專利名稱：用于將安全裝置控制到安全狀態(tài)的安全切換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安全切換裝置，通過該安全切換裝置，安全相關(guān)裝置(優(yōu)選地是電驅(qū)動器)可以被設(shè)置為安全狀態(tài)。此外，本發(fā)明還涉及用于驅(qū)動至少一個負(fù)載的三相功率放大器，用于測量其幅度會超出預(yù)設(shè)的工作范圍的周期模擬信號的測量裝置，以及用于安全相關(guān)裝置的多通道操作的安全裝置；它們一起適合在安全切換裝置中使用。
背景技術(shù)：
由于能使驅(qū)動器進(jìn)入安全狀態(tài)的安全相關(guān)組件、安全繼電器、電動機保護開關(guān)、或電動機保護繼電器和保險絲是必不可少的，因此，電驅(qū)動器(例如三相交流電動機)可用于應(yīng)用或系統(tǒng)中。一旦緊急關(guān)閉開關(guān)、保護門開關(guān)、或雙手開關(guān)(two hand switch)被啟動，安全繼電器就被用來關(guān)閉電驅(qū)動器。電動機保護開關(guān)具有這樣的任務(wù)，例如，如果存在熱超負(fù)荷，就利用雙金屬器件使得驅(qū)動器進(jìn)入安全狀態(tài)。
這種安全措施的缺點在于，這些組件具有大的空間要求和很大的布線復(fù)雜性。除了別的之外，這導(dǎo)致高成本和巨大的維護費用。此外，使用的電磁接觸器呈現(xiàn)接觸磨損。此外，還存在這樣的危險，在具有安全相關(guān)組件的系統(tǒng)實現(xiàn)中，電動機保護開關(guān)和安全繼電器會錯誤地連接到安全相關(guān)組件，或者使用了有缺陷的組件，于是系統(tǒng)、電驅(qū)動器、和/或操作人員會由于錯誤操作而發(fā)生危險。
于是，本發(fā)明基于創(chuàng)造一種小型的安全相關(guān)裝置的任務(wù)，這種裝置避免了上述缺點并且確保了當(dāng)應(yīng)用、系統(tǒng)、安全相關(guān)裝置、和/或安全切換裝置本身出現(xiàn)錯誤時安全相關(guān)裝置尤其是電驅(qū)動器可以迅速可靠地轉(zhuǎn)換至希望的安全狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個核心思想可在安全切換裝置的設(shè)計中看出，該安全切換裝置具有例如微處理器、微控制器、或FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的集成可編程控制單元，它可以在緊急關(guān)閉開關(guān)、保護門開關(guān)、或雙手開關(guān)被啟動時或者在安全切換裝置或電驅(qū)動器的錯誤操作時驅(qū)使例如要保護的電驅(qū)動器進(jìn)入安全狀態(tài)。在此，微處理器優(yōu)選地被實現(xiàn)成它可以從至少一個將要被測量的模擬信號確定預(yù)設(shè)參數(shù)(優(yōu)選地是模擬信號的幅度)是否超過預(yù)設(shè)的工作范圍。此外，微處理器可以是安全裝置的組件，該組件被構(gòu)建用于安全電驅(qū)動器的多通道控制。按照這樣的方式，為了使得電驅(qū)動器進(jìn)入安全狀態(tài)，安全切換裝置可以實現(xiàn)響應(yīng)兩個獨立的安全功能。此外，對于這樣一個小型的安全切換裝置，布線錯誤相對于已知方法來說可以大大降低。
上述技術(shù)問題由權(quán)利要求1的特征解決。
于是，提供了一種用于將至少一個安全相關(guān)裝置設(shè)置成安全狀態(tài)的安全切換裝置。所述安全切換裝置具有用于將所述安全切換裝置連接到單相或多相電源裝置的第一連接裝置；用于連接到安全相關(guān)裝置的至少一個第二連接裝置；用于連接至少一個安全相關(guān)輸入級的第三連接裝置；連接在所述第一連接裝置和第二連接裝置之間的單相或多相功率放大器，其具有至少一個可驅(qū)動開關(guān)觸頭；測量裝置；和用于所述功率放大器的多通道驅(qū)動的安全裝置。此外，所述安全裝置具有以下特征第一控制裝置，其具有可編程控制單元和用于產(chǎn)生監(jiān)控信號的信號產(chǎn)生裝置；第二控制裝置，其中所述輸入級與所述第一控制裝置和所述第二控制裝置連接，并且所述輸入級被構(gòu)建成用于利用來自所述第一控制裝置的所述監(jiān)控信號調(diào)制輸入信號，其中如果出現(xiàn)了作為已調(diào)制的輸入信號的響應(yīng)的錯誤，所述第一控制裝置和/或第二控制裝置驅(qū)使所述安全相關(guān)裝置進(jìn)入預(yù)定的安全狀態(tài)，其中所述第一控制裝置被分配給所述測量裝置，并且所述第一控制裝置被構(gòu)建成在所述測量到的模擬信號的預(yù)定參數(shù)超出預(yù)定工作范圍時響應(yīng)于測量到的模擬信號來通過所述功率放大器驅(qū)使所述安全相關(guān)電裝置進(jìn)入預(yù)定的安全狀態(tài)。
由于這種措施，如果安全相關(guān)裝置(例如緊急電路斷路器)被啟動，電源電流超過閾值或者在安全相關(guān)裝置或安全切換裝置中出現(xiàn)錯誤，則將安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)是可能的。
從屬權(quán)利要求的主旨在于一些有利改進(jìn)。
優(yōu)選地，功率放大器是三相功率放大器，其具有能通過所述第一連接裝置連接到三相交流電源裝置的第一、第二和第三線路，其中每一個線路上布置了用于斷開和閉合相應(yīng)線路的至少一個可控開關(guān)觸頭，并且其中所述開關(guān)觸頭中的至少兩個可以彼此獨立地控制。在這種情況下，例如，所述測量裝置測量兩個線路內(nèi)的線路電流并且測試兩個電流中的至少一個的預(yù)定參數(shù)是否超過預(yù)定工作范圍。
測量裝置被用來替換地或額外地測量線路電壓。根據(jù)測量到的電壓和相關(guān)的電流，測量裝置可以確定有效功率。在這種情況下，安全相關(guān)切換裝置不僅僅可以用于保護人和電動機，而且還可以用于保護系統(tǒng)，這是因為有效功率與電驅(qū)動器的輸出扭矩成比例。
為了獲取能讓錯誤布線的風(fēng)險顯著降低的小型的、容易操作的安全相關(guān)裝置，第一連接裝置、一個或者多個第二連接裝置、第三連接裝置、功率放大器、測量裝置、和/或控制裝置被布置在一個電路板上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個觀點，安全裝置被創(chuàng)建用于安全相關(guān)裝置的多通道控制，其可被集成至安全切換裝置。
自控系統(tǒng)通常包括可與安全相關(guān)和非安全相關(guān)致動器、傳感器、以及高電平控制和/或低電平控制和監(jiān)控裝置相連接的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。例如，致動器可包括諸如三相交流電動機的電驅(qū)動器。這種自控系統(tǒng)的一個重要要求就是如果發(fā)生了錯誤，例如致動器或者甚至整個自控系統(tǒng)的安全相關(guān)組件可以被轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)。為了使得自控系統(tǒng)或有缺陷的致動器的安全停用，必須確保的是用于將自控系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)的定義的輸入信號總能被正確地解釋。
使用了屬于某種安全類別的系統(tǒng)和裝置(例如多通道監(jiān)控系統(tǒng))，其包括能彼此獨立操作并且能各自將系統(tǒng)或各個裝置轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)的子系統(tǒng)。多通道或冗余地構(gòu)建的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步被構(gòu)建使得子系統(tǒng)可以監(jiān)控其它各個子系統(tǒng)的功能。相互監(jiān)控通常通過狀態(tài)數(shù)據(jù)的雙向交換實現(xiàn)。這種已知多通道監(jiān)控系統(tǒng)被對稱地構(gòu)建。這就意味著，由輸入級傳遞并且控制被監(jiān)控系統(tǒng)的操作狀態(tài)的輸入信號被直接施加至監(jiān)控系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，如圖9所示。
不同于將由輸入級準(zhǔn)備的輸入信號直接施加到各個子系統(tǒng)的現(xiàn)有對稱、多通道監(jiān)控系統(tǒng)(此后也稱為安全裝置)，本發(fā)明的一個核心思想在于，輸入信號以預(yù)定的方式被調(diào)制之后才被饋入子系統(tǒng)，后面也稱為控制裝置。特別地，對于根據(jù)本發(fā)明的安全裝置而言，不同的安全裝置之間沒有相互監(jiān)控。相反地，作為主機(master)的由微處理器控制的控制裝置監(jiān)控著作為從機(slave)的其他控制裝置。
于是，提供了一種用于安全相關(guān)裝置的多通道控制的安全裝置。在此，應(yīng)該注意到，安全相關(guān)裝置可包括自控系統(tǒng)的致動器、可執(zhí)行的安全相關(guān)應(yīng)用、和/或自控系統(tǒng)本身。
為此，提供了形成被稱為第一控制通道的第一微處理器控制的控制裝置。第一微處理器控制的控制裝置具有用于產(chǎn)生監(jiān)控信號的信號產(chǎn)生裝置。第二控制通道具有第二控制裝置。
監(jiān)控信號首先被用于使得安全裝置尤其是第二控制裝置監(jiān)控第一微處理器控制的控制裝置的適當(dāng)功能。
被構(gòu)建成利用來自第一微處理器控制的控制裝置的監(jiān)控信號調(diào)制輸入信號的輸入級被連接到第一微處理器控制的控制裝置和第二控制裝置。第一微處理器控制的控制裝置和/或第二控制裝置在有錯誤發(fā)生時響應(yīng)于已調(diào)制輸入信號將安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定安全狀態(tài)。
從屬權(quán)利要求的主旨在于一些有利改進(jìn)。
為了例如在安全相關(guān)觀點下處理已調(diào)制的輸入信號，第一微處理器控制的控制裝置優(yōu)選地執(zhí)行安全相關(guān)程序或程序部分。因此已調(diào)制的輸入信號可被編碼，例如以定義的方式編碼。
信號產(chǎn)生裝置被構(gòu)建成由第一微處理器控制的控制裝置根據(jù)至少一個安全相關(guān)程序的處理來產(chǎn)生監(jiān)控信號。在此，應(yīng)該注意到，信號產(chǎn)生裝置優(yōu)選地是第一微處理器控制的控制裝置的微處理器的組件。
第一微處理器控制的控制裝置和第二控制裝置與輸入級連接。兩個控制裝置各有用于使輸入級啟動或停用的裝置。特別地，輸出級包括可作為中繼(relay)的至少一個切換裝置。然而，輸出級還可以具有能將安全相關(guān)裝置逐漸停用或軟停用的多個切換裝置。
第一微處理器控制的控制裝置的啟動/停用裝置具有能連接到地的開關(guān)，同時第二控制裝置具有能連接到電源電壓的開關(guān)。可替換地，第一控制裝置具有能連接到電源電壓的開關(guān)，而第二控制裝置具有能連接到地的開關(guān)。這樣，為了將安全相關(guān)裝置設(shè)置成安全狀態(tài)，控制裝置可以相互獨立地控制輸出級。根據(jù)輸出級的電路相關(guān)實現(xiàn)，只有當(dāng)由第一控制裝置定義的地到輸出級的通路閉合而電源電壓通過第二控制裝置施加在輸出級時，安全相關(guān)裝置才處于工作狀態(tài)。隨后，如果接地通路被斷開和/或電源電壓從輸出級中隔開，那么安全相關(guān)裝置可通過輸出級轉(zhuǎn)換至安全狀態(tài)。
優(yōu)選地，第一微處理器控制的控制裝置被構(gòu)建成用于監(jiān)控輸入級和/或第二控制裝置。
可以采用邏輯運算器件尤其是AND門電路的方式實現(xiàn)利用第一微處理器控制的控制裝置的監(jiān)控信號對輸入信號進(jìn)行調(diào)制。可替換地，通用開關(guān)，也就是機械開關(guān)，可被用于在斷開或閉合開關(guān)時調(diào)制監(jiān)控信號。
為了防止由于監(jiān)控信號錯誤的、未控制的振蕩產(chǎn)生的第一控制裝置和/或第二控制裝置的錯誤運行，第一微處理器控制的控制裝置必須傳遞合適的信號形狀。為此，第一微處理器控制的控制裝置具有用于利用頻率大于監(jiān)控信號頻率的信號調(diào)制監(jiān)控信號的調(diào)制器。這個更高頻率的信號可以是控制第一控制裝置的微處理器的時鐘信號。在這種情況下，輸入級被構(gòu)建用來調(diào)制已調(diào)制的監(jiān)控信號和輸入信號。在這種情況下，第二控制裝置必須能夠檢測和估計已調(diào)制的輸入信號中的不同頻譜部分。為此，第二控制裝置具有這樣一個解調(diào)器，當(dāng)作為對來自輸入級的已調(diào)制的輸入信號的響應(yīng)以及作為對來自第一微處理器控制的控制裝置的已調(diào)制監(jiān)控信號的響應(yīng)的錯誤發(fā)生時，解調(diào)器產(chǎn)生將安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)的控制信號。
為此，解調(diào)器優(yōu)選地作為一種帶阻濾波器。與至少一個切換裝置尤其是單穩(wěn)多諧振蕩器相結(jié)合，當(dāng)更高頻率信號的頻率以預(yù)定量改變時，解調(diào)器傳遞一個用來將安全相關(guān)裝置設(shè)置為安全狀態(tài)的控制信號。
優(yōu)選地，解調(diào)器具有高通濾波器和第一低通濾波器，它們的輸入端每個均連接到第一微處理器控制的控制裝置的輸出端。提供了第一單穩(wěn)多諧振蕩器，其具有復(fù)位輸入端和連接到高通濾波器的輸出端的信號輸入端。提供了第二低通濾波器，其輸入端連接到第一單穩(wěn)多諧振蕩器的負(fù)輸出端。此外，提供了第二單穩(wěn)多諧振蕩器，其信號輸入端連接到第一低通濾波器的輸出端而其復(fù)位輸入端則連接到第二低通濾波器的輸出端。此外，提供了第三單穩(wěn)多諧振蕩器，其信號輸入端連接到輸入級的輸出端而其復(fù)位輸入端則連接到第二單穩(wěn)多諧振蕩器的負(fù)輸出端。
優(yōu)選地，第一微處理器控制的控制裝置是基于軟件的而第二控制裝置是基于硬件的，即根據(jù)電路實現(xiàn)。此外，第二控制裝置還可以由微處理器控制。
輸入信號可包括用于安全相關(guān)裝置的啟動和安全停用的二進(jìn)制處理信號。
根據(jù)本發(fā)明另一觀點，提供了一種三相功率放大器，它也可以集成至安全切換裝置內(nèi)。
三相功率放大器很久以前就為人所知并且被用于以控制了的方式為負(fù)載提供由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的三相電流。負(fù)載可以連接到功率放大器的一個相或所有的三個相并按照這種方式被提供了交流或三相電流。
圖2示出了一種已知的三相功率放大器的示例。總體以10表示的功率放大器具有三條線路20、21、和22，也稱為三個相。習(xí)慣上，線路終端通向未示出的以L1、L2、和L3表示的三相電源裝置。將交流電饋入線路30、31、和32分別由互感器30、31、和32象征性地示出。為了對功率放大器10的電子組件和/或與之連接的負(fù)載進(jìn)行過電壓保護，在線路20、21、和22之間存在一個總體以40表示的過壓保護電路。過壓保護電路40可以具有多個串聯(lián)和/或并聯(lián)的由電容器、電阻器、和/或壓敏電阻器形成的電路。這種過壓保護電路是已知的因此不必予以更加詳細(xì)的描述。
輸出側(cè)線路終端照例以T1、T2、和T3表示。如圖2所示，作為繼電器的一部分的開關(guān)觸頭50連接到線路21。作為交流電開關(guān)并且可以由雙向可控硅(triac)或由相應(yīng)的晶閘管電路實現(xiàn)的半導(dǎo)體組件60并聯(lián)地與開關(guān)觸頭50連接。與雙向可控硅60并聯(lián)地布置了一個保護電路，該保護電路可包括由電阻器70和電容器71組成的串聯(lián)電路以及與這些組件并聯(lián)地連接的壓敏電阻器。保護電路被用于雙向可控硅60和/或用于為雙向可控硅傳遞觸發(fā)電壓的多個光學(xué)雙向可控硅的電壓尖峰保護。應(yīng)該注意到，例如雙向可控硅60的用于半導(dǎo)體開關(guān)的保護電路是已知的因此不必予以更加詳細(xì)的描述。
屬于單獨繼電器的開關(guān)觸頭80類似地連接到線路22。提供了具有雙向可控硅形式的半導(dǎo)體開關(guān)90以及具有由電阻器70和電容器71組成的串聯(lián)電路形式的保護電路以及與兩者并聯(lián)的壓敏電阻器72的保護電路，它們依次與開關(guān)觸頭并聯(lián)。此外，在第二線路和第三線路21和22之間提供了具有分配給線路21的繼電器110和分配給線路22的繼電器120的換向開關(guān)(reversing switch)裝置100。分配給線路21的繼電器110具有兩個開關(guān)觸頭111和112，而分配給線路22的繼電器120具有開關(guān)觸頭121和122。換向開關(guān)裝置100被用于改變所連接的三相交流電動機的運行方向。在所示的開關(guān)狀態(tài)下，繼電器110的開關(guān)觸頭111和112將線路21的輸入端L2連接到輸出端T2，同時繼電器120的開關(guān)觸頭121和122將線路22的輸入端L3連接到輸出端T3。在相連接的狀態(tài)下，所連接的三相交流電動機以順時針方向旋轉(zhuǎn)，例如在該開關(guān)觸頭位置。如果繼電器110和120被觸發(fā)，那么相應(yīng)的開關(guān)觸頭111和112以及121和122分別地確保一個交流電流通過線路22通至線路21的輸出端而一個交流電流通過線路21通至線路22的輸出端。按照這種方式，所連接的三相交流電動機的運行方向被改變。
在已知功率放大器中使用的換向電路100的繼電器110和120確保了線路21和22連續(xù)地導(dǎo)電。關(guān)閉這個已知功率放大器僅僅在考慮線路21和22時開關(guān)觸頭50和80被斷開從而分別分配給這兩個線路的雙向可控硅60和90處于阻斷模式運行時才可能。因為雙向可控硅必須獨自阻斷流經(jīng)線路21和22的電流，所以使用了特殊的半導(dǎo)體組件，該半導(dǎo)體可以承受大約1200V的斷態(tài)電壓。
在圖2中示出的公知功率放大器并不適合于滿足安全類別3的要求，因為不可能做到功率放大器的三相停用。這是因為線路20上沒有可以斷開線路的開關(guān)。
本發(fā)明的另一方面就在于上述三相功率放大器被進(jìn)一步改進(jìn)成滿足安全類別3以及停止類別0和1的要求。
本發(fā)明的另一方面就在于規(guī)定了一種新穎的換向開關(guān)裝置，它使得用于功率放大器的半導(dǎo)體開關(guān)采用了更加經(jīng)濟的半導(dǎo)體組件。由于這個新穎的換向開關(guān)裝置，半導(dǎo)體開關(guān)展示了比圖2中所示的功率放大器(其斷態(tài)電壓大約是1200V)更低的斷態(tài)電壓，即在阻斷狀態(tài)下大約800V。此外，在這個新穎的換向開關(guān)裝置可以省略布置在圖2中的已知三相功率放大器中的用于半導(dǎo)體開關(guān)的保護電路。
本發(fā)明的一個核心思想在于創(chuàng)建了能被完全停用并因此滿足安全類別3的要求的三相功率放大器。為此，三相功率放大器的每一個線路均必須能被斷開。
本發(fā)明的另一個核心思想在于所使用的半導(dǎo)體開關(guān)的電氣負(fù)載在功率放大器被停止時降低。為此，采用了一種特殊的換向開關(guān)裝置，例如其中，每一個都具有兩個開關(guān)觸頭的兩個繼電器并聯(lián)地連接在兩個線路之間，從而兩個線路以預(yù)定的開關(guān)觸頭位置隔開。于是，流經(jīng)這兩個線路的電流不是如同現(xiàn)有技術(shù)中的狀態(tài)一般地被所使用的半導(dǎo)體開關(guān)阻斷，而是主要地被換向開關(guān)的機電開關(guān)觸頭阻斷。
于是，提供了一種用于驅(qū)動至少一個負(fù)載尤其是三相交流電動機的三相功率放大器，其具有第一、第二和第三線路。在輸入側(cè)，三相功率放大器能連接到三相交流電源裝置。為了使得三相功率放大器能滿足安全類別3和停止類別0或停止類別1的要求，每一個線路的斷開和閉合端上都布置了至少一個開關(guān)觸頭。為了更好地確保功率放大器的三相停用，分配給不同線路上的至少兩個開關(guān)觸頭可以彼此獨立地驅(qū)動。
從屬權(quán)利要求的主旨在于一些有利改進(jìn)。
每個線路的至少一個開關(guān)觸頭被分配給電磁開關(guān)元件。這樣就確保了即使使用了半導(dǎo)體開關(guān)多個線路也能機械地斷開，例如第二線路和第三線路。由于處于停用狀態(tài)的驅(qū)動器沒有上電，所以沒有有關(guān)圖1中所示的功率放大器觸摸時的電壓危險。
優(yōu)選地，具有第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭的第一開關(guān)元件連接在第二線路和第三線路之間，其中第一開關(guān)觸頭并聯(lián)地連接至所述半導(dǎo)體開關(guān)中的一個，而第二開關(guān)觸頭則并聯(lián)地連接至所述半導(dǎo)體開關(guān)中的另一個。第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭各個均可包含前面提過的如權(quán)利要求1所述的可控開關(guān)觸頭。
半導(dǎo)體開關(guān)可包括雙向可控硅，它是一種交流電開關(guān)，它的觸發(fā)電源是由一個連接到電源電壓的裝置提供的。這個提供觸發(fā)電源的裝置被構(gòu)建成它將半導(dǎo)體開關(guān)在觸發(fā)狀態(tài)保持住一個預(yù)定的時間，即使與此同時第一開關(guān)元件的第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭被驅(qū)動。這就確保了布置在第二線路和第三線路之間的第一開關(guān)元件幾乎沒有磨損地連接著。
為了能在三相功率放大器處于停用狀態(tài)時降低施加在半導(dǎo)體開關(guān)上的斷態(tài)電壓——典型地1000V斷態(tài)電壓被施加在半導(dǎo)體開關(guān)上——兩條線路之間存在一個換向開關(guān)裝置，其包括可彼此獨立驅(qū)動并且各自包括第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭的兩個開關(guān)元件，其中所述開關(guān)元件的第一開關(guān)觸頭連接至一條線路，而所述開關(guān)元件的第二開關(guān)觸頭則連接至另一條線路。流經(jīng)兩條線路的電流在所述第一開關(guān)觸頭和所述第二開關(guān)觸頭的預(yù)定位置被阻斷。于是，阻斷功能不再僅僅加載在半導(dǎo)體開關(guān)上，而是由機械開關(guān)支撐。于是，相對于圖1中已知的功率放大器，該功率放大器可以無電流地停用。
根據(jù)第一替換方式，換向開關(guān)裝置的第二開關(guān)元件的第一開關(guān)觸頭連接至第二線路，而第二開關(guān)元件的第二開關(guān)觸頭則連接至第三線路。
優(yōu)選地，在第一替換方式中，具有至少兩個開關(guān)觸頭的第三開關(guān)元件與第一線路相連接。這樣，就確保了三相功率放大器的每條線路上都布置了至少兩個開關(guān)觸頭。這就確保了三相功率放大器滿足停止類別0和停止類別1的要求。隨后，即使開關(guān)觸頭出問題，還是可以對功率放大器進(jìn)行安全的三相停用。
換向電路裝置的替換布線提供了兩個第二開關(guān)元件的第一開關(guān)觸頭連接至第一線路，而兩個第二開關(guān)元件的第二開關(guān)觸頭則連接至第二線路。
安全程度可以通過停用根據(jù)相對于第一替換方式的第二替換方式的功率放大器增加，其提供了具有第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭的第三開關(guān)元件，其中第一開關(guān)觸頭連接至第一線路而第二開關(guān)觸頭則連接至第二線路。這就確保了每條線路上都布置了能相互獨立地控制的兩個開關(guān)觸頭和半導(dǎo)體開關(guān)。
因此，由于優(yōu)選地在功率放大器中僅僅使用了具有兩個開關(guān)觸頭的繼電器，相對于圖1所示的功率放大器，所使用的繼電器的數(shù)目仍然保持相等而安全性被顯著地改進(jìn)了。
一般，半導(dǎo)體開關(guān)的每一個都由保護裝置進(jìn)行過壓和其他電氣干擾保護。在此應(yīng)該理解的是，換向開關(guān)裝置的特定布線和機電開關(guān)元件(其兩個開關(guān)觸頭都連接在線路1或者第一和第二線路)的使用使得半導(dǎo)體開關(guān)在沒有保護電路的情況下同樣被使用。
按照已知的方式，在三個線路之間可以連接著防過壓的保護電路。
為了對三相功率放大器進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膯雍屯Ｓ?，提供了用于?qū)動開關(guān)元件和半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置、以及必要時的可編程控制裝置。
為了能在錯誤發(fā)生時迅速可靠地停用三相功率放大器，提供了能監(jiān)控流經(jīng)所述多個線路的電流、多個線路之間的輸出電壓、和/或至少一個連接著的三相交流電動機的運行方向的監(jiān)控裝置，其中控制裝置響應(yīng)于監(jiān)控裝置而驅(qū)動對應(yīng)的開關(guān)元件和半導(dǎo)體開關(guān)。
通過一個換向開關(guān)裝置，類似地解決了上述技術(shù)問題，該換向裝置特別地為三相功率放大器而提供。換向開關(guān)裝置包括兩個第二開關(guān)元件，它們可彼此獨立控制并且各自包括第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭。第二開關(guān)元件的第一開關(guān)觸頭連接至第一線路而第二開關(guān)觸頭被連接至第二條線路。開關(guān)觸頭的布線和裝置是這樣選擇的，流經(jīng)連接線路的電流在第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭的預(yù)定位置被阻斷。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于測量周期模擬信號的裝置，它同樣也可以集成至安全切換裝置中。
當(dāng)前對例如電動機的電驅(qū)動器進(jìn)行的過流和過壓保護主要是通過基于雙金屬器件的機械監(jiān)控元件實現(xiàn)。機械雙金屬器件的觸發(fā)特性在此由所使用的金屬以及承載該電動機電流的電熱塞的熱傳遞所決定。雖然采用了隨溫度變化的補償電路，但是機械雙金屬器件的觸發(fā)表現(xiàn)還是會由于環(huán)境溫度的波動而變化。此外，這種機械監(jiān)控元件尤其容易受其組件的腐蝕和磨損的影響，所以監(jiān)控元件必須頻繁地檢測和維護。
于是，近些年來，電子雙金屬開關(guān)被越來越頻繁地使用做監(jiān)控元件。這些元件工作起來具有顯著的更高精確度并且相對于機械監(jiān)控元件而言沒有那么大的磨損并且對于內(nèi)部影響不會那么敏感。
然而，觸發(fā)電子雙金屬開關(guān)所必需的測量裝置被用于電子雙金屬開關(guān)。除了個別情況之外，所使用的測量裝置必須能夠檢測所謂的“涌流”，涌流可等于額定電動機電流的7倍，并且所使用的測量裝置在額定電流的范圍內(nèi)必須有足夠的分辨率和精度。于是，需要昂貴復(fù)雜規(guī)格(dimensioning)的測量裝置，從而可以檢測在最大可能電流范圍內(nèi)的電流，即額定電流和過電流。這就導(dǎo)致了相當(dāng)大和昂貴的測量裝置，因為電流互感器尤其需要相應(yīng)超規(guī)格。
本發(fā)明的一個核心思想在于，提供了一種測量裝置和一種測量方法，利用這種測量裝置和測量方法，當(dāng)特別是存在過電流時過電流的峰值幅度可通過已知曲線形狀來估計。按照這個方法，即使測量裝置僅僅適于給定測量范圍內(nèi)的額定電流，還是可以在給定測量或工作范圍之外操作測量裝置。
因此，本發(fā)明進(jìn)一步基于提供這樣的測量方法和測量裝置的任務(wù)，其被設(shè)計成適于電驅(qū)動器的額定電流范圍并且隨之可利用經(jīng)濟的電和磁組件予以構(gòu)建而過電流還是能被測量。
于是，提供了一種用于測量其幅度可能超出預(yù)定的工作范圍的周期模擬信號的測量裝置，其具有用于確定要被測量的模擬信號的幅度大于或等于預(yù)定閾值的時間周期的裝置，和用于根據(jù)確定的時間周期和信號形狀尤其是該模擬信號的信號頻率來計算要被測量的模擬信號的最大幅度的估計裝置。
在此應(yīng)該注意到，“預(yù)定的工作范圍”應(yīng)該被理解為測量信號不會將測量裝置(即構(gòu)建測量裝置的一個或多個電氣組件)驅(qū)動至過流并因此能以傳統(tǒng)方式測量的范圍。詞語“幅度大于”考慮了周期模擬信號可能會落入其最大峰值和最小峰值范圍之外的情況。
從屬權(quán)利要求的主旨在于一些有利改進(jìn)。
優(yōu)選地，測量裝置的確定裝置具有用于以采樣速率對要被測量的模擬信號進(jìn)行采樣的采樣裝置，和用于對連續(xù)采樣到的幅度大于或等于預(yù)定閾值的值進(jìn)行檢測和計數(shù)的裝置。在這種情況下，所述估計裝置被構(gòu)建成根據(jù)計數(shù)得到的采樣值數(shù)目、采樣速率、和信號頻率來計算模擬信號最大幅度。
在此應(yīng)該注意到，例如，閾值可以是測量裝置預(yù)定工作范圍的上限和/或下限，在其期間可以對模擬信號進(jìn)行傳統(tǒng)測量。然而，該閾值也可以比上限和/或下限值小一個預(yù)定量。
如果模擬信號包括預(yù)定信號頻率的正弦信號，那么估計裝置利用下式計算所述最大幅度值 式中TAB是所述采樣速率的倒數(shù)，N是計數(shù)出來的幅度大于或等于預(yù)定閾值的采樣值的數(shù)目，而T是被測量到模擬信號的周期。
為了能降低估計裝置的計算能力，提供了一種替換測量裝置，如權(quán)利要求4所述。
于是，測量裝置具有用于以采樣速率對模擬信號進(jìn)行采樣的采樣裝置。此外，提供了用于對連續(xù)采樣到的幅度大于或等于預(yù)定閾值的值進(jìn)行檢測和計數(shù)的裝置。超出預(yù)定的工作范圍的多個參考信號的最大幅值和數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的采樣值的相關(guān)數(shù)目被存儲在存儲裝置中。此外，測量裝置具有估計裝置，其根據(jù)由所述檢測和計數(shù)裝置確定的采樣值數(shù)目從所述存儲裝置中讀取所述相關(guān)最大幅值。在此，所確定的數(shù)目可以用作存儲地址。在此應(yīng)該強調(diào)，最大幅值包括計算出的幅值，其被看作是要被測量的超出預(yù)定工作范圍的信號的實際最大幅值的估計值。
為了能夠數(shù)字化地估計采樣值，提供了用于將所述采樣值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換器。
通過讓采樣裝置使用更高的采樣速率，能以更高精度計算出最大幅值。然而，同時計算花銷增大。于是，如果采樣速率是可調(diào)節(jié)的，那將是十分有利的。
權(quán)利要求中所述的測量裝置可用于防過流保護裝置，尤其是防過流保護電氣裝置，其中防過流保護裝置具有可以根據(jù)計算出的最大幅值而停用所述裝置的觸發(fā)裝置。
上述技術(shù)問題通過一種用于測量周期模擬信號的方法而被類似地解決了，其中模擬信號的幅度可能超出預(yù)定的工作范圍。首先，確定要被測量的模擬信號的幅度大于或等于預(yù)定閾值的時間周期。根據(jù)確定的時間周期和信號形狀尤其是要被測量的測量信號的信號頻率，隨后計算要被測量的落在預(yù)定的工作范圍以外的模擬信號的最大幅度。
從屬權(quán)利要求的主旨在于一些有利改進(jìn)。
時間周期可以這樣確定，要被測量的模擬信號以采樣速率被采樣。隨后，對連續(xù)采樣到的數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的值進(jìn)行計數(shù)。根據(jù)計數(shù)得到的采樣值數(shù)目、采樣速率、和信號頻率來計算模擬信號的最大幅度。
為了降低電路相關(guān)的花費以及花在計算最大幅值上的時間，事先將超出預(yù)定的工作范圍的最大幅值和大于或等于預(yù)定閾值的采樣值的相關(guān)數(shù)目進(jìn)行確定并存儲起來。之后，以采樣速率對要被測量的模擬信號進(jìn)行采樣。對數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的連續(xù)采樣值進(jìn)行計數(shù)，并且讀取對應(yīng)于計數(shù)出來的采樣值數(shù)目的最大幅值。
下文中將通過參考多個實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明予以更加詳細(xì)的描述。在附圖中，相同的參考標(biāo)號被用于相同的部分或組件。其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的安全切換裝置， 圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三相功率放大器， 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的三相功率放大器， 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個替換三相功率放大器， 圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的不使用換向開關(guān)裝置的三相功率放大器， 圖6是根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的實施例， 圖7是在允許的測量范圍內(nèi)采樣到的測量信號， 圖8是在允許的測量范圍之外采樣到的測量信號， 圖9是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙通道對稱安全裝置的電路圖簡化框圖， 圖10是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于安全相關(guān)裝置多通道控制的安全裝置的電路圖簡化框圖， 圖11是由圖10所示的安全裝置的第一微處理器控制的控制裝置產(chǎn)生的監(jiān)控信號的時序圖， 圖12是圖10所示的第二控制裝置的大體電路設(shè)計， 圖13是根據(jù)本發(fā)明的用于安全相關(guān)裝置多通道控制的一個替換安全裝置， 圖14是圖13所示的第二控制裝置的大體電路設(shè)計， 圖15a到15i是在無錯誤工作期間的預(yù)定點上圖14所示的電路布置中的各種信號的時序圖， 圖16a到16i是在有錯誤工作期間的預(yù)定點上圖14所示的電路布置中的各種信號的時序圖， 圖17a到17i是在有錯誤工作期間的預(yù)定點上圖14所示的電路布置中的各種信號的時序圖。
具體實施例方式 在圖1示出了示例的安全切換裝置900的電路圖框圖，其組件被容納在一個外殼中。安全切換裝置900具有第一連接裝置910，通過第一連接裝置，安全切換裝置900可以連接到例如三相電源網(wǎng)絡(luò)(未示出)。連接至電源網(wǎng)絡(luò)的三條輸入線路在圖1中以L1、L2、和L3表示。L1、L2、和L3三條線路與功率放大器200連接，功率放大器的輸出側(cè)線路以T1、T2、和T3表示。這三條輸出側(cè)線路連接至第二連接裝置920，而第二連接裝置920可以連接例如三相交流電動機的安全相關(guān)裝置。應(yīng)該能理解的是，安全切換裝置900可以連接著多個安全相關(guān)裝置，例如單相或多相驅(qū)動器。于是，所使用的功率放大器可具有單相或多相結(jié)構(gòu)。出于簡化的目的，功率放大器200僅僅示意性地示出。下文中將結(jié)合圖3對功率放大器200予以詳細(xì)描述。在此應(yīng)該注意到，除了圖3所示的功率放大器以外，同樣可以使用圖4中所示的功率放大器400。
在線路L1、L2、和L3上連接著裝置930，其在線路L1和L3上具有電流互感器，而電流互感器將模擬電流饋入測量裝置610的線路L1和L3。測量裝置610可以是例如可編程控制單元的組件，例如控制裝置820的微控制器或微處理器。然而，它同樣也可以被構(gòu)建成一個獨立功能模塊。測量裝置610優(yōu)選地包括在結(jié)合圖6到8描述時的測量裝置。測量裝置的主要任務(wù)在于確定線路L1和L3上的電流幅度是否落在預(yù)定工作范圍之外。如果是這樣的話，那么為了將連接著的三相交流電動機從未示出的電源網(wǎng)絡(luò)斷開，微處理器822通過開關(guān)晶體管828控制功率放大器200。如在圖1中示意性地示出的那樣，開關(guān)晶體管828與功率放大器200的互感器270連接。下文中將參考圖13和14對微處理器控制的控制裝置820予以更詳細(xì)的描述?？商鎿Q地或額外地，可以把電壓互感器環(huán)接(loop)到線路L1和L3，電壓互感器將線路電壓饋入測量裝置610。測量裝置610可以被構(gòu)建成這樣，它確定接收到的電壓信號乘以相關(guān)的電流信號得到的有效功率并且測試有效功率落在預(yù)定工作范圍之內(nèi)還是之外。操作人員可以調(diào)整工作范圍的實際值和允許電流幅度超出預(yù)定工作范圍而不停用三相交流電動機的時間周期。
此外，安全切換裝置900還包括另一個控制裝置840，該控制裝置具有解調(diào)器830和連接到功率放大器200的互感器270的一個不同端點的開關(guān)晶體管850。微處理器控制的控制裝置820和控制裝置840都是多通道安全裝置810的組件，下文中將參考圖13和14對微處理器控制的控制裝置820予以更詳細(xì)的描述。在此應(yīng)該注意到，除了控制裝置820和840以外，同樣可以使用圖10中所示的安全裝置750的控制裝置770和780。在此連接中，還應(yīng)該注意到，圖10所示的輸出級790對應(yīng)于例如在安全切換裝置中使用的功率放大器200。
調(diào)制器824被分配給第一微處理器控制的控制裝置820的微處理器822，通過外部連接到安全切換裝置900的輸入級760的接口940的數(shù)字輸出饋送調(diào)制器824的輸出信號。注意，這個輸入級包括圖10和13所示的安全裝置750和810的輸入級760。第二控制裝置840的輸出信號類似地被饋入微處理器822，微處理器822可以響應(yīng)于接收到的輸出信號對第二控制裝置840的正常功能進(jìn)行測試。與調(diào)制器824相結(jié)合，微處理器822產(chǎn)生指示了兩個控制裝置820和840是否正常運行的監(jiān)控信號。為了確保與安全切換裝置900相連接的三相交流電動機能被轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)，如果安全切換裝置900的電路組件尤其是控制裝置820和840存在缺陷，或者例如在輸入級760中實現(xiàn)的緊急電路斷路器765被從外部啟動，那么緊急電路斷路器765的輸入信號和調(diào)制器824的輸出信號都被饋入例如AND門電路的邏輯運算器件762。輸入級760的邏輯運算器件762的輸出信號通過連接63饋入至安全切換裝置900的接口945的數(shù)字輸入端。通過接口945，輸入信號到達(dá)了第二控制裝置840的調(diào)制器830并通過連接63’到達(dá)了微處理器822。如果控制裝置840的解調(diào)器830或者控制裝置820的微處理器822識別出由調(diào)制器824產(chǎn)生的監(jiān)控信號表示一個系統(tǒng)錯誤和/或緊急電路斷路器762被啟動，那么為了隔離功率放大器200，對應(yīng)的開關(guān)晶體管828和850被觸發(fā)，于是通過線路L1、L2、和L3連接到輸出線路T1、T2、和T3從而連接到三相交流電動機的電源被斷開。
在此應(yīng)該指出，圖1所示的輸入級760包括僅僅一個開關(guān)765，出于簡化表述的目的，它以緊急電路斷路器表示。還可以采用具有多個開關(guān)的緊急電路斷路器，其中每個開關(guān)均連接至接口940的獨立輸出端和接口945的獨立輸入端。此外，輸入級760還可以具有作為替換或者附加到緊急電路斷路器的保護門、和/或雙手開關(guān)。根據(jù)本實施例，利用微處理器控制的控制裝置828的調(diào)制器824的監(jiān)控信號，適當(dāng)?shù)妮敵鲂盘柋绘溄舆M(jìn)入邏輯運算器件762，這在下文中將予以詳細(xì)描述。
由于這些特別的措施，安全切換裝置900具有對例如連接至安全切換裝置900的安全相關(guān)裝置的復(fù)雜而多目的的安全相關(guān)監(jiān)控功能。在一個特別有用的實施例中，連接裝置910和920、功率放大器200、控制裝置820和840的組件、以及接口940和945被布置在一個電路板上(未示出)。于是，對于具有安全相關(guān)裝置的系統(tǒng)的實現(xiàn)，必需確保的就是安全相關(guān)裝置連接到安全切換裝置900。操作人員必須注意安全相關(guān)裝置怎么連接適當(dāng)?shù)碾妱訖C保護開關(guān)和保護繼電器以及必要時連接一個緊急電路斷路器。因此，相對于已知方法的布線錯誤可以大大降低。
此外，接口945可以具有連接著R和L兩條線路的兩個數(shù)字輸入端口，通過這兩個數(shù)字輸入端口施加用于控制三相交流電動機的順時針和逆時針運行的控制信號?？刂菩盘柋活愃频仞伻胛⑻幚砥?22，微處理器822根據(jù)控制信號控制功率放大器。為了更清楚地說明，這些單獨的連接線路在圖1中并未示出。此外，接口945具有可連接著一個未示出的復(fù)位鍵的輸入端R1。例如，所施加的復(fù)位信號的側(cè)沿(flank)可被微處理器822檢測，隨后為了在因錯誤而停用三相交流電動機之后將三相交流電動機設(shè)置回運行狀態(tài)，微處理器822對功率放大器200進(jìn)行控制。
三相功率放大器 圖3示出了可用于安全切換裝置900中的具有三條線路210、211、和212的三相功率放大器。指向一個未示出的三相交流功率放大器的線路末端通常地被指定為L1、L2、和L3，而遠(yuǎn)處的線路末端被指定為T1、T2、和T3。在線路末端L1、L2、和L3附近，存在一個已知的過壓保護電路220，過壓保護電路220可按照與圖2所示的保護電路40類似的方法構(gòu)建在三條線路210、211、和212之間。本實施例中的機電開關(guān)元件230是一個具有兩個開關(guān)觸頭231和232的繼電器，它連接在線路210和211之間。開關(guān)觸頭231連接在線路210上，而開關(guān)觸頭232連接在線路211上。本實施例中的第二機電開關(guān)元件240也是一個連接在線路210和211之間的繼電器。繼電器240也具有兩個開關(guān)觸頭241和242。開關(guān)觸頭241連接在線路211上，而開關(guān)觸頭242連接在線路212上。整體以250表示的一個開關(guān)裝置具有作為半導(dǎo)體元件的雙向可控硅(它是一種交流電開關(guān))、和一個串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路是由與雙向可控硅并聯(lián)連接著的電阻器252和電容器253組成，并且該串聯(lián)電路是雙向可控硅251的保護電路，開關(guān)裝置250與開關(guān)觸頭241并聯(lián)。在此應(yīng)該注意到，對于三相交流放大器200的專門的電路裝置來說，保護電路并不是必須的。下文中將對該結(jié)論的理由加以更詳細(xì)的描述。
按照類似的方法，同樣具有構(gòu)建成雙向可控硅的半導(dǎo)體開關(guān)261的開關(guān)裝置260并聯(lián)地與開關(guān)觸頭242相連接。此外，一個可選擇的保護電路并聯(lián)地連接至半導(dǎo)體開關(guān)261。例如，保護性開關(guān)也具有電容器263和電阻器262。例如，用于雙向可控硅251和261的觸發(fā)電源由可連接至交流電壓的互感器270傳遞。按照一種已知的方法，用于雙向可控硅251和261的觸發(fā)電源可以由光學(xué)雙向可控硅按照一種已知的方法提供。除了雙向可控硅，反并聯(lián)可控硅也可用作半導(dǎo)體開關(guān)251和261。
在此應(yīng)該注意到，與圖2所示的已知三相交流功率放大器相比較，圖3所示的三相功率放大器的優(yōu)點在于，更多的具有成本效益的組件可被用作用于半導(dǎo)體開關(guān)251和261的半導(dǎo)體組件，這是因為半導(dǎo)體開關(guān)251和261經(jīng)受只是大約800V的斷態(tài)電壓，而半導(dǎo)體開關(guān)60和90必須承受大約1200V的斷態(tài)電壓。對此的一個理由就是根據(jù)圖2所示的功率放大器的換向保護電路100僅僅控制所連接的三相交流電動機(未示出)的運行方向。相反的，在圖3的功率放大器200中，使用了換向開關(guān)裝置280，它不僅僅可以改變所連接的三相交流電動機的運行方向，而且可以被用于停用功率放大器。為此，換向開關(guān)裝置280具有并聯(lián)地連接在線路210和212之間的機電開關(guān)元件290和295。例如，兩個開關(guān)元件都被構(gòu)建成繼電器。繼電器290具有兩個開關(guān)觸頭291和292，其中開關(guān)觸頭291連接在線路210上，而開關(guān)觸頭292連接在線路212上。繼電器295同樣具有兩個開關(guān)觸頭296和297。開關(guān)觸頭296連接至線路210的連接端T1，而開關(guān)觸頭297連接至線路212的連接端T3。因此，由于開關(guān)元件290和295被布置在線路210和212之間，它們的開關(guān)觸頭可以被相反地驅(qū)動，于是換向電路280在開關(guān)觸頭291、292、296、和293所示的位置將線路210和212分開。由此機械地斷開了流過線路210和212的電流。實現(xiàn)了從線路開端L1流向線路輸出端T3或者從線路開端L3流向線路輸出端T1的電流，因為繼電器295的開關(guān)觸頭296和297連接至內(nèi)部并因此分別連接至交叉線路部分302和303。
相反的，如果繼電器290的開關(guān)觸頭291和292分別利用繼電器295的開關(guān)觸頭296和297向外連接，那么它們分別接觸線路部分300和301。如果開關(guān)觸頭231和開關(guān)觸頭242閉合和/或雙向可控硅被觸發(fā)，那么開關(guān)觸頭的位置允許流經(jīng)線路210和212的電流。
由于繼電器230、線路210和212之間的換向開關(guān)裝置280的具體布線、連接在線路211和212之間的繼電器240、和半導(dǎo)體開關(guān)251和261，對三相功率放大器的安全要求類別3都得到了確保，因為可以對功率放大器進(jìn)行三相停用。此外，在本實施例中，在每條線路上都存在至少兩個機械開關(guān)觸頭，于是如果開關(guān)觸頭或半導(dǎo)體開關(guān)元件存在缺陷那么還是能實現(xiàn)功率放大器的安全停用。由于前面已經(jīng)提到過的，不同于圖2所示的換向開關(guān)100，換向開關(guān)裝置280具有用于線路210和212的停用功能，并且還由于線路211上布置了獨立開關(guān)觸頭232，所以在停用狀態(tài)下，半導(dǎo)體元件251和261上施加了比圖2所示的功率放大器的半導(dǎo)體開關(guān)元件60和90要低的斷態(tài)電壓。因此，可以使用更加經(jīng)濟的組件來實現(xiàn)半導(dǎo)體開關(guān)元件，并且可以省略保護電路。
在圖4中，示出了三相功率放大器的一個替換實施例，其整體以400表示。類似于圖3所示的功率放大器200，圖4所示的功率放大器在每條線路上也具有至少兩個機械開關(guān)觸頭。功率放大器400也具有三條線路，圖4中三條線路以410、411、和412表示。線路410、411、和412例如通過互感器420、421、和422被饋入交流電。類似于圖3所示的功率放大器200，在輸入側(cè)，在線路410、411、和412之間連接著過壓保護電路430。類似于圖3所示的功率放大器200，在線路411和412之間存在采用繼電器430形式的一個機電開關(guān)元件，它具有兩個開關(guān)觸頭431和432。開關(guān)觸頭431布置在線路411上，而第二個開關(guān)觸頭432布置在線路412上。類似于圖3所示的開關(guān)裝置250，開關(guān)裝置440可具有可以是雙向可控硅的半導(dǎo)體開關(guān)元件以及可選擇的保護電路，并且開關(guān)裝置440與開關(guān)觸頭431并聯(lián)。類似地，開關(guān)裝置445可具有構(gòu)建為雙向可控硅的半導(dǎo)體開關(guān)元件以及可選擇的保護電路，并且開關(guān)裝置440與開關(guān)觸頭432并聯(lián)。不同于圖3所示的功率放大器200，線路410上連接著一個具有例如兩個開關(guān)觸頭451和452的繼電器450。不同于圖3所示的功率放大器200，換向開關(guān)裝置460并沒有連接在第一線路和第三線路之間，而是連接在第二線路411和第三線路412之間。類似于圖3所示的換向開關(guān)裝置280，換向開關(guān)裝置460具有繼電器形式的兩個機電開關(guān)元件470和475。繼電器470具有兩個開關(guān)觸頭471和472，其中開關(guān)觸頭471連接在線路411上，而開關(guān)觸頭472連接在線路412上。類似地，繼電器475同樣具有兩個開關(guān)觸頭476和477。開關(guān)觸頭476連接至線路410，而開關(guān)觸頭297連接至線路412。為了允許對從線路411到412的電流進(jìn)行改變(反之亦然)、流經(jīng)線路411和412的電流流動、和對流經(jīng)線路411和412的電流的阻斷，換向開關(guān)裝置460還具有線路部分480、481、482、和483，而繼電器470和475的開關(guān)觸頭就放在這些部分上面。該功能已經(jīng)在參考功率放大器200時詳細(xì)描述過了。繼電器470的開關(guān)觸頭471和472以及繼電器475的開關(guān)觸頭476和477也可以被相反地驅(qū)動，于是換向開關(guān)裝置460在圖4所示的開關(guān)觸頭的位置將流經(jīng)線路411和412的電流機械地分開。在輸出側(cè)，可以用來測量線路410、411、和412上的輸出電壓的電壓檢測器490可以被連接至線路410、411、和412。為此，電阻器491和494形成了一個連接至線路410的分壓器，電阻器492和495形成了一個連接至線路411的分壓器，電阻器493和496形成了一個連接至線路412的分壓器。每個線路410、411、和412上可連接用來測量每條線路的電流的電流檢測器(未示出)。測量到的電壓和電流可被輸入至處理控制裝置和監(jiān)控裝置405。此外，處理控制裝置和/或監(jiān)控裝置405被連接至開關(guān)觸頭431、432、451、452、471、476、472、477以及半導(dǎo)體開關(guān)440和445。開關(guān)觸頭以及半導(dǎo)體開關(guān)可根據(jù)可編程處理控制或作為對測量到的指示功率放大器400出錯了的電壓和/或電流值的響應(yīng)而被驅(qū)動。類似地，處理控制裝置和/或監(jiān)控裝置405可以監(jiān)控連接著的三相交流電動機的運行方向。
當(dāng)所連接的三相交流電動機僅僅以一個方向運行時，換向開關(guān)裝置可以省略。圖5示意性地示出了相應(yīng)的功率放大器。三相功率放大器500也具有三條線路510、511、和512。為了使功率放大器500滿足安全類別3的要求，每條線路上布置了至少一個開關(guān)觸頭520、531、和532。為了讓功率放大器500能安全地三相停用，至少兩個開關(guān)觸頭可以彼此獨立地驅(qū)動。在本實施例中，開關(guān)觸頭531和532是連接至線路511和512的機電開關(guān)元件530的部分。連接至線路510的開關(guān)觸頭520是一個獨立開關(guān)元件的組件。于是，開關(guān)觸頭520可與開關(guān)觸頭531和532分開獨立地驅(qū)動。為了確保在一個開關(guān)觸頭出現(xiàn)故障時功率放大器500能安全地三相停用，在每個線路上都布置了兩個開關(guān)級。第一開關(guān)級包括開關(guān)觸頭520、531、和532。第二開關(guān)級具有線路512上的開關(guān)觸頭540、線路510上的開關(guān)觸頭551、和線路511上的開關(guān)觸頭552。同樣優(yōu)選地由雙向可控硅構(gòu)建而成的半導(dǎo)體開關(guān)560和570并聯(lián)地連接至開關(guān)觸頭551和552。優(yōu)選地，開關(guān)觸頭551和552屬于一個繼電器。
圖3、4和5中的功率放大器的特點在于高度的防干擾魯棒性以及由于機電開關(guān)元件的使用而產(chǎn)生的半導(dǎo)體開關(guān)內(nèi)低的熱損失和電損失。
三相功率放大器的功能將在下文結(jié)合圖4所示的變型加以更詳細(xì)的描述。
首先，對功率放大器的通電相(energizing phase)予以描述。第一步，繼電器450的開關(guān)觸頭451和452通過處理控制裝置和監(jiān)控裝置405被閉合。于是，存在經(jīng)線路410的閉合電流路徑。根據(jù)三相交流電動機運行的方向，要么為了實現(xiàn)逆時針運行而將繼電器470的開關(guān)觸頭471和472通電，要么為了實現(xiàn)順時針運行而將繼電器475的開關(guān)觸頭476和477通電。如果開關(guān)觸頭471和472向內(nèi)連接，那么饋入線路411的交流電通過開關(guān)觸頭471、線路部分481、和開關(guān)觸頭477到達(dá)線路412的連接端T3，同時饋入線路412的交流電通過開關(guān)觸頭472、線路部分482、和開關(guān)觸頭476到達(dá)線路411的連接端T2。相反地，如果開關(guān)觸頭476和477被驅(qū)動，那么線路411和412之間沒有電流交換。
大約20ms之后，半導(dǎo)體開關(guān)440和445被一個未示出的電源裝置觸發(fā)。例如，半導(dǎo)體開關(guān)440和445可通過圖3中的互感器提供觸發(fā)電源。在又一個20ms之后，繼電器430的開關(guān)觸頭431和432閉合。應(yīng)該注意到，規(guī)定的時間間隔應(yīng)該僅僅被理解為示例。優(yōu)選地，該時間周期甚至是更短的。同樣可以想到利用雙向可控硅440和445的觸發(fā)同時閉合開關(guān)觸頭431和432。
對于當(dāng)前情況，假設(shè)的是繼電器475的開關(guān)觸頭476和477已經(jīng)向外連接，于是提供了通過線路411和412的饋入。由于開關(guān)觸頭431和432已經(jīng)閉合，來自半導(dǎo)體開關(guān)440和445的觸發(fā)電源再次被停止。由于半導(dǎo)體開關(guān)440和445必須在優(yōu)選地為小于20ms的很短時間內(nèi)切換一個簡單的交流電，于是可以使用經(jīng)濟的半導(dǎo)體來實現(xiàn)雙向可控硅。為此，雙向可控硅440和445的保護電路也可以省略。
現(xiàn)在描述功率放大器400的正常停用。首先，半導(dǎo)體開關(guān)440和445再次被觸發(fā)，隨后繼電器430的開關(guān)觸頭431和432斷開。現(xiàn)在，電流通過半導(dǎo)體開關(guān)440和445流動很短時間，通常少于20ms。在大約20ms以后，來自半導(dǎo)體開關(guān)440和445的觸發(fā)電源被斷開，因而連接著的三相交流電動機的驅(qū)動被停止。在又一個20ms之后，例如，開關(guān)觸頭451和452斷開而換向裝置460的開關(guān)觸頭476和477再次向內(nèi)連接，于是現(xiàn)在它們再次分別連接至線路482和481的終端。換向開關(guān)裝置460隨后再次處于斷態(tài)。三相功率放大器400的所有三條線路都斷開并且達(dá)到了一個安全停用狀態(tài)。
在操作期間，線路410、411和412上的電流和施加到線路上的輸出電壓都被處理控制裝置和監(jiān)控裝置監(jiān)控著。一旦處理控制裝置和監(jiān)控裝置405識別出錯誤狀況，例如線路410上的開關(guān)觸頭451和452，或者例如開關(guān)觸頭476和475以及開關(guān)觸頭471和472，被設(shè)置成圖3所示的開關(guān)狀態(tài)，從而就可以安全地執(zhí)行三相機械停用。
圖3所示的三相功率放大器200的開關(guān)觸頭的功能和驅(qū)動基本上對應(yīng)于上述圖4所示的功率放大器400的開關(guān)觸頭的功能和切換。相對于圖4所示的功率放大器400，圖3所示的三相功率放大器特點在于，就算不考慮繼電器，還是可以完成功率放大器的三相停用，這是因為每條線路上均布置了采用機械開關(guān)觸頭或半導(dǎo)體開關(guān)形式的至少一個開關(guān)。
測量裝置 圖6示出了示例的測量裝置610，它適合于例如測量正弦電流。測量裝置610不僅僅用于測量額定電流，即預(yù)定的并且可靠的工作范圍內(nèi)的電流。它還可以用于在超出測量裝置610允許工作范圍的過流發(fā)生時確定過流的實際峰值。測量裝置610和其組件尤其是電流互感器可以根據(jù)電動機的最大額定電流而被改變尺寸；因此，與也能測量等于額定電流的7倍的過流的其他測量裝置相比較而言，測量裝置610能被做得顯著地更小并更經(jīng)濟。
為此，測量裝置610的輸入側(cè)可具有采樣保持元件620，采樣保持元件620上施加了周期模擬信號，這個周期模擬信號是待測的并且它分接自例如安全切換裝置900的線路L1。采樣保持元件620以可調(diào)節(jié)的預(yù)定采樣速率對要被測量的模擬信號進(jìn)行采樣。施加了待測模擬信號的模擬采樣的采樣保持元件620的輸出端被饋入AD轉(zhuǎn)換器630，AD轉(zhuǎn)換器630將這些采樣轉(zhuǎn)換為相關(guān)的數(shù)字字。例如，AD轉(zhuǎn)換器630從施加的采樣值產(chǎn)生長度為610比特的數(shù)字值。對于這種10位AD轉(zhuǎn)換器，模擬采樣每一個都被轉(zhuǎn)換成10比特的序列，該序列也能被轉(zhuǎn)換成0到1023之間的對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)值。在此，例如，只要正弦信號的零度線位置分配了十進(jìn)制計數(shù)值512，則十進(jìn)制數(shù)值0代表了允許范圍內(nèi)的最小電流值而十進(jìn)制計數(shù)值1023代表了允許范圍內(nèi)的最大電流值。圖7示出了這種情況。
AD轉(zhuǎn)換器630的輸出端連接至比較器640的輸入端，其中，例如，測量信號采樣在AD轉(zhuǎn)換器630中形成的十進(jìn)制計數(shù)值與閾值比較。在當(dāng)前情況下假設(shè)的是閾值符合測量裝置610允許工作范圍的上限和/或下限值，即十進(jìn)制值1023和/或十進(jìn)制值0，如圖7和8的虛線所示。比較器640的輸出端連接至計數(shù)器650，計數(shù)器650計算有多少個連續(xù)計數(shù)值對應(yīng)于閾值1023和/或0。估計裝置660連接至計數(shù)器650的輸出端。如以下更詳細(xì)的描述，估計裝置660被用于確定最大幅度值，即要被測量的超出了測量裝置610工作范圍的模擬信號的峰值。
根據(jù)替換實施例，用于確定最大幅度值的所必須的對應(yīng)數(shù)值事先被存儲在表格存儲器670，表格存儲器670可被估計裝置660訪問。
下文中將結(jié)合兩個實施例對圖6所示的測量裝置610加以更詳細(xì)的描述。
首先，我們考慮圖7。在圖7中示出了20ms時間的被測量交流電，這是采樣保持元件620以50kHz(f＝1/2ms)采樣得到的。圖7中，采樣以2ms的間隔用箭頭表示。應(yīng)該注意到，測量電流被定位為在測量裝置610的允許工作范圍之內(nèi)。測量或工作范圍的允許上限和下限以虛線示出并且它們被分配為十進(jìn)制數(shù)值0和1023。只要被測量的信號處于這個測量范圍之內(nèi)，測量裝置610就在通常測量模式下工作。
如果測量信號超出允許測量范圍，如圖8所示，那么僅僅適于允許工作范圍的AD轉(zhuǎn)換器630不再正確地解析信號而會發(fā)生溢出。結(jié)果就是，超出允許測量范圍的采樣分別都被以最大計數(shù)值和最小計數(shù)值表示，即1023和0。這時，測量裝置610轉(zhuǎn)入第二模式，其中超出允許測量范圍的測量電流的峰值被確定。用于確定峰值的兩個變量如下。
測量信號包括正弦輸入?yún)?shù)，它可以用一種已知的方式表示 i(t)＝I*sin(ùt) (1) 其中I是測量信號的幅度。幅度由下式給出 (2) 如果測量信號的周期和周期Tü(下文中Tü也被稱為過流周期，它規(guī)定了測量信號超出允許測量范圍的時間長度)是已知的，那么最大幅度可以由下式計算出來 其中 對于標(biāo)稱范圍i(t)＝1， ù＝2θ/T，并且T是測量信號的周期， t＝T/4-Tü/2，Tü是過流周期。
但是，所謂的過流周期Tü不能被直接測量。
然而，例如，它可以根據(jù)數(shù)量上大于或等于給定閾值的采樣值的數(shù)目計算出來。在本示例中，假設(shè)的是閾值與代表了允許測量范圍上限值的計數(shù)值1023匹配。此外，如果采樣保持元件620的采樣速率1/Tü是已知的，那么過流周期Tü可由下式計算出來 Tü＝N*TAB (4) 過流周期Tü越是能被精確地確定，即采樣間隔TAB越短，那么最大過流幅度I就能被越精確地計算出來。
如果將式(4)插入式(3)，那么得到計算規(guī)則 利用該式，估計裝置660可以計算測量信號的最大過流幅度I。
我們回到圖8進(jìn)一步描述測量裝置610的功能。
施加在測量裝置610的輸入端的測量電流的實際幅度在過流周期Tü中明顯地超出了允許測量范圍的上限和下限值。為了確定超出允許測量范圍的采樣值，上限值1023在本示例中還對應(yīng)于比較器640所要求的閾值。
在圖8中示出了要被測量的正弦信號的周期T(等于20ms)和兩個連續(xù)采樣值之間的時間周期TAB(等于2ms)。從圖8所示的曲線中可以得出，由于溢出，AD轉(zhuǎn)換器630將第二采樣值和第三采樣值賦值為最大計數(shù)值1023。賦予采樣值的計數(shù)值被饋入比較器640，比較器640將計數(shù)值與閾值1023進(jìn)行比較。比較器640確定在4ms和6ms之后采樣到的兩個連續(xù)采樣值表現(xiàn)為最大計數(shù)值1023。比較器640隨后觸發(fā)計數(shù)器650兩次，計數(shù)器650隨后將計數(shù)值2發(fā)送給估計裝置660。由于估計裝置660知道AD轉(zhuǎn)換器630的采樣速率(即1/TAB)、由計數(shù)器傳遞的計數(shù)值N＝2、和被測量信號的周期T，估計裝置660可以根據(jù)式(5)計算被測量信號的最大幅度值。
為了能夠降低估計裝置660的電路復(fù)雜性和它的計算負(fù)擔(dān)，對于一些參考信號，所確定的計數(shù)得到的采樣值的數(shù)目和相關(guān)的最大幅度值被存儲在存儲器670中。
存儲在存儲器670中的數(shù)值事先被確定，例如，具有相同已知頻率的多個參考信號以固定采樣頻率被采樣。隨后，對于每一個參考信號，確定被轉(zhuǎn)換成1023的采樣值的數(shù)目。借助式(5)，對于每一個參考信號，最大幅度值被最終確定并與相關(guān)數(shù)目N一起存儲在存儲器670中。
在所附表格中，頻率為50Hz的參考信號的對應(yīng)數(shù)值作為例子被記錄，其中參考信號以采樣速率6.66kHz被采樣。
左邊被表示為N/2的一欄中記錄了超過允許測量范圍的測量數(shù)值的數(shù)目的一半。中間被表示為I[A]的一欄中記錄了根據(jù)式(5)計算出的相應(yīng)最大幅度。右邊的一欄中記錄了為以百分比表示的最大誤差，該最大誤差是測量到的最大幅度值和實際幅度值之間的差別。
負(fù)號表示被測量信號的實際最大幅度值總是小于根據(jù)式(5)計算出的最大幅度值。
這個事實對那些當(dāng)允許額定電流被超出預(yù)定數(shù)量時必須轉(zhuǎn)移至停頓狀態(tài)的電氣驅(qū)動器很有用。
在此應(yīng)該注意到，表格中所示的高至N/2＝30的數(shù)值是具有實際意義的，這是因為，例如，異步電動機原則上可以接收僅僅七倍于它們的額定電流。這就意味著，當(dāng)計數(shù)器650已經(jīng)計到大于62個連續(xù)的計數(shù)值為1023的采樣值時，那么由于由測量裝置610確定的最大幅度值9.1129對應(yīng)于七倍于異步電動機的額定數(shù)值從而使得被監(jiān)控的異步電動機被停止。應(yīng)該注意到，對應(yīng)于七倍于異步電動機的額定數(shù)值的電流針對的是電動機中的短路。
根據(jù)本發(fā)明，借助于提到的用于僅僅測量允許測量范圍內(nèi)的信號的測量裝置，可以在允許工作范圍之外估計曲線已知的交流信號的幅度。
表格 安全裝置 圖9示意性地示出了一種已知的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)用于對安全相關(guān)裝置(未示出)進(jìn)行微處理器控制的監(jiān)控。該系統(tǒng)具有輸入級710，輸入級710將二進(jìn)制處理信號或傳感信號作為輸入信號施加至相互獨立工作的兩個子系統(tǒng)720和730。每個子系統(tǒng)可具有微處理器和獨立電源。每個子系統(tǒng)都在輸出側(cè)連接至輸出級740，例如，輸出級740具有接觸器或者由切換裝置制成的裝置。通過輸出級740，未詳細(xì)示出的安全相關(guān)裝置可被轉(zhuǎn)移至定義的安全狀態(tài)。如圖9所示，子系統(tǒng)720和730都被構(gòu)建成能夠監(jiān)控另一個子系統(tǒng)的功能。如圖9中的箭頭所示，子系統(tǒng)的相互監(jiān)控通常通過狀態(tài)數(shù)據(jù)的雙向交換實現(xiàn)。每個子系統(tǒng)形成一個獨立的控制通道，通過這些控制通道輸出級740可被獨立地驅(qū)動。于是，每個通道，也就是每個子系統(tǒng)，能獨立于另一個子系統(tǒng)將輸出級740設(shè)置成定義為安全的狀態(tài)。
圖10示出了用于控制安全相關(guān)裝置的示例性多通道安全裝置。在此應(yīng)該注意到，安全相關(guān)裝置一詞應(yīng)該被理解為一種自控系統(tǒng)、自控系統(tǒng)的獨立模塊、和/或軟件形式的安全相關(guān)應(yīng)用。
類似于圖9所示的布置，圖10所示的安全裝置750也具有輸入級760、第一微處理器控制的控制裝置770和第二控制裝置780。兩個控制裝置770和780的各個輸出端均連接至輸出級790的一個輸入端。例如，輸出級790具有繼電器795。
由于第一微處理器控制的控制裝置770和第二控制裝置780每個均形成一個用于獨立控制繼電器795的獨立的控制通道，于是多通道控制裝置750特別值得一提。微處理器控制的控制裝置770包括一個存儲器可編程微處理器772和存儲器774，其中控制軟件存儲在微處理器772可訪問的存儲器774中。此外，微處理器控制的控制裝置770包括開關(guān)776，開關(guān)776被構(gòu)建成例如NPN雙極晶體管，下文中也稱為開關(guān)晶體管，繼電器795可通過開關(guān)晶體管連接至接地連接端778。接地通路通過接地連接端778、開關(guān)晶體管776、和連接線路800定義，其中連接線路800將微處理器控制的控制裝置770的輸出端和連接至輸出級790的輸入級并因此連接至繼電器795的輸入端。
根據(jù)工作狀態(tài)，微處理器772可以通過開關(guān)晶體管776斷開或者閉合接地通路。微處理器772被構(gòu)建成能產(chǎn)生監(jiān)控信號，下文中也稱為生命信號(life signal)，圖11示出了該信號的時序分布圖。
微處理器772優(yōu)選地利用由輸入級傳遞的信號來執(zhí)行安全相關(guān)程序，從而如果錯誤出現(xiàn)，安全相關(guān)裝置可以通過輸出級790被可靠地轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)。例如，錯誤源頭可以是微處理器772本身、輸入級760、或安全相關(guān)裝置。由微處理器772產(chǎn)生的監(jiān)控信號反映了微處理器控制的控制裝置770正確或錯誤的操作。
例如，監(jiān)控信號可以這樣產(chǎn)生，當(dāng)微處理器開始安全相關(guān)程序的執(zhí)行時微處理器772產(chǎn)生高電平。一旦微處理器772完成安全相關(guān)程序的執(zhí)行，它就產(chǎn)生一個低電平。圖11中示出了控制裝置770處于錯誤狀態(tài)下監(jiān)控信號的分布圖。例如，圖11所示的Tm對應(yīng)于在控制裝置780中實現(xiàn)的單穩(wěn)多諧振蕩器的時間周期，在該周期之后單穩(wěn)多諧振蕩器翻轉(zhuǎn)至穩(wěn)定狀態(tài)。這種單穩(wěn)多諧振蕩器在圖12中以單穩(wěn)多諧振蕩器784示出。時間周期Tm在下文中也被表示為單穩(wěn)時間?？刂蒲b置780的功能將在下文中予以更詳細(xì)的描述。
由微處理器772產(chǎn)生的生命信號通過微處理器控制的控制裝置770的輸出端施加至輸入級760的輸入端。二進(jìn)制處理信號則出現(xiàn)在輸入級760的另一個輸入端。例如，處理信號和生命信號被饋入到AND門電路762的輸入側(cè)。AND門電路762對兩個信號都進(jìn)行鏈接或調(diào)制并且在其輸出端傳遞用于控制裝置770和780的所謂的已調(diào)制輸入信號?？商鎿Q地，除了邏輯AND門電路之外，其它合適的邏輯運算器件或者機械開關(guān)也可用作調(diào)制裝置。在圖10所示的安全裝置750中，決定因素在于，用監(jiān)控信號調(diào)制過的處理信號而不是來自輸入級760的處理信號直接地施加至微處理器控制的控制裝置770和控制裝置780的輸入端。
此外應(yīng)該注意到，控制裝置780可以獨立于微處理器控制的控制裝置770來驅(qū)動輸出級790。為此，提供了一個電源電壓Vcc，例如，它可以通過作為開關(guān)的晶體管782施加至輸出級790的繼電器795上。在此，應(yīng)該注意到，在開關(guān)晶體管778和782的導(dǎo)通狀態(tài)，有電流流經(jīng)繼電器795。
如圖12所示，除了開關(guān)晶體管782之外，控制裝置780還具有單穩(wěn)多諧振蕩器784，單穩(wěn)多諧振蕩器784具有表示為
的負(fù)輸出端，該負(fù)輸出端優(yōu)選地通過電阻器788連接至開關(guān)晶體管782的控制電極。此外，單穩(wěn)多諧振蕩器784具有輸入端A，該輸入端施加了來自輸入級760的經(jīng)過調(diào)制的輸入信號。此外，提供了由電容器781和電阻器783組成的串聯(lián)電路，當(dāng)安全裝置750被啟動時預(yù)定的電壓電勢可通過這個串聯(lián)電路施加至表示為MB的主復(fù)位輸入端，其具有的效果就是單穩(wěn)多諧振蕩器在輸出端Q產(chǎn)生了一個高電平。
因此，微處理器控制的控制裝置770，其作為主機，可以識別在輸入級760中和在控制裝置780中的錯誤，輸入級760的AND門電路762的輸出端和控制裝置780的輸出端各自連接至微處理器控制的控制裝置770的一個輸入端。由于微處理器控制的控制裝置770的控制裝置780的輸入?yún)?shù)和傳遞函數(shù)是已知的，所以輸入級760和控制裝置780的正常工作可由反饋輸出信號驗證。輸入?yún)?shù)的參考參數(shù)和控制裝置780的傳遞函數(shù)可以存儲在控制裝置770的存儲器774中。如果錯誤出現(xiàn)，那么控制裝置780和微處理器控制的控制裝置770都能夠?qū)⑤敵黾?90改變至安全狀態(tài)，這時，通過開關(guān)晶體管776和連接線路800形成的接地通路被斷開并且/或者電源電壓通過控制裝置780的開關(guān)晶體管782被輸出級790的繼電器795切斷。
在圖10所示的非對稱雙通道安全裝置750的實現(xiàn)中，非常關(guān)鍵的方面在于會出現(xiàn)生命信號錯誤的未控制的振蕩，這會防止安全相關(guān)裝置的安全停用。
圖13示出了用于解決這種問題的安全裝置。類似于圖10所示的安全裝置750，用于圖1所示的安全切換裝置900的示例性安全裝置810具有輸入級760，該輸入級可具有例如AND門電路762的邏輯運算器件。輸入信號(它可以是一種處理信號)被施加在AND門電路762的一個輸入端。同樣，提供了一個輸出級790，該輸出級可具有多個相互作用的開關(guān)元件795，而這些開關(guān)元件可使得安全相關(guān)裝置進(jìn)入定義的停用狀態(tài)。安全裝置810采用多通道構(gòu)建，在本示例中為雙通道，其中第一微處理器控制的控制裝置820作為主機而第二控制裝置840作為從機。同樣，控制裝置820可被看作是基于軟件的子系統(tǒng)，而控制裝置840可被構(gòu)建成基于硬件的子系統(tǒng)，這在圖14中被更詳細(xì)地示出。
同樣，微處理器控制的控制裝置820具有微處理器822，該微處理器可產(chǎn)生低頻監(jiān)控或生命信號。同樣，微處理器822可在安全相關(guān)程序開始執(zhí)行時產(chǎn)生上升側(cè)沿并且在安全相關(guān)程序執(zhí)行完時產(chǎn)生下降側(cè)沿。連續(xù)脈沖的時間間隔，也就是監(jiān)控信號的周期，也是由單穩(wěn)多諧振蕩器的單穩(wěn)時間Tm定義的。不同于根據(jù)圖10的安全裝置750，由微處理器822產(chǎn)生的監(jiān)控信號被饋入調(diào)制器824，該調(diào)制器利用高頻調(diào)制信號對低頻監(jiān)控信號進(jìn)行調(diào)制，例如，這個高頻調(diào)制信號可以是微處理器822的時鐘信號、從時鐘信號得來的信號、或者其它高頻信號。在這種情況下，微處理器822的時鐘信號被施加至調(diào)制器824的第二輸入端。由調(diào)制器824產(chǎn)生的監(jiān)控信號被饋入輸入級的AND門電路762的另一個輸入端并且饋入控制裝置830的第一輸入端。在AND門電路762的輸出端出現(xiàn)了一個已調(diào)制處理信號，該信號是被由微處理器控制的控制裝置820傳遞的已調(diào)制監(jiān)控信號調(diào)制的。AND門電路762的已調(diào)制輸出信號被作為已調(diào)整輸入信號施加至微處理器控制的控制裝置820的輸入端并且被施加至控制裝置840的另一個輸入端。微處理器822也用于監(jiān)控來自AND門電路762的輸出信號的錯誤。有關(guān)輸入級760的輸入?yún)?shù)以及控制裝置830的傳遞函數(shù)可以存儲在存儲器826中。微處理器822與控制電極相連接，在本示例中微處理器822與開關(guān)晶體管828的基極相連接，而開關(guān)晶體管828可通過連接線路800將輸出級790連接至地。例如，開關(guān)晶體管828可被構(gòu)建成NPN類型的雙極晶體管。例如，開關(guān)晶體管828的發(fā)射極連接至地而開關(guān)晶體管828的控制電極與輸出級790的輸入端連接。如果微處理器822識別出錯誤，那么它可以將由開關(guān)晶體管828和連接線路800形成的接地通路分開，它將一個低電平施加至開關(guān)晶體管828的控制電極從而使得開關(guān)晶體管阻斷。
控制裝置840的輸出信號連接在微處理器控制的控制裝置820輸入側(cè)。微處理器822同樣被實現(xiàn)成能在考慮存儲的控制裝置840的傳遞函數(shù)情況下識別控制裝置830的錯誤行為?？刂蒲b置840具有一個解調(diào)器830，這在圖14被更詳細(xì)地示出。
解調(diào)器830的輸出端可被連接至開關(guān)晶體管850的控制電極，這樣電源電壓就可以施加至輸出級790。解調(diào)器830具有一個單穩(wěn)多諧振蕩器831，該單穩(wěn)多諧振蕩器在功能上對應(yīng)于圖12所示的控制裝置780的單穩(wěn)多諧振蕩器784。單穩(wěn)多諧振蕩器831具有標(biāo)識為A的輸入端，其上施加了來自AND門電路762的已調(diào)制輸入信號。由調(diào)制器824傳遞的已調(diào)制監(jiān)控信號被饋入高通濾波器832和以TP2表示的低通濾波器833。高通濾波器832的輸出信號被饋入另一個單穩(wěn)多諧振蕩器834。單穩(wěn)多諧振蕩器834具有主復(fù)位輸入端，電源電壓Vcc通過具有電容器835和電阻器836的串聯(lián)電路施加至該主復(fù)位輸入端。單穩(wěn)多諧振蕩器834的負(fù)輸出端被施加至另一個被表示為TP1的低通濾波器837。低通濾波器833的輸出端連接著單穩(wěn)多諧振蕩器838的第一輸入端(標(biāo)識為A)，而低通濾波器837的輸出端則連接至單穩(wěn)多諧振蕩器838的主復(fù)位端。單穩(wěn)多諧振蕩器838的負(fù)輸出端(標(biāo)識為
)最終連接至單穩(wěn)多諧振蕩器831的主復(fù)位輸入端。單穩(wěn)多諧振蕩器831的負(fù)輸出端(標(biāo)識為
)連接至控制電極，在本示例中其連接至開關(guān)晶體管850的基極。
圖15a至15i所示的曲線是在解調(diào)器830內(nèi)的預(yù)定觀察點得到的輸入信號或輸出信號，其分別以數(shù)字1到7標(biāo)識。電壓分布圖在安全裝置810的正常工作下獲取。對于控制裝置820的錯誤操作，出現(xiàn)的電壓分布圖在圖16a至16i或17a至17i中示出。
圖10和13分別示出的兩個安全裝置750和810的功能將在下文中更加詳細(xì)地描述。特別地，控制裝置780的功能根據(jù)圖10而被描述，并且圖13所示的控制裝置840被更詳細(xì)地描述。
首先，圖10所示的控制裝置780的功能將結(jié)合圖11和12而予以更詳細(xì)的描述。
情況應(yīng)該被假設(shè)成這樣，包括安全裝置750在內(nèi)的安全相關(guān)自控系統(tǒng)被設(shè)置成運行。剛開始，電壓電勢通過電容器781和電阻器783施加在單穩(wěn)多諧振蕩器784的主復(fù)位輸入端MR，其功能在于單穩(wěn)多諧振蕩器784的負(fù)輸出端
被設(shè)置成高電平，該高電平將開關(guān)晶體管782設(shè)置為阻斷狀態(tài)。這還有這樣的作用，電源電壓Vcc沒有通過開關(guān)晶體管782施加至輸出級790。這樣就確保了輸出級790僅僅在電源電壓被施加并且自測試的執(zhí)行完成時可被設(shè)置成運行。
在由電阻器的電阻值和電容器的電容值定義的一段時間以后，單穩(wěn)多諧振蕩器784的主復(fù)位輸入端上的電壓電勢降低，于是輸出端
取決于由AND門電路762傳遞的并出現(xiàn)在輸入端A上的已調(diào)制輸入信號。假設(shè)的是，具有高電平的處理信號出現(xiàn)在輸入級760的AND門電路762上，于是對于控制裝置770的正常功能，圖11所示的監(jiān)控信號作為已調(diào)制輸入信號出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器784的輸入端A。隨著已調(diào)制輸入信號的第一個正側(cè)沿，單穩(wěn)多諧振蕩器784的輸出端
針對單穩(wěn)時間Tm被設(shè)置為低電平。在該時間期間，開關(guān)晶體管782被保持導(dǎo)通。如果在單穩(wěn)時間Tm結(jié)束之前監(jiān)控信號出現(xiàn)另一個正側(cè)沿，如圖11所示，那么單穩(wěn)多諧振蕩器784再次被觸發(fā)并且輸出端
針對單穩(wěn)時間Tm同樣被設(shè)置成低電平。只要微處理器控制的控制裝置770的微處理器772正常工作，那么正側(cè)沿會在單穩(wěn)時間Tm結(jié)束之前產(chǎn)生。只要自控系統(tǒng)、控制裝置770和780、和輸入級760正常工作，那么開關(guān)晶體管782通過單穩(wěn)多諧振蕩器784被保持為導(dǎo)通狀態(tài)。正常工作的意思是輸入信號或處理信號在輸入級760的AND門電路762上具有高電平并且已調(diào)制輸入信號是周期小于或等于單穩(wěn)時間Tm的一種交替信號。
現(xiàn)在，如果控制裝置770或輸入級760出現(xiàn)錯誤，那么單穩(wěn)多諧振蕩器784確保了開關(guān)晶體管782進(jìn)入阻斷狀態(tài)因此輸出級790與電源電壓Vcc分開。例如，錯誤還能以被生成為低電平的處理信號表示，該低電平使得AND門電路762的輸出被設(shè)置為0。于是，監(jiān)控信號不再到達(dá)單穩(wěn)多諧振蕩器784的輸入端A。由于單穩(wěn)時間Tm內(nèi)正側(cè)沿不再出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器784的輸入端A，單穩(wěn)多諧振蕩器784的輸出端Q被設(shè)置為0。這就產(chǎn)生了這樣的結(jié)果，開關(guān)晶體管782被阻斷因而電源電壓與輸出級790分開?，F(xiàn)在自控系統(tǒng)就可以被轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)了。
此外，錯誤可能出現(xiàn)在控制裝置770內(nèi)，例如，如果微處理器772由于不可預(yù)見的錯誤而不啟動安全相關(guān)程序。在這種情況下，監(jiān)控信號保持連續(xù)，例如保持低電平。其結(jié)果就是，在大于單穩(wěn)多諧振蕩器784的單穩(wěn)時間Tm的時間段內(nèi)正側(cè)沿沒有出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器784的輸入端A，于是開關(guān)晶體管782被設(shè)置為阻斷狀態(tài)。按照類似的方式，當(dāng)微處理器772開始安全相關(guān)程序時監(jiān)控信號保持高電平，但是這個程序由于不可預(yù)見的錯誤而不能被執(zhí)行完。這種狀態(tài)同樣導(dǎo)致了這樣的結(jié)果，在大于單穩(wěn)多諧振蕩器784的單穩(wěn)時間Tm的時間段內(nèi)正側(cè)沿沒有出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器784的輸入端A，于是開關(guān)晶體管782被設(shè)置為阻斷狀態(tài)而輸出級790被轉(zhuǎn)移至預(yù)定的安全狀態(tài)。在此應(yīng)該注意到，根據(jù)控制裝置780的實現(xiàn)，單穩(wěn)多諧振蕩器784同樣可以由下降側(cè)沿觸發(fā)。
由于非對稱雙通道安全裝置750，于是可以在源頭是例如輸入級760或安全裝置770的錯誤出現(xiàn)時將自控系統(tǒng)或者其安全相關(guān)組件轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)。
控制裝置780中的錯誤是這樣被控制裝置770識別的，控制裝置780的輸出信號通過反饋線路805引導(dǎo)至微處理器772?？刂蒲b置770已知控制裝置780的傳遞函數(shù)，其中該傳遞函數(shù)被存儲在存儲器774中。如果控制裝置770識別出控制裝置780的輸出信號的錯誤，那么微處理器772確保開關(guān)晶體管776被阻斷并且因而到輸出級790的接地通路被斷開。
還應(yīng)該注意到，單穩(wěn)多諧振蕩器784再次被用來以單穩(wěn)時間Tm延長所施加的已調(diào)制輸入信號的活躍時間，從而就算在輸入信號或處理信號被停止的情況下輸出級790可以同樣以控制的方式被設(shè)置成安全狀態(tài)。為了能夠保持適于自控系統(tǒng)安全停用的安全條件，單穩(wěn)時間Tm可不大于輸出級790的安全停用時間。
圖13所示的非對稱雙通道安全裝置810將在下文中結(jié)合圖14到17i予以更詳細(xì)的描述。
不同于圖12所示的電路裝置，圖14所示的用于控制裝置840的解調(diào)器830具有低通濾波器和高通裝置，而它們實現(xiàn)了例如數(shù)字帶阻濾波器的裝置。對于組件的正確尺寸以及安全裝置810的正常功能，解調(diào)器830的作用類似于圖12所示的單穩(wěn)多諧振蕩器784。然而，如果錯誤出現(xiàn)在控制裝置820內(nèi)，例如在微處理器822內(nèi)，那么根據(jù)錯誤情況，來自調(diào)制器824的已調(diào)制監(jiān)控信號的高頻部分和低頻部分被轉(zhuǎn)移至更高頻率或更低頻率。結(jié)果就是，已調(diào)制監(jiān)控信號的高頻部分或者低頻部分被解調(diào)器830的帶阻行為所阻斷。這具有這樣的結(jié)果，在單穩(wěn)時間結(jié)束以后單穩(wěn)多諧振蕩器831將正輸出端Q設(shè)置為低電平，這就將開關(guān)晶體管850設(shè)置為阻斷狀態(tài)并且因此輸出級790被轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)。應(yīng)該注意到，控制裝置820具有軟件模塊，這就確保了微處理器822的時鐘的變化導(dǎo)致了生命信號中的相應(yīng)的頻移。
解調(diào)器830的功能在參考圖15到圖17i時會予以詳細(xì)描述。首先描述控制裝置820的無錯誤工作。
在安全裝置810的無錯誤工作中，圖15a到圖15i示出的信號分布曲線圖出現(xiàn)在圖14所示的觀察點上。
我們首先考慮T0到T1的時間周期。假設(shè)直到時間T1之前AND門電路762上沒有施加處理信號，如圖15f所示。因此，直到時間T1之前單穩(wěn)多諧振蕩器831的輸入端A上并沒有出現(xiàn)信號，如圖15g所示。圖15a示意性地示出了已調(diào)制的監(jiān)控信號，該已調(diào)制的監(jiān)控信號是微處理器822的時鐘和圖11所示的監(jiān)控信號的疊加。在所示的曲線中，它從時間T0開始，監(jiān)控信號的周期大致與單穩(wěn)多諧振蕩器831的單穩(wěn)時間Tm一致。被控制裝置820的調(diào)制器824用作調(diào)制信號的微處理器822的時鐘信號具有周期Ts，該周期也同樣記錄在圖15a中。在此還應(yīng)該注意到，具有電容器835和電阻器836的串聯(lián)電路被用于在自控系統(tǒng)的激活時間將電壓電勢施加在單穩(wěn)多諧振蕩器834的主復(fù)位輸入端，這就確保了單穩(wěn)多諧振蕩器834的負(fù)輸出端
在時間T0上是低電平，如圖15i所示。
圖15b示出了已調(diào)制的監(jiān)控信號的低頻部分，該低頻部分出現(xiàn)在低通濾波器833的輸出端。圖15c示出了已調(diào)制的監(jiān)控信號的高頻部分，該高頻部分出現(xiàn)在高通濾波器832的輸出端。圖15i示出了出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器834的負(fù)輸出端
的信號分布曲線。當(dāng)根據(jù)圖15a的已調(diào)制輸入信號被施加至高通濾波器832上時，這個負(fù)輸出端
的信號在時間T0變?yōu)?，這是因為圖15c所示的高頻信號部分的正側(cè)沿在單穩(wěn)多諧振蕩器834的單穩(wěn)時間結(jié)束之前觸發(fā)了該響應(yīng)。圖15d示出了出現(xiàn)在低通濾波器837的輸出端的信號分布曲線。該信號分布曲線圖在預(yù)定的運行時間以后假定根據(jù)15i的信號分布曲線值為0。圖15e示出了出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器838的負(fù)輸出端
的信號分布曲線。圖1h示出了單穩(wěn)多諧振蕩器831的負(fù)輸出端
的信號分布曲線。
處理信號，也可以是傳感信號，在時間T1以高電平施加至AND門電路762上，如圖15f所示。此后，AND門電路762傳遞圖15g所示的交替信號。由于基于系統(tǒng)的低通特性，在本示例中該信號不再包括高頻部分。而是，它對應(yīng)于周期小于或等于Tm的監(jiān)控信號。
在正常工作下，由于同時出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器831的主復(fù)位輸入端的低電平根據(jù)圖15e出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器838的負(fù)輸出端
它的性能由根據(jù)圖15g的已調(diào)制輸入信號決定。由于已經(jīng)陳述過的已調(diào)制輸入信號的周期小于單穩(wěn)多諧振蕩器831的單穩(wěn)時間Tm，所以單穩(wěn)多諧振蕩器831被正確地觸發(fā)。于是，單穩(wěn)多諧振蕩器831的輸出端Q傳遞一個高電平，如圖15h所示。這同樣具有這樣的結(jié)果，開關(guān)晶體管850被保持在導(dǎo)通狀態(tài)并且輸出級被電源供電。
現(xiàn)在，錯誤情況被假設(shè)成這樣，微處理器822的時鐘頻率在時間T2減小。圖16a示出了這種情況的已調(diào)制的監(jiān)控信號，該信號被施加至高通濾波器832的輸入端和低通濾波器833的輸入端?？梢钥闯?，時鐘脈沖的間隔在時間T2之后變大。于是變長的監(jiān)控信號周期后面跟隨著變長的微處理器822的時鐘信號周期。圖16a示出了詳情。圖16f示出了具有高電平的處理信號仍然出現(xiàn)在AND門電路762，其代表了系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。圖16b示出了時間T2之后，由于微處理器822的時鐘信號頻率減小，低通濾波器833上的輸出信號中的變化。
圖16c示出了在時間T2上微處理器822時鐘信號的變化。由于在時間T2上微處理器822時鐘信號的連續(xù)正側(cè)沿的時間間隔大于單穩(wěn)多諧振蕩器834的單穩(wěn)時間，所以圖16h所示的微處理器822的高頻時鐘信號出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器834的負(fù)輸出端
低通濾波器837對來自單穩(wěn)多諧振蕩器834的負(fù)輸出端
的高頻部分進(jìn)行濾波，所以在單穩(wěn)多諧振蕩器834的單穩(wěn)時間結(jié)束以后高電平出現(xiàn)在低通濾波器837的輸出端，如圖16d所示。高電平被施加至單穩(wěn)多諧振蕩器838的主復(fù)位輸入端并且確保在單穩(wěn)多諧振蕩器838的負(fù)輸出端產(chǎn)生高電平，如圖16e所示。于是，通過單穩(wěn)多諧振蕩器831的主復(fù)位輸入端，產(chǎn)生了低電平的輸出信號，如圖16g所示。該信號將開關(guān)晶體管850設(shè)置為阻斷狀態(tài)，于是電源電壓從輸出級斷開，于是輸出級790可將安全相關(guān)裝置轉(zhuǎn)移至安全狀態(tài)。
如果錯誤出現(xiàn)在顯示出自身的微處理器時鐘頻率增大的控制裝置820中，那么就會出現(xiàn)圖17a至圖17i所示的信號分布曲線。圖17a示出了已調(diào)制監(jiān)控信號，其達(dá)到高通濾波器832的輸入端并到達(dá)低通濾波器833的輸入端并且在時間T2發(fā)生變化。還假設(shè)，輸入級760和自控系統(tǒng)它們本身是無錯運行的，于是具有高電平的處理信號仍然出現(xiàn)在AND門電路762，如圖17f所示。圖17i示出了時間T3之后已調(diào)制輸入信號的變化，該信號被施加至單穩(wěn)多諧振蕩器831的輸入端A。圖17c同樣示出了低通濾波器832的輸出端上的時鐘信號在時間T3的變化。圖17c所示的高頻輸入信號具有這樣的效果，低電平連續(xù)地出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器834的負(fù)輸出端，這在圖17h中示出。低電平通過低通濾波器837施加至單穩(wěn)多諧振蕩器838的主復(fù)位輸入端。如圖17b的電壓分布所示，低通濾波器833被設(shè)計成它還從時間T2開始阻斷圖17a中示出的錯誤的已調(diào)制監(jiān)控信號的低頻部分。由于只有恒定電平還出現(xiàn)在單穩(wěn)多諧振蕩器838的輸入端A，所以負(fù)輸出端在單穩(wěn)多諧振蕩器838的單穩(wěn)時間過去以后被設(shè)置為高電平，如圖17e所示?，F(xiàn)在，單穩(wěn)多諧振蕩器831被主復(fù)位輸入端MR復(fù)位，因此單穩(wěn)多諧振蕩器831的輸出被設(shè)置為0，如圖17g所示。開關(guān)晶體管850同樣被阻斷，因此電源電壓從輸出級790斷開。
權(quán)利要求
1.一種安全切換裝置(900)，其用于將至少一個安全相關(guān)裝置設(shè)置成安全狀態(tài)，所述安全切換裝置具有第一連接裝置(910)，其用于將所述安全切換裝置連接到單相或多相電源裝置；至少一個第二連接裝置(920)，其用于連接安全相關(guān)裝置；第三連接裝置(940，950)，其用于連接至少一個安全相關(guān)輸入級(760)；單相或多相功率放大器(200)，其被連接在所述第一連接裝置和第二連接裝置(910，920)之間，且具有至少一個可控制的開關(guān)觸頭；測量裝置(610)；和安全裝置(820，840)，其用于所述功率放大器(200)的多通道驅(qū)動，其中所述安全裝置(820，840)具有以下特征
第一控制裝置(820)，其具有可編程控制單元(822)和用于產(chǎn)生監(jiān)控信號的裝置；第二控制裝置(840)，其中所述輸入級(760)與所述第一控制裝置(820)和所述第二控制裝置(840)連接，并且所述輸入級被構(gòu)建成用于利用來自所述第一控制裝置(820)的所述監(jiān)控信號來調(diào)制輸入信號，其中如果響應(yīng)于已調(diào)制的輸入信號發(fā)生了錯誤，則所述第一控制裝置(820)和/或第二控制裝置(840)將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)，其中所述第一控制裝置(820)被分配給所述測量裝置(610)并且所述第一控制裝置被構(gòu)建成在所述測量到的模擬信號的預(yù)定參數(shù)超出預(yù)定工作范圍時響應(yīng)于測量到的模擬信號通過所述功率放大器(200)將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的安全切換裝置，其特征在于所述功率放大器(200)是三相功率放大器，并且具有能通過所述第一連接裝置(910)連接到三相交流電源裝置的第一、第二和第三線路(210，211，212；410，411，412；510，511，512)，其中每一個線路上布置了用于斷開和閉合每個線路的至少一個可控開關(guān)觸頭(231，232，242；451，431，432；520，531，532)，其中所述開關(guān)觸頭中的至少兩個被彼此獨立地驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的安全切換裝置，其特征在于所述測量到的模擬信號對應(yīng)于周期線路電流，并且所述測量裝置(610)具有確定裝置(620，630，640，650)，用于確定要被測量的模擬線路電流的幅度超出預(yù)定工作范圍的時間周期；和估計裝置(660)，用于根據(jù)確定的時間周期和所述信號形狀尤其是要被測量的線路電流的信號頻率來計算所述線路電流的最大幅度。
4.如權(quán)利要求3所述的安全切換裝置，其特征在于第二測量到的模擬信號對應(yīng)于線路電壓，并且所述測量裝置(610)包括用于確定有效功率的裝置。
5.如權(quán)利要求1到4中之一所述的安全切換裝置，其特征在于所述輸入級(760)至少包括一個安全相關(guān)和/或基于應(yīng)用的開關(guān)裝置(765)。
6.如權(quán)利要求1到5中之一所述的安全切換裝置，其特征在于所述微處理器(822)根據(jù)至少一個安全相關(guān)程序的處理來產(chǎn)生監(jiān)控信號。
7.如權(quán)利要求1到6中之一所述的安全切換裝置，其特征在于所述第一控制裝置(820)具有用于監(jiān)控所述輸入級(760)和/或第二控制裝置并且用于產(chǎn)生錯誤信號的裝置，并且所述第一控制裝置(820)響應(yīng)于所述錯誤信號將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1到7中之一所述的安全切換裝置，其特征在于所述輸入級(760)具有用于利用所述監(jiān)控信號來調(diào)制所述輸入信號的邏輯運算器件(762)，尤其是AND門。
9.如權(quán)利要求1到8中之一所述的安全切換裝置，其特征在于所述第一控制裝置(820)具有用于利用其頻率大于所述監(jiān)控信號頻率的信號來調(diào)制所述監(jiān)控信號的調(diào)制器(824)；所述輸入級(760)被構(gòu)建成用來利用所述輸入信號調(diào)制所述已調(diào)制的監(jiān)控信號；所述第二控制裝置(840)具有一個解調(diào)器(830)，當(dāng)對來自所述輸入級(760)的所述已調(diào)制輸入信號和對來自所述第一控制裝置(820)的所述已調(diào)制監(jiān)控信號產(chǎn)生響應(yīng)出現(xiàn)錯誤時，所述解調(diào)器產(chǎn)生一個將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)的控制信號。
10.如權(quán)利要求9所述的安全切換裝置，其特征在于所述解調(diào)器(830)具有帶阻濾波器和至少一個切換裝置(831)尤其是單穩(wěn)多諧振蕩器，當(dāng)具有更高頻率的信號的頻率改變了預(yù)定量時，所述解調(diào)器傳遞一個用來將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)的控制信號。
11.如權(quán)利要求1到10中之一所述的安全切換裝置，其特征在于所述輸入信號是二進(jìn)制處理信號。
12.如權(quán)利要求1到11中之一所述的安全切換裝置，其特征在于所述第一連接裝置(910)、所述一個或者多個第二連接裝置(920)、所述第三連接裝置(940，945)、所述功率放大器(200)、所述測量裝置(610)、和所述控制裝置(820，840)被布置在一個電路板上。
13.一種三相功率放大器，其用于驅(qū)動至少一個負(fù)載尤其是三相交流電動機，所述三相功率放大器具有能在輸入側(cè)連接到三相電源裝置的第一線路、第二線路和第三線路(210，211，212；410，411，412；510，511，512)，其特征在于每一個線路上布置了用于斷開和閉合每個線路的至少一個可控開關(guān)觸頭(231，232，242；451，431，432；520，531，532)，其中所述開關(guān)觸頭中的至少兩個被彼此獨立地驅(qū)動。
14.如權(quán)利要求13所述的三相功率放大器，其特征在于每個線路(210，211，212)的至少一個開關(guān)觸頭(231，232，242)是電磁開關(guān)元件(230，240)的一部分。
15.如權(quán)利要求13或14所述的三相功率放大器，其特征在于所述第二線路和所述第三線路(211，212；411，412；510，511)每個都連接到一個半導(dǎo)體開關(guān)(251，261；440，445；560，570)。
16.如權(quán)利要求15所述的三相功率放大器，其特征在于用于為所述半導(dǎo)體開關(guān)(251，261)準(zhǔn)備預(yù)定的觸發(fā)電源的裝置(270)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的三相功率放大器，其特征在于，在所述第二線路和所述第三線路之間，第一開關(guān)元件(240；430)連接至第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭(241，242；431，432)，其中所述第一開關(guān)觸頭(241；431)并聯(lián)地連接至所述半導(dǎo)體開關(guān)中的一個(251；440)，而所述第二開關(guān)觸頭(242；432)則并聯(lián)地連接至所述半導(dǎo)體開關(guān)中的另一個(261；445)。
17.如前述權(quán)利要求之一所述的三相功率放大器，其特征在于連接在兩條線路之間的換向開關(guān)裝置(280；460)，其包括可彼此獨立驅(qū)動并且各自具有第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭的兩個第二開關(guān)元件(290，295；470，475)，其中所述第二開關(guān)元件(290，295；470，475)的所述第一開關(guān)觸頭(291，296；471，476)連接至一條線路(210；411)，而所述第二開關(guān)元件(290，295；470，475)的所述第二開關(guān)觸頭(292，297；472，477)則連接至另一條線路(212；412)，并且其中流經(jīng)兩條線路(210，212；411，412)的電流在所述第一開關(guān)觸頭和所述第二開關(guān)觸頭的預(yù)定位置被阻斷。
18.如權(quán)利要求17所述的三相功率放大器，其特征在于所述第二開關(guān)元件(470，475)的所述第一開關(guān)觸頭(471，476)連接至所述第二線路(411)，而所述第二開關(guān)元件(470，475)的所述第二開關(guān)觸頭(472，477)連接至所述第三線路(412)。
19.如權(quán)利要求18所述的三相功率放大器，其特征在于具有至少兩個開關(guān)觸頭(451，452)的第三開關(guān)元件(450)與所述第一線路(410)相連接。
20.如權(quán)利要求15和18或15和19所述的三相功率放大器，其特征在于與每個半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)地連接著一個保護裝置(252，253；262，263)。
21.如權(quán)利要求17所述的三相功率放大器，其特征在于所述換向開關(guān)裝置(280)的所述兩個第二開關(guān)元件(290，295)的所述第一開關(guān)觸頭(291，296)連接至所述第一線路(210)，而所述兩個第二開關(guān)元件(290，295)的所述第二開關(guān)觸頭(292，297)則連接至所述第三線路(212)。
22.如權(quán)利要求21所述的三相功率放大器，其特征在于具有算一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭(231，232)的第三開關(guān)元件(230)，其中所述第一開關(guān)觸頭(231)連接至所述第一線路(210)而所述算二開關(guān)觸頭(232)則連接至所述第二線路(211)。
23.如權(quán)利要求13到23中之一所述的三相功率放大器，其特征在于所述開關(guān)元件是繼電器。
24.如權(quán)利要求13到23中之一所述的三相功率放大器，其特征在于，在輸入側(cè)，在所述三個線路之間連接著防過壓的保護裝置(220，430)。
25.如前述權(quán)利要求之一所述的三相功率放大器，其特征在于用于驅(qū)動所述開關(guān)元件和半導(dǎo)體開關(guān)的可編程控制裝置(405)。
26.如前述權(quán)利要求之一所述的三相功率放大器，其特征在于監(jiān)控裝置(405)，用于監(jiān)控至少一個連接著的三相交流電動機的運行方向、流經(jīng)多個線路的電流、和/或多個線路之間的輸出電壓，其中所述控制裝置響應(yīng)于監(jiān)控裝置而驅(qū)動對應(yīng)的開關(guān)元件和/或半導(dǎo)體開關(guān)。
27.一種換向開關(guān)裝置，尤其是用于三相功率放大器的換向開關(guān)裝置，其包括可彼此獨立驅(qū)動并且各自具有第一開關(guān)觸頭和第二開關(guān)觸頭(291，292；296，297)的兩個開關(guān)元件(290，295)，其特征在于所述開關(guān)元件的(290，295)的所述第一開關(guān)觸頭(291，296)被接線連接至第一線路(210)，而第二開關(guān)觸頭(292，297)被接線連接至第二條線路(212)，并且流經(jīng)所述連接線路的電流在所述第一開關(guān)觸頭和所述第二開關(guān)觸頭的預(yù)定位置被阻斷。
28.一種測量裝置(10)，用于測量幅度可能超出預(yù)定的工作范圍的周期模擬信號，該測量裝置具有確定裝置(20，30，40，50)，用于確定要被測量的模擬信號的幅度超出預(yù)定工作范圍的時間周期；和估計裝置(60)，用于根據(jù)確定的時間周期和所述信號形狀尤其是要被測量的模擬信號的信號頻率來計算所述模擬信號的最大幅度。
29.如權(quán)利要求28所述的測量裝置(610)，其特征在于所述確定裝置具有采樣裝置(620)，其用于以一采樣速率對要被測量的模擬信號進(jìn)行采樣；和檢測和計數(shù)裝置(640，650)，其用于對數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的連續(xù)采樣值值進(jìn)行檢測和計數(shù)，并且特征在于所述估計裝置(660)被構(gòu)建成根據(jù)計數(shù)得到的采樣值數(shù)目、所述采樣速率、和所述信號頻率來計算所述模擬信號的最大幅度。
30.如權(quán)利要求28或29所述的測量裝置，其特征在于所述模擬信號是具有預(yù)定信號頻率的正弦信號并且所述估計裝置(660)利用下式計算所述最大幅度值
其中TAB是所述采樣速率的倒數(shù)，N是數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的計數(shù)得到的采樣值的數(shù)目，而T是要被測量的模擬信號的周期。
31.一種測量裝置，用于測量幅度可能超出預(yù)定的工作范圍的周期模擬信號，該測量裝置具有采樣裝置(620)，其用于以一采樣速率對模擬信號進(jìn)行采樣；檢測和計數(shù)裝置(640，650)，其用于對數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的連續(xù)采樣值進(jìn)行檢測和計數(shù)；存儲裝置(670)，其為多個參考信號存儲超出預(yù)定的工作范圍的最大幅度值和數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的計數(shù)得到的采樣值的相關(guān)數(shù)目；和估計裝置(660)，其根據(jù)由所述檢測和計數(shù)裝置(640，650)確定的采樣值數(shù)目從所述存儲裝置中讀取所述相關(guān)最大幅度值。
32.如權(quán)利要求29、30或31所述的測量裝置，其特征在于用于將所述采樣值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字值的AD轉(zhuǎn)換器(630)。
33.如權(quán)利要求29、30、31或32所述的測量裝置，其特征在于所述采樣速率是可調(diào)節(jié)的。
34.如權(quán)利要求28到33中之一所述的測量裝置，其特征在于所述閾值等于或小于所述預(yù)定工作范圍的極限值。
35.一種防過流保護裝置，尤其是電驅(qū)動器，其具有如權(quán)利要求28到34中之一所述的測量裝置(610)和可以根據(jù)所述計算出的最大幅度值而使得所述裝置停用的斷開裝置。
36.一種用于測量周期模擬信號的方法，所述模擬信號的幅度超出預(yù)定的工作范圍，所述方法具有以下處理步驟
確定要被測量的所述模擬信號的幅度超出預(yù)定工作范圍的時間周期，以及
根據(jù)所述確定的時間周期和所述信號形狀尤其是要被測量的模擬信號的信號頻率來計算所述模擬信號最大幅度。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于所述確定時間周期的步驟具有以下步驟
以一采樣速率對要被測量的模擬信號進(jìn)行采樣；
對數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的連續(xù)采樣值進(jìn)行計數(shù)；以及根據(jù)計數(shù)得到的采樣值數(shù)目、所述采樣速率、和所述信號頻率來計算所述模擬信號最大幅度。
38.一種用于測量周期模擬信號的方法，所述模擬信號的幅度可能超出所使用的測量裝置的預(yù)定工作范圍，所述方法具有以下處理步驟
對于多個參考信號，確定并存儲超出預(yù)定的工作范圍的最大幅度和數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的采樣值的相關(guān)數(shù)目；
以一采樣速率對要被測量的模擬信號進(jìn)行采樣；
對數(shù)量大于或等于預(yù)定閾值的連續(xù)采樣值進(jìn)行計數(shù)；以及讀出屬于所述計數(shù)得到的采樣值數(shù)目的所述最大幅度值。
39.如權(quán)利要求37或38所述的方法，其特征在于所述采樣值被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并且對大于或等于預(yù)定閾值的多個連續(xù)數(shù)字值進(jìn)行計數(shù)。
40.一種安全裝置，用于安全相關(guān)裝置的多通道控制，所述安全裝置包括第一微處理器控制的控制裝置(770；820)，其具有用于產(chǎn)生監(jiān)控信號的信號產(chǎn)生裝置(772；822)；第二控制裝置(780；840)；輸入級(760)，其與所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)和所述第二控制裝置(780；840)連接并且被構(gòu)建成用于利用來自所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)的所述監(jiān)控信號對輸入信號進(jìn)行調(diào)制；其中如果響應(yīng)于所述調(diào)制過的輸入信號發(fā)生了錯誤，那么所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)和/或所述第二控制裝置(780；840)將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)。
41.如權(quán)利要求40所述的安全裝置，其特征在于所述信號產(chǎn)生裝置根據(jù)由所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)對至少一個安全相關(guān)程序的處理來產(chǎn)生監(jiān)控信號。
42.如權(quán)利要求40或41所述的安全裝置，其特征在于所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)和所述第二控制裝置(780；840)都連接到輸出級(790)并且各自具有一個用于啟動或停用所述輸出級(790)的裝置。
43.如權(quán)利要求42所述的安全裝置，其特征在于所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)的所述啟動/停用裝置具有可以連接至地的開關(guān)(776；828)，并且所述第二控制裝置(780；840)的所述啟動/停用裝置具有可以連接至電源電壓的開關(guān)(782；850)。
44.如權(quán)利要求42或43所述的安全裝置，其特征在于所述輸出級(790)是至少一個開關(guān)裝置(795)，尤其是繼電器。
45.如權(quán)利要求40到44中之一所述的安全裝置，其特征在于所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)具有用于監(jiān)控所述輸入級和/或所述第二控制裝置并用來產(chǎn)生錯誤信號的裝置，并且所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)響應(yīng)于所述錯誤信號將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)。
46.如權(quán)利要求40到45中之一所述的安全裝置，其特征在于所述輸入級(760)具有用于利用所述監(jiān)控信號來調(diào)制所述輸入信號的邏輯運算器件(762)，尤其是AND門。
47.如權(quán)利要求40到46中之一所述的安全裝置，其特征在于所述第一微處理器控制的控制裝置(820)具有用于利用頻率大于所述監(jiān)控信號頻率的信號來調(diào)制所述監(jiān)控信號的調(diào)制器(824)；所述輸入級(760)被構(gòu)建成用來利用所述輸入信號來調(diào)制所述已調(diào)制的監(jiān)控信號；所述第二控制裝置(840)具有一個解調(diào)器(830)，當(dāng)響應(yīng)于來自所述輸入級(760)的所述已調(diào)制輸入信號和響應(yīng)于來自所述第一微處理器控制的控制裝置(820)的所述已調(diào)制監(jiān)控信號而發(fā)生錯誤時，所述解調(diào)器產(chǎn)生一個將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)的控制信號。
48.如權(quán)利要求47所述的安全裝置，其特征在于所述解調(diào)器(830)具有帶阻濾波器和至少一個開關(guān)裝置(831)尤其是單穩(wěn)多諧振蕩器，當(dāng)具有較高頻率的信號的頻率改變了預(yù)定量時，所述解調(diào)器傳遞一個用來將所述安全相關(guān)裝置設(shè)置為預(yù)定的安全狀態(tài)的控制信號。
49.如權(quán)利要求48所述的安全裝置，其特征在于所述解調(diào)器(830)具有以下特征
高通濾波器(832)和第一低通濾波器(833)，它們的輸入端每個均連接到所述第一微處理器控制的控制裝置(820)的輸出端；第一單穩(wěn)多諧振蕩器(834)，其具有復(fù)位輸入端和信號輸入端并且連接到所述高通濾波器的輸出端；第二低通濾波器(837)，其輸入端連接到所述第一單穩(wěn)多諧振蕩器(834)的負(fù)輸出端；第二單穩(wěn)多諧振蕩器(838)，其信號輸入端連接到所述第一低通濾波器(833)的輸出端而其復(fù)位輸入端連接到所述第二低通濾波器(837)；和第三單穩(wěn)多諧振蕩器(831)，其信號輸入端連接到所述輸入級(760)的輸出端而其復(fù)位輸入端則連接到所述第二單穩(wěn)多諧振蕩器(838)的負(fù)輸出端。
50.如權(quán)利要求40到49中之一所述的安全裝置，其特征在于所述第一微處理器控制的控制裝置(770；820)是基于軟件的而所述第二控制裝置(780；840)是基于硬件的。
51.如權(quán)利要求40到50中之一所述的安全裝置，其特征在于所述輸入信號是二進(jìn)制處理信號。
52.如權(quán)利要求40到51中之一所述的安全裝置，其特征在于所述第二控制裝置(780；840)具有一個微處理器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種安全切換裝置，通過該安全切換裝置，安全相關(guān)裝置(優(yōu)選地是電驅(qū)動器)可以被控制到安全狀態(tài)。安全切換裝置(900)具有微處理器或微控制器(822)，它可以在緊急開關(guān)、保護門開關(guān)、和/或雙手開關(guān)被啟動時以及在安全切換裝置或電驅(qū)動器的錯誤操作時可以對例如要保護的電驅(qū)動器進(jìn)行控制。為此，微處理器(822)優(yōu)選地被設(shè)計成它可以從至少一個將被測量的模擬信號確定預(yù)定參數(shù)(優(yōu)選地是模擬信號的幅度)是否超過預(yù)定工作范圍。此外，微處理器(822)可以是安全裝置的組件，該組件被構(gòu)建用于安全電驅(qū)動器的多通道控制。按照這樣的方式，為了將電驅(qū)動器控制到安全狀態(tài)，安全切換裝置(900)可以響應(yīng)多個彼此獨立的安全功能。此外，與公知的方法相比較，在小型的安全切換裝置中的布線錯誤可以大大降低。
文檔編號H02H1/04GK101238536SQ200680028363
公開日2008年8月6日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者安德烈·科雷克 申請人:菲尼克斯電氣公司