CN101990730A - 多通道主动感测和切换设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多通道主动感测和切换设备，其特征在于：多感测和切换模块，被配置成响应于不同负载类型的操作状况并且提供包含与不同负载类型的操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，并且还配置成响应于用于控制不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作的控制器信号；以及控制器模块，被配置成响应于负载类型传感器信号并且提供控制器信号以便控制不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作。控制器模块可以编程和配置成使用主动智能(AI)来提供默认断路器配置和设备特定配置。

Description

多通道主动感测和切换设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年2月25日提交的第12/072,503号美国专利申请的优先权，其通过整体引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于提供多通道感测和切换设备的方法和装置。
背景技术
有许多种用于提供多通道感测和切换的已知方法和装置。
例如，本专利申请的受让人拥有的第6,998,807号美国专利公开了一种具有控制器的主动感测和切换设备，其感测指示通往负载的电流的感测值的信号、在一时间段的监视来确定用于供给负载的电流的标称值，并且基于该信号从功率源断开负载。可以在等待时段之后执行断开。控制器也可以接收指示通往多个相应负载的电流的感测值的信号。然而，除了其它方面之外，第6,998,807号专利未公开使用不同负载类型控制信号，或者使用时间/电流量值加权算法，或者使用感测电流和电压的组合，或者使用集中式控制器来进行集中的实时控制，来控制不同负载类型。然而在第6,998,807号中公开的技术一次仅能处理一个通道，并且无支路电路保护，并且它也不是可现场编程的。
其它已知技术包括以下技术：
公开号为2007/0086135的专利申请公开了一种具有可调脱扣电路的故障电路指示器，该可调脱扣电路用于使用基于可调脱扣电平的技术来产生脱扣输出，该可调脱扣电平依赖于时间的通过和至少一个故障指示曲线。
第4,937,757号专利公开了具有可选脱扣参数的断续器，这些断续器使用基于对数内插算法的技术以在与热和磁断续器设备对应的存储于存储器装置中的固定数据点之间进行内插，以生成计算的时间延迟的连续表示。EEPROM提供数据。定时基于电流电平，并且针对不同电流电平教导脱扣曲线。
第6,545,849号专利和第7,016,174号专利以及公开号为2003/0107860的专利申请类似于上述第4,937,757号专利，其中检测电流和阈值阀以控制脱扣。运用多算法方式。具体而言，第6,545,849号专利公开了一种瞬时故障技术，其以当前电流值的绝对值与第一电流阈值以及多峰值求和与第二电流阈值的比较为基础。第7,016,174号专利和第2003/0107860号专利申请公开包含类似特征。
另外，其它已知技术包括：使用以与个别断路器关联的历史存储器信息为基础的技术的断路器系统；使用以电力线数据与历史电力线数据的比较为基础的技术的断路器系统；基于重复采样、比较和递增技术的电子脱扣单元；使用如下技术的分布式监视和保护系统：该技术以例如由两个监视单元测量的来自电势不同的不同电流节点或者来自不同支路的测量电参数的比较为基础；使用如下技术电子脱扣单元：该技术以电特征曲线的上升速率的比较为基础，以在该速率大于开关选择的限制值时检测脱扣信号的尖峰和保持该脱扣信号；控制板，配置用于使用基于控制主要断路器和支路断路器的技术从电源配电；使用如下技术的具有AC电源、整流器和电容器组合的电源设备：该技术例如以根据在电容器两端施加的电压是否超过预定PFC电压限制来控制连接为基础；用于可通过IP地址来控制的电源保护器的控制系统；使用基于过零逻辑的技术的功率控制；用于使用如下技术来控制供给多个负载(一个为主电源而至少一个为备用电源)的功率的系统：该技术以对可延迟和非可延迟负载进行分类并且基于该分类来分配功率为基础。
另外，在现有技术中，已知用于某些负载类型(比如船艇上的泵以及其它特定应用)的断路器保护包括将MOSFET器件与引线式(in-line)熔丝组合用来保护负载类型免受例如高电流损坏。在操作中，能够处理这样的高电流(如30安培)的此类MOSFET器件通常是成本范围为例如每个器件例如有$3-5之多(在提交本发明时)的昂贵器件。在实践中，当这样的MOSFET器件烧坏时，通常必须修复MOSFET和引线式熔丝，这通常给船艇或者其它适当应用的所有者造成可能昂贵的维修成本和/或收费。有鉴于此，在本领域中需要改进用于这些类型的应用的断路器保护。
发明内容
本发明提供一种新颖和独特的多通道主动感测和切换设备，其特征在于：多感测和切换模块，被配置成响应于不同负载类型的操作状况并且提供包含与不同负载类型的操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，并且还配置成响应于用于控制不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作的控制器信号；以及控制器模块，被配置成响应于负载类型传感器信号并且提供控制器信号以便控制不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作。
控制器模块可以是可编程的，并且配置成使用主动智能(AI)来提供默认断路器配置和设备特定配置。
控制器模块可以被配置成感测至少一个不同负载类型中的过电流状况，如完全短路，并且提供断路器配置控制信号，用以关断至少一个不同负载类型。
控制器模块可以被配置成确定至少一个不同负载类型的特殊操作状况并且提供负载保护诊断信号，以根据特殊操作状况来关断至少一个不同负载类型。
控制器模块可以被配置成确定泵的特殊操作状况，包括泵特定操作状况，如干式运行、阻塞或者低电池电压，并且提供负载保护诊断信号，以便执行干式运行保护、阻塞、Lo电池电压保护。
控制器模块可以被配置成提供对一个或者多个不同负载类型的实时控制，并且被配置成现场可编程。
控制器模块可以被配置成使用不同算法来控制不同负载类型的操作。控制器模块可以包括配置成存储不同算法的存储器模块。存储器模块可以包括非易失性(EEPROM)存储器，该存储器在对多通道主动感测和切换设备进行编程时将不同算法存储为配置数据。
控制器模块被配置成提供用于控制至少一个不同负载类型的操作的默认控制配置，其中默认控制配置可以包括断路器操作，在该断路器操作中，只有过电流状况将使多通道主动感测和切换设备关断至少一个不同负载类型并且使诊断指示闪烁。
控制器模块可以被配置成响应于输入信号并且启用主动智能模式以便执行负载特定诊断。
控制器模块可以被配置成根据时间将电流积分，并且确定至少一个不同负载类型瞬时正在使用多少能量或者功率以便提供涌入电流保护。控制器模块可以被配置成执行具有时间循环子例程的时间/电流量值加权算法，在该时间循环子例程中针对预定完成时段按照预定时间间隔对电流和/或电压进行采样。时间循环子例程可以包括以下步骤：感测至少一个不同负载类型的电流；基于感测的电流对倒计数变量进行加权，以便确定加权的倒计数变量；并且基于加权的倒计数变量，顺计数至预定完成时段，或者从预定完成时段倒计数。控制器模块衣蛾被配置成根据时间循环子例程执行的次数来关断至少一个不同负载类型。
控制器模块可以被配置成响应于包含与至少一个不同负载类型中的否定操作状况有关的信息的信号，并且提供告警信号，用于控制提供音频告警、可视告警或者其组合，以指示至少一个不同负载类型的否定操作状况。
控制器模块可以被配置成响应于至少一个不同负载类型中的预定过量电压下降或者电流增加，并且在感测到任一状况时关断至少一个不同负载类型。
控制器模块可以被配置成获取长时间段内的平均耗用电流，并且使用平均耗用电流作为基线以学习平均电流目标从而针对更特定控制来修改原工厂设置。
控制器模块可以被配置成调节这一学习值以适应施加电压的变化，以跟踪由于电压的系统变化所致的电流改变，以便允许电流目标在电压由于时间或者环境原因而改变时跟踪最佳目标。
控制器模块也可以被配置成可联网到一个或者多个有线或者无线网络，这些网络包括局域互联网络(LIN)、控制器局域网络(CAN)、USB、以太网、ZigBee、Wi-Fi或者现在已知或者随后在将来开发的其它专用有线和无线协议。本发明的范围将不限于控制器模块被配置用于接口到的网络类型或者种类。在用户与多ASSD单元或者设备之间的交互方法可以包括用户接口，比如触屏、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话以及由开关驱动。
多感测和切换模块可以包括传感器，该传感器配置成响应于不同负载类型的操作状况并且提供包含与不同负载类型的操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，该传感器可以是电流传感器。多感测和切换模块也可以包括继电器，该继电器配置成响应于用于控制不同负载类型的操作的控制器信号。多感测和切换模块可以被配置成响应于来自电源的功率信号，并且向至少一个不同负载类型提供功率信号。功率信号为来自DC电源的DC信号。
多通道主动感测和切换设备也可以包括多控制开关，该多控制开关配置成响应于输入信号并且向用于控制多感测和切换模块的操作的控制器模块提供控制开关信号。
本发明也可以采用方法的形式，该方法的特征在于：感测不同负载类型的操作状况并且提供包含与不同负载类型的操作状况有关的信息的负载类型传感器信号；响应于负载类型传感器信号并且提供可编程控制器信号，以便控制不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作；并且在两个或者更多保护配置中响应于可编程控制器信号来控制不同负载类型的操作。
本发明也可以采用新颖和独特断路器设备的形式，其特征在于与控制器模块组合的感测和切换模块。在操作中，感测和切换模块被配置成响应于负载类型的非希望操作状况并且提供包含与负载类型的非希望操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，并且还配置成响应于用于关断负载类型的操作的控制器信号；并且控制器模块被配置成响应于负载类型传感器信号并且提供控制器信号以便关断负载类型的操作。
在根据本发明的一些实施例中，感测和切换模块可以采用一种继电器设备的形式；负载类型可以采用泵的形式；非希望状况可以是高电流状况；和/或控制器模块可以编程为感测一个或者多个不同的非希望断路器状况。本发明也可以采用用于提供断路器保护的新颖和独特方法的形式，该方法的特征在于：感测负载类型的非希望操作状况并且提供包含与负载类型的非希望操作状况有关的信息的负载类型传感器信号；响应于负载类型传感器信号并且提供控制器信号以便关断负载类型的操作；以及响应于控制器信号来关断负载类型的操作。
在操作中，根据本发明的多通道主动感测和切换设备提供以下方面：
1)主动功率管理系统(APM)，该系统具有局部感测和控制以及用于低电流远程控制和实时诊断报告的接口。
2)泵控制，该泵控制允许用户手动接通/关断泵或者反转方向(如果适用)。
3)泵保护，该泵保护监视过电流(包括阻塞和短路)、干式运行、开路、低电压等。使用具有专用软件的电流传感器来监视泵从而主动跟踪泵的功能。当有与特有预定义操作参数的明显偏离时，单元通过关断泵并且经由常规用于用户控制的照明开关报告问题来做出反应。无需额外布线或者专用开关。
4)交互：单元与终端用户交互并且经由开关的照明来报告功能(常规操作、干式运行、过电流等)
5)减少布线，这允许安装者布设更少接线，因为在泵处监视和切换负载，从而小型计量器接线伸向开关。由于无需使大型初级电流输送接线伸向开关并且返回，因而减少布线。减少的接线和接线计量器提供成本和重量节省。
6)单元记录泵发生的情况，以供将来下载并且通过记录泵的功能和故障来监视真实寿命功能。
7)设备可经由有线或者无线网络如LIN、ZigBee或者Wi-Fi来联网，以允许操作者与多通道ASSD交互。
8)控制供给负载的电流。
9)监视单元的电流并且使用该电流以检测单元的故障。
10)基于电流监视来关断单元。
附图说明
附图包括未按比例绘制的以下各图：
图1a是根据本发明一些实施例的多通道ASSD的框图。
图1b是没有图1a中所示多通道ASSD的、在本领域中已知的基本系统配置的示图。
图1c是配置有图1a中所示多通道ASSD的基本系统配置的示图。
图2是图1a中所示多通道ASSD的更详细框图。
图3a是示出了高浪涌电流的安培数相对于时间的曲线图。
图3b是示出了常规浪涌电流的安培数相对于时间的曲线图。
图3c是示出了干式运行操作状况的安培数相对于时间的曲线图。
图3d是示出了阻塞操作状况的安培数相对于时间的曲线图。
图3e是基线参数获取的曲线图。
图4示出了图1中所示微控制器的示意图。
图5示出了具有根据本发明一些实施例的常规操作步骤的流程图的示图。
图6示出了具有根据本发明一些实施例的填充排放时间设置步骤的流程图的示图。
图7示出了根据本发明一些实施例的断路器设备的框图。
具体实施方式
图1a将基本发明在它的最广泛意义上示出为一种以多感测和切换模块4以及控制器模块6为特征的多通道主动感测和切换设备(ASSD)(这里也称为主动智能或者AI设备)，其总体上表示为2。多感测和切换模块4被配置成响应于不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6的操作状况并且提供包含与不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6的操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，而且还被配置成响应于用于控制不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6在两个或者更多不同保护配置中的操作的控制器信号。控制器模块6被配置成响应于负载类型传感器信号并且提供控制器信号以便控制不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6在两个或者更多不同保护配置中的操作。举例而言，下文关于使用电流感测的负载类型(如泵和灯)示出和描述本发明。然而本发明的范围将不限于根据本发明感测和切换的负载类型L1，2、L3，4、L5，6的类型或者种类；并且本发明的实施例旨在包括现在已知和将来以后开发的负载类型L1，2、L3，4、L5，6。本发明的范围也将不旨在仅限于感测的输入类型或者种类。例如设想如下实施例，其中感测的输入可以是温度或者压力或者来自可编程逻辑控制器(PLC)的输入，以及现在已知和将来以后开发的其它输入类型或者种类。
图1b和图1c示出了有和没有图1a中所示多通道ASSD的基本系统配置的示图。在图1b中，基本系统配置包括与标准高电流开关和电池串联连接的泵这一形式的通用负载。在图1c中，基本系统配置包括在电池与形式为泵和远程开关的通用负载之间耦合的图1a中所示多通道ASSD 2。ASSD 2提供干式运行和阻塞保护，并且还维护关于泵的历史数据而且为开关提供诊断能力。如图1c中所示，ASSD单元或者设备可以耦合到膝上型或者个人数字助理(PDA)以及具有适当用户接口(如触屏或者蜂窝电话)的其它这样的设备。在这一情况下，控制器模块或者ASSD的其它适当模块将被配置成提供适当接口。本发明的范围也旨在包括ASSD被配置成可联网到一个或者多个有线或者无线网络，这些网络包括局域互联网络(LIN)、控制器局域网络(CAN)、USB、以太网、ZigBee、Wi-Fi或者现在已知或者将来以后开发的其它专用有线和无线协议。本发明的范围将不限于ASSD被配置成接口到的网络类型或者种类。
图2更详细地示出了图1a中的多通道ASSD 2。如图所示，多感测和切换模块4包括三个不同负载类型传感器12、14、16、三个放大器18、20、22和三个继电器24、26、28。负载类型传感器如12、14、16、放大器如18、20、22和继电器如24、26、28在本领域中众所周知，并且本发明的范围将不旨在局限于其任何特定类型或者种类。另外，本发明的范围旨在包括现在已知或者将来以后开发的负载类型传感器、放大器和继电器。多通道ASSD 2也可以包括适当电源，比如DC电源30，但本发明的范围也旨在包括AC电源以及现在已知或者将来以后开发的其它电源类型或者种类。多通道ASSD 2也可以包括用于手动控制ASSD设备和对应负载类型的操作的控制开关32a、32b、32c。
举例而言，在操作中，多通道ASSD 2有能力将简单“断路器”配置或者更复杂的负载保护方案用于泵和其它特有负载，来配置用于不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6的控制。这一控制信息在产品被编程时作为配置数据起初存储于形成微控制器模块6一部分的适当存储器中，如非易失性(EEPROM)存储器。默认配置可以包括断路器配置，其中仅过电流状况将使AI设备2关断不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6中的一个或者多个，并且提供例如包括使诊断指示闪烁的警告。低电流操作或者无电流操作未引起问题。如果在微控制器模块6中启用AI模式，则实施用于不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6中的一个或者多个的负载特定诊断，如例如泵特定诊断，例如干式运行保护(见图3c)，阻塞保护(见图3d)，Lo电池电压保护。本发明的范围将不限于实施的保护类型或者种类，并且可以包括现在已知的保护类型和种类，如干式运行保护、阻塞保护或者Lo电池电压保护以及将来以后开发的其它保护类型或者种类。
在效果上，多通道ASSD 2具有实时处理来自一个控制设备或者控制箱的多个不同负载类型的能力。换而言之，举例而言，如果处理三个负载类型，则其可以具有：通道1和2，配置用于AI控制，具有两个泵负载；以及通道3，配置为用于一个电阻负载的断路器。同时，通道1可能具有关于泵的干式运行状况(见图3c)，通道2可能具有关于另一泵的泵阻塞状况(见图3d)，而通道3可能具有关于例如浴室风扇的完全短路。通常不应在“时间可用”基础上依次处理这些事件；代之应当立即和并发地处理它们。优化本发明的系统硬件和软件，以用于实现这些实时任务。
图3a和图3b示出了用于高涌入电流和常规涌入电流的安培数相对于浪涌电流的曲线图。在微控制器模块6中，算法可以由微处理器运行并且用于这样的涌入电流保护。该算法可以采用时间/电流量值加权算法的形式，以随时间将电流有效积分以查看特定负载类型瞬时正在使用多少能量或者功率。这解决的问题在于一些负载，如电感泵或者冷灯丝，具有极高的涌入电流(有时为它们的常规稳态耗用电流(current drain)的10倍)。这一涌入电流可以持续可能1至2秒之久，尽管最大量的耗用电流可能在前100毫秒左右。因此在软件中仅将阈值设置为“不超过”值可能造成“有害脱扣”或者不必要的关断，因为常规工作的设备具有大的涌入电流。然而反言之，很低欧姆的电阻(比如从控制箱到负载的短路输出接线)具有如此高的电流以致于如果未在很少时间段(约10至20毫秒)内关断负载则可能损坏单元。本发明使得能够保护电路免受数毫秒内真正的破坏性的电流，而同时仍然允许上述“常规电流”的1加上第二涌入电流。
在根据本发明的一个实施例中，使用其中每数毫秒对电流和电压进行采样的时间循环。可以使用倒计数器，针对2000毫秒将常规电流计数减1。如果电流例如为100安培，则它获得很高“权重”(比如100)，从而它使涌入循环在约10-20毫秒内完成。如果电流例如为50安培，则它获得例如50的“权重”，从而循环在约5-100毫秒内完成。但是如果电流例如为30安培，则它获得“1”的权重，从而循环丢失持续完整2秒。因而在计数结束时，软件检查循环已经执行的次数。如果它为大次数(500-2000)，则它可能为“常规”涌入电流。作为比较，如果循环已经执行的次数少于10次，则这可能为完全短路场景，该场景必然使微控制器模块6断开负载。
类似地，如果实际重负载引起在负载处电压大量下降，则如果电流不是很大，那么这对于负载并且甚至控制箱而言可能不良。也监视电压，并且如果注意到过量下降，则负载也由控制器模块6快速停止，该控制器模块关断关联继电器，以切断供给负载类型的DC功率。这保护内部继电器免受震颤(chatter)以及低电压对负载(如泵)的负面影响。
在效果上，根据本发明的多通道主动感测和切换设备2有能力由于很高电流以及低电压而关断一个或者多个不同负载类型。
图3e示出了基线参数获取的曲线图。根据本发明的多通道主动感测和切换设备2也有能力获取长时间段内的平均耗用电流，并且使用其作为基线以学习平均电流目标，以便针对更特定控制修改原工厂设置。在启动时，AI设备2可以使用很宽的高和低电流限制，但是在常规操作的初始分钟期间通过取平均来迅速调节它们，以获取由函数A指示的希望阻塞电流限制、由函数B指示的希望高电流限制、由函数C表示的希望目标电流限制、由函数D表示的希望低电流限制和由函数E表示的希望干电流限制。基线目标电流范围的任何改变可以造成采取预定存储保护动作。多感测和切换模块也可以被配置成监视传入电压，以防范低/高电压尖峰并且随着电池电压波动而调节它的内部参数以维持准确性。另外，数据获取可以基于总时间、事故出现、电压的不规则性，并且可以被编程和定制成适应特定客户需要和应用。可联网性提供包括泵反转和自动关断的远程交互控制。
根据本发明的多通道主动感测和切换设备也有能力进一步调节这一学习值以适应施加电压的变化，以同样更准确地跟踪由于电压的系统变化所致的电流改变。这允许电流目标在电压由于时间或者环境原因而改变时更准确地跟踪最佳目标。
控制开关32a、32b、32c允许操作者手动关断不同负载类型L1，2、L3，4、L5，6中的一个或者多个，以获得附加控制措施。
多感测和切换模块可以被配置成提供参照用户特定安培数和电压值的需要可由用户重置和定制的支路电路保护。
控制器模块
举例而言，可以使用硬件、软件、固件或者其组合来实施控制器模块6的功能。在一种典型软件实施中，控制器模块6将包括一个或者多个基于微处理器的架构，这些架构具有微处理器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出设备和控制、连接其的数据和地址总线。本领域技术人员将能够对这样的基于微处理器的实施进行编程，以在无过度实验的情况下执行这里描述的功能。本发明的范围将不限于任何使用已知或者将来以后开发的技术的特定实施。
图4：AI3电路描述
图4通过例子示出了用于实施根据本发明的AI设备2的电路的示意图。
如图所示，向两个电池端子施加功率：向红色接线施加+电压并且向黑色接线施加-电压。该功率驱动耦合到连接器J2的6个负载(即泵)，并且直接向6个单刀双掷(SPDT)继电器RY1、RY2、…、RY6(也见于图2中的继电器24、26、28)中的各继电器的一侧延伸，并且也经由电阻器R1向输入电路延伸。电阻器R1可以是如果电流需求过量则充当系统熔丝的低值电阻器，而二极管D1防止损坏用于反相电压连结(hookup)的低电压电子电路。将可选IC U3表示为固定12V电压稳压器，其在用于将电压下调至+12VDC应用的24VDC输入应用中使用。低压差稳压器(LDO)设备U3是在负载关断时具有很低静止电流(数微安培)的高电压输入LDO(TPS75150)。它将原始电池输入电压下调至+5VDC以求微控制器逻辑电路的恰当操作。瞬态电压抑制器二极管D2用来旁路经由耦合到电池配电上的与载体常规关联的尖峰而进入控制中的传入瞬变。
微控制器IC U1是系统的心脏，并且是8位的基于CMOS闪速EEPROM的设备。机电SPDT开关经由连接器J3连接到系统。通常，开关的中心经由标记为R37、R38和R39的电阻器连接到电池电压。在填充位置(见图6)，在输入电阻器R24-R29两端施加电池电压。电容器C12-C17用来抑制输入噪声和尖峰。电阻器R30-R35保护微控制器输入免受高噪声尖峰和电流。
开关经由成对继电器控制高电流可逆极性输出，例如通道一由继电器RY1和RY2形成；通道二由继电器RY3、RY4形成，而通道三由继电器RY5、RY6形成。经由继电器驱动器U4和U5控制继电器线圈，这些继电器驱动器缓存来自微控制器的低电流/低电压输出信号直至继电器线圈所需要的更高电压/更高电流电平。微控制器U1接通RY1以使连接器J2管脚1相对于J2管脚2(该管脚为关断(OFF)＝电池接地)为正(+Bat)。这将使DC接通，并且如果负载为具有可逆方向的泵，则它将比如在顺时针方向上转动。如果微控制器向继电器线圈RY2赋能，则J2管脚2将处于电池电势，而J2管脚处于地电势。如果负载为具有可逆方向的泵，则它将比如在逆时针方向上转动。对照而言，如果负载为电阻性的，如灯，则它将在任一极性点亮。
流过三个负载通道的电流由通常极低值(0.005欧姆)和更高瓦特(3W)的电阻器R3、R4和R5感测。这些感测电阻器形成每安培电流约5毫伏特的信号。这些信号由运算放大器U6A、U6B和U7A按照因子10放大至50mv/amp。向由电阻器/电容器的组合R9/C5、R13/C6和R17/C6组成的低通滤波器施加放大器的输出，且然后向微控制器U1的输入施加放大器的输出。这些输入经由软件在内部连接到模数转换器，以将它们转换成程序使用的数字值，以确定各通道中的电流电平。
这些运算放大器的输出也连接到由U8A、U8B和U8C形成的比较器。这些比较器具有通常为低电平有效的输出。如果个别通道中的电流很高(约40安培或者更多)，则相应比较器的输出变为逻辑高(HIGH)。通过经过二极管D9、D10、D11和D12组合个别比较器的信号，对它们的输出进行接线取或(wire-or)。这一信号为U4分段1并且施加到微控制器的外部中断管脚33。这一信号结合内部软件将中断常规程序操作，以给出对通道之一上的高电流状况的很快响应。这允许微控制器很快维修给定系电脑上的极高瞬时电流需求问题。这在实施支路电路“断路器”功能时很有用。
除了电流之外，第四比较器U8D还监视电池电压。如果它与12V标称值相比下降很低，则它也将在微控制器的管脚33生成中断信号。这在输出通道功率总线两端的短路电阻极低的情况下可能很大。这在输入电压降至继电器的最小“保持”电压以下时使继电器免受震颤。
微控制器经由通过微控制器串行数据端口和LIN收发器IC U9形成的局域互连网络(“LIN”总线)，经由按照10.3kbps的串行数据与系统的其余部分通信。LIN总线成本很低(使用SAE J2602协议来通信的1个管脚的“慢速”总线)。它给予询问和修改由AI控制的负载的电流和时间参数以及监视这些负载并且向显示器、膝上型PC和其它联网控制器报告的能力。
本发明的范围将不旨在局限于图4中所示电路的具体细节。如本领域技术人员将理解的那样，可以使用现在已知或者将来以后开发的其它电路类型或者种类来实施本发明。
图5：常规操作
图5示出了根据本发明的具有步骤102、104、…、146、148的常规操作例程的大体上表示为100的流程图，对其简述如下：
·步骤102-110：开关可以包括接通、关断和反向位置。
·步骤112：泵开关转变至接通位置。
·步骤114-118：AI首先完成检验电池电压。如果电池电压在9.5VDC以下，则开关将闪烁4次，从而用信令通知电池将太低而无法运行FIP泵。如果电池电压良好，则接通泵。
·步骤120-132：AI然后检验泵是否准备就绪，如果泵未准备就绪，则AI在预定时间段如12秒内关断单元并且闪烁对应代码，如果泵准备就绪，则AI检验线路阻塞，如果有线路阻塞(高安培数)，则单元将关断从而闪烁对应代码，如果无阻塞，则单元检验开路电流，如果在电机中有开路，则单元关断从而闪烁对应代码，如果无开路，则单元常规运行。
·步骤134-136：如果在操作期间水箱(tank)干式运行，则单元将在七秒内关断从而闪烁1次以表示干式运行。
·步骤138-140：如果单元变成受阻，则将同时关断从闪烁2次以指示高电流汲取。
·步骤142-144：如果单元经历开路状况、绕组断线、在AI与泵之间去除功率，则单元将在20秒内关断从而闪烁3次以表示开路状况。
·步骤146-148：泵由定时器自动或者由操作者手动关断。
·取而代之，如果供给单元的功率在9.5VDC以下，则单元将不接通泵，因为无足够功率来运行泵。开关将闪烁4次。单元直至功率恢复至适当电平才向泵供电。
图6：填充-排放时间设置例程
图6示出了根据本发明的填充-排放时间设置例程的具有步骤202、204、…、220、222的大体上表示为200的流程图，对其简述如下：
在操作中，ASSD可以用来经由泵向容器填充流体。在开始之前也重要的是注意：
·需要知道正确的水箱尺寸并且也知道泵例如按照约9加仑/分钟填充什么。
·在断开泵与主动智能箱之间的功率时，推动轮转至填充位置并且在填充与排放之间轮转5次从而每次停止于关断位置。单元将闪烁从而指示电流填充时间是多少。1次闪烁-2分钟，各附加闪烁为30秒填充时间。
·为了增加填充时间-在关断与填充位置之间轮转，各轮转将填充时间增加30秒。
·为了减少填充时间-在关断与排放位置之间轮转，各轮转减少30秒。
·增量为30秒(每轮转约3.5加仑)，而填充时间最少为2分钟和最多为6分钟。
·模块将在存储器中存储运行时间，并且如果每次填充则仅清空相同数量。
·将功率重新连接到泵并且循环功率。
步骤204、208、210、212控制向容器填充流体直至填充时间大于或者等于最大预设值，而步骤206、216和218控制检查泵的干式运行状况。
图7：作为断路器的ASSD
图7示出了大体上表示为300的新颖和独特断路器设备这一形式的本发明，该设备以与控制器模块304组合的感测和切换模块302为特征。在操作中，感测和切换模块302被配置成响应于负载类型的非希望操作状况，并且提供包含与负载类型的非希望操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，并且还被配置成响应于用于关断负载类型的操作的控制器信号；并且控制器模块304被配置成响应于负载类型传感器信号，并且提供控制器信号以便关断负载类型的操作。
与上文阐述的内容一致，感测和切换模块可以采用继电器设备的形式(比如图2中的24、26、28)；负载类型可以采用泵的形式(见图1c)；非希望状况可以是高电流状况；和/或控制器模块304可以编程为感测一个或者多个不同的非希望断路器状况。举例而言，可以使用硬件、软件、固件或者其组合与如上所述示出的控制器模块6类似地实施控制器模块304的功能。
在效果上，多通道ASSD 2有能力为某些应用提供新形式的断路器保护而无需昂贵MOSFET器件和单独引线式熔丝，这提供对现有技术的重要贡献。例如由于继电器24、26、28可以尤其针对段时间段采用高电流负载，所以控制器模块6或者304有时间采样和感测这样的高电流负载并且在引起任何严重的损坏之前关断继电器和对应负载。如本领域技术人员将理解的那样，可以处理这样的高电流(如30安培)的继电器的成本在提交本发明时通常少于$1.00，这明显成本低于使用前述MOSFET器件(其使用现有技术)。此外，在实践中，当断路器保护例如由于这样的高电流负载而脱扣时，可以重置ASSD以恢复操作，这可能未向船艇或者其它适当应用的所有者造成维修成本和/或收费。有鉴于此，根据本发明的ASSD设备通过提供改进的断路器保护来满足本领域中的实际需要。根据本发明的断路器技术近来已经收到政府测试机构针对在一些应用中使用的认证，因此无需引线式熔丝。
可能应用
可能应用包括至少以下应用：海运和休闲产品(包括诸如泵、电机、电路、灯、器械、需要监视的其它负载、计算机等部件)、在比如休闲车(RV)、汽车、饮料、酒吧/餐馆、住宅、制造、医疗设施、军队、工业和/或宇航这样的领域中的部件以及这样的部件的系统集成。本发明的范围将不限于现在已知或者将来以后开发的任何特定应用或者实施。
本发明的范围
应当理解，除非这里另有声明，关于这里的特定实施例描述的任何特征、特性、替代或者修改也可以与这里描述的任何其它实施例一起应用、使用或者并入。这里的附图也未按比例绘制。
虽然本发明已经参照其示例实施例加以描述和图示，但是可以对其进行前述以及各种其它添加和省略而不脱离本发明的精神实质和范围。

Claims (63)

1.一种多通道主动感测和切换设备，包括：
多感测和切换模块，配置成响应于不同负载类型的操作状况并且提供包含与所述不同负载类型的所述操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，并且还配置成响应于用于控制所述不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作的控制器信号；以及
控制器模块，配置成响应于所述负载类型传感器信号并且提供所述控制器信号以便控制所述不同负载类型在所述两个或者更多不同保护配置中的操作。
2.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块可编程和配置成使用主动智能(AI)来提供默认断路器配置和设备特定配置。
3.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成感测至少一个不同负载类型中的过电流状况，例如完全短路，并且提供断路器配置控制信号，以关断所述至少一个不同负载类型。
4.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成确定至少一个不同负载类型的特殊操作状况，并且提供负载保护诊断信号，以根据所述特殊操作状况来关断所述至少一个不同负载类型。
5.根据权利要求4所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成确定泵的特殊操作状况，包括泵特定操作状况，例如干式运行、阻塞或者低电池电压，并且提供负载保护诊断信号，以便执行干式运行保护、阻塞、Lo电池电压保护。
6.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成提供对一个或者多个不同负载类型的实时控制。
7.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成使用不同算法来控制不同所述负载类型的操作。
8.根据权利要求7所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块包括配置成存储所述不同算法的存储器模块。
9.根据权利要求8所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述存储器模块包括非易失性(EEPROM)存储器，所述存储器在对所述多通道主动感测和切换设备进行编程时将所述不同算法存储为配置数据。
10.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成提供用于控制至少一个不同负载类型的操作的默认控制配置。
11.根据权利要求10所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述默认控制配置包括断路器操作，在所述断路器操作中仅过电流状况将使多通道主动感测和切换设备关断所述至少一个不同负载类型并且使诊断指示闪烁。
12.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成响应于输入信号，并且启用主动智能模式以便实施负载特定诊断。
13.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成根据时间将电流积分，并且确定至少一个不同负载类型瞬时正在使用多少能量或者功率以便提供涌入电流保护。
14.根据权利要求13所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成执行具有时间循环子例程的时间/电流量值加权算法，在所述时间循环子例程中，针对预定完成时段在预定时间间隔处对所述电流和/或电压进行采样。
15.根据权利要求14所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述时间循环子例程包括以下步骤：感测所述至少一个不同负载类型的电流；基于所述感测的电流对倒计数变量进行加权，以便确定加权的倒计数变量；以及基于所述加权的倒计数变量，顺计数至所述预定完成时段，或者从所述预定完成时段进行倒计数。
16.根据权利要求15所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成根据所述时间循环子例程执行的次数来关断所述至少一个不同负载类型。
17.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成现场可编程。
18.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成响应于包含与至少一个不同负载类型中的否定操作状况有关的信息的信号，并且提供告警信号，用于控制提供音频告警、可视告警或者其组合，以指示至少一个不同负载类型的所述否定操作状况。
19.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成响应于至少一个不同负载类型中的预定过量电压下降或者电流增加，并且在感测到任一状况时关断至少一个不同负载类型。
20.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成获取在长时间段内的平均耗用电流，并且使用所述平均耗用电流作为基线来学习所述平均电流目标以便以针对特定控制修改原工厂设置。
21.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成调节这一学习值以适应施加电压的变化，以跟踪由于电压中的系统变化所致的电流改变，以便允许所述电流目标在所述电压由于时间或者环境原因而改变时跟踪最佳目标。
22.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述多感测和切换模块包括传感器，所述传感器配置成响应于所述不同负载类型的所述操作状况并且提供包含与所述不同负载类型的所述操作状况有关的信息的所述负载类型传感器信号。
23.根据权利要求22所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述传感器为电流传感器。
24.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述多感测和切换模块包括继电器，所述继电器配置成响应于用于控制所述不同负载类型的操作的所述控制器信号。
25.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述多感测和切换模块被配置成响应于来自电源的功率信号，并且向至少一个不同负载类型提供所述功率信号。
26.根据权利要求25所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述功率信号为来自DC电源的DC信号。
27.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述多通道主动感测和切换设备包括多控制开关，所述多控制开关配置成响应于输入信号并且向用于控制所述多感测和切换模块的操作的所述控制器模块提供控制开关信号。
28.一种方法，包括：
感测不同负载类型的操作状况并且提供包含与所述不同负载类型的操作状况有关的信息的负载类型传感器信号；
响应于所述负载类型传感器信号并且提供控制器信号以便控制所述不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作；以及
在所述两个或者更多保护配置中，响应于所述控制器信号来控制所述不同负载类型的操作。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括对配置成使用主动智能(AI)来提供默认断路器配置和设备特定配置的控制器模块进行编程。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括感测至少一个不同负载类型中的过电流状况，如完全短路，并且提供断路器配置控制信号，用以关断所述至少一个不同负载类型。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括确定至少一个负载类型的特殊操作状况，并且根据所述特殊操作状况来提供负载保护诊断信号，用以关断所述至少一个不同负载类型。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述方法包括确定泵的特殊操作状况，包括泵特定操作状况，如干式运行、阻塞或者低电池电压，并且提供所述负载保护诊断模块信号，以便实施干式保护、阻塞、Lo电池电压保护。
33.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括提供对一个或者多个不同负载类型的实时控制。
34.根据权利要求29所述的方法，其中所述方法包括使用不同算法来控制所述不同负载类型的操作。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述方法包括在存储器模块中存储所述不同算法。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述存储器模块包括非易失性(EEPROM)存储器，该存储器在所述方法被编程时将所述不同算法存储为配置数据。
37.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括将默认控制配置用于控制至少一个不同负载类型的操作。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述默认控制配置包括断路器操作，在所述断路器操作中仅过电流状况将使所述方法关断所述至少一个不同负载类型并且使诊断指示闪烁。
39.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括响应于输入信号并且启用主动智能模式以便执行负载特定诊断。
40.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括根据时间将电流积分，并且确定至少一个不同负载类型瞬时正在使用多少能量或者功率以便提供涌入电流保护。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述方法包括执行具有时间循环子例程的时间/电流量值加权算法，在所述时间循环子例程中，针对预定完成时段按照预定时间间隔对所述电流和/或电压进行采样。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述时间循环子例程包括以下步骤：感测所述至少一个不同负载类型的电流；基于所述感测的电流对倒计数变量进行加权，以便确定加权的倒计数变量；并且基于所述加权的倒计数变量，顺计数至所述预定完成时段，或者从所述预定完成时段倒计数。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述方法包括根据时间循环子例程执行的次数来关断所述至少一个不同负载类型。
44.根据权利要求29所述的方法，其中所述方法包括对所述控制器模块进行现场编程。
45.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括响应于包含与至少一个不同负载类型中的否定操作状况有关的信息的信号并且提供告警信号，用于控制提供音频告警、可视告警或者其组合，以指示至少一个不同负载类型的所述否定操作状况。
46.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括响应于至少一个不同负载类型中的预定过量电压下降或者电流增加，并且在感测到任一状况时关断至少一个不同负载类型。
47.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括获取在长时间段内的平均耗用电流，并且使用所述平均耗用电流作为基线以学习所述平均电流目标，以便针对更特定控制来修改原工厂设置。
48.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括调节学习值以适应施加电压的变化，以跟踪由于电压的系统变化所致的电流改变，以便允许所述电流目标在所述电压由于时间或者环境原因而改变时跟踪最佳目标。
49.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括使用传感器，所述传感器配置成响应于所述不同负载类型的所述操作状况并且提供包含与所述不同负载类型的所述操作状况有关的信息的所述不同负载类型传感器信号。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述传感器为电流传感器。
51.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括使用继电器，所述继电器配置成响应于用于控制所述不同负载类型的操作的所述控制器信号。
52.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括响应于来自电源的功率信号并且向至少一个不同负载类型提供所述功率信号。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述功率信号为来自DC电源的DC信号。
54.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法包括使用多控制开关，所述多控制开关配置成响应于输入信号并且向用于控制多主动感测和切换模块的操作的控制器模块提供控制开关信号。
55.一种设备，包括：
用于响应于不同负载类型的操作状况并且提供包含与所述不同负载类型的所述操作状况有关的信息的负载类型传感器信号并且还用于响应于用于控制所述不同负载类型在两个或者更多不同保护配置中的操作的控制器信号的装置；以及
用于响应于所述负载类型传感器信号并且提供所述控制器信号以便控制所述不同负载类型在所述两个或者更多不同保护配置中的操作的装置。
56.根据权利要求55所述的装置，其中所述用于响应的装置包括配置成使用主动智能(AI)来提供默认断路器配置和设备特定配置的可编程控制器模块。
57.根据权利要求1所述的多通道主动感测和切换设备，其中所述控制器模块被配置成可联网到一个或者多个有线或者无线网络，包括局域互联网络(LIN)、控制器局域网络(CAN)、ZigBee、USB、以太网或者Wi-Fi。
58.一种断路器设备，包括：
感测和切换模块，配置成响应于负载类型的非希望操作状况并且提供包含与所述负载类型的所述非希望操作状况有关的信息的负载类型传感器信号，并且还配置成响应于用于关断所述负载类型的操作的控制器信号；以及
控制器模块，配置成响应于所述负载类型传感器信号并且提供所述控制器信号以便关断所述负载类型的操作。
59.根据权利要求58所述的断路器设备，其中所述感测和切换模块包括继电器设备。
60.根据权利要求58所述的断路器设备，其中所述负载类型为泵。
61.根据权利要求58所述的断路器设备，其中所述非希望状况为高电流状况。
62.根据权利要求58所述的断路器设备，其中所述控制器模块可编程为感测一个或者多个不同的非希望断路器状况。
63.一种方法，包括：
感测负载类型的非希望操作状况并且提供包含与所述负载类型的所述非希望操作状况有关的信息的负载类型传感器信号；
响应于所述负载类型传感器信号并且提供控制器信号以便关断所述负载类型的操作；并且
响应于所述控制器信号，来关断所述负载类型的操作。
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