CN1136703A - 与远站及便携式本地装置接口的具有电流保护的电气开关 - Google Patents

Abstract

一种具有过电流保护(3)的电气开关，作为一个从属装置，通过仅响应定址到它的信息来对远程主站(39)发送返回信息，以与远程主站(39)通信。一个便携式装置(55)***电气开关(1)，并且禁止了电气开关(1)与远程主站(39)之间的通信。便携式装置(55)然后通过按顺序波特率对电气开关发送一条请求唯一地址的全程信息，建立与电气开关(1)之间的通信，直到接收到一条包含电气开关的地址的返回信息为止。

Description

与远站及便携式本地装置接口的具有电流保护的电气开关

本发明涉及具有电流保护的电气开关，比如断路器、电动机起动器、电动机控制器，转换开关以及诸如此类的开关，它们具有与一个网络中的远站，并且两者择一地与一个本地便携式装置通信的通信连接。

具有过电流保护的电气开关，比如断路器、电动机起动器、电动机控制器以及转换开关的技术状况是利用微计算机来执行不同的保护功能。这些装置中的微计算机还为它们提供监视被保护电路中不同参数，比如电流、功率、能量、电压，以及在某些情况下为谐波畸变及其它参数的能力。典型地，这样装置结合了手动操作的开关，用于选择不同功能及参数定值。在某些情况下，单个装置最初通过专用导线，并且新近通过网络，已与一个远程装置连接，以用于远程监视断路器，以及在某些情况下，用于远程操作断路器。

在一个典型配置中，远站作为主站操作，以及单个电气开关作为从属装置操作。在这样配置中，主站通过网络发送唯一定址到单个装置的信息，以与单个装置通信。单个装置仅应答专门定址到它们的信息。在某些情况下，主站可能对所有站发送一条全程信息，这条信息不要求应答，比如定时信号或计算功率的命令。

电气开关上用于设定不同参数的开关要求装置中的空间，以作为一个显示器，用于显示种种参数及计算值。基于微计算机的电气开关要求装置中的较小空间，为了在它们中设定及监视种种参数及计算值，需要改进型的配置。同时需要保持装置的保护功能的整体性及安全性。

本发明满足这些要求及其它要求，它建议把电气开关与过电流保护、远站，以及电气开关与远站装置之间用于在电气开关与远站装置之间交换信息的通信装置结合起来。远站装置起主导装置作用，以及电气开关起从属装置作用，以便电气开关将仅响应唯一定址到它的信息来发送信息。

一个便携式装置***该电气开关，并且这个便携式装置具有用来使该便携式装置能与电气开关通信的连接装置。这种连接装置同时禁止了电气开关与远站装置之间的通信。便携式装置通过发送请求电气开关的地址的全程信息，建立了与电气开关之间的通信。电气开关发送一条包含其地址的返回信息，这条返回信息然后由便携式装置用来作进一步通信。

通信装置包括电气开关与远站装置之间的网络，以及电气开关中与网络连接的通信组件。便携式装置的连接装置***这个通信组件。该通信组件有一个从属方式，在这种方式下它接收定址到它的信息，以及不包含任何地址的全程信息，但是它将仅响应定址到该电气开关的信息来发送一条返回信息。该通信组件还有一个主导方式，在这种方式下它能触发信息。当从便携式装置接收到全程信息，请求电气开关的地址时，通信组件转换为主导方式，以便发送包含唯一地址的返回信息。它然后转换回为从属方式，以与便携式装置进一步通信。作为本发明的另一方面，或者便携式装置或者远站能通过使用网络协议，对开关发送一个数字试验电流，以运行电气开关的试验。

在连同附图一起阅读了以下优选实施例的叙述时，能获得本发明的全面了解。

图1是按照本发明的组合示意电路图。

图2是构成图1所示组合部分的便携式装置的平面图。

图3是图2便携式装置用来建立与构成图1组合部分的电气开关之间的通信的子程序的流程图。

图4是构成图1组合部分的电气开关所使用的子程序的流程图。

图5是电气开关用来建立与便携式装置之间的通信的子程序的流程图。

图6是或者由便携式装置或者由主站触发电气开关试验所使用的子程序的流程图。

图7是电气开关的主循环的流程图。

图8是图7主循环运行的试验子程序的流程图。

本发明将叙述为以断路器形式应用于电气开关；然而，将为本领域技术人员所理解，它亦应用于其它结合了过电流保护，并且通过通信网络与远站通信的电气开关。

参考图1，断路器1包括一个电子跳闸装置3，它通过一个电流互感器(CT)7监视被保护电气***5中的电流。为了说明清晰，绘出了单相电气***5；然而，本发明还应用于由多相电气***5所使用的电气开关，并且典型为三相电气***。

电流互感器7产生一个与电气***5的导线9中的电流成正比的交流电流信号。这个交流电流信号是由整流桥11整流的全波。结果产生的直流电流信号馈给用于断路器的电源13。与导线9中电流成正比的模拟直流电流由电阻器15转换成一个电压，并且通过输入电阻器17施加到集成电路(IC)19。这个集成电路19包括一个模拟—数字(A/D)转换器21，一个微计算机23，以及一个通信组件25。这个集成电路19在美国专利No.5,270,898中详细叙述，这里引入以供参考。

集成电路(IC)19的微计算机23运行各种程序，这些程序实现所选择的断路器典型保护功能，例如任意一个或多个瞬时保护，长延迟保护以及短延迟保护。如果导线9中的电流超过所选保护功能的任意电流/时间特征，就在引线27上产生一个跳闸信号。这个跳闸信号通过电阻器29施加到场效应晶体管31的栅极。该跳闸信号接通场效应晶体管31，以便使跳闸电磁线圈33由电源13带电。当已带电时，电磁线圈33起动跳闸机构35，以断开导线9中阻断电流中的可分触点37。

断路器1通过网络41与远程主站39连接。在电气***5中对其它导线，比如导线43，提供保护功能的另外断路器1’也能通过网络41与远程主站39连接。网络41由把远程主站39与若干个从属装置，比如断路器1相互连接的绞合导线对的长段组成。断路器1包括一台无线电收发机45，它把断路器内部的通信组件25与网络41的引线47及49隔离。引线51及53分别在无线电收发机45与通信组件25的发射(Tx)和接收(Rx)端口之间延伸。

在远站起主站作用以及若干个断路器1起从属装置作用下，断路器1通过网络41与远站39通信。在这种配置中，各个断路器1具有一个唯一地址。主站通过发送包含对其发送信息的断路器的唯一地址的信息，与单个断路器1通信。作为从属装置的断路器1将仅响应定址到它的信息，对网络41发射信息。因此，单个断路器1只能与主站39通信，而主站能与各个断路器通信。由断路器1发送的信息全都包含断路器的唯一标志，以便主站在从属方式下知道各条信息的来源。

主站39还能对网络发射一条播散或全程信息，这条信息不标志任何特定断路器1的地址。断路器1及1’全都接收到这些全程信息，并且能在内部对它们作出响应，但是它们不能响应一条全程信息以对网络41发射信息。

主站39能从单个断路器请求信息，比如状态(跳闸/未跳闸)、相电流，以及如果由断路器1监视的其它参数，比如功率、能量，以及谐波畸变。例如，主站39还能读到单个断路器的额定值及各种跳闸参数。在某些设备中，它还可以设定各种跳闸参数。这里包括选择保护功能，比如瞬时、短延迟，及长延迟，以及设定恢复值及时间间隔。如果希望，主站能发送一条断开一个特定断路器的信息，以及如果断路器装设有重合闸时，重新合闸断路器。远程主站具有一个显示器40，操作员能在上面观察并调整各种参数。

主站39例如可以是一台远离断路器1安排的计算机，或者是一台与断路器一起安装在控制板中的基于微计算机的控制器。在任一情况下，主站通过网络41与各个断路器1通信。

按照本发明，一个手提便携式装置55比如可以通过具有与断路器1中连接器61配合的***式连接器59的电缆57，暂时与任意断路器1单个连接。

手提便携式装置55包含一个与断路器中集成电路19类似的集成电路63。这个集成电路63还包含一个微计算机65、一个模拟/数字转换器67，以及一个通信组件69。一对引线71及73通过连接器59及61，把手提便携式装置55中通信组件69的Tx及Rx端口分别与断路器1的通信组件25中的Rx及Tx端口连接。这样允许便携式装置55与断路器1使用网络协议相互直接通信。由于便携式装置55中的通信组件69的端口Tx或者为零或者为5伏，所以它控制施加到组件25的Rx输入端的信号，并且引线53与无线电收发机45之间的电阻器75阻止了断路器接收由远程主站39通过网络41发送的信息。电阻器77连接在组件25的Tx输出端与无线电收发机45之间。至组件69的Rx输入端的引线73把组件25输出的Tx信号箝位到无线电收发机45的输入阀值之下的一个电平。因此，当便携式装置55***断路器时，断路器1的通信组件25至网络41的通信自动禁止。把便携式装置55从断路器中拆接，与远站39之间的通信自动重新有效。

便携式装置55能发送到断路器1的信息之一包含数字试验电流值。这个数字试验电流值与电流互感器7所感受的电流的数字转换一样，由集成电路19处理。如果这个试验电流大于断路器1的保护功能之一的恢复值，它就将在适当时间间隔之后在引线27上产生一个跳闸信号。这个跳闸信号通过断路器中的引线83送回到便携式装置55，引线83则是通过连接器61及59与电缆57中专用引线85连接。便携式装置55中的微计算机65能计时发出试验电流信号与收到跳闸信号之间的时间间隔，以检验跳闸功能。此外，断路器1的微计算机23计时从试验开始到跳闸信号产生之间的时间间隔。这是跳闸时间更精确的测量。便携式装置55能通过通信连接检索这个时间。便携式装置能对断路器重复地发送状态请求信息，断路器发回跳闸/未跳闸响应。当接收到跳闸响应时，便携式装置能请求跳闸时间，这个跳闸时间由断路器以一条返回信息发送。更可取地，替代保存它自己的试验时间，便携式装置55能重复地询问断路器的微计算机23其试验运行定时。以类似方式，远程主站39能远距离运行试验，除非没有专用线路来发射产生的跳闸信号。

如所述那样，断路器通常由从被保护电气***5中汲取电能的电源13供电。因此，当触点37断开时，断路器断电。因此，便携式装置55还有一个电池组87，它通过电缆57中的引线89及断路器中的引线91对电压调节器93供电，电压调节器93给集成电路19提供5伏的电源。此外，便携式装置55有一个充电装置95，它可以***一个工业用电源插座(没有示出)，以通过引线97及99对跳闸电磁线圈33提供40伏的直流电源。因此，即使没有从被保护电气***5中获得电源，断路器1完全能由便携式装置55带电。这样允许便携式装置引导一个跳闸试验，该试验同样通过对电磁线圈33提供40伏电源来试验跳闸机构35，或者试验一个非跳闸试验，其中不对跳闸电磁线圈33提供40伏电源，仅在引线27上产生跳闸信号。此外，不论是或者从被保护电路5或者从转换器95对跳闸线圈33提供电源时，能通过使计算机中央处理装置23仅在内部产生跳闸信号，并且不把它施加到引线27，来防止跳闸机构起动。这个内部跳闸信号能响应通过引线73发送的信息，报告给便携式装置55。在电缆57中由引线101提供一个公用接地线。

图2是便携式装置55的平面图。它是一个典型手提式计算器的尺寸，大约三英寸长五英寸宽一英寸高。一个2行、16字符的显示器103显示可用功能的菜单。这个菜单可以用膜片状开关105、107及109滚动。通过按压“选择”膜片状开关111，实现所选择的功能。可用功能与通过远站的可用功能相同。也就是说，所选择的参数的值，比如电流、功率、能量及谐波畸变，能从断路器中读出，能执行试验，以及能选择保护功能，并且能设定保护参数。在设定试验电流及保护变数情况下，能利用“增加”及“减小”开关113及115来改变值。一旦在显示器103上设定了一个值，就能利用“存储”开关117存储它。该便携式装置由开关119接通及断开。本发明的一个特点是断路器1无需具有用于设定各种参数，以及用于运行种种试验的典型开关，因为这些功能能由便携式装置55或远程主站39来执行。此外，便携式装置55上的显示器103及远程主站39上的显示器40使得无需在断路器上有显示器。从断路器中除去开关及显示器减小了它们的成本及尺寸，并且能为另外功能尺寸提供空间。

图3说明了便携式装置55中由计算机中央处理装置55用于建立及保持与一个断路器1通信所运行的子程序121。如上指出那样，当便携式装置55***断路器1时，断路器1与远程主站39之间的通信被禁止。在建立与断路器1之间通信时，便携式装置55必需首先确定断路器1设定了什么样的波特率用于数据传输。它然后必需找出与之连接的断路器的唯一地址。

考虑到这一点，子程序121首先在123选择一个波特率。它然后如125所指出那样，准备并发送一条“播散”信息，请求断路器给自身做出标志。这条信息以在123所选择的波特率送到断路器。如果由便携式装置选择的波特率与断路器中设定的波特率匹配，便携式装置就将如127所指出那样，从断路器接收一条标志其地址的信息。如果便携式装置在合理时间内，比如100ms，没接收到这样一条信息，就在129选择另一个波特率，并且在125用该新波特率重新发射播散信息。这样持续到便携式装置接收到标志断路器的地址的信息为止。这个地址及波特率然后在131存储以备将来使用。在所有随后发生的通信中，便携式装置55用作主导装置，它在133发送定址到断路器的信息，断路器然后以从属方式操作，以发送应答信息。

图4说明由断路器所使用的用于在起动时配置其通信的子程序135的流程图。在137断路器从永久电可擦可编程序只读存储器读取其地址及波特率。它然后自身在139加以配置，以在从属方式下操作通信。如141所指出那样，在这种从属方式下，它仅对定向到其地址的输入信息发送响应信息。它还能在内部对播散信息作出响应。

图5说明由断路器1在其从便携式装置55接收到请求其地址的播散信息时所使用的子程序143的流程图。对收到的这条信息，断路器在145重新配置其通信，以在主导方式下在145操作。当在这种主导方式下操作时，断路器在147对便携式装置发送包含其地址的信息，并且然后在149重新配置，以在从属方式下操作。

图6是或者由远程主站39，或者由起主站作用的便携式装置55用来触发断路器1的跳闸装置3的试验的流程图151。当在153选择了试验程序时，操作员能在155有选择地运行相试验或接地试验。此外，在157操作员能通过选择“跳闸”来选择是否断开触点，或者通过选择“非跳闸”来选择是否仅试验电子装置。然后在159选择试验电流值。如在161所指出那样，然后对跳闸装置发送一条包含以上信息的试验信息。然后在163用显示器103上显示的时间起动计时器。这个运行时间代表从试验信息被发送到断路器起的时间，并且因此大致代表试验的运行时间。当试验正在运行时，如在165所指出那样，便携式装置55或主站39能重复地发送对断路器状态的请求。便携式装置55还能重复地请求用于显示的跳闸装置试验运行时间，以代替保存其自己的试验时间。如果断路器应答跳闸信号还没有产生，如167所指出那样，就进入一个循环，直到回收跳闸信号为止。当接收到一个跳闸信号已经产生的指示时，或者通过对状态信息的应答，或者通过线路85传送的信号，在169对断路器发送一条信息，请求断路器的跳闸时间。由于这个时间比163所指出的计时器所表示的时间更精确，所以如在171所指出那样，它被显示在显示器103上。

图7说明用于断路器1的主循环程序的流程图173。当最初在175施加电源时，若干参数得到初始化，并且一些诊断试验得到运行。该程序然后进入连续循环，在该连续循环中重复执行若干个主要功能。例如，如图7所示，在177使用显示器(如果提供有)。紧接这之后，在181使用通信。这包括接从便携式装置55或远程主站39接收试验信息，响应状态请求，以及当要求时提供跳闸时间。最终，在183进入一个试验子程序。该试验子程序提供从便携式装置或远站接收的数字试验电流值，以由较高优先级的保护子程序179使用。

图8说明了用于断路器1的一个典型试验子程序185。在187进入该子程序，并且如在189所确定那样，如果还没有选择试验方式，就越过子程序。如191所指出，在试验方式中第一次通过子程序时，在193清零试验计时器，并且在195用实际电流代替试验电流。每次通过该子程序时，就在197增加试验计时器。这个计时器是提供跳闸时间指示的计时器。

即使正在运行试验时，保持保护功能很重要。因此，实际电流在199得到检查，并且如果它超过一个预定极限，就在201终止试验，并且在203清零计时器。如果实际电流保持在极限之内，并且试验没有完成，试验子程序在205激活。只要试验正在运行，并且实际电流保持在极限之内，在图7中方块179的保护子程序就将使用试验电流值运行，并且然后主循环将返回到图8所示的试验子程序。当在205确定了试验已经完成，并且在207确定了全部试验已经选择时，就在20对场效应晶体管31输出跳闸信号。如果已经选择了“非跳闸”试验，那么在211跳闸看作是实际跳闸，但是跳闸信号不输出到场效应晶体管31。

尽管本发明的特定实施例已经作了详细叙述，但是对本领域技术人员将理解，可以按照公开的总体思想导出各种各样的更改及替换。因此，所公开的特定装置只打算作为说明性，并且不是限定本发明的范围，本发明的范围由附加权利要求及其任意与所有等效权利要求的全体宽围给定。

Claims (10)

1.一种组合装置，包括：

一种电气开关(1)，具有可分触点(37)，跳闸装置(3)，以在通过所述可分触点的电流超过所述电流的电流/时间特征时作出响应，跳开所述可分触点，以及通信装置(25，45，41)，用于发射及接收信息；

远程主站(39)，通过所述通信装置(25，45，41)与所述电气开关(1)通信，以对所述电气开关发射信息，以及从所述电气开关接收信息；以及

一种便携式装置(55)，包括处理器装置(65)及用于把所述处理器装置(65)与所述通信装置(25)连接的连接装置(57)，以在所述便携式装置(55)与所述电气开关(1)之间发射信息，同时阻止所述电气开关(1)与所述远站(39)之间的通信。

2.权利要求1所述的组合装置，其中所述电气开关(1)具有标志所述电气开关的唯一地址，所述远站装置(39)对所述电气开关(1)定址所述信息，并且在通过所述通信装置(25，45，41)与所述电气开关通信中，使用所述唯一地址识别来自所述电气开关(1)的信息，所述便携式装置(55)的所述处理器装置(65)具有产生全程信息的装置(125)，以请求所述电气开关的所述地址，这个全程信息通过所述连接装置(57)发射到所述电气开关(1)，连接装置(57)把发射的所述全程信息阻止在所述电气开关(1)之外，以及所述电气开关(1)具有响应所述全程信息以对所述便携式装置(55)发回所述唯一地址的装置(147)。

3.权利要求2所述的组合装置，其中所述通信装置(25，45，41)包括所述开关(1)中的通信组件(25)，它具有选择至少两个不同波特率中之一，以用作与所述远站装置(39)通信的选择波特率的装置(137)，以及所述便携式装置(55)包括确定由所述通信组件(25)选择的所述选定波特率，以用于所述便携式装置(55)与所述电气开关(1)通信的装置(125，127，129)。

4.权利要求3所述的组合装置，其中确定所述所选波特率的所述装置(125，127，129)包括所述便携式装置(55)中的装置(125)，它以所述不同波特率的顺序波特率对所述电气开关(1)发送所述全程信息，直到所述便携式装置(55)从所述电气开关(1)接收到包含所述唯一地址的所述返回信息为止。

5.权利要求2所述的组合装置，其中所述通信装置(25，45，41)包括从所述远站装置(39)延伸到所述电气开关(1)的网络装置(41)，以及所述电气开关中与所述网络装置(41)连接的通信组件(25)，所述通信组件(25)具有装置(143)，它建立一种从属方式，在这种方式中所述电气开关(1)接收定址到所述唯一地址的信息和定址到任意地址的全程信息，但是仅响应定址到所述唯一地址的信息来发送信息，以及一种主导方式，在这种方式中所述电气开关激活信息，而与定址到所述唯一地址的接收信息无关，以及其中所述便携式装置(55)包括产生请求所述电气开关(1)的所述唯一地址的全程信息的装置(125)，这条全程信息通过所述连接装置(57)发射到所述电气开关(1)中的所述通信组件，连接装置(57)阻止了所述网络(41)上发射的所述全程信息，所述电气开关(1)还包括把所述通信组件转换到所述主导方式，以对所述便携式装置(55)发射包含所述电气开关的所述唯一地址的返回信息的装置(145)。

6.权利要求5所述的组合装置，其中所述电气开关(1)包括在所述返回信息被发射到所述便携式装置之后，把所述通信组件(25)转换回到所述从属方式的装置(149)。

7.一种组合装置，包括：

一种电气开关(1)，具有可分触点(37)，从所述可分触点(37)通过的实际电流产生一个数字实际电流信号的装置(7，21)，跳闸信号产生装置(3)，以在所述数字实际电流信号的值持续足够时间超过预定电流/时间特征时作出响应，产生一个跳闸信号，以及跳闸装置(35)，响应所述跳闸信号跳开所述可分触点(37)；

一个主站(39，55)，与所述电气开关(1)分开；以及

通信装置(25，41，57)，用于在所述电气开关(1)与所述主站(39，55)之间来回发送数字信息，所述主站(39，55)具有产生包含所选数字试验电流的数字试验信息的装置(151)，这个数字试验信息由所述通信装置(25，41，57)发射到所述电气开关，以及所述跳闸信号产生装置(3)具有把所述数字试验信息中包含的所述数字试验电流代替成所述数字实际电流，以对持续所述足够时间，超过所述预定电流/时间特征作出响应，用于产生一个特征信号的装置(195)。

8.权利要求7所述的组合装置，其中所述跳闸信号产生装置(3)包括计时器装置(197)，它产生一个代表所述数字试验电流产生一个跳闸信号所要求的时间的数字跳闸时间，以及其中所述电气开关(1)具有产生包含所述数字跳闸时间的数字信息的装置(41)，所述数字信息通过所述通信装置(25，41，57)发射到所述主站(39，55)。

9.权利要求8所述的组合装置，其中所述主站(39，55)在主导方式下操作，并且在所述通信装置(25，41，57)上起动信息，以及所述电气开关装置(1)在从属方式下操作，并且仅响应专门定址到它的信息，发送返回信息，所述主站(39，55)发送专门定址到所述电气开关(1)的重复状态信息请求，所述电气开关(1)通过发送一条返回信息，指示是否已产生一个跳闸信号，对其作出响应，并且，当所述主站(39，55)接收到一条返回信息，指示已经产生了一条跳闸信号时，所述主站(39，55)进一步发送一个所述跳闸时间的请求，所述电气开关(1)响应所述请求，发送包含所述跳闸时间的所述数字信息。

10.权利要求7所述的组合装置，包括多个电气开关(1，1’)，各个具有一个唯一的地址，并且各个通过所述通信装置(25，41)与所述主站(39)连接，所述主站(39)发送专门定址到所述多个电气开关的不同电气开关的唯一地址的数字试验信息。

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