優(yōu)先權(quán)聲明
本申請(qǐng)要求2016年2月26日提交的英國(guó)專利申請(qǐng)no.1603385.4的優(yōu)先權(quán),通過(guò)引用將其整體并入在此。
本公開(kāi)涉及適于用在中繼控制系統(tǒng)(如通常在電力分布系統(tǒng)中可見(jiàn)到的)中的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。
背景技術(shù):
已知在電力分布系統(tǒng)內(nèi)提供機(jī)電開(kāi)關(guān),例如以中繼器和斷路器形式提供機(jī)電開(kāi)關(guān)。中繼器的目的是控制從一個(gè)場(chǎng)所到另一場(chǎng)所的能量流動(dòng),而斷路器的主要目的更加保護(hù)性的,在于尋求通過(guò)變?yōu)殚_(kāi)路防止在過(guò)電壓或過(guò)電流情形下出現(xiàn)損傷。
為了可靠地檢測(cè)中繼器或斷路器的狀態(tài),中繼器或斷路器常常具有形成在電樞(armature)上的另外的感測(cè)觸點(diǎn),所述電樞移動(dòng)來(lái)打開(kāi)或閉合與所述電樞相關(guān)聯(lián)的主要電流路徑。如此,所述感測(cè)觸點(diǎn)使得能夠施加感測(cè)信號(hào)到中繼器來(lái)確認(rèn)該中繼器是打開(kāi)還是閉合。這阻止了可能由中繼器線圈或與中繼器或斷路器相關(guān)聯(lián)的感測(cè)電路的故障導(dǎo)致的不期望的故障模式對(duì)電力分布系統(tǒng)或?qū)εc電力分布系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)保持隱藏。
中繼器和斷路器監(jiān)視設(shè)備的制造商和安裝者已經(jīng)對(duì)感測(cè)觸點(diǎn)施加監(jiān)視信號(hào)。然而,所選擇的信號(hào)的幅度未能從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定受益,并根據(jù)制造商、應(yīng)用和國(guó)家而變化。因此,某些制造商和安裝者已經(jīng)選擇用相對(duì)低的感測(cè)電壓,例如在5到10伏范圍,而其它制造商和安裝者已經(jīng)使用在主流干線配電電壓的感測(cè)電壓,并因此這樣的電壓可以在115伏范圍、230-240伏范圍或者甚至更高。這抑制了可與世界上安裝的不同的中繼控制和監(jiān)視系統(tǒng)共同操作的設(shè)備的提供。
發(fā)明概要
根據(jù)本公開(kāi)的第一方面,提供了一種信號(hào)調(diào)節(jié)電路,該信號(hào)調(diào)節(jié)電路包括至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn),其連接到輸入級(jí),所述輸入級(jí)用于處理在該至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)處接收的輸入信號(hào):以及可調(diào)節(jié)負(fù)載,用于在該至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)處施加負(fù)載。
優(yōu)選地,所述輸入級(jí)是可編程的。
通過(guò)提供可編程的輸入級(jí),可以可編程地控制提供給輸入信號(hào)的衰減的量,以使得輸入信號(hào)的不同的幅度可以被轉(zhuǎn)換到類似的信號(hào)電壓范圍以用于后續(xù)處理。
替代地,輸入信號(hào)可以被以適合任意預(yù)期輸入電壓的設(shè)置值進(jìn)行衰減。然后,其可以在模擬或者數(shù)字域中經(jīng)受增益和/或縮放。
在可以處理高電壓和大電流的中繼器或斷路器控制系統(tǒng)的背景內(nèi),電氣環(huán)境潛在地是有電噪聲的。連接到輸入節(jié)點(diǎn)并從而連接到與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的中繼器或斷路器感測(cè)節(jié)點(diǎn)的可調(diào)節(jié)負(fù)載的提供,給予了信號(hào)調(diào)節(jié)電路某種對(duì)電氣噪聲的魯棒性。
有利地,可調(diào)節(jié)負(fù)載是可控來(lái)改變其阻抗的,或者至少改變通過(guò)該負(fù)載抽取的電流的,以在存在噪聲的情況下提供魯棒性,而不沒(méi)必要地消耗電流。優(yōu)選地,可調(diào)節(jié)負(fù)載抽取的電流響應(yīng)于可編程輸入級(jí)處電壓的幅度和/或與可編程輸入級(jí)連接的輸入節(jié)點(diǎn)處的電壓的相對(duì)于時(shí)間的變化速率而動(dòng)態(tài)地改變。
有利地,可編程輸入級(jí)還包括可編程閾值電路或比較器和/或可編程衰減器,使得有噪聲的輸入信號(hào)可以被轉(zhuǎn)換成較好限定的二進(jìn)制信號(hào)以供中繼控制邏輯使用。
有利地,可調(diào)節(jié)負(fù)載響應(yīng)于中繼器或斷路器控制信號(hào)以打開(kāi)或閉合該中繼器,以便該負(fù)載可以提供潤(rùn)濕(wetting)電流以破壞形成在中繼器的觸點(diǎn)上形成的任意表面膜,否則可能形成該表面膜并破壞電路。
根據(jù)本公開(kāi)的第二方面提供了一種中繼控制器,其響應(yīng)于至少一個(gè)輸入信號(hào)以改變中繼器或斷路器的狀態(tài),其中該中繼控制器具有下列中的至少一個(gè):
a)可編程輸入信號(hào)縮放器;
b)可編程潤(rùn)濕電流控制器;
c)可編程輸入信號(hào)濾波器。
根據(jù)本公開(kāi)的第三方面,提供了一種包括根據(jù)本公開(kāi)第一方面的信號(hào)調(diào)節(jié)電路的中繼器和/或斷路器控制器。
還提供了一種互連多個(gè)斷路器和/或中繼器的方法,該方法包括:通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)電路的方式將斷路器和/或中繼器與控制器接口連接,以對(duì)輸入提供衰減以及以通過(guò)輸入傳遞可控電流。
附圖說(shuō)明
將參考附圖以非限制性示例的方式說(shuō)明本公開(kāi)的實(shí)施例,在附圖中:
圖1示意性地示出了電力分布系統(tǒng)的一部分內(nèi)的斷路器及其控制器;
圖2示意性地示出了可以設(shè)置在用于分布系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)中繼器或斷路器的控制器內(nèi)的部件;
圖3示意性地示出了構(gòu)成本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)調(diào)節(jié)電路內(nèi)的電路部件;
圖4示意性地示出了在中繼器或觸點(diǎn)斷路器的操作期間的觸點(diǎn)回彈的影響;
圖5a示意地指示輸入節(jié)點(diǎn)處的電壓可以如何根據(jù)施加于其的信號(hào)是實(shí)際的還是偽的而演變,附圖5b示意性地示出了響應(yīng)于輸入節(jié)點(diǎn)處的電壓的變化的智能負(fù)載所要求的需求電流;
圖6示意性地表示根據(jù)本公開(kāi)的輸入級(jí)的一個(gè)實(shí)施例的單個(gè)通道;
圖7更細(xì)節(jié)地示出了電流配置系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng);
圖8示出了用于可變負(fù)載的一個(gè)實(shí)施例的電路圖;以及
圖9是示出了本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中的作為跨隔離阻擋的數(shù)據(jù)交換的一部分執(zhí)行的步驟。
具體實(shí)施方式
圖1示意性地示出了電力分布系統(tǒng)的一部分。第一電力線10可以連接到電力分布網(wǎng)絡(luò),例如連接到發(fā)電設(shè)施或連接到工業(yè)或居住區(qū)內(nèi)的配電節(jié)點(diǎn)。電力線10可以通過(guò)不同的配電支齒(distributionspur)的方式提供電力到多個(gè)用戶(其可作為個(gè)體、房屋、工廠、辦公室或者廠房或機(jī)器項(xiàng)目),在圖1中表示出其中的一個(gè),以12來(lái)指示。電力分布公司有義務(wù)提供電力給其全部用戶,并因此其不希望一個(gè)用戶的惡意的或疏忽大意的行為導(dǎo)致電力分布網(wǎng)絡(luò)的故障。出于該原因,電力通過(guò)保護(hù)性裝置傳遞,所述保護(hù)性裝置可以是中繼器或者這里所示的斷路器14的形式,其可以作用來(lái)在其中的電流變得過(guò)大的情況下中斷通過(guò)配電線12的電流。中繼器和斷路器的提供允許電力分布系統(tǒng)的重新配置。
在過(guò)去,這樣的斷路器14用于能夠在過(guò)量時(shí)自主地中斷電流流動(dòng)而不需知道或者不考慮這樣的動(dòng)作的影響。這對(duì)于電力分布系統(tǒng)整體可能是不利的,并且可能造成級(jí)聯(lián)電力故障,結(jié)果行業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)向其中通過(guò)局部中繼控制器監(jiān)視和控制多個(gè)中繼器或觸點(diǎn)斷路器的狀態(tài)的管理及控制系統(tǒng),其可以是分布控制系統(tǒng)中的一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或者可以響應(yīng)于局部區(qū)域內(nèi)的集中式的控制節(jié)點(diǎn)。在圖1中局部中繼控制器被表示為項(xiàng)20。
出于下面的討論的目的,術(shù)語(yǔ)“中繼器”或者斷路器應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是指一種電可控開(kāi)關(guān)。所述開(kāi)關(guān)可以是機(jī)械的或固態(tài)的。
術(shù)語(yǔ)中繼控制器表示這樣一種裝置,其提供控制信號(hào)到中繼器以控制第一和第二節(jié)點(diǎn)之間是導(dǎo)通的或者第一和第二節(jié)點(diǎn)之間是不導(dǎo)通的。
中繼控制器20可以控制用于多個(gè)負(fù)載線l1、l2等的中繼器和斷路器的狀態(tài),其中線路12表示第一線路l1。為了監(jiān)視分布系統(tǒng)的狀態(tài),中繼控制器20響應(yīng)于電流測(cè)量裝置,所述電流測(cè)量裝置指示線路l1中的電流,并提供該電流的指示到中繼控制器20的輸入i1。有利地,測(cè)量裝置可以是電流變壓器22。類似地,中繼控制器20可以響應(yīng)測(cè)量電路24,測(cè)量電路24測(cè)量線路l1的或配電線10上的電壓v,并將其提供到輸入v1。這兩個(gè)輸入給予控制器20以配電線l1(12)上在該時(shí)間處相關(guān)的電流和電壓的直接知識(shí)。控制器20可操作來(lái)提供控制信號(hào)c1以控制斷路器14的狀態(tài)。如此,在c1被賦予能量時(shí),斷路器14內(nèi)的電樞可以移動(dòng)以中斷沿線路l1的電流流動(dòng)。由于部件故障可能使得難以確定斷路器的狀態(tài),例如到電流變壓器22的連接可能失敗,因此控制器可以監(jiān)視通過(guò)設(shè)置在斷路器14內(nèi)的某些感測(cè)或測(cè)量觸點(diǎn)16的感測(cè)電壓或感測(cè)電流,其中感測(cè)或測(cè)量觸點(diǎn)的狀態(tài)指示通過(guò)斷路器14的主電流流動(dòng)路徑狀態(tài)。感測(cè)/測(cè)量觸點(diǎn)16可以通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)端子(指定為m1)訪問(wèn),其確認(rèn)與線路l1相關(guān)聯(lián)的斷路器14的狀態(tài)。類似的部件,即斷路器或中繼器、電流變壓器以及(如果期望的話)伏特表,可以與另外的線路l2、l3、l4等(未示出)相關(guān)聯(lián),每一個(gè)由控制器20控制。
控制器20可以具有一個(gè)或多個(gè)另外的輸入,通過(guò)其可以接收與其它中繼器的狀態(tài)或者其它系統(tǒng)參數(shù)諸如線路電流、線路電壓或線路頻率有關(guān)的數(shù)據(jù),所述其它中繼器被直接連接到控制器20,或者其中該數(shù)據(jù)被通過(guò)分布控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其它控制器傳送到控制器20。這些其它輸入被指定為d1至dn。能夠與其它控制器交換數(shù)據(jù)在使得能夠?qū)崿F(xiàn)用于決定如何響應(yīng)電力供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的事件的控制器方面是有益的。例如,如果線路l1要變?yōu)槎搪罚瑒t線路12/l1中的電流將上升而線路10上的電壓將下降,給出了短路事件良好指示。然而,電流的上升可能源自從大(且合法的)負(fù)載被連接到l1。然而,如果分布整體上的負(fù)載也大而發(fā)電容量尚未被管理來(lái)響應(yīng)該負(fù)載,則線路10上的電壓可能從其標(biāo)稱電壓下降。在這些環(huán)境下,在隔離地動(dòng)作的控制器可能得出存在短路情形的結(jié)論,并動(dòng)作來(lái)操作斷路器14即使線路12/l1并未短路。然而,如果控制器20可以從其它控制器接收信息,并知曉配電分布網(wǎng)絡(luò)的其它部分中主流的大電流和低電壓,則其將更好地能夠來(lái)正確地決定不操作斷路器14。就避免不必要地中斷的對(duì)消費(fèi)者的供應(yīng)以及避免促使網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入潛在地不可用或者風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)(其中可能出現(xiàn)級(jí)聯(lián)斷開(kāi)連接)兩者而言,這是有利的。
不同的制造商可能在單個(gè)設(shè)施(或者區(qū)域、工廠或者配電站)內(nèi)安裝若干斷路器。各制造商可能已經(jīng)指明了要供應(yīng)給其各自的斷路器或中繼器內(nèi)的感測(cè)觸點(diǎn)的相應(yīng)的電壓。實(shí)際上,該電壓可以通過(guò)不同的(另外的)部件(諸如,與相應(yīng)的中繼器或斷路器緊密關(guān)聯(lián)地設(shè)置的部件)提供,使得到控制器20的連接僅通過(guò)單個(gè)線路,并且控制器對(duì)提供到其的感測(cè)電壓沒(méi)有影響。不同的設(shè)備制造商使用不同的感測(cè)電壓已經(jīng)阻礙了用戶采用來(lái)自不同供應(yīng)商的設(shè)備,從而允許設(shè)備供應(yīng)商鎖定客戶。為了允許競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)之間的共同操作性,控制器可能需要應(yīng)對(duì)寬范圍的感測(cè)電壓。另外,在面對(duì)給已存在的設(shè)施供應(yīng)設(shè)備的機(jī)會(huì)時(shí),制造商可能被迫安裝在場(chǎng)所感測(cè)電壓操作的設(shè)備。這可能需要制造商改變其設(shè)備內(nèi)的衰減水平,以及需要在電路板上提供可調(diào)節(jié)的或可控的衰減器。這對(duì)于制造商增加了成本,并且增加了板可能被不正確地安裝的風(fēng)險(xiǎn)。所有這些成本最終被用戶負(fù)擔(dān)。
圖2示意性地示出了設(shè)置在圖1中所示的控制器20的實(shí)施例內(nèi)的并構(gòu)成本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的部件。控制器20可以包括若干子系統(tǒng)。在圖2所示的布置中,控制器包括與存儲(chǔ)器34關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)處理器32使得處理器32可以執(zhí)行不同的中繼控制器算法。數(shù)據(jù)處理器通過(guò)二進(jìn)制輸入模塊36響應(yīng)于輸入信號(hào),并可以通過(guò)二進(jìn)制輸出模塊38控制其負(fù)責(zé)的中繼器,二進(jìn)制輸出模塊38具有輸出out1到outn,用于驅(qū)動(dòng)中繼器線圈或斷路器線圈。數(shù)據(jù)處理器還可以與顯示器和/或其它用戶接口連接40以及機(jī)器到機(jī)器通信接口42相關(guān)聯(lián)??刂破?0還可以包括模擬接口44,以用于接收電流變壓器和/或電壓感測(cè)電路的輸出。
二進(jìn)制輸入模塊36執(zhí)行信號(hào)調(diào)節(jié)功能,其可以接收各種名義上二進(jìn)制(開(kāi)關(guān))信號(hào),所述信號(hào)可以在多個(gè)輸入電壓范圍中的任意一個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)。因此,某些感測(cè)觸點(diǎn)可以連接到相對(duì)低電壓電源,諸如10伏電源,并可以提供在零伏和10伏之間跨展的數(shù)字信號(hào)。然而其它感測(cè)觸點(diǎn)可以連接到電力線10上的線路電壓的整流版本,并因此輸入電壓可以在數(shù)百伏的范圍內(nèi),可以在大約300到320伏左右。這些電壓范圍僅被作為示例提供。
為了提供可廣泛地應(yīng)用在許多的不同中繼器和斷路器控制環(huán)境內(nèi)的多用途二進(jìn)制輸入模塊,二進(jìn)制輸入模塊36有利地包括可編程輸入電路,在圖3中以50指示,其包括可編程衰減器,例如以電阻器串和相關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)的形式,其使得輸入范圍能夠從潛在的大輸入范圍轉(zhuǎn)換到更加緊密控制的范圍。可編程電阻器串可以與保護(hù)電路(諸如鉗位二極管)相關(guān)聯(lián),以確保衰減器范圍的誤編程不損傷二進(jìn)制輸入模塊36內(nèi)的部件。電阻器串衰減器不是僅有可以提供的輸入電路,作為示例其它輸入電路可以簡(jiǎn)單地包括用于將輸入信號(hào)鉗位到規(guī)定的范圍的鉗位部件,或者輸入電路可以通過(guò)感測(cè)觸點(diǎn)的監(jiān)視電流流動(dòng)而不是電壓,并可以包括電流到電壓轉(zhuǎn)換器,例如通過(guò)測(cè)量跨電流路徑中的電阻器的電壓降,以將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換到預(yù)定的電壓域中,以供二進(jìn)制輸入模塊內(nèi)的其它電路的后續(xù)處理。輸入電路還可以包括可編程電平移位器和閾值發(fā)生器,以產(chǎn)生用于比較器的比較閾值,所述比較器用于將輸入信號(hào)清洗成更加可靠的數(shù)字化形式。作為另外的替代,可編程輸入電路可以包括一個(gè)或多個(gè)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器,其作用來(lái)將不同的輸入信號(hào)數(shù)字化以及提供數(shù)字字到二進(jìn)制輸入模塊36內(nèi)的另外的子系統(tǒng)。使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器允許收集更多的關(guān)于電路跳閘事件(circuittripevent)處或周圍的電流或電壓的演變的信息,其可以促進(jìn)配電系統(tǒng)操作者在稍后日期的診斷行為。在另外的可選情況下,衰減器可以固定以應(yīng)對(duì)制造商可能預(yù)期看到的跨所有設(shè)施的最大輸入電壓。然后衰減的信號(hào)可以經(jīng)受可變?cè)鲆婧?或可變閾值。
可編程輸入電路50響應(yīng)于范圍1到n中的多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn),其中為了圖示的簡(jiǎn)化在圖3中僅示出了一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)i1。
可編程輸入電路50的輸出可以被發(fā)送到二進(jìn)制輸入模塊36內(nèi)的不同的子系統(tǒng)。因此,第一輸出可以被提供到可編程濾波器和遲滯單元52,其可以被用于對(duì)從可編程輸入電路50接收的信號(hào)提供低通或延遲功能,以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)去回彈(de-bounce)功能。來(lái)自輸入電路的信號(hào)還可以被記錄在事件觀察器中,事件觀察器可以保持分配給事件觀察器54的存儲(chǔ)器的大小所確定的在時(shí)間周期內(nèi)輸入in1到inn上的信號(hào)的狀態(tài)的快照。輸入電路50的輸出還可以被提供到健康檢查模塊56,其功能是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)中以及在開(kāi)關(guān)事件期間兩者從觸點(diǎn)的電氣響應(yīng)推斷觸點(diǎn)的物理和電氣良好和/或監(jiān)視到感測(cè)觸點(diǎn)的電力供應(yīng)。因此,在一個(gè)實(shí)施例中,健康檢查模塊56可以監(jiān)視監(jiān)視觸點(diǎn)的阻抗。也可以檢查提供到監(jiān)視觸點(diǎn)的電壓,以使得布線故障不能夠被隱藏。另外,健康檢查電路還可以布置來(lái)監(jiān)視其它事情,諸如到輸入電路的供應(yīng)的完整性,電路所暴露到的電氣噪聲或者變電所電源的參數(shù),諸如干線(mains)線路電壓、頻率、諧波內(nèi)容等,否則這些任務(wù)可以由中繼控制器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)功能塊執(zhí)行。
輸入電路50、濾波器52、事件觀察器54以及健康檢查系統(tǒng)56具有在正常操作期間或者在電力供應(yīng)的擾動(dòng)情況下暴露于高電壓的可能(例如,作為對(duì)配電線的閃電電擊的結(jié)果)。因此,期望保護(hù)控制器20的部件免于暴露于這樣的高電壓,其可能損傷那些部件(諸如,數(shù)據(jù)處理器32)。
二進(jìn)制輸入模塊36能夠被配置為通過(guò)將二進(jìn)制輸入模塊的部件分離成在連接到至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)的第一域60內(nèi)的部件、在處于與控制器20內(nèi)的其它部件直接(電流)連接的第二域62內(nèi)的部件、以及在第一域60和第二域62之間的隔離域64,來(lái)解決在控制器20內(nèi)出現(xiàn)的過(guò)電壓損傷的問(wèn)題。
第一域60中的電路需要電力來(lái)進(jìn)行操作。這可以從被監(jiān)視的線路得到(例如,通過(guò)電流變壓器)。然而,優(yōu)選的方法是使用來(lái)自低電力(第二)域中的已知的電壓電源vsup的電力,其被跨電力隔離器(諸如磁變壓器)轉(zhuǎn)換來(lái)形成隔離的電力供應(yīng)vis,隔離的電力供應(yīng)vis被提供到輸入電路50、濾波器52、事件觀察器54和健康檢查部件56。在該實(shí)施例中,二進(jìn)制輸入模塊36還包括可控負(fù)載70,其可以可編程地或者通過(guò)使用物理開(kāi)關(guān)或跳線,響應(yīng)于從控制器20內(nèi)的其它部件傳送到其的信號(hào),和/或可以響應(yīng)于在其已經(jīng)被相關(guān)聯(lián)的輸入節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)處接收的電壓,而自主地動(dòng)作。在其它變型中、可控負(fù)載可以設(shè)置在二進(jìn)制輸入電路外部。
機(jī)械中繼器和斷路器表現(xiàn)出一對(duì)不期望的特性。這些中的一個(gè)是,金屬觸點(diǎn)在開(kāi)關(guān)期間以及在閉合中繼器時(shí)像彈簧那樣動(dòng)作,觸點(diǎn)初始接觸然后回彈分開(kāi)然后再次接觸并然后回彈分開(kāi),在最終正確地閉合之前如此這般。該快速的開(kāi)關(guān)事件系列可能看起來(lái)非常像外部噪聲,并且也可能是電氣噪聲源。因此,快速開(kāi)關(guān)信號(hào)可能是實(shí)際的,因?yàn)樗鼈兣c觸點(diǎn)回彈相關(guān),或者它們可能是偽的,因?yàn)樗鼈冊(cè)醋噪姎庠肼?。期望的是能夠清理由這些動(dòng)作兩者導(dǎo)致的輸入信號(hào)以及在它們之間進(jìn)行區(qū)分。
我們將首先考慮觸點(diǎn)回彈的情況,即實(shí)際信號(hào),但是其中開(kāi)關(guān)瞬態(tài)由于回彈觸點(diǎn)以及與到中繼器或斷路器內(nèi)的監(jiān)視觸點(diǎn)的多種連接相關(guān)聯(lián)的寄生電容和電感而是“臟的”。
圖4示意性地示出了在與中繼器的感測(cè)觸點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的二進(jìn)制輸入模塊的監(jiān)視節(jié)點(diǎn)處、響應(yīng)于在時(shí)間ts處出現(xiàn)的導(dǎo)致觸點(diǎn)閉合的開(kāi)關(guān)事件的電壓相對(duì)于時(shí)間的演變。最初,存在延遲,同時(shí)觸點(diǎn)從其打開(kāi)位置移動(dòng)向其閉合位置。在時(shí)間ta,觸點(diǎn)接觸并且電壓開(kāi)始上升。然而,短時(shí)間之后,觸點(diǎn)在時(shí)間tb再次回彈開(kāi),并且電壓開(kāi)始下落。然后,一些時(shí)間之后,在時(shí)間tc,觸點(diǎn)再次接觸并且電壓開(kāi)始上升。這次,回彈的幅度較小,并因此電壓向其終點(diǎn)上升得多得多,直至在時(shí)間td觸點(diǎn)分離并且電壓開(kāi)始下降,直至?xí)r間te,在時(shí)間te觸點(diǎn)走向最終時(shí)間并且電壓向其最終穩(wěn)定狀態(tài)值上升,該值是在時(shí)間tf附近獲得的。
組合邏輯系統(tǒng)將是足夠快的,足以受觸點(diǎn)的偽的達(dá)成(making)和斷路的影響,并因此期望在濾波和遲滯單元52中對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波,以清洗信號(hào)從而使得輸出信號(hào)僅從零值到斷言值(assertedvalue)轉(zhuǎn)換一次(或者適當(dāng)時(shí)反之)從而確認(rèn)中繼器的操作。單元52提供的可編程濾波(其可以例如通過(guò)有限脈沖響應(yīng)低通濾波器實(shí)現(xiàn))在確認(rèn)觸點(diǎn)斷路器或者中繼器已經(jīng)操作中引入某些延遲,并因此需要在某種程度上仔細(xì)選擇濾波器特性以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性和過(guò)度延遲之間的適當(dāng)折中。
在感測(cè)觸點(diǎn)16(圖1)打開(kāi)時(shí),可以允許可編程輸入電路50的相關(guān)聯(lián)的輸入節(jié)點(diǎn)浮置。因此其變?yōu)轫憫?yīng)于可能看起來(lái)象中繼器已經(jīng)閉合的偽信號(hào)。因此,期望在輸入路徑提供某些加載以將信號(hào)拉到地或者某些其它限定值。在有電噪聲的環(huán)境(如在干線電壓下或者在配電電壓下開(kāi)關(guān)數(shù)百安培時(shí)可能出現(xiàn)的)中,那么電噪聲可能是顯著的。在這樣的環(huán)境下,在二進(jìn)制輸入模塊輸入處的加載是非常低的阻抗將是合乎期望的,以對(duì)干擾的影響魯棒。然而,該方法的消極面是沉降相當(dāng)大量的電流產(chǎn)生熱量,特別是在二進(jìn)制輸入模塊是在小的空間實(shí)現(xiàn)時(shí)(諸如集成電路的或電路板上的模塊)。因此,期望使用可調(diào)節(jié)的或智能的負(fù)載70,其可以被控制來(lái)改變其響應(yīng)于輸入節(jié)點(diǎn)處電壓沉降的電流的量。
圖5a示出了輸入節(jié)點(diǎn)in1處的電壓v及其相對(duì)于時(shí)間的演變。在時(shí)間t1,電壓開(kāi)始上升。然而,在該時(shí)間點(diǎn),不清楚是否該上升是實(shí)際開(kāi)關(guān)事件的結(jié)果還是偽信號(hào)的結(jié)果。但二進(jìn)制輸入模塊可以確定這些情形中的哪一個(gè)在作為控制可調(diào)節(jié)負(fù)載70沉降的電流的結(jié)果出現(xiàn)。如前所述的,不期望總是傳遞大量的電流,并因此如圖5b中所示,可調(diào)節(jié)負(fù)載在很大程度上傳遞很少或者有可能不傳遞電流。然而,可調(diào)節(jié)負(fù)載響應(yīng)于可編程輸入電路來(lái)監(jiān)視輸入節(jié)點(diǎn)處電壓的變化速率。在周期t1和t2之間電壓以相對(duì)陡峭的速率上升,該持續(xù)的變化速率足以來(lái)指示輸入電路內(nèi)的處理電路(在可調(diào)節(jié)負(fù)載70內(nèi))或者指示數(shù)據(jù)處理器:可能出現(xiàn)開(kāi)關(guān)事件,并且系統(tǒng)需要能夠確定開(kāi)關(guān)事件是否是在實(shí)際發(fā)生或者該信號(hào)是否是偽的。為了進(jìn)行此,可調(diào)節(jié)負(fù)載開(kāi)始增加從時(shí)間t2起沉降的電流(自主地或者在數(shù)據(jù)處理器或者適當(dāng)?shù)目刂齐娐返闹噶钕?,在時(shí)間t2該電流從極小值上升到負(fù)載值。如果中繼器在切換狀態(tài),并因此電壓中的變化是實(shí)際的,那么通過(guò)監(jiān)視中繼器觸點(diǎn)的電流路徑不管觸點(diǎn)回彈與否都將足以提供超過(guò)從可調(diào)節(jié)負(fù)載70抽取的最大電流iload的電流,并因此電壓將繼續(xù)上升,如圖5中的虛線80的路徑所指示的。然而,如果在圖5a中觀察到的電壓變化由電致噪聲導(dǎo)致,則一旦可調(diào)節(jié)負(fù)載開(kāi)始抽取電流,電壓將垮塌向零,如圖5a中的點(diǎn)劃線(chain-dotline)82所指示的。因此,負(fù)載的操作可以用于確定切換事件是實(shí)際的還是偽的而不必連續(xù)地且不必要地抽取電流。在檢測(cè)到潛在可能的切換事件之后的短時(shí)間,負(fù)載電流可以返回到其標(biāo)稱低值。
中繼器和觸點(diǎn)的另一特征是其需要具有潤(rùn)濕電流(wettingcurrent)。在不存在潤(rùn)濕電流的情況下,電極趨于氧化,并因此在中繼器被操作時(shí),氧化物會(huì)防止形成電路。如果提供了潤(rùn)濕電流,則這可以防止出現(xiàn)氧化,此外開(kāi)關(guān)放電可以突破已經(jīng)出現(xiàn)的任何氧化。然而,連續(xù)地提供潤(rùn)濕電流是浪費(fèi)能量的并且不是必要的。有利的是,能夠周期性地提供潤(rùn)濕電流以確保中繼器的正確操作而不必沒(méi)必要地持續(xù)地沉降/提供電流。因此,再一次地,可以使可調(diào)節(jié)負(fù)載70傳遞電流,負(fù)載70自主地或者響應(yīng)于已經(jīng)被從數(shù)據(jù)處理器跨通信總線36傳遞到其的潤(rùn)濕電流控制信號(hào)來(lái)動(dòng)作,所述通信總線36鏈接控制器20內(nèi)的多種部件。
圖6示意性地示出了接口76,其包括輸入處理子系統(tǒng)78和可調(diào)節(jié)負(fù)載70??烧{(diào)節(jié)負(fù)載包括電流配置部80和電流源/電流沉82。
該示例中的輸入處理子系統(tǒng)78包括信號(hào)調(diào)節(jié)部,其可以給輸入信號(hào)提供可編程增益/衰減以使它們成為調(diào)和的電壓范圍。信號(hào)調(diào)節(jié)部可以是參考圖3說(shuō)明的可編程輸入電路50。在該示例中,來(lái)自一個(gè)或多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)inx的調(diào)節(jié)的信號(hào)然后被模數(shù)轉(zhuǎn)換器82數(shù)字化。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以是任何適當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)技術(shù)的,連續(xù)逼近或者sigma-delta轉(zhuǎn)換器是很可能的選擇。表示輸入信號(hào)的數(shù)字輸出被提供到可編程閾值和遲滯單元52a,然后提供到可編程毛刺濾波器(glitchfilter)52b,其兩者可以設(shè)置在圖3的塊52中,以產(chǎn)生指示通過(guò)感測(cè)觸點(diǎn)16提供的監(jiān)視信號(hào)的狀態(tài)的清洗的信號(hào)。
圖7更細(xì)節(jié)地示出了電流配置系統(tǒng)80。電流配置系統(tǒng)80可以包括數(shù)個(gè)子系統(tǒng)。這樣的子系統(tǒng)的示例包括電流源91,其中電流根據(jù)輸入電壓而改變。一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)將是使電流與成電壓比例,從而模擬流過(guò)電阻器的電流。作為另一替代,可以使用電容器以使得電流與電壓的充電速率成比例。這在輸入被開(kāi)關(guān)時(shí)給出潤(rùn)濕電流。這兩者方法可以單獨(dú)使用或者組合使用。然而,也可以實(shí)現(xiàn)其它函數(shù)功能。函數(shù)可以是連續(xù)的,或者它們可以是不連續(xù)的(階梯的)。
第二模塊或子系統(tǒng)92可以提供可控的幅度和持續(xù)時(shí)間的分段式線性電流。第二子系統(tǒng)92可以如所示地響應(yīng)于輸入電壓的變化,和/或可以響應(yīng)于外部觸發(fā)。
第三子系統(tǒng)93可以供應(yīng)固定電流。然而,該電流可以被響應(yīng)于和/或輸入電壓和/或外部觸發(fā)而接通或關(guān)斷。替代地,“固定”電流的值可以是這樣的值:如果輸入電壓位于第一電壓范圍內(nèi),其具有第一值;而如果輸入電壓位于第二電壓范圍(與第一電壓范圍不重疊)內(nèi),其具有第二值,但是可以對(duì)電壓之間的轉(zhuǎn)換施以遲滯。
還可以提供阻抗監(jiān)視裝置94(其例如被設(shè)置作為健康檢查系統(tǒng)的一部分),其能夠指揮(command)電流中的變化以便能夠確定感測(cè)觸點(diǎn)的接觸阻抗。
通過(guò)求和裝置95對(duì)各種電流需求求和,電流需求信號(hào)用于導(dǎo)致電流源82使電流在輸入節(jié)點(diǎn)處流動(dòng),并因此通過(guò)感測(cè)觸點(diǎn)。
可調(diào)節(jié)負(fù)載70所抽取的電流可以由各種電路控制/設(shè)置,所述電路包括可以被切換到電流路徑中以及從電流路徑切換出的電阻器堆。然而,一種利用更多的分辨率和控制的方法是利用與電壓到電流轉(zhuǎn)換器一起操作的電流鏡電路來(lái)控制電流,諸如如圖8中所示的。如此,數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器96可以接收指示應(yīng)當(dāng)由可編程并因此可調(diào)節(jié)的電流負(fù)載抽取的電流量的數(shù)字字??梢蕴峁?shù)字字來(lái)設(shè)置潤(rùn)濕電流,或者如之前說(shuō)明的,其可以用于確定輸入信號(hào)是實(shí)際的還是偽的。如果通過(guò)在可編程輸入電路50內(nèi)操作的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)監(jiān)視電壓的變化速率,那么adc的輸出可以被處理來(lái)提供信號(hào)到可調(diào)節(jié)負(fù)載內(nèi)的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器96。然而,也可以通過(guò)例如電容器和電阻器高通濾波器組合的方式來(lái)監(jiān)視電壓的演變,所述電容器和電阻器高通濾波器組合可以被直接連接到電流鏡內(nèi)的主晶體管110的漏極或者其可以觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)部件112來(lái)提供固定持續(xù)時(shí)間脈沖到晶體管110的漏極。如此,負(fù)載70可以被由數(shù)字域內(nèi)的控制信號(hào)和從模擬域內(nèi)傳出的控制信號(hào)兩者觸發(fā)。來(lái)自單穩(wěn)態(tài)部件112或模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器90的電壓(可選地,通過(guò)緩沖器114)可以被經(jīng)由系列電阻器116和/或118轉(zhuǎn)換成電流。該電流然后流過(guò)二極管連接的晶體管110,晶體管110的柵極連接到從晶體管120以形成電流鏡,如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的,來(lái)經(jīng)由節(jié)點(diǎn)72抽取電流。
如前所述的,可編程濾波器52、事件觀察器54、健康檢查部件56和可編程負(fù)載70中的每一個(gè)可能需要與控制器20內(nèi)的其它部件傳遞其信息。然而,在裝置故障的情況下,輸入電路、濾波器52、事件觀察器54和健康檢查系統(tǒng)56以及負(fù)載70可能變得暴露于高電壓,該高電壓可能會(huì)損傷控制系統(tǒng)的其余部分。因此,來(lái)自這些系統(tǒng)的數(shù)字信息通過(guò)通信接口(諸如,圖3和4中所示的雙線通信接口130)以及在該通信接口和輸入電路50、濾波器52、事件觀察器54和健康檢查56之間提供電流隔離的數(shù)據(jù)隔離器132的方式與控制器的其余部分進(jìn)行交互。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以簡(jiǎn)單地通過(guò)dc阻斷電容器傳送。然而,還存在其它隔離裝置,諸如光隔離器以及磁耦合器,并且其可以提供更加魯棒的隔離,特別是就共模抑制(commonmoderejection)而言。優(yōu)選地,與隔離阻擋關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器可以用于握手模式中而不是開(kāi)環(huán)模式中。將參考圖9討論這樣的布置。出于本討論的目的,將假設(shè)可編程濾波器52已經(jīng)被通過(guò)在通信接口130和隔離器132上發(fā)送的指令選擇以傳送選定的輸入節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以以標(biāo)識(shí)符為前端,所述標(biāo)識(shí)符指示節(jié)點(diǎn)的數(shù)目,并且然后可以包含表示節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)比特。
隔離器可以與適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路關(guān)聯(lián)地設(shè)置,所述數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路接收進(jìn)入的數(shù)據(jù)(例如作為字)并將其以適于跨隔離阻擋傳輸?shù)男问礁袷交3鲇诤?jiǎn)化,我們可以設(shè)想在步驟150,字被放置在字緩沖器中。由此,設(shè)想通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送器執(zhí)行并行到串行轉(zhuǎn)換,以使得數(shù)據(jù)的各比特在步驟160從字緩沖器被順序地接收,在步驟170被編碼(例如通過(guò)以不同方式編碼比特的上升沿和下降沿的脈沖或者以第一頻率的頻調(diào)(tone)表示“1”而以第二頻率的頻調(diào)或者全然沒(méi)有頻調(diào)來(lái)表示“0”),以及跨隔離阻擋傳遞數(shù)據(jù)。與隔離器132相關(guān)聯(lián)的接收器電路(例如,設(shè)置作為隔離器132的一部分)在步驟190對(duì)接收的數(shù)據(jù)解碼以再生所發(fā)送的比特。接收的數(shù)據(jù)(逐比特地或逐字地)可以在步驟200被重新編碼并跨隔離阻擋發(fā)送回到數(shù)據(jù)發(fā)送器。然后數(shù)據(jù)發(fā)送器可以將其在步驟接收的字與在步驟210和215從接收器返回到其的字進(jìn)行比較。原始發(fā)送的字和已經(jīng)被跨隔離阻擋接收的字的比較可以通過(guò)如下進(jìn)行,將接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相應(yīng)尺寸的寄存器中,并可以執(zhí)行逐比特異或(xor)以檢查是否全部比特是一致的。
如果存在不一致,則在步驟220,該數(shù)據(jù)可以標(biāo)記作為有錯(cuò)誤。這可以使數(shù)據(jù)處理器32去實(shí)現(xiàn)某些恢復(fù)過(guò)程,例如指示數(shù)據(jù)再次發(fā)送和/或修改其使用來(lái)控制斷路器的過(guò)程。此外,數(shù)據(jù)發(fā)送器還可以被布置來(lái)確認(rèn)接收器提供的數(shù)據(jù)真的是正確的,以及其可以在步驟230發(fā)送“數(shù)據(jù)有效”信號(hào)給接收器以告知接收器其已經(jīng)接收的數(shù)據(jù)是有效的,然后在步驟240可以經(jīng)通信接口130輸出給其它裝置。將理解,也可以提供其它數(shù)據(jù)通道來(lái)加速數(shù)據(jù)吞吐和/或跨隔離器提供雙向通信。
可以使用整合有隔離器的數(shù)據(jù)鏈路來(lái)在沒(méi)有有用數(shù)據(jù)被發(fā)送時(shí)傳送空的數(shù)據(jù)分組(datapackets)或者鏈路檢查數(shù)據(jù)以便監(jiān)視鏈路以避免其任何故障不被檢測(cè)。
期望的是,使監(jiān)視系統(tǒng)更加魯棒并增強(qiáng)其檢測(cè)其所監(jiān)視的供給網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的故障的能力。例如,可以在中繼器內(nèi)提供多個(gè)感測(cè)觸點(diǎn),和/或可以將單個(gè)感測(cè)觸點(diǎn)經(jīng)由適當(dāng)?shù)淖杩惯B接到多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn),以使得通過(guò)二進(jìn)制輸入模塊提供冗余性和另外的信號(hào)處理魯棒性。在多個(gè)輸入與同一電樞相關(guān)時(shí),則可以應(yīng)用多數(shù)表決(majorityvoting)來(lái)將數(shù)個(gè)輸入組合到單個(gè)輸出中。多個(gè)輸入可以來(lái)自單個(gè)觸點(diǎn)或來(lái)自多個(gè)電樞觸點(diǎn)。盡管在圖3中未示出,但二進(jìn)制輸入模塊也可以包括一個(gè)或多個(gè)多數(shù)表決或其它組合邏輯電路,其可編程以允許對(duì)簡(jiǎn)單信號(hào)組合進(jìn)行測(cè)試和動(dòng)作。然而,該方法的缺點(diǎn)是使用另外的輸入需要另外的通道和另外的引腳。此外,如果另外的輸入提供了系統(tǒng)中的同一點(diǎn)的冗余測(cè)量,那么被報(bào)告的故障的原因可能被隱藏。
考慮監(jiān)視通常閉合的觸點(diǎn)的狀態(tài)的單個(gè)通道上的單個(gè)阻抗監(jiān)視裝置的操作。阻抗監(jiān)視器可以查看存在于從阻抗監(jiān)視裝置通過(guò)布線到觸點(diǎn)并然后從該觸點(diǎn)通過(guò)更多布線到電壓源(諸如提供感測(cè)電壓的電池)的路徑中的阻抗。如果阻抗不期望地走高,指示故障,故障的位置未知??赡懿荒苷f(shuō)出電壓源處的故障、觸點(diǎn)上構(gòu)建的氧化物或者連接線纜或線纜端子的問(wèn)題之間的差異。
然而,通過(guò)聚集來(lái)自系統(tǒng)中的不同點(diǎn)的數(shù)據(jù),可以解析故障的性質(zhì),或者至少降低可能原因的數(shù)目。因此,一對(duì)輸入可以被配置為一個(gè)連接到感測(cè)觸點(diǎn)一個(gè)連接到電壓源,以確定問(wèn)題是否由電源故障導(dǎo)致還是具體于感測(cè)觸點(diǎn)。
替代地,在某些電路部件被共享(諸如電壓源)的情況下,可以利用共享故障的存在還是不存在來(lái)推斷故障出現(xiàn)的位置。
另外,提供復(fù)制輸入信號(hào)路徑上的部分或全部的感測(cè)路徑可以提供對(duì)所復(fù)制的路徑的故障的冗余性,但是僅需要一個(gè)引腳。這可以提供針對(duì)輸入模塊內(nèi)的衰減器的故障的保護(hù)。
輸入信號(hào)調(diào)節(jié)電路可以為通過(guò)該調(diào)節(jié)電路的信號(hào)路徑的至少一部分提供多個(gè)不同路徑。例如,結(jié)合多數(shù)表決在不同的衰減水平和/或不同的濾波技術(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)路徑給出了冗余性(例如,如果某些濾波器失敗未拒絕信號(hào),其它的可以正確地拒絕它),以及例如通過(guò)改變通過(guò)表決所需的多數(shù)給出了增強(qiáng)適應(yīng)性的選擇。
事件監(jiān)視器可以(根據(jù)分配給它的存儲(chǔ)器的大小)重復(fù)地記錄各種電壓、電流和中繼位置和性能測(cè)量或以滾動(dòng)基礎(chǔ)(rollingbasis)記錄,以使得如果重要的事件出現(xiàn),可以使得該數(shù)據(jù)可用于故障模式分析。
可控增益、濾波和電流級(jí)的提供促進(jìn)了輸入模塊到集成電路中的集成,以替換在著寫(xiě)本公開(kāi)時(shí)常見(jiàn)的多個(gè)單獨(dú)的印刷電路板。
二進(jìn)制輸入模塊和/或與其通信的處理器32可以調(diào)節(jié)濾波器響應(yīng)。二進(jìn)制輸入模塊36可以被布置為使得濾波器響應(yīng)根據(jù)如由觸點(diǎn)健康檢查(阻抗監(jiān)視裝置)所確定的觸點(diǎn)的阻抗改變,例如,較高阻抗可能暗示更易受噪聲影響。如此,在需要時(shí)可以使濾波器響應(yīng)動(dòng)態(tài)地適應(yīng)以提供較高的適應(yīng)性,以及在不需要改善適應(yīng)性時(shí)提供較快的響應(yīng)時(shí)間。
另一方法是提供具有不同特性的多個(gè)濾波器作用在同一輸入信號(hào)上,以及在適當(dāng)時(shí)對(duì)它們的輸出進(jìn)行加權(quán)或掩蔽。如此,輸出可以被響應(yīng)于輸出阻抗的測(cè)量結(jié)果而掩蔽??梢愿鶕?jù)系統(tǒng)中噪聲或干擾的估算調(diào)節(jié)濾波器操作的數(shù)目。因此,在emc事件(諸如,閃電電擊)的情況下,可以基于電壓輸入的充電速率以及過(guò)電壓條件對(duì)全部濾波器進(jìn)行掩蔽。如果濾波器被處理器32判斷為是故障的,則還可以將濾波器掩蔽或者可以分配有較低權(quán)重。
因此,可以提供一種具有必要功能性的集成電路,以用于廣泛種類的二進(jìn)制輸入系統(tǒng)(諸如,在中繼器和斷路器控制環(huán)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的那些)中。
二進(jìn)制輸入的某些通道可以被布置用于代替監(jiān)視感測(cè)觸點(diǎn)而直接監(jiān)視中繼器/電路斷路器觸點(diǎn),或者直接監(jiān)視中繼器/電路斷路器觸點(diǎn)以及監(jiān)視感測(cè)觸點(diǎn),例如通過(guò)在電流模式下操作來(lái)監(jiān)視觸點(diǎn)阻抗。
這里呈現(xiàn)的權(quán)利要求是以適于在美國(guó)專利和商標(biāo)局提交的單從屬格式的。然而,應(yīng)當(dāng)理解,除了在技術(shù)上明確不可行時(shí),各權(quán)利要求可以是從屬于任意在先權(quán)利要求的多項(xiàng)從屬的。因此,對(duì)于評(píng)估所要求保護(hù)的主題組合的目的,應(yīng)當(dāng)認(rèn)為各權(quán)利要求是多項(xiàng)地從屬于全部在先權(quán)利要求的。