加热控制和/或调节的功率模块和接口模块和模块化系统的制作方法

加热控制和/或调节的功率模块和接口模块和模块化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1或9所述的功率模块和接口模块，以及一种根据权利要求14所述的用于加热控制和/或调节的系统。
【背景技术】
[0002]工业制造的产品通常借助加热来进行热处理。在热处理工艺中的已经很小的偏差此时能够导致产品质量的严重受损。为了提升热处理的产品的质量，重要的是，能够在时间上和空间上非常精确地集中需要的能量，这借助特殊的加热控制和/或调节系统来实现，该系统确保了对加热元件的最精确的操控。作为加热元件在此经常使用热辐射器形式的、特别是红外放射器形式的欧姆耗电设备。
[0003]例如，吹风设备通常具有用于加热半成品的热辐射器场。这些热辐射器(红外线放射器)由加热控制和/或调节系统通过连接到供电系统中的开关元件来供电，并在其功率输出方面进行控制/调节和监控。
[0004]为此，加热控制和/或调节系统经常通过当场总线从上级的控制和/或调节系统、例如存储器可编程的控制系统(SPS)接收所连接的加热元件的加热功率的额定值。额定值例如能够以绝对额定值的形式、与最大功率或额定功率相关的额定值的形式存在。功率例如能够涉及加热元件的要输出的加热功率或者要接收的电功率。然后，在加热控制和/或调节系统中借助预设的控制和/或调节算法从这些额定值推导出用于开关元件的操控信号。但是，这些额定值也更加能够以脉冲包或每时间单位(例如每秒)的对于半波的百分比值的形式存在，然后能够从中直接推导出用于开关元件的操控信号。然后，通过操控信号控制或调节开关元件的开关状态并且从而控制或调节加热元件的加热功率。为了简化且为了更易理解，下面所有这些额定值都称为“加热功率的额定值”。
[0005]对开关元件的操控且进而对开关状态或加热功率的控制或调节例如能够利用在过零时无功率地切换的开关元件利用相位边际操控或者半波操控来进行。在此例如使用半导体开关(例如固态继电器Solid-State-Relay)作为开关元件。
[0006]在工业领域，在此一方面公知具有防护类型为IP 65的壳体的紧凑地构造的加热控制系统，其因此能够紧挨着加热元件地安装。该加热控制系统的壳体具有用于开放的工业当场总线的接口，如用于与上级的控制系统通讯的PR0FIBUS。然而，用于加热元件的功率输出端的数量在此例如局限于十个以下。此时，通过这种加热控制系统为空间上彼此距离很远的加热元件供电需要大量的布线耗费。作为代替能够为分散的加热元件中的每一个分别设置单独的加热控制系统，然而由此增加了加热控制系统和总线输入端的数量以及上级控制系统中的控制耗费。
[0007]此外在工业领域内公知了以下加热控制系统，其由通讯和控制件和一个或多个用于操控多个加热元件的功率件构成。通讯和控制件用于与上级的控制系统通讯并且用于控制功率件。功率件根据预定通过通讯和控制件、在可能的情况下经由特别的开关元件，控制加热元件。此时，通讯和控制件和功率件分别作为单独的构造组件在没有特殊的保护方式的情况下空间上彼此紧挨地布置或者说甚至组合在共同的没有特别的保护方式的系统框架内。因此，这些加热控制系统不能紧挨着加热元件地安装，而是通常布置在控制柜或开关柜的中央，该控制柜或开关柜此时具有特殊的保护方式。即使在这种情况下，为空间上彼此远离的加热负载供电此时也需要大量的布线耗费。作为代替，能够为在空间上分散的加热负载中的每一个分别设置单独的加热控制系统，该系统由相应的通讯和控制件以及一个或多个功率件构成，这些部件此时又必须布置在受特殊保护的区域(例如控制柜)内。然而由此显著地增加了加热控制系统数量和总线输入端数量、在上级的控制系统中的控制耗费、为组件的内部电子件供应安全的低压(例如24Vdc)的布线耗费以及用于保护加热控制系统的耗费。

【发明内容】

[0008]因此，由此出发，本发明的目的是，提供一种解决方案，利用这种解决方案能够在组件的数量很少且布线耗费很小的情况下灵活地控制或调节更多数量的加热元件，这些加热元件或者在空间上彼此紧凑相邻或者在空间上彼此远离地分散。此外，在此还应当使得在上级的控制和/或调节装置中的控制/调节耗费保持得很小。
[0009]根据本发明，该目的通过一种具有权利要求1所述特征的功率模块、通过一种具有权利要求9所述特征的接口模块和根据权利要求14所述的、具有至少一个这种功率模块和这种接口模块的模块化的加热控制和/或调节系统来实现。
[0010]根据本发明的功率模块具有壳体，该壳体具有
[0011]第一通讯接口和第二通讯接口，其中，第一通讯接口能够与其他的功率模块的或接口模块的第二通讯接口连接，并且第二通讯接口能够与其他的功率模块的第一通讯接口连接，
[0012]用于为功率模块供电的第一供电接口和第二供电接口，其中，第一供电接口能够与其他的功率模块的或接口模块的第二供电接口连接，并且第二供电接口能够与其他的功率模块的第一供电接口连接，
[0013]多个功率输出端，各一个加热元件、特别是各一个热辐射器能够电连接到其上，
[0014]功率输入端，其能够电连接到用于加热元件的供电系统处，
[0015]其中，由壳体围绕的功率模块具有:
[0016]配电装置，配电装置在输入端侧与功率输入端电连接，并且在输出端侧经由各一个支路与功率输出端电连接，以便为功率输出端供给来自供电系统的电流，
[0017]在支路的每个支路中的各一个开关元件，
[0018]控制和/或调节单元，其如下地设置，使得该单元根据加热元件的加热功率的额定值来控制和/或调节开关元件的开关状态，
[0019]通讯单元，其如下地设置，使得该通讯单元经由第一通讯接口接收为功率模块确定的额定值，并且将该额定值传输到控制和/或调节单元处，并且将经由第一通讯接口接收的且不是为功率模块确定的额定值转发到第二通讯接口处。
[0020]因此，功率模块用于借助相应的所配属的开关元件真正地控制和/或调节所连接的加热元件的加热功率。此时，为每个在设备中在空间上分散的加热元件或每个在空间上分散的加热元件组都能够分别分配功率模块。因为每个功率模块都具有独有的壳体，在此该功率模块不必布置在中央的控制柜中，而是能够直接地当场布置在加热元件中。但是作为代替，功率模块也能够彼此紧挨地并列布置，例如布置在开关柜里，也就是说因此能够通过相应地布置在开关元件的位置处的功率模块灵活地控制和/或调节更多数量的或者在空间上紧凑相邻的或者在空间上彼此远离地分散的加热元件。
[0021]在此，用于加热元件的开关元件已经集成到功率模块中，从而不需要或装配额外的单独的开关元件，其具有用于供电接口的、操控系统和监控系统的额外布线。
[0022]通讯接口和通讯单元用于与接口模块通讯，由该接口模块特别地能够接收加热功率的额定值。供电接口用于模块的内部供电。在此，通过通讯接口和供电接口，能够在内部通讯和内部供电方面将多个功率模块串联，并且该串联电路在输入端侧与接口模块相连。此时，供电和对加热功率的额定值的预设能够在中央通过接口模块来实现。相比于并联电路，通过串联这些模块，为大部分的应用情况减少了布线耗费。
[0023]相反地，加热元件的功率供给不必在中央通过接口模块与功率模块的串联来实现，而是能够分散地分别直接在加热元件的当场实现功率供给。因此不需要通向接口模块或所对应的开关柜的功率电缆。由此也能够使布线耗费保持得很小。
[0024]因为接口模块能够承担对多个功率模块的操控并且从而承担对加热元件的操控，所以上级的控制和/或调节装置为了预设加热功率的额定值只必须与接口模块而不必与所有的功率模块通讯，由此能够将上级的控制和/或调节装置中的控制和/或调节耗费保持得很小。
[0025]接入到通向加热元件输出端的支路中的开关元件优选地构造成半导体开关(例如固态继电器)。由此能够例如借助相位边沿控制或半波控制精确地且低损耗地控制和/或调节开关状态，并且从而控制和/或调节由加热元件输出的加热功率。
[0026]在有利的设计方案中，功率模块附加地在壳体内还具有至少一个用于连接温度传感器的输入端，并且如下地构造控制和/或调节单元，使得其从温度传感器采集温度信息。温度传感器例如能够测量加热元件的或进行热处理的产品的温度。壳体在此也能够具有用于多个温度传感器的多个接头，例如分别用于一个对于加热元件中的每个加热元件的温度传感器。此时，通过控制和/或调节单元能够直接在当场地在功率模块中使用温度信息以便优 化使加热功率到额定值的控制和/或调节。作为代替，控制和/或调节单元能够将温度信息传输到通讯单元处。通讯单元此时如下地构造，使得其通过通讯接口中的一个将温度信息发送到接口模块处。通讯接口的选择在此取决于对模块的接口的连接的配置(例如线性的或环形的)。
[0027]然后，温度信息能够或者在接口模块中使用、或者在从接口模块传输到上级的控制和/或调节装置之后由上级的控制和/或调节装置来使用，一边改进对加热功率的控制和/或调节。因此，温度信息到接口模块处的传输通过功率模块的串联来实现，从而为此不需要在接口模块和功率模块中德每一个之间单独地布线。
[0028]在功率模块的一种有利的设计方案中，壳体附加地还具有至少一个用于连接电流和/或电压传感器的输入端，并且如下地构造控制和/或调节单元，使得其从该传感器采集电流和/或电压信息。利用电流和/或电压传感器例如能够测量经过加热元件的电流、在加热元件处的电压、在加热元件的供电系统中的电流或者加热元件的供电系统的电压。壳体在此也能够具有用于多个电流和/或电压传感器的多个接头，例如分别用于一个对于加热元件的每一个的电流和/或电压传感器。然后，电流和/或电压信息能够直接在当场地在功率模块中通过控制和/或调节单元用于优化使加热功率到额定值的控制和/或调节。作为代替或者作为补充，控制和/或调节单元能够将电流和/或电压信息传输到通讯单元处。此时，通讯单元如下地构造，使得其通过通讯接口中的一个将该信息发送到接口模块处。
[0029]然后，电流和/或电压信息能够或者在接口模块中使用、或者在从接口模块传输到上级的控制和/或调节装置之后由上级的控制和/或调节装置使用，以用于改进对加热功率的控制和/或调节。因此，电流和/或电压信息到接口模块处的传输通过功率模块的串联来实现，从而为此在接口模块和功率模块中的每一个之间不需要单独的布线。
[0030]用于至少一个温度传感器和至少一个电流和/或电压传感器的接头，优选地还有功率模块的用于采集并预处理测量值的装置，也能够组合在单独的外围模块中，在需要这种测量值时，外围模块能够与功率模块机械地且电学地相连(例如能够插到功率模块上或者能够插入功率模块中)。这种单独的外围模块附加地还能够包括用于通过控制和/或调节单元采集(例如来自紧急停机装置)附加信息的数字输入端，和/或通过控制和/或调节单元(例如用于操控光信号器)的数字输出端。
[0031]优选地，控制和/或调节单元也如下地设置，使得其监控了开关元件和配电装置的线路保护元件，并且通过通讯单元和通讯接口中的一个将故障报告到接口模块处。
[0032]根据其他的有利的设计方案，功率模块具有用于测量施加在功率输入端处的电压的测量装置，并且控制和/或调节单元与测量装置相连并且如下地设置，使得控制和/或调节单元利用所测量的施加在功率输入端处的电压的数值校正由通讯单元接收到的或者从中推导出的额定值，以便平衡电压波动。
[0033]根据功率模块的其他有利的构造方案
[0034]壳体具有至少一个用于电连接通风机的通风机输出端，
[0035]配电装置在输出侧经由支路与通风机输出端电连接，以便为通风机供应来自供电系统的电流，其中，开关元件接入到支路中，
[0036]如下地设置通讯单元，使得其经由第一通讯接口接收为功率模块确定的通风机控制命令和/或通风机额定值，并且将通风机控制命令和/或通风机额定值传输到控制和/或调节单元处，并且将经由第一通讯接口接收的且不是为功率模块确定的通风机控制命令和/或通风机额定值转发到第二通讯接口处，
[0037]如下地设置控制和/或调节单元，使得其根据由通讯单元接收的通风机控制命令和/或通风机额定值来控制和/或调节接入到通向通风机输出端的支路中的开关元件的开关状态。
[0038]此时，不仅所有对于加热元件的供给和操控而言所必需的组件集成到唯一的功率模块形式的设备中，而且所有对于通风机的供给和操控而言必需的组件也集成到其中。因此，能够高度节省设施中、并且在此重要地也在主开关柜中节省了布线耗费和空间，以及与其相关的装配耗费。例如能够省去从主开关柜到通风机的很长的供电线路。还能够省去在主开关柜中对该线路的保护，因为该线路同样能够集成到功率模块中。
[0039]根据其他的有利的构造方案，功率模块的壳体以IP 65的防护类型来构造或者构造得更好，并且此时能够在恶劣的工业环境中直接在当场地布置在加热元件中。
[0040]为了实现简单的装配，接口和输入端及输出端优选地构造成插接连接。
[0041]根据本发明的用于加热控制和/或调节的接口模块具有:
[0042]用于连接到上级的通讯系统处的第一通讯接口，
[0043]能够与功率模块的第一通讯接口连接的第二通讯接口，
[0044]能够与外部的供电系统连接的第一供电接口，
[0045]能够与功率模块的第一供电接口连接的第二供电接口，
[0046]通讯和控制单元，其如下地构造，使得该单元
[0047]a)经由第一通讯接口接收加热元件的加热功率的额定值，
[0048]b)将额定值分配给功率模块，
[0049]c)将额定值或者从中推导出的额定值连同与分别相对应的功率模块相关的信息一起经由第二通讯接口发送到功率模块处。
[0050]因此，接口模块作为中央的接口用于通过上级的通讯系统、例如由上级的控制和/或调节装置来操控多个功率模块。接口模块能够通过其供电输出端从中央位置出发提供用于多个功率模块的内部供电，其中，此时能够以微小的布线耗费通过功率模块的供电接口的串联实现供电。接口模块通过其第二通讯接口也能够从中央位置出发实现为开关元件生成并分配额定值，其中，此时能够利用微小的布线耗费通过功率模块的通讯接口的串联实现额定值的传输。额定值在此能够在没有后续转换的情况下传输到功率模块处，但是也更加能够实现第一预处理，其导致了此时由原始获取的额定值推导出已改变的额定值。在此，特别地在推导改变的额定值时也能够考虑到在接入不同模块的加热元件时的时间差，以便限定接通瞬时电流。
[0051 ]与相应的所配属的功率模块相关的信息例如能够通过在功率模块第一次启动时为功率模块分配地址来实现。
[0052]根据一种有利的设计方案，接口模块具有故障存储器，并且通讯和控制单元如下地构造，使得其将由功率模块接收的故障报告存储在该故障存储器中。所有功率模块的以及附加地还有接口模块的故障报告此时能够由该中央位置(例如由上级的控制和/或调节装置)读取并评估。
[0053]有利地，如下地构造通讯和控制单元，使得其在推导额定值时考虑到由功率模块接收的温度信息和/或电压信息，并且/或者将其经由第一通讯接口发送到上级的控制和/或调节装置。因此，能够改进对加热元件的加热功率的控制和/或调节。
[0054]为了简单的装配，接口模块的接口优选地构造成插接连接。
[0055]根据其他的有利的设计方案，接口模块的壳体以IP 65的防护类型来构造或者构造得更好，并且此时能够在恶劣的工业环境中在开关柜之外直接当场地布置在加热元件处。
[0056]在另一种有利的设计方案中，接口模块附加地在壳体处还具有至少一个用于连接温度传感器的输入端，并且通讯和控制单元如下地构造，使得其从温度传感器处采集温度信息。温度传感器例如能够测量加热元件的或进行热处理的产品的温度。在此，壳体也能够具有用于多个温度传感器的接头、例如分别用于一个对于加热元件中的每个加热元件的温度传感器。然后，温度信息能够直接当场地在接口模块中由通讯和控制单元使用，以用于优化使加热功率到额定值的控制和/或调节。作为代替或者作为补充，通讯和控制单元能够经由第二通讯接口将温度信息传输到功率模块处，然后温度信息在该处能够用于优化对加热功率的控制和/或调节。作为代替或者作为补充，通讯和控制单元能够经由第一通讯接口将温度信息传输到上级的控制和/或调节装置处，然后温度信息在该处能够用于优化对加热功率的控制和/或调节。
[0057]在接口模块的其他的有利的设计方案中，附加地，壳体还具有至少一个用于连接电流和/或电压传感器的输入端，并且如下地构造通讯和控制单元，使得其从该传感器处采集电流和/或电压信息。利用电流和/或电压传感器例如能够测量穿过加热元件的电流、在加热元件处的电压、在加热元件的供电系统中的电流或者加热元件的供电系统的电压。在此，壳体也能够具有用于多个电流和/或电压传感器的接头，例如分别用于一个对于加热元件中的每个加热元件的电流和/或电 压传感器。然后，电流和/或电压信息能够直接当场地在接口模块中由通讯和控制单元使用，以用于优化使加热功率到额定值的控制和/或调节。作为代替或者作为补充，通讯和控制单元能够将电流和/或电压信息经由第二通讯接口传输到功率模块处，然后该信息能够在该处用于优化对加热功率的控制和/或调节。作为代替或者作为补充，通讯和控制单元能够经由第一通讯接口将电流和/或电压信息传输到上级的控制和/或调节装置处，然后该信息能够在该处用于优化对加热功率的控制和/或调节。
[0058]用于至少一个温度传感器和至少一个电流和/或电压传感器的接头，优选地还有接口模块的用于采集并预处理测量值的装置，也能够组合在单独的外围模块中，在需要这种测量值时，外围模块能够与接口模块机械地且电学地连接(例如能够插到接口模块上或者插入接口模块中)。单独的外围模块附加地还能够包括用于通过通讯和控制单元获取(例如来自紧急停机装置)附加信息的数字输入端，和/或通过通讯和控制单元(例如用于操控光信号器)的数字输出端。
[0059]优选地，附加的外围模块构造成与能够与功率模块相连的附加外围模块相同的，并且在接口模块的一侧上的接口也构造成与功率模块的一侧上的接口相同的。此时，附加的外围模块不仅能够灵活地与接口模块相连，还能够与功率模块相连。
[0060]根据本发明的用于加热控制和/或调节的系统包括至少一个前述的功率模块和前述的接口模块，其中，这些模块从接口模块出发通过其(用于传导内部的供电电压的)供电接口并通过其(用于传导加热元件的加热功率的额定值)的通讯接口来串联。
[0061]有利地，至少一个功率模块在此在空间上与接口模块远离或错开地布置成在空间上紧挨着应当由该模块控制和/或调节的加热元件。
[0062]优选地，在串联的模块的两个模块之间的连接线路汇集在唯一的、优选地屏蔽的且优选地能插接的电缆中。
【附图说明】
[0063]下面借助附图中的实施例详尽地阐述本发明以及本发明的符合从属权利要求所述特征的有利的设计方案；图中示出:
[0064]图1是功率模块的一种简单的实施方式的框图，
[0065]图2是具有附加的输入端/输出端的功率模块的框图，
[0066]图3是接口模块的一种简单的实施方式的框图，
[0067]图4是具有附加的输入端/输出端的接口模块的框图，
[0068]图5是根据本发明的用于加热控制和/或调节的系统的框图。
【具体实施方式】
[0069]图1中所示的用于加热控制和/或调节的功率模块I具有壳体2、功率输入端7和多个(例如九个)功率输出端8，壳体具有第一通讯接口 3和第二通讯接口 4、第一供电接口 5和第二供电接口 6。
[0070]第一通讯接口 3能够与其他的功率模块的或者图3中所示的接口模块的第二通讯接口相连，并且第二通讯接口 6能够其他的功率模块的第一通讯接口连接。
[0071]第一供电接口 5和第二供电接口 6用于利用例如24Vdc的直流电压为功率模块1(例如为模块电子件)进行(内部的)供电，其中，第一供电接口 5能够与其他的功率模块或者图3中所示的接口模块的第二供电接口连接，并且第二供电接口 6能够与其他的功率模块的第一供电接口连接。
[0072]各一个加热元件9、特别是各一个热辐射器能够电连接到功率输出端8上。热辐射器中的每一个的电功率例如都在0.5到5kW之间。
[0073]功率输入端7能够电连接到用于加热元件9的外部供电系统10上(例如具有400Vac的额定电压)。
[0074]此外，功率模块i还具有配电装置12，该配电装置具有未详尽示出的功率保护元件，配电装置在输入端侧与功率输入端7电连接，并且在输出端侧分别经由支路13与功率输出端8电连接，以便为这些供应来自供电系统10的电流。各一个开关元件14接入到支路13的每一个中。优选地使用半导体开关(例如所谓的“固态继电器”)作为开关元件14。
[0075]此外，功率模块I还具有控制和/或调节单元15和通讯单元16。
[0076]如下地设置控制和/或调节单元15，使得其根据加热功率的额定值控制和/或调节开关元件14的开关状态。
[0077]额定值例如能够以绝对的额定值的、加热功率的与最大功率或者额定功率相关的额定值的形式存在。然后通过控制和/或调节单元15借助预定的控制和/或调节算法由该额定值推导出用于开关元件14的操控信号。但是，额定值也更加能够以脉冲包或每秒对于半波的百分比值的形式存在，然后能够从中直接推导出用于开关元件14的操控信号。然后，经由操控信号控制或调节开关元件14的开关状态，并且从而控制或调节加热元件9的加热功率。
[0078]对开关元件14的操控且进而对开关状态或加热功率的控制或调节例如能够利用相位边沿控制或半波控制来实现。
[0079]如下地设置通讯单元16，使得其经由第一通讯接口 3接收为功率模块I确定的额定值，并且将其传输到控制和/或调节单元15处，并且将经由第一通讯接口 3接收的且不是为功率模块I确定的额定值转发到第二通讯接口 4处。
[0080]配电装置12、支路13、开关元件14、控制和/或调节单元15和通讯单元16由壳体2来围绕并且由此受到保护。优选地，壳体以IP 65的防护类型来构造或者构造得更好，并且因此功率模块I适合在处于恶劣的环境条件下的场所中的工业应用。
[0081]控制和/或调节单元15在此也能够如下地构造，使得其监控配电装置12的开关元件14和未详尽示出的线路保护元件(例如保险系统)，并且将故障信息传输到通讯单元16处。此时，通讯单元16如下地构造，使得其经由通讯接口 3，4中的一个将故障信息发送到接口模块处。
[0082]正如借助图2所示，功率模块I还能够选择性地具有附加的其他输入端、组件和功會K。
[0083]功率模块I例如能够使得，在将加热元件9的加热功率控制和/或调节到额定值时，考虑到温度的实际值、例如一个或多个加热元件9的或进行热处理的产品的温度的实际值。壳体2为此例如能够具有至少一个用于连接温度传感器21的输入端20。此时，控制和/或调节单元14优选地构造如下，使得其从该温度传感器21采集温度信息。然后，温度信息能够直接当场地由功率模块I中的控制和/或调节单元15来使用，以用于控制和/或调节加热功率，该温度信息又或者能够传输到通讯单元16处，该通讯单元经由通讯接口 3，4中的一个将该温度信息发送到接口模块处。
[0084]功率模块I也能够使得，在将加热元件9的加热功率控制和/或调节到额定值时，考虑到例如加热元件9或供电系统10的电流或电压的实际值。在此，壳体2为此具有至少一个用于连接电流和/或电压传感器23的输入端22，该传感器测量施加在加热元件9处的电压和/或穿流过加热元件9的电流，并且此时控制和/或调节单元15优选地如下地构造，使得其从该传感器23中采集电流和/或电压信息。然后，该电流和/或电压信息能够直接当场地由功率模块I中的控制和/或调节单元15使用，以控制和/或调节加热功率，该信息又或者能够传输到通讯单元16处，该通讯单元经由通讯接口 3，4中的一个将该电流和/或电压信息发送到接口模块处。
[0085]用于至少一个温度传感器21和至少一个电流和/或电压传感器23的接头20，22，优选地还有用于采集并预处理测量值的相对应的装置51，52，能够组合在单独的外围模块50中，在需要这种测量值时，外围模块能够与功率模块I经由接口 71机械地且电学地连接(例如通过安插或插入)。这种单独的外围模块50附加地还能够包括用于通过控制和/或调节单元15获取附加信息的数字输入端，和/或通过控制和/或调节单元15 (例如用于驱控光信号报警器)的数字输出端。示例性示出了具有用于采集并预处理输入信号的对应装置53的、用于从紧急停机装置29获取紧急停机信号的数字输入端28。
[0086]功率模块I还能够实现补偿功率输入端7处的电压中的波动。为此，功率模块I能够具有用于测量施加在功率输入端7处的电压的测量装置24。此时，控制和/或调节单元15与测量装置24相连并且如下地设置控制和/或调节单元，使得其利用对施加在功率输入端7处的电压测得的值校正由通讯单元16接收的或者从中推导出的额定值，从而平衡电压波动。
[0087]功率模块I还能够实现对一个或多个通风机26的操控。此时，壳体2能够具有至少一个用于电连接通风机26的通风机输出端25。配电装置12在此在输出端侧经由支路13与通风机输出端2 5电连接，以便为其供应来自供电系统10的电流，其中，开关元件27接入到支路13中。开关元件27优选地是半导体开关(例如所谓的“固态继电器”)，或者替代地是机电接触器。
[0088]此时，通讯单元16如下地设置，使得其经由第一通讯接口 3接收为功率模块I确定的通风机控制命令和/或通风机额定值，并且将这些传输到控制和/或调节单元15处，并且将经由第一通讯接口 3接收的且不是为功率模块I确定的通风机控制命令和/或通风机额定值转发到第二通讯接口 4处。如下地设置控制和/或调节单元15，使得其根据由通讯单元16接收到的通风机控制命令和/或通风机额定值控制和/或调节接入到通向通风机输出端25的支路13中的开关元件27的开关状态。
[0089]图3中所示的用于加热控制和/或调节的接口模块30具有壳体31，壳体具有第一通讯接口 33、第二通讯接口 34、第一供电接口 35和第二供电接口 36。
[0090]第一通讯接口 33用于连接到上级的开放的通讯系统74，如PROFIBUS或PROFINET，并且用于与连接到其上的上级控制和/或调节装置38通讯。第二通讯接口 34能够与功率模块I (见图1和2)的第一通讯接口 3相连。
[0091]第一供电接口 35能够与外部的供电系统39(例如230V ac)相连。
[0092]第二供电接口 36能够与功率模块I的第一供电接口 5连接(见图1和2)。
[0093]由壳体31包围的接口模块30，具有通讯和控制单元40，该通讯和控制单元如下地构造，使得其
[0094]a)经由第一通讯接口 33接收加热元件9 (见图1和2)的加热功率的用于控制和/或调节的额定值，
[0095]b)将该额定值分配给功率模块I及其功率输出端8 (见图1和2)，
[0096]c)将该额定值或从中推导出的额定值连同与相应的所配属的功率模块I和功率模块I的相应的所配属的功率输出端8相关的信息一起经由第二通讯接口 34发送到功率模块I处。
[0097]额定值与功率模块I的对应例如能够借助功率模块I的在启动时确定的地址来实现。
[0098]附加地，还能够如下地构造通讯和控制单元40，使得其以类似的方式
[0099]a)经由第一通讯接口 33接收用于控制和/或调节通风机26 (见图2)的通风机控制命令和/或通风机额定值，
[0100]b)将该通风机控制命令和/或通风机额定值分配给功率模块I及其通风机输出端25(见图2)，
[0101]c)将该通风机控制命令和/或通风机额定值或者从中推导出的控制命令或额定值连同与所配属的功率模块I和该功率模块I的所配属的通风机输出端25相关的信息一起经由第二通讯接口 34发送到功率模块I处。
[0102]此外，接口模块30具有故障存储器41，并且通讯和控制单元40如下地来构造，使得其经由第二通讯接口 34将从功率模块I接收的故障信息以及自己生成的故障信息存储在该故障存储器41中。
[0103]此外，通讯和控制单元40还如下地构造，使得其经由第二通讯接口 34使用从功率模块I接收的温度信息、电流和/或电压信息，或者经由第一通讯接口 33和通讯系统37使用其他的输入信号(例如紧急停机信息)，以便或者自身用于优化对加热功率的控制和/或调节、或者用于生成对功率模块I的控制命令(例如用于加热元件的接通或断开命令、用于数字输出端、例如光信号器的操控命令)，又或者其将这些发送到上级的控制和/或调节装置38处，然后这些能够在该处用于优化对加热功率的控制和/或调节或用于生成控制命令。
[0104]接口 33，34，35，36在此构造成插接连接。
[0105]壳体31优选地以防护类型IP 65来构造或者更好地构造。
[0106]具有24dc额定电压的供电系统39用于为通讯和控制单元40以及多个(例如最大八个)功率模块I的电子件提供供电电压Ui。供电系统39为此经由第一供电接口 35、过滤/防护电路42和可能的DC/DC转换器44不仅与通讯和控制单元40而且还与第二供电接口 36连接。
[0107]正如借助图4所示，接口模块30也能够选择性地还具有附加的其他输入端、输出端、组件和功能。
[0108]接口模块30例如能够实现，在将加热元件9的加热功率控制和/或调节到额定值时，考虑到温度实际值，例如一个或多个加热元件9的温度、或者进行热处理的产品的温度。壳体31为此例如能够具有至少一个用于连接温度传感器61的输入端60。此时，通讯和控制单元40优选地如下来构造，使得其从该温度传感器21采集温度信息。然后，该温度信息能够直接当场地由通讯和控制单元40使用，以便控制和/或调节加热功率(例如通过调整额定值)，又或者该温度信息能够经由通讯接口 34传输到功率模块I处，功率模块使用该温度信息以控制和/或调节加热功率。
[0109]接口模块30还能够实现，在将加热元件9的加热功率控制和/或调节到额定值时，考虑到例如加热元件或供电系统的电流或电压的实际值。此时，壳体31为此具有至少一个用于连接电流和/或电压传感器63的输入端62，该传感器测量施加在加热元件9处的电压，并且通讯和控制单元40优选地如下地构造，使得其从该传感器63处采集电流和/或电压信息。然后，该电流和/或电压信息能够直接当场地由通讯和控制单元40来使用，以用于控制和/或调节加热功率(例如通过调整额定值)，该信息又或者能够经由通讯接口34传输到功率模块I处，该信息在该处用于控制和/或调节加热功率。
[0110]用于至少一个温度传感器61和至少一个电流和/或电压传感器63的接头60，62，优选地还有用于采集并预处理测量值的对应装置51，52，能够组合在单独的外围模块70中，在需要这种测量值时，外围模块能够通过接口 72与功率模块30机械地且电学地连接(例如能够插到功率t旲块上或者能够插入功率t旲块中)。这种单独的外围t旲块70附加地还能够包括用于通过控制和/或调节单元40采集附加信息的数字输入端，和/或通过控制和/或调节单元40 (例如用于操控光信号器)的数字输出端。示例性示出了具有用于采集并预处理输入信号的对应装置53的、用于从紧急停机装置69采集紧急停机信号的数字输入端68。
[0111]优选地，如在此所示，附加的外围模块7构造成与能够和功率模块I附加地相连的外围模块50相同，还有在模块70的一侧上的接口 72构造成与在模块50的一侧上的接口71相同。因此，附加的模块50，70此时不仅能够与接口模块30相连，还能够与功率模块I相连。
[0112]图5中所示的用于加热控制和/或调节的系统100包括接口模块30和多个功率模块1，其中，模块1，30从接口模块30出发通过这些模块的(用于传导供电电压Ui的)供电接口 36或5，6并且通过这些模块的(用于传导控制命令和加热元件9的加热功率的额定值、或传导通风机控制命令或通风机额定值)来串联。
[0113]在此，功率模块I在场中能够布置成空间上彼此远离地且远离接口模块30地紧挨着应当由该功率模块控制和/或调节的加热元件9和/或通风机26。功率模块I在此能够布置在控制和/或开关柜中，或者在壳体2具有足够高的防护等级时也能够布置在控制或开关柜以外。
[0114]接口模块30能够布置在控制或开关柜45中，或者在壳体31具有足够高的防护等级时也能够在场中紧挨着加热元件9和/或通风机26地布置。
[0115]接口模块30和其后的第一个的功率模块I也能够一起布置在控制柜或开关柜45中，并且其他的功率模块I在场中能够紧挨着加热元件9和/或通风机26地布置。
[0116]但是，在需要时也灵活地存在以下可行性，即将模块彼此紧挨地并排布置，例如布置在共同的带罩导轨上。
[0117]在此，根据需要和加热元件或通风机的空间布置，也能够灵活地形成由一个或多个接口模块分别与一个或多个与之串联的功率模块的组合。
[0118]两个串联的模块之间的连接线路46，47优选地共同汇集在唯一的、优选地能插接的电缆48中。
[0119]为了避免电缆48中的EMV干扰，其例如能够在功率模块I中进行相位边沿控制时形成，优选地屏蔽电缆。为了进一步提升EMV强度，能够利用附加的防护机制、例如CRC校验和数实现在线路47中的数据传输。
[0120]接口模块的第二通讯接口 34和功率模块I的第一和第二通讯接口 3，4能够构造成标准接口、例如根据RS485标准。优选地经由开放的通讯系统37、如PR OFIBUS或PROFINET实现与上级的控制和/或调节装置38的通讯。接口模块30和功率模块I之间的通讯也能够按照专有协议来实现。
【主权项】
1.一种用于加热控制和/或调节的功率模块(I)，所述功率模块具有壳体(2)，所述壳体具有 第一通讯接口(3)和第二通讯接口(4)，其中，所述第一通讯接口(3)能够与其他的功率模块(I)的或接口模块(30)的第二通讯接口(4或36)连接，并且所述第二通讯接口(4)能够与其他的功率模块(I)的第一通讯接口(3)连接， 用于为所述功率模块⑴的供电的第一供电接口(5)和第二供电接口(6)，其中，所述第一供电接口(5)能够与其他的功率模块(I)的或接口模块(30)的第二供电接口(6)连接，并且所述第二供电接口(6)能够与其他的功率模块(I)的第一供电接口(5)连接，多个功率输出端(8)，各一个加热元件(9)、特别是各一个热辐射器能够电连接到所述功率输出端处， 功率输入端(7)，所述功率输入端能够电连接到用于所述加热元件(9)的供电系统(10)处， 其中，由所述壳体(2)围绕的所述功率模块(I)具有: 配电装置(12)，所述配电装置在输入端侧与所述功率输入端(7)电连接，并且在输出端侧经由各一个支路(13)与所述功率输出端(9)电连接，以便为所述功率输出端供给来自所述供电系统(10)的电流， 在所述支路(13)的每个中的各一个开关元件(14)， 控制和/或调节单元(15)，所述控制和/或调节单元设置成，使得所述控制和/或调节单元根据所述加热元件(9)的加热功率的额定值来控制和/或调节所述开关元件(14)的开关状态， 通讯单元(16)，所述通讯单元设置成，使得所述通讯单元经由所述第一通讯接口(3)接收为所述功率模块(I)确定的额定值，并且使得该额定值传输到所述控制和/或调节单元(15)处，并且使经由所述第一通讯接口(3)接收的且不是为所述功率模块(I)而确定的额定值转发到所述第二通讯接口(4)处。2.根据权利要求1所述的功率模块(I)，其特征在于，所述壳体(2)具有至少一个用于连接温度传感器(21)的输入端(20)，所述控制和/或调节单元(15)构造成，使得所述控制和/或调节单元从所述温度传感器(21)采集温度信息。3.根据权利要求1或2所述的功率模块(I)，其特征在于，所述壳体(2)具有至少一个用于连接电流/电压传感器(23)的输入端(22)，所述控制和/或调节单元(15)构造成，使得所述控制和/或调节单元从所述电压传感器(23)采集电压信息。4.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(I)，其特征在于，所述控制和/或调节单元(15)构造成，使得所述控制和/或调节单元监控所述开关元件(14)和所述配电装置(12)的线路保护元件，并且使故障信息传输到所述通讯单元(16)处， 所述通讯单元(16)构造成，所述通讯单元经由通讯接口(3，4)中的一个通讯接口使所述故障信息发送到接口模块(30)处。5.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(I)，其特征在于，所述功率模块具有用于测量施加在所述功率输入端(7)处的电压的测量装置(24)，并且所述控制和/或调节单元(15)与所述测量装置(24)相连并且设置成，使得所述控制和/或调节单元利用所测量的施加在功率输入端处的所述电压的测量值校正由所述通讯单元(16)接收的所述额定值或者从该额定值推导出的额定值，以便平衡电压波动。6.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(I)，其特征在于，所述壳体(2)具有至少一个用于电连接通风机(26)的通风机输出端(25)， 所述配电装置(12)在输出侧经由支路(14)与通风机输出端(25)电连接，以便为所述通风机输出端供应来自所述供电系统(10)的电流，其中，开关元件(27)接入到所述支路(14)中， 所述通讯单元(16)设置成，使得所述通讯单元经由所述第一通讯接口(3)接收为所述功率模块(I)确定的通风机控制命令和/或通风机额定值，并且使所述通风机控制命令和/或所述通风机额定值传输到所述控制和/或调节单元(15)处，并且使得经由所述第一通讯接口(3)接收的且不是为所述功率模块(I)而确定的通风机控制命令和/或通风机额定值转发到所述第二通讯接口(4)处， 所述控制和/或调节单元(5)设置成，使得所述控制和/或调节单元根据由所述通讯单元(16)接收的所述通风机控制命令和/或所述通风机额定值来控制和/或调节接入到通向所述通风机输出端(25)的所述支路(14)中的所述开关元件(27)的开关状态。7.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(I)，其特征在于，所述壳体(2)以防护类型IP 65或者更好的类型来构造。8.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(I)，其特征在于，接口(3，4，5，6)和输入端及输出端(7，8，20，22，25)构造成插接连接。9.一种用于加热控制和/或调节的接口模块(30)，具有 用于连接到上级的通讯系统(37)处的第一通讯接口(33)，能够与功率模块(I)的第一通讯接口(3)连接的第二通讯接口(34)，能够与外部的供电系统(39)连接的第一供电接口(35)， 能够与功率模块(I)的第一供电接口(5)连接的第二供电接口(36)，通讯和控制单元(40)，所述通讯和控制单元构造成，使得该通讯和控制单元 经由所述第一通讯接口(33)接收用于加热元件(9)的加热功率的额定值， 使所述额定值分配给功率模块(I)， 使所述额定值或者从该额定值推导出的额定值连同与分别相对应的所述功率模块(I)有关的信息一起经由所述第二通讯接口(34)发送到所述功率模块(I)处。10.根据权利要求9所述的接口模块(30)，其特征在于，所述接口模块具有故障存储器(41)，并且所述通讯和控制单元(40)构造成，使得所述通讯和控制单元使从功率模块(I)接收的故障信息存储在所述故障存储器(41)中。11.根据权利要求9至10中任一项所述的接口模块(30)，其特征在于，所述通讯和控制单元(40)构造成，使得所述通讯和控制单元使从功率模块(I)接收的温度信息和/或电压信息经由所述第一通讯接口(33)发送到上级的控制和/或调节装置(38)。12.根据权利要求9至11中任一项所述的接口模块(30)，其特征在于，接口(33，34，35，36)构造成插接连接。13.根据权利要求9至12中任一项所述的接口模块(30)，其特征在于，所述接口模块具有防护类型为IP 65的或者防护类型更好的壳体(31)。14.一种用于加热控制和/或调节的系统(100)，所述系统包括至少一个根据权利要求I至8中任一项所述的功率模块(I)和根据权利要求9至13中任一项所述的接口模块(30)，其中，模块(1，30)从所述接口模块(30)起经由所述模块的用于转发供电电压(Ui)的供电接口(5，6，36)和所述模块的用于转发加热元件(9)的额定值的通讯接口(3，4，34)串联连接。15.根据权利要求14所述的系统(100)，其特征在于，至少一个所述功率模块(I)在空间上远离所述接口模块地布置成在空间上紧挨着要由所述功率模块控制和/或调节的加热元件(9)。16.根据权利要求14至15中任一项所述的系统(100)，其特征在于，在串联的所述模块(1，30)的两个模块之间的连接线路(46，47)汇集在唯一的、优选地屏蔽了的且优选地能插接的电缆(48)中。
【专利摘要】一种控制和/或调节加热的具有壳体的功率模块，壳体具有第一和第二通讯接口、为功率模块供电的第一和第二供电接口、能分别电连接加热元件的多个功率输出端、能电连接到加热元件的供电系统的功率输入端。壳体围绕的功率模块具有：在输入端侧与功率输入端且在输出端侧经支路与功率输出端电连接以便为其供电的配电装置；分别在每个支路中的开关元件；控制和/或调节单元，设置为根据加热元件的加热功率额定值控制和/或调节开关元件的开关状态；通讯单元，设置为经第一通讯接口接收为功率模块确定的额定值且将其传输到控制和/或调节单元并将经第一通讯接口接收的且不为功率模块确定的额定值转发到第二通讯接口。还涉及相应的接口模块和模块化系统。
【IPC分类】G05B19/04
【公开号】CN104880965
【申请号】CN201510090047
【发明人】克里斯蒂娜·巴赫, 伯恩哈德·施密特, 赖因哈德·施耐德尔, 于尔根·斯托尔
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月27日
【公告号】DE102014203657A1, EP2913735A2, EP2913735A3, US20150250025