知电源10产生用于给绕组12供电的启动电压并且经由第二控制信号15关闭可控制的开关18，使得电流可以流过绕组12。

[0043] 在步骤S16中的激活驱动器之后，控制单元16在紧接着的程序步骤S18到S22(S22代表第n个电压范围)中根据在端口A1和A2处施加的开关设备的控制电压继续调节开关设备的额定电压范围。

[0044] 为此，在步骤S18中首先检查测量电压“Umess”是否处在第一、尤其是下电压范围的最小范围(1)到最大范围(1)、例如从大约24伏到大约48伏。如果是这种情况，则在步骤S20中将用于下导通电压阈值的变量“下导通电压”和用于上关断电压阈值的变量“关断电压”与第一电压范围相匹配。相反，当测量电压“Umess”大于第一电压范围时，转换到下一个、例如下一个更大的电压范围并且检查测量电压“Umess”是否处于该下一个更大的电压范围n中并且，假如测量电压处于该更大的电压范围n中，下导通电压阈值和上关断电压阈值在步骤S24中相应地匹配。因此检查测量电压“Umess”处于接触器的哪一个预先确定的电压范围中并且尤其考虑可能的标准规范将接触器的额定电压范围调节到相应的预先确定的电压范围上。在流程图中，通过步骤S18和S24显示用于根据测量电压测定和调节接触器合适的额定电压范围的步骤顺序。因此，相对应预先确定的电压范围的数量设置步骤S18、S20和S22、S24。如果预设例如三个电压范围：从大约24伏到大约48伏、从大约48伏到大约110伏和从大约110伏到大约240伏，则在流程图中设置三个步骤顺序S18、S20和S22、S24，以确定在提供的示例中理想地不重叠的三个电压范围中的哪一个是合适的。当没有额定电压范围应当可测定时，借助步骤S32分叉错误处理程序，在该程序中，例如能够调节预定的标准额定电压范围，输出错误信息和/或进行接触器的安全关断。

[0045] 在通过前述描述的步骤顺序之后，接触器的电磁驱动器当为此满足相应的条件时在步骤S26中转换到保持运行中。转换到保持运行中在此通过控制单元16来实现，该控制单元调节控制信号14，使得电源10产生适用且预设用于保持运行的电压作为给绕组12供电的保持电压。

[0046] 在接触器转换到保持运行之后，在步骤S28中由控制单元16连续地检查测量电压“Umess”未超过在步骤S18-S24中调节的额定电压范围的上关断电压阈值。只要未超出上关断电压阈值，控制单元16就在步骤S30中关断开关驱动器，其方式是该控制单元产生和输出第二控制信号15，使得可控制开关18被断开。在断开开关18后，迅速去激励单元22自动激活，经由该迅速去激励单元卸放储存在绕组12中的能量。

[0047] 现在按照根据本发明的方法的第二实施例的在图5中所示的流程图来阐述控制装置的某些其它工作原理。在流程图中相同的附图标记用于与图4的流程图的步骤相似的或者相同的步骤。在图5中所示的流程图与在图4中所示的流程图不同之处主要在于，首先测定接触器合适的额定电压范围并且然后激活接触器驱动器。

[0048] 步骤S10、S12、S34和S14和其过程与图4的流程图的相应的步骤和顺序相对应。

[0049] 只要在S14中的Umess超过阈值“下导通电压(1)”，在下一个程序步骤S18到S22(S22代表第n个电压范围)中，像在图4的流程图中一样测定与测量的输入电压相关的额定电压范围。

[0050] 在成功地关联额定电压范围之后，控制单元16在下一个步骤S16中激活开关设备的电磁驱动器，其方式是控制单元经由控制信号14通知电源10产生用于给绕组12供电的启动电压并且经由第二控制信号15关闭可控制的开关18，使得电流可以流过绕组12。

[0051] 在激活驱动器之后在步骤36中检查是否可以结束启动过程。同时，在步骤S38中监测针对接触器的关断情况，即测量电压“Umess”是否不超过S24调节的额定电压范围的上关断电压阈值。在通过前述描述的步骤顺序之后，接触器的电磁驱动器在步骤S26中转换到保持运行中。转换到保持运行中在此通过控制单元16来实现，该控制单元调节控制信号14，使得电源10产生适用且预设用于保持运行的电压作为给绕组12供电的保持电压。

[0052] 在接触器转换到保持运行之后，在步骤S28中由控制单元16连续地检查测量电压“Umess”未超过在步骤S18-S24中调节的额定电压范围的上关断电压阈值。只要未超出上关断电压阈值，控制单元16就关断开关驱动器，其方式是该控制单元产生和输出第二控制信号15，使得可控制开关18被断开。在断开开关18后，迅速去激励单元22自动激活，经由该迅速去激励单元卸放储存在绕组12中的能量。

[0053] 最后，图6显示带有考虑预设的额定电压范围的控制装置的工作原理的流程图，该额定电压范围如在图3中所示电路中可以来自不同的来源例如DIP开关26、储存器28或者外部来源(其经由数据总线30与该电路相连)。图6的流程图与图4的流程图在调节额定电压范围处不同：在步骤S16中激活驱动器之后，首先控制单元16在步骤S17中检查是否预设额定电压范围，即例如在图3中所示的电路中是否经由DIP开关26给预设的额定电压范围编码，是否在储存器28中保存定义预设的额定电压范围的储存值，并且/或者是否经由数据总线30接收数值(该数值例如保存在储存器28中或者在控制单元16的缓存中)。如果在步骤S17中检验得出存在预设的额定电压范围，则在步骤S25中将额定电压范围通过控制单元16调节到预设的额定电压范围上。相反，如果在步骤S17中检验得出不存在预设的额定电压范围，则如上与在图4中所示的流程图相关继续调节额定电压范围。也可以像这样执行步骤S17，使得作为用于调节额定电压范围到预设的额定电压范围的标准，预设的额定电压范围的存在不仅仅计数为例如经过开关编码的值或者计数为储存值，而且其还是与在端口A1和A2处的电源电压一样稳定。尤其，该稳定性可以按照预定的阈值、例如最小电压值和最大电压值来测定：当该阈值超过和/或不超过在端口A1和A2处的电源电压时，可以由此推断出在端口A1和A2处有相当不稳定的电源电压上并且在步骤S17中确定，使用预设的额定电压范围代替自动根据在端口A1和A2处的电源电压而测定的额定电压范围。由此可以进一步提升根据本发明的开关装置的运行安全性，尤其是在具有在端口A1和A2处的强烈波动的或者骤降的电源电压的运行环境中。

[0054] 当前发明明显的优点在于实施多电压-开关设备的可能性，该开关设备适用于大的输入电压范围。由此，获得其它随后的优点：可以减少电磁驱动器的绕组类型，因为不再对于每个输入电压范围必须使用单独的绕组，而可以对于多个输入电压变量使用一个绕组；可以减少构件的数量；实现全面可使用的“即插即用”-开关设备，该设备可以用在许多安装中，不因确定的控制电压而受限制。