技术领域
[0001] 本
发明涉及一种根据
权利要求1的用于运行具有至少一个加热控制和/或调节装置的设备的方法、根据权利要求8的加热控制和/或调节装置，以及根据权利要求12的具有这种类型的加热控制和/或调节装置的设备。
背景技术
[0002] 工业制造的产品经常利用加热装置进行
热处理。在此，在热处理的过程中已有的小偏差会导致对产品
质量的巨大损害。为了提高热处理过的产品的质量，重要的是能够在时间上和空间上非常精确地对需要的
能量进行汇聚。这通过特殊的加热控制和/或调节装置来实现，该装置能确保对加热元件的最高
精度的驱控。在此，经常使用热
辐射器、尤其是红外辐射器形式的欧姆负载作为加热元件。
[0003] 例如，
风嘴设备通常具有
热辐射器场，用于加热预型件。热辐射器(红外辐射器)由加热控制和/或调节装置通过连接在
电压供电装置中的
开关来供电，考虑到其功率输出来进行控制/调节和监控。
[0004] 加热控制和/或调节装置为此经常通过开放的
现场总线从上级的加热控制和/或调节装置、例如可编程
控制器(SPS)接收用于连接的加热元件的加热功率的额定值。该额定值例如能够以绝对的额定值的形式、与最大功率相关的额定值的形式或者相关于标定功率的额定值的形式存在。功率例如可以涉及需要输出的加热功率或者加热元件需要接收的电功率。由该额定值，在加热控制和/或调节装置中通过预设的控制和/或调节
算法导出用于开关元件的驱控
信号。但是，该额定值也能够以在每个时间单位(例如每秒)的半波上的百分比值或者脉冲群的形式存在，由其能够直接推导出用于开关元件的驱控信号。然后，通过该驱控信号来控制或者调节开关元件的开关状态进而加热元件的加热功率。为了简化和更好的理解，所有的额定值在接下来都被描述为“用于加热功率的额定值”。
[0005] 对开关元件的驱控进而对开关状态或者加热功率的控制或者调节例如可以利用具有在过零点无功率地切换的开关元件的相选通控制器(Phasenanschnittsteuerung)或者半波控制器来实现。在此，例如
半导体开关(例如固态继电器)作为开关元件使用。
[0006] 已知的这种类型的加热控制和/或调节装置在此通常具有每个加热元件大约0.5至5kW的电输出功率(在供电电压为230v直流时)和500kW的最大的总电输出功率。
[0007] 通常，在设备中，多个这种类型的加热控制和/或调节装置(多数情况下与设备的其他装置一同)由设备的共同的供电电压网络来供电。基于其电功率需求，加热控制和/或调节装置有时会导致巨大的
电网负荷。
[0008] 为了对供电电压网络在其负荷方面进行优化，必要的是识别出加热控制和/或调节装置的或者由其控制的加热元件的当前功率消耗。为此，已经公开的是，在加热控制和/或调节装置中根据电测量参数(通过加热元件的
电流，在加热元件处的电压)明确地测定电功率，更确切地说，或者单独地为每个加热元件(或者每个加热通道)或者总体上为加热控制和/或调节装置进行测定。同时，其缺点在于，为了获得测量参数，必须使用耗费成本进而昂贵的测量装置。
发明内容
[0009] 因此，本发明的目的在于，以较低的成本来测定通过加热控制和/或调节装置造成的电网负荷。
[0010] 该目的通过根据权利要求1的、用于运行具有至少一个加热控制和/或调节装置的设备的方法、根据权利要求8的加热控制和/或调节装置以及根据权利要求12的具有这种类型的加热控制和/或调节装置的设备来实现。有利的设计方法在分别是
从属权利要求的对象。
[0011] 在根据本发明的用于运行具有用于加热元件的至少一个加热控制和/或调节装置的设备的方法中，加热元件的能量消耗和/或当前功率耗用的值根据加热元件的特征参数和根据用于控制和/或调节加热元件的加热功率的控制和/或调节参量的值来测定。根据本发明，在此不使用电流的测量值。
[0012] 如已经提出的那样，对于加热元件来说，在不测量电流的情况下，优选地是在完全不测量任意电参数的情况下，通过根据加热元件的特征参数和根据用于控制和/或调节加热元件的加热功率的控制和/或调节参量的值进行计算来测定加热元件的能量消耗的值和/或当前的功率耗用。
基础在于，加热元件基本上是纯欧姆负载并且是具有较低的电复杂性的组件。尽管，计算的精确性相对于测量有点低，但是-如令人惊讶的方式所指出的那样-对于多数设备或者应用来说是足够的。
[0013] 在另一方面，用于测量电流的测量装置是非常耗费成本并且昂贵的。因为根据本发明，不使用用于电流的测量值，因此可以放弃这种类型的测量装置。对能量消耗和/或当前功率耗用进而电网负荷的测量可以成功地以较小的
费用实现。当能量消耗的值和/或当前的功率耗用的测量在完全不需要测量那些电参数来实现时，那么就完全不需要测量装置并且为此所需的耗费也就可以被完全避免。
[0014] 控制参数和/或调节参数例如可以是加热元件的额定值，其例如能够以绝对额定值的形式、与最大功率相关的额定值的形式或者相关于标定功率的额定值的形式存在。功率例如可以涉及需要输出的加热功率或者加热元件需要接收的电功率。但是，该额定值也已经能够以在每个时间单位(例如每秒)的半波上的半分比值或者用于加热元件的开关元件的脉冲群的形式存在。
[0015] 对能量消耗和/或当前功率耗用的测量在此能够直接在相应的加热控制和/或调节装置中实现，并且测定的值在接下来可以例如传输给用于加热元件的上级的控制和/或当调节装置或者传输给设备的能量管理系统。
[0016] 优选地，加热控制和/或调节装置也用于控制和/或调节电
通风机驱动装置，其中通风机驱动装置的能量消耗和/或当前功率耗用的值在不使用电流的测量值的情况下根据通风机驱动装置的特征参数和根据用于控制和/或调节电通风机驱动装置的加热功率的控制和/或调节参量的值来测定。当涉及具有较低电复杂性的简单通风机驱动装置的情况(例如单相供电的通风机驱动装置)，这尤其是可能的。因此，在确定电网负荷的时候也可以考虑到通风机的能量消耗和/或当前功率耗用，其中，这也至少在不测量电流、优选地完全不测量任何电参数的情况下通过计算来测定。对通风机的能量消耗或功率耗用的考虑在设备中刚好也是很重要的，在该设备中，通风机的能量消耗和/或功率耗用与加热元件的相比并不是微不足道的。
[0017] 有利地，特征参数包括一个或者多个对于加热元件、优选也对于通风机驱动装置的以下的说明：型号、标定功率、标定电流、标定电压。
[0018] 根据关于加热元件的、优选的是通风机驱动装置的类型的信息以及对应于该类型的标定功率、标定电流和/或标定电压能够借助于控制和/调节参数，例如像绝对额定值、相关于最大功率的百分比的额定值形式的额定值、每单位时间(例如一秒)的半波的百分比值或者每单位时间(例如一秒)的脉冲群的数量，来推断出流过加热元件、优选地以及通风机驱动装置的电流和施加的电压，并进而测定出能量消耗或当前功率耗用。在加热元件的电流/电压特征曲线中的非线性在此可以通过特征曲线来考虑，该特征曲线描述了耗用(aufgenommenen)的功率与相应的额定值之间的依赖关系。
[0019] 根据另一个优选的设计方案，测量施加在加热元件上的电压或者用于加热元件的总供应电压，并且利用测定的电压值来改善能量消耗和/或当前功率耗用的测定值的精度。用于纯电压测量的测量装置并不是非常耗费成本的，并且也经常已集成在加热控制和/或调节装置中，这是因为其被用于测量用于加热元件的总供应电压并进而在控制和/或调节加热元件的加热功率时对电压
波动进行补偿。如已经提出的那样，通过考虑电压测量值替代计算或者猜测电压值能够以较低的成本来改善对能量消耗和/或当前功率耗用的测量的精度。
[0020] 根据一个特别优选的设计方案，加热元件的加热功率、优选地以及通风机驱动装置的功率根据测定的能量消耗和/或测定的当前功率来控制和/或调节。由此能够根据非常不同的标准来优化设备的运行和电网负载。该控制和/或调节能够例如通过上级的控制和/或调剂装置或者能量管理系统实现。
[0021] 根据一个特别有利的设计方案，将加热元件的加热功率、优选地以及通风机驱动装置的功率控制和/或调节到一个或者多个以下目标：
[0022] -将设备中的峰值电流限制到极限值，
[0023] -将设备中的耗用的总电功率和/或总
电能消耗限制或者最小化，[0024] -加热元件、优选地以及通风机驱动装置的尽可能长的寿命，
[0025] -限制设备中的、尤其是开关柜或者控制柜中的
温度。
[0026] 根据另一有利的设计方案，在较长的时间上(例如一个工作周期或者一个工作日)测定加热元件的能量消耗和/或当前的功率耗用并且通过对时间变化曲线的分析来优化设备。例如可以测定功率耗用的时间平均值，与加热元件的标定功率进行比较并且在超出(低于)标定功率各一个预设界限值时，通过具有较高的(较低的)标定功率的加热元件来替代该加热元件。因此能够以简单的方式识别出加热元件的欠尺寸(过尺寸)并且实现通过合适的加热元件进行替换。
[0027] 用于控制和/或调节加热元件的加热功率的根据本发明的加热控制和/或调节装置具有
[0028] -
存储器，在存储器中为加热元件、优选地以及通风机驱动装置存储了特征参数，[0029] -计算单元，该计算单元如此配置，即在不使用电流的测量值的情况下根据特征参数和根据用于控制和/或调节加热元件的加热功率、优选地以及通风机驱动装置的加热功率的控制和/或调节参量的值，计算单元测定加热元件的、优选地通风机驱动装置的能量消耗和/或当前功率耗用的值，
[0030] -通信
接口，用于将测定的能量消耗和/或当前功率耗用传输给上级的装置。
[0031] 然后，测定的能量消耗和/或当前功率耗用可以通过
通信接口例如传输或者报告给上级的控制和/或调节装置或者给上级的能量管理系统。
[0032] 优选地，特征参数包括一个或者多个用于加热元件、优选地也用于通风机驱动装置的以下的说明：型号、标定功率、标定电流、标定电压。
[0033] 根据一个有利的设计方案，加热控制和/或调节装置设计为：其在配置或者开始运转时调取特征参数并存储在存储器中。
[0034] 有利地，加热控制和/或调节装置与电压测量装置连接，电压测量装置用于测量施加在加热元件上的电压或者测量加热元件的总供应电压，优选地也用于测量施加在通风机驱动装置上的电压或者通风机驱动装置的总供应电压，并且加热控制和/或调节装置设计为：其利用电压值来改善能量消耗和/或当前功率耗用的测定值的精度。
[0035] 根据本发明的设备具有：
[0036] -至少一个之前描述的加热控制和/或调节装置，
[0037] -一个或者多个连接至加热控制和/或调节装置的加热元件，优选地以及一个或者多个连接至加热控制和/或调节装置的通风机驱动装置，并且
[0038] -用于设备的至少一个加热控制和/或调节装置的或者能量管理系统的上级的装置，尤其是上级的控制和/调节装置，
[0039] -其中，至少一个加热控制和/或调节装置为了传输测定的能量消耗和/或当前功率耗用通过其通信接口与上级的装置连接。
[0040] 上级的装置优选地设计为：其根据传输的测定的能量消耗和/或测定的当前功率耗用来控制和/或调节加热元件的加热功率，优选地以及通风机驱动装置的功率。
[0041] 根据另一优选的设计方案，上级装置设计为：其将加热元件的加热功率、优选地以及通风机驱动装置的功率控制和/或调节到一个或者多个以下目标：
[0042] -将设备中的峰值电流限制到极限值，
[0043] -将设备中的耗用的总电功率和/或总电能消耗限制或者最小化，[0044] -加热元件，优选还有通风机驱动装置的尽可能长的寿命，
[0045] -限制设备中的、尤其是开关柜或者控制柜中的温度。
[0046] 根据另一优选的设计方案，上级控制和/或调节装置设计为：其在较长的时间上测定加热元件的、优选地以及通风机驱动装置的能量消耗和/或当前功率耗用，分析时间变化曲线并且基于该分析输出用于优化设备的建议。
附图说明
[0047] 接下来根据附图中的
实施例对本发明以及根据从属权利要求的特征的本发明的另外的优选的设计方案进行详细说明。
具体实施方式
[0048] 在附图中示出的设备1包括多个加热调节装置和/或控制装置2，3，4、用于加热调节装置和/或控制装置2，3，4的上级的控制和/或调节装置5、另外的组件，出于简化的目的这些组件仅仅以唯一的组件6示出，以及可选的能量管理系统7，其中所有的这些组件都连接至通信系统20，并且由此彼此能够进行通信。该通信系统20优选的是开放的工业通信系统、例如PROFIBUS或者PROFINET。
[0049] 每个加热调节装置和/或控制装置2，3，4为此都具有一个通信接口8和一个通信单元9。此外，每个加热调节装置和/或控制装置2，3，4都具有一个功率输入端10和多个(例如九个)功率输出端11。此外，单元2，3，4可以还具有未进一步示出的另外的通信接口和/或电压供应接口，用于对单元2，3，4进行内部电压供应。
[0050] 在功率输出端11上能电连接或者电连接各一个加热元件12，尤其各一个热辐射器、或者可替换地电连接或者电连接通风机驱动装置13(例如参见加热控制和/或调节装置3和4)。
[0051] 所有的功率输入端10以及另外的设备组件6电连接至用于为加热元件12或者通风机驱动装置13提供电压的设备内部电压供给网络14(例如具有400Vac的标定电压)。该电压供给网络14又由能量供给装置的网络21来供电。
[0052] 每个加热调节装置和/或控制装置2，3，4都具有一个带有未进一步示出的线路保护元件的配电装置15，该线路保护元件在输入端一侧与功率输入端10电连接并且在输出端一侧通过各一个分支16与功率输出端11电连接，从而为其供应来自电压供应网络14的电流。在每个分支16中连接有各一个开关元件17。作为开关元件17，在连接加热元件12的情况中，优选地使用
半导体开关(例如所谓的固态继电器)，并且在连接通风机驱动装置13的情况中，可替换地使用机电保护器。
[0053] 优选地，开关元件17集成在加热调节装置和/或控制装置2，3，4中，也就是说由其壳体包围，但是其也可以是单独的开关元件(也就是说，不集成在壳体中)。
[0054] 每个加热调节装置和/或控制装置2，3，4此外还具有控制和/或调节单元18。
[0055] 控制和/或调节单元18这样地配置，即其根据控制指令(例如接通指令、断开指令)和用于加热功率的额定值来控制和/或调节开关元件17的开关状态。
[0056] 额定值例如能够以绝对额定值的形式、与最大功率相关的额定值的形式存在。该功率例如可以涉及需要输出的加热功率或者加热元件需要接收到的电功率。由该额定值，则在加热控制和/或调节装置2，3，4中借助预设的控制和/或调节算法导出用于开关元件17的驱控信号。但是，该额定值也能够以在每个时间单位(例如每秒)的半波上的百分比值或者脉冲群的形式存在，由其能够在控制和/或调节单元18中直接推导出用于开关元件的驱控信号。然后，通过该驱控信号来控制或者调节开关元件17的开关状态进而加热元件12的加热功率。
[0057] 对开关元件17的驱控进而对开关状态或者加热功率的控制或者调节例如可以利用相选通控制器或者半波控制器来实现。
[0058] 通信单元9这样地设计，即其为相应的单元2，3，4通过通信接口8接收确定的指令(例如用于将加热元件12与电压供应网络14接通或者断开的指令)以及用于加热功率的额定值，并且传输给控制和/或调节单元18。
[0059] 在加热控制单元和/或调节单元3的情况中，以相应的方法如此配置控制和/或调节单元18，即其根据控制指令(例如用于将通风机驱动装置13与电压供应网络14接通或者断开的指令)和可选地也根据用于通风机驱动装置13的驱动功率的额定值来控制和/或调节用于通风机驱动装置13的开关元件17的开关状态。
[0060] 加热控制和/或调节装置2，3，4在附图中被实施分别为具有各自的壳体的彼此独立工作的整体设备。但是，加热控制和/或调节装置2，3，4也可以具有模
块化的构造，并且为此又由多个模块组成，例如由通信和控
制模块以及具有原理上与加热控制和/或调节装置2，3，4类似构造的多个功率模块组成。通信和
控制模块在此应用作为至通信系统20的接口，并且通过另外的通信系统来控制这些功率模块，该另外的通信系统也可以是专有的通信系统。
[0061] 加热控制和/或调节装置2，3，4通过通信系统20从上级的控制和/或调节装置5接收用于将加热元件12或者通风机13与电压供应网络14接通或者断开的接通或者断开的指令，以及用于加热元件12的加热功率的，可选地也用于通风机驱动装置13的功率的额定值。
[0062] 此外，加热控制和/或调节装置2，3，4具有存储器25，在存储器中为加热元件12以及-如果存在-通风机驱动装置13存储了特征参数。特征参数包括一个或者多个用于加热元件或者通风机驱动装置的以下的说明：型号、标定功率、标定电流、标定电压。
[0063] 加热控制和/或调节装置2，3，4为此这样设计，即其在配置或者开始运转时调取特征参数并存储在存储器25中。
[0064] 控制和/或调节单元18包括计算单元19，该计算单元如此配置，即在不使用电流的测量值的情况下根据特征参数和根据用于控制和/或调节所述加热元件12的和-如果存在-通风机驱动装置13的加热功率的控制和/或调节参量的值，该计算单元测定加热元件12的和-如果存在的-通风机驱动装置13的能量消耗和/或当前的功率耗用的值。优选地，该值的测定在不使用任意电参数的测量值的情况下实现，也就是说完全根据特征参数和根据控制和/或调节参数的值。
[0065] 能量消耗的值和/或功率耗用的测定值的精度可选地能够以相对较低的成本由此来改善，即控制和/调节单元18与电压测量装置26连接，该电压测量装置用于测量施加在加热元件12上的-以及如果存在施加在通风机驱动装置13上的-电压，或者用于测量电压供给网络14的电压，并且控制和/调节单元设计为：其利用电压值来改善能量消耗值和/或当前功率耗用的测定值的精度。
[0066] 通信单元9和通信接口8则用于将测定的能量消耗和/或测定的功率耗用传输给上级的控制和/或调节装置5和/或-如果存在-传输给能量管理系统7。
[0067] 上级的控制和/或调节装置5和/或能量管理系统7或者二者共同地这样设计，即其根据测定的能量消耗和/或测定的功率耗用来控制和/或调节加热元件12的加热功率，优选地还有通风机驱动装置13的功率，更确切地说优选地实现一个或者多个以下的目标：
[0068] -将设备1的电压供应网络14中的峰值电流限制到极限值，
[0069] -将设备1的电压供电网络14中耗用的总电功率和/或总电能消耗限制或者最小化，
[0070] -加热元件12、优选地以及通风机驱动装置13的尽可能长的寿命，[0071] -限制设备1中的、尤其是开关柜或者控制柜中的温度。
[0072] 上级的控制和/或调节装置5或者如果存在还有能量管理系统7也被设计为：其在较长的时间上(例如一个工作循环或者一个工作日)测定加热元件12的功率耗用，并且通过分析时间变化曲线给出用于优化设备1的建议。例如测定功率耗用的时间平均值，并与加热元件的标定功率进行比较，并且在超出(低于)标定功率各一个预设界限值时产生一个信号。
[0073] 在设备1运行时，在每个加热控制和/或调节装置2，3，4中通过相应的计算单元19根据加热元件12的、优选地以及通风机驱动装置13的特征参数以及根据用于控制和/或调节加热元件12的加热功率、优选地以及通风机驱动装置13的功率的控制和/或调节参数的值，测定其能量消耗和/或功率耗用，并通过通信系统20传输给上级的控制和/或调节装置5，如果存在的话，也传输给能量管理系统7。
[0074] 在此在存储器25中存储有在施加额定电压(例如230Vac)时每个加热元件12的标定功率Pn以及型号因数T(S)，该因数取决于加热加热元件12的型号以及加热功率的额定值(以百分比形式的标定功率Pn)。型号因数考虑到取决于加热元件的相应型号的、在额定值和实际的能量消耗或者实际耗用的电功率之间的非线性。型号因数T(S)例如能够以用于分别不同的额定值的一束特征曲线的形式存在。
[0075] 每个加热元件12的电功率耗用为：
[0076] P＝Pn*S/100％*T(S)
[0077] 通过电压测量装置26能够测量施加到加热元件12上、优选地以及通风机驱动装置13上的电压或者整个电压供应网络14的电压，并且利用该测定的电压值来改善能量消耗和/或当前功率耗用的测定值的精度。
[0078] 在考虑由此测定的电压U的情况下，每个加热元件12的电功率耗用为：
[0079] P＝Pn*S/100％*T(S)*(U/Un)2
[0080] 其中，Un是加热元件12的标定电压。
[0081] 加热元件12的加热功率、优选地以及通风机驱动装置13然后通过上级的控制和/或调节装置5根据接收到的能量消耗和/或功率耗用进行控制/或调节。这也可以与能量管理系统7共同作用实现，其通过通信系统20向上级的控制和/或调节装置5传输用于加热元件12、优选地以及通风机驱动装置13的开或关指令或者用于耗用的功率或者能量消耗的界限值。随后，这取决于由能量管理系统7接收的值产生用于加热元件12的加热功率的、优选地以及于通风机驱动装置13的功率的控制指令和额定值。
[0082] 基本上，在上级的控制和/或调节装置5中、在能量管理系统7中或者通过二者的共同作用调节和/或控制到一个或多个以下目标上：
[0083] -将设备1的电压供应网络14中的峰值电流限制到极限值，
[0084] -将设备1的电压供电网络14中耗用的总电功率和/或总电能消耗限制或者最小化，
[0085] -加热元件12、优选地以及通风机驱动装置13的尽可能长的寿命，[0086] -限制设备1中的、尤其是开关柜或者控制柜中的温度。
[0087] 在此，在上级的控制和/或调节装置5或者在能量管理系统7中或者通过二者的共同作用，在较长的时间上测定加热元件12的、优选地以及通风机驱动装置的功率耗用，并且分析时间变化曲线，并且基于该分析给出用于优化设备的建议。
[0088] 为此，例如测定功率耗用的时间平均值，并与加热元件12的标定功率进行比较并且在超出(低于)额定功率各一个预设界限值时，该加热装置12通过具有较高的(较低的)标定功率的加热元件来替代。因此能够以简单的方式识别出加热元件的欠尺寸(过尺寸)，并且实现通过合适的加热元件进行替换。相应的方法当然也在通风机驱动装置13方面是可能的。
[0089] 因此能量消耗和/或功率耗用在不测量电流、优选地在不测量任何电参数的情况下通过根据加热元件12的(优选地以及通风机驱动装置13的)的特征参数和根据用于控制和/或调节加热元件12的加热功率(优选地以及通风机驱动装置13的功率)的控制和/或调节参量的值来测定。这尤其仅仅需要较少的或者完全不需要耗费成本的昂贵的测量装置。
