CN102696162A - 配电和通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在双线网络(21；51)上配电和通信的系统。该系统(20；30；50；70)包括：控制单元(22)；CU(专用或分配的)，其设置为从所述双线网络接收电力，并具有连接到所述双线网络的收发器电路，电力变换器单元(23；31；71)，其具有电力变换器(24)，将进入的电压转换为小于50V的DC电压，并将DC电压反馈到双线网络，以及具有电力熔断器标识的电力熔断器单元(25；72)，其连接在电力变换器(24)和双线网络(21；51)之间。电力熔断器单元将DC电压提供到双线网络，而且包括：连接到双线网络的收发器电路，以及熔断器。该系统具有监控网络中所消耗电量的装置，以及当双线网络中消耗的电量超过预设限度时激活电力熔断器单元(25；72)中的电力开关的装置。

Description

配电和通信系统
技术领域
本发明涉及双线网络上的配电和通信系统。具体地，使用低DC电压执行配电，例如，由安全超低电压(SELV)限定的电压，而且该系统在双线网络上的网络单元之间提供通信。
背景技术
家庭环境中使用的设备通常使用AC电压供电(110V-240V；50-60Hz)，而且如果需要的话会连接到分离的通信网络。一些家庭设备使用DC电压供电，其通常将AC电压(VAC)转换为适合的DC电压(VDC)而提供。为了简化配电，已经提议分别使用VDC馈电电缆和VAC馈电电缆。
由北方电信公司(Northern Telecom Limited)拥有的US5003112，公开了闭环可编程电力和通信系统，其中一起提供用于VAC和VDC的馈电电缆以及另一用于数据通信的电缆。进入的VAC转换成48VDC，而且在整栋建筑物布置有包括AC和DC配电和数据通信的电缆束。
参考图1简要地介绍US5003112公开的系统，其中使用配电网络的传统布线方法，例如为了控制连接到电源输出口的灯，将开关设置在数据反馈电缆上，参见图1中开关18和灯17。
还建议在局域网中使用双绞线网络和叠加数据通信信道以分配VDC。
Serconet公司拥有的US7424031公开了局域网(LAN)中双绞线电缆上的复合VDC和数据通信。
建筑物中存在的电话线或电线可用于创建LAN。数据通信信号可实施为DC电压上的叠加信号，如US2003/0036819的[0048]段所公开。
尽管已经在例如双绞线电缆的双线网络上实施配电和通信，但是在这样的网络中仍然需要进一步简化不同单元的布线。
发明内容
本发明的一个目的是提供比现有技术的系统更灵活的配电系统。
该目的通过在双线网络上的配电和通信系统完成。该系统包括具有连接到双线网络的收发器电路的控制单元；电力变换器单元，其设置为将至少一个进入电压转换为小于50V的预设DC电压，并将DC电压反馈到双线网络；以及具有唯一标识的电力熔断器单元，其连接在电力变换器单元和双线网络之间。所述电力熔断器单元包括连接到双线网络的收发器电路，和设置为当激活时终止所述DC电压反馈到双线网络的电力开关。所述控制单元进一步设置为监控双线网络中消耗的电量，并适用于当双线网络中消耗的电量超过至少一个预设限度时，在双线网络上与电力熔断器单元通信以激活电力开关。
本发明具有的优势是可创建简单和稳定的配电和通信网络，其中通信包括用于控制的点对点通信(例如家务管理)以及为用户在不同节点提供高速数据信道。这种高速信道由家务管理网络中的信号通讯监测和控制，但该高速通信信道对家务管理网络中的信号通讯无影响。
在优选实施例中，所述网络包括由一组双线连接连接在一起的多个节点。双线网络的每个节点具有用于控制节点功能的唯一逻辑标识。如果控制单元失效时，这些节点中的一个用作控制单元和/或备用控制单元。
本领域技术人员可从详细描述中发现进一步的目的和优势。
附图说明
将参照下面的附图介绍本发明，提供的这些附图是非限制性的例子，其中：
图1示出了现有技术的以不同线路提供配电和数据通信。
图2示出了根据本发明的配电系统的第一实施例。
图3示出了根据本发明的配电系统的第二实施例。
图4示出了根据本发明可实施在双线网络中的节点。
图5示出了根据本发明的系统中的照明例子。
图6示出了根据本发明的系统中的发热例子。
图7示出了根据本发明的配电系统的第三实施例。
图8示出了例示取代系统中节点的流程图。
图9示出了例示添加系统中节点的流程图。
具体实施方式
图1示出了现有技术的用于配电和通信的系统10。进入VAC、电信和数据通信被反馈到服务入口单元1，其中提供了用于VAC的反馈电缆12和用于VDC的反馈电缆13与另一用于数据通信的电缆14。进入的VAC在服务入口单元1中被转换成48VDC，而且包括AC和DC配电和数据通信的电缆束穿过建筑物而布线到一个或多个网络接口2。
还提供用于例如炉15或手提电脑16的特定设备的专用网络，其中电力需求量(用于炉15的VAC和用于手提电脑16的VDC)可响应于数据通信连接(虚线)上的讯问查询而被分配。通常，设备通过网络接口2被连接到电力和通信网络，例如具有电力开关18的灯17、或电视机19。
所述灯需要48VDC，而且在网络接口2和灯17之间提供电线。例如光纤的通信线通过电力开关也被提供在网络接口2和灯之间。如果数据通信线损坏，灯将不被供电，而且当在网络接口和灯17之间建立数据通信时，灯将被供电。US5033112提供了光纤电力开关的例子。
图2示出了仅使用两根线的网络21(双线网络)上的用于配电和数据通信的系统20的第一实施例。仅使用预设的DC电压(所谓的网络DC电压)分配电力，而且连接到双线网络的单元之间的通信优选由叠加信号执行。可实施一个或多个通信信道，其可用于不同的目的。例如，第一通信信道可用于“家务管理”，例如监视和控制连接到双线网络21的单元，而且第二可选通信信道可用于高速数据通信。
在该实施例中，该系统包括(除了双线网络21之外)专用控制单元22和电力变换器单元23。控制单元22包括连接到双线网络21用于通信的收发器电路，以及设置为从双线网络21接收电力的电力入口。电力变换器单元23包括电力变换器24和电力熔断器单元25。电力变换器24将一个或多个进入的电压转换成优选48VDC的小于50伏的网络DC电压，进入的电压例如230VAC(主)、任何VDC(风电/太阳能)、400VAC多相(3相主)等，网络DC电压通过电力熔断器单元25被反馈到双线网络21。这可使用AC/DC变换器、多相AC/DC变换器、和/或DC/DC变换器而实现，多相AC/DC变换器设置为当产生网络DC电压时在所有相上分配电力负荷，DC/DC变换器设置为将任何DC电压转换为网络DC电压。如果进入的电压是与网络DC电压相同的DC电压，则不需要DC/DC变换器。
电力熔断器单元25的主要用途是将网络DC电压从电力变换器24发送到双线网络21。具有唯一标识的电力熔断器单元25，提供有连接到双线网络的用于通信的收发器电路。为了防止系统超负荷(例如由短路引起)，电力熔断器单元25进一步具有电力开关，其设置为当激活时终止网络DC电压发送到双线网络。
控制单元22还具有微处理器μP和存储器M，其中存储电力熔断器单元25的唯一标识，并且进一步设置为监控双线网络中消耗的电量。当双线网络中消耗的电量超过预设限度时，控制单元22与电力熔断器单元25在优选为家务管理网络的所述双线网络上通信，以激活电力开关，例如改变其状态。
如图2所示，双线网络21使用实线(表示网络DC电压)、虚线(表示家务管理网络)和点线(表示数据通信网络)表示。可使用任何形状的双线网络，只要控制单元22可与任何单元通信，该任何单元具有存储在控制单元的存储器M中的唯一标识，例如电力熔断器单元25的标识。
在本实施例中，每个具有唯一标识的多节点27可在合适的位置连接到双线网络21。每个节点27从双线网络21接收电力，并包括连接到双线网络的收发器电路。每个节点的唯一标识对于控制单元22是已知的，并且存储在存储器M中，而且控制单元22在家务管理网络上使用通信协议与每个节点27通信。每个节点的状态由控制单元根据预设方案监控。
多节点中的至少一个节点设置为传感器节点，而且多节点中的至少一个节点设置为驱动器节点。传感器节点定义为具有至少两种状态的实体，而且每个传感器节点关联并响应于相关传感器节点现有状态控制至少一个驱动器节点。每个传感器节点和至少一个驱动器节点之间的关联存储在控制单元22中的存储器M中，优选以下面示例性列出的连接列表形式存储。
所有节点27优选具有相同的基本结构，而且可以通过连接传感器单元Sn，(n＝1，...，N)到任意节点27而重新配置，从而获得传感器节点。传感器单元可以是属于下列组中的任何装置：光开关；调光器；警报传感器；运动传感器；图像传感器；声音传感器；震动传感器；湿敏传感器；气体传感器；完整性传感器或温度传感器。在图2中，传感器单元S1示例为光开关。当传感器单元所连接的节点27的状态更新由控制单元22请求时，控制单元将获得传感器单元的信息。每个传感器节点的标识与传感器类型的标识以及传感器单元的现有状态(位置；电力分配0-100％的百分比；运动/不运动；温度水平等)一起储存在控制单元中。该信息将用于控制与传感器节点相关联的任何驱动器节点。
  节点   标识   类型   状态
  1   ID：1   开关(1或2)   位置1
  2   ID：2   调光器(0-100％)   30％电力水平
  3   ID：3   温度   摄氏22度
  4   ID：4   开关(1或2)   开启
表1.存储在控制单元中的传感器单元信息的例子
节点27的基本结构还可通过连接驱动器单元Am，(m＝1，...，M)到任意节点27而重新配置，从而获得驱动器节点。在图2中，驱动器单元A1示例为灯。驱动器单元可以是属于下列组中的任何装置：灯；发光系统；警报系统；电动机；气动系统；或加热器。当驱动器单元所连接的节点27的状态更新由控制单元22请求时，控制单元将获得驱动器单元的信息。每个驱动器节点的标识与驱动器类型的标识一起储存在表2所示的列表中。
如上所述，表示传感器节点和驱动器节点之间关联的连接列表也储存在控制单元中。表3示出了这是如何完成的。
 标识   类型   电力水平
 ID：5   灯   0％/100％
 ID：6   加热器   0-100％
 ID：7   灯   0-100％
 ID：8   灯   0％/100％
表2.存储在控制单元中的驱动器单元信息的例子
  关联   传感器单元   驱动器单元
  1   ID：1   ID：5及ID：8
  2   ID：4   ID：5及ID：8
  3   ID：2   ID：7
  4   ID：3   ID：6
表3.存储在控制单元中的传感器单元和驱动器单元之间关联的例子
第一和第二关联一起是结构的典型例子，该结构需要在楼梯中，例如一个开关在楼梯的底部，一个在楼梯的顶部。连接到节点ID：5和ID：8的两个灯可由连接到节点ID：1或ID：4的开关控制。如果某个传感器节点改变其状态(例如从位置1到2，或从位置2到1)，则分配到灯的电力将变化(例如，如果被关闭则灯被打开，或者如果被打开则灯被关闭)。请注意，开关之间不需要额外的电缆来获得期望的功能，而且可通过将更多驱动器单元连接到开关和/或增加新开关以控制同一个灯，从而容易地改变该结构。
第三关联涉及连接到节点ID：2的常规调光器，其可控制双线网络21中分配到连接节点ID：7的灯的电量。甚至可以将两个不同的调光器关联到同一个灯上(类似于上述的开关)，而且分配到灯的电量将取决于调光器的复合状态，或者如果希望的话，分配到灯的电量可由某个调光器独立控制，只要该关联限定在控制单元中。
第四关联是如何控制建筑物中的加热系统的例子，其形式为双线网络中连接到节点ID：6的加热器，其响应连接到节点ID：3的温度传感器。当然，其包括适当位置的温度传感器，例如在建筑物中的每个房间，并且基于连接到双线网络中节点的温度传感器状态，彼此独立控制每个房间的加热。
简而言之，控制单元22设置为与家务管理网络上的每个传感器节点和每个驱动器节点通信，以识别每个传感器节点的现有状态变化，并响应于所识别的每个传感器单元的现有状态变化，控制每个相关联驱动器节点。
在一个包括多个传感器节点和多个驱动器节点的系统中，传感器节点和驱动器节点之间的关联可表示任意逻辑组合，例如传感器节点的输出变量与驱动器节点的输入变量，或者这个或前述例子的系统提供的其它变量之间的逻辑关系。该逻辑关系的复杂性只由可用存储器限制。
另外，在大多数情况下每个关联连接有一功能。本领域技术人员可以理解，这些变化是非限制性的，只要传感器单元和驱动器单元之间的关联保持在控制单元中。通过评价输出变量识别每个传感器单元的现有状态中的变化，并且基于所需的逻辑关系，使用家务管理网络控制每个相关联驱动器节点的输入变量。
例如电池28或其类似物的能量存储单元也可连接到节点27。可在进入的VAC电力失效的情况下使用的能量，可被存储备用于任何需要的时候。例如，能量可被存储连接到短期内需要高电量的设备，例如电炉、电熨斗、沸水器等。
该系统进一步可具有数据通信网络(由双线网络中的点线表示)，其优选实施为所述双线网络上的第二叠加通信信道。然而，可使用例如光纤的物理上分开的通信网络，其不脱离本发明的原理。当出现数据通信网络时，控制单元22设置为与连接到数据通信网络的每个节点27通信。一些节点27可设置为纯通信节点，即是不连接到传感器单元Sn或驱动器单元Am，其用于将网络DC电压和数据通信提供到通信单元Cp(p＝1，...，P)。控制单元22将获知节点的标识以及数据通信被提供。在图2中，通信单元已经被示例为：提供通道到因特网26的因特网网关C1、在控制单元编程为允许计算机C2所连接的节点27连接因特网的情况下可连接因特网的计算机C2。
作为安全措施，设置为在家务管理网络上与每个通信节点27通信的控制单元22，还可设置为监控家务管理网络并识别在家务管理网络上通信的任何未经许可的操作。为了对所识别的家务管理网络的未经许可操作作出反应，该系统还可具有数据通信开关29，其具有对于控制单元已知的由控制单元激活的唯一标识，数据通信开关29用于终止到双线网络21中的所有通信单元的因特网通道。数据通信开关29优选地，但不是必需地，提供在通信节点和因特网网关之间。为了完成这个，家务管理网络必须与数据通信网络分开，不管是在两个物理上分开的网络中或是同一物理网络上的两个分开的通信信道中。
双线网络中消耗的电量优选被监控，以便识别在双线网络任何部分中的任何短路，并可能防止由快速电力流失引起的事故。电力消耗由控制单元监控，控制单元从连接到配电网络的单元收集所消耗的电力信息。这可通过在电力熔断器单元中加入功率计而实现，其可测量总电力消耗。然而，优选的实现方式是让每个节点27监控(即是测量)节点中消耗的电量，并将关于所消耗电量的信息在家务管理网络上通信到控制单元。接着，如果特定节点的电力消耗超过预设的限度，其可能发生在如果短路已经被检测到的情况，控制单元22将能够独立控制电力分配到每个节点27，并终止反馈电力到任意节点，或者如果需要的话，限制分配到该特定节点的电量。
图3示出了双线网络上的用于配电和数据通信的系统30的第二实施例。在此例子中提供有复合的电力变换器熔断器单元31和七个节点32，其由双线连接33相互连接以形成双线网络。在这个实施例中，没有专用的控制单元(如图2中)，而且任意节点32可设置为充当控制单元。这些节点构成为这样的方式，由复合的电力变换器和熔断器单元31提供的网络DC电压对于所有节点是有效的，不论节点被激活与否。因此，首先激活充当控制单元的例如节点“5”是可能的。更新请求将在连接到节点“5”的双线连接上发送，而且第一个将响应发送回节点“5”的节点，与关于连接到该特定节点的任意单元的信息，将被一起放入标识列表中(如上所述)。这个过程一直持续，直到系统中所有节点32已经被识别，而且传感器节点和驱动器节点之间的需要连接已经建立。
如果控制单元(例如节点“5”)失效，将节点设置为充当备用控制单元也是可能的。
图2和3中的控制单元设置为连续向系统中所有节点发送出更新请求。如果更新请求没有发送到节点，特别是到备用控制单元，则发布系统警告而且备用控制单元(如果提供)将承担职责。如果没有可用的备用控制单元，将启动系统重启，而且被手动或自动重新激活的第一个节点会被指定为控制单元。
图4示出了节点40，其包括两个部分，网络部分41和连接器部分42。网络部分41具有至少一个双端口连接器43(在这个例子中示出了两个另外的双端口连接器)。在这个实施例中，提供了双端口连接器43之间的连接44，用于网络DC电压、家务管理网络和数据通信网络。RF收发器45连接到连接44，而且被设置为收听发送自控制单元(未示出)的请求。电源46提供必要的电力(例如小于1mW)，为收发器电路45和备用模式的第一微控制器μC1提供电能。如果信息接收自需要连接器部分42协作的控制单元，则开关47被第一微控制器μC1激活，以便电源46也为第二微控制器μC2(在连接器部分42中)提供电能，而且微控制器的μC1和μC2之间的通信被初始化。单独的微控制器指的是逻辑上的实施。它们可物理地实施为分开的控制器、在实时能力多核系统中的两个独立齿，或实施为于较快单命令队列处理器的时间分配交叉方案。
第二微控制器测量从节点消耗掉的电量，优选由连接到第二微处理器μC2的功率计PM测量。第一微处理器μC1具有多个输入连接“in1”，而且第二微处理器μC2也可具有单元(例如传感器单元、驱动器单元、通信单元等)可连接到的多个输入连接“in2”和输出连接“out”。无源的或低电流的传感器单元(例如麦克风、IR检测器、温度传感器等)被典型地连接到第一微处理器μC1的输入连接“in1”，可通过输入连接“in1”确定开关状态。驱动器单元通过调节器49被典型地连接到DC连接，调节器49确定分配到例如灯的电量。连接到节点的单元类型将由第二微控制器根据所使用的连接确定。
例如，如果网络部分41接收信息以核对传感器单元(例如光开关、调光器等)的状态，第一微处理器μC1接收请求以核对所连接的传感器单元状态，例如调光器的47％电力，或光开关中的OFF(0％电力)，由输入连接“in1”获得。这个信息通过收发器45和家务管理网络被传送回控制单元。
在另一个例子中，网络部分接收信息以改变驱动器单元(例如灯)的状态，而且第一微处理器μC1激活开关47从而为连接器部分42中的第二微控制器μC2提供电能。信息从第一微处理器传送到第二微处理器，例如使用移位寄存器，而且根据信息内容通过控制调节器49设置提供到驱动器单元的电力，例如如果被提供电能则灯被关闭。如果灯被关闭，则不激活开关47，以最小化节点中的电力消耗。
节点中消耗的电量也被汇报回控制单元，以便识别上述的任意故障。如果仅仅是传感器单元连接到第一微处理器μC1的输入连接“in1”,电力消耗可假设为最小(接近零)，因为如果第二微控制器μC2不被激活，只需要非常小的电能。
如果数据通信提供为双线网络上的叠加数据通信信道，数据入口单元48被提供在连接器部分42中，其由第二微控制器μC2控制。在控制单元指示第二微控制器允许数据入口的情况下，数据通信网络被提供在连接器部分42上。
计算机网络示例
包括网关和打印机的计算机网络可被实施在例如上述的双线网络中。计算机、网关和打印机通过通信节点连接到双线网络。每个通信节点具有数据入口单元(如上所述)，并且因此上述网关中的数据通信开关可实施为网关所连接的通信节点中的数据入口单元48。每个数据入口单元48由控制单元(通过第二微控制器μC2)控制，并因此对于每个计算机和打印机，因特网入口，或网络中其它计算机的入口可单独被控制，或者所有连接设备的因特网入口可由网关节点控制。
照明示例
图5示出了建筑物50中如何使用双线网络51进行照明，双线网络51具有多个节点和控制单元。电力变换器单元52接收进入的电力，为双线网络提供电能。多个节点连接到传感器单元，例如光开关S1-S3，而且多个节点连接到驱动器单元，例如灯A1-A5。
每个节点的标识对于控制单元是已知的，并且传感器节点和驱动器节点之间的下列关联可存储在控制单元和/或参与所需功能的节点中。请注意，每个节点的电力消耗存储在控制单元中，而且如果仅仅是连接例如开关的无源传感器，则电力是最小的，例如P1＜1mW，而且因此可设置为零。
  节点   标识   类型   状态   电力
  1   S1   开关   位置1   P1
  2   A1   灯   100％   P2
  3   A2   灯   100％   P3
  4   S2   开关   位置2   P4
  5   S3   开关   位置1   P5
  6   A3   灯   100％   P6
  7   A4   灯   100％   P7
  8   A5   灯   100％   P8
表4.包括电力消耗的节点标识信息
  关联   传感器单元   驱动器单元
  1   S1   A1；A2
  2   S2   A1；A2
  3   S3   A3；A4；A5
表5.传感器单元和驱动器单元之间的关联
加热示例
图6示出了如何使用与图5相同的双线网络51在建筑物50中实施加热控制。电力变换器单元52接收进入的电力，为双线网络提供电能，而且多个节点连接到传感器单元，例如温度传感器S4-S9，而且只有一个节点连接到驱动器单元，例如加热器A6。
如前所述，每个节点的标识对于控制单元是已知的，并且传感器节点和驱动器节点之间的下列关联可存储在控制单元中。
  节点   标识   类型  状态   电力
  9   S4   温度传感器  温度1   P9
  10   S5   温度传感器  温度2   P10
  11   S6   温度传感器  温度3   P11
  12   S7   温度传感器  温度4   P12
  13   S8   温度传感器  温度5   P13
  14   S9   温度传感器  温度6   P14
  15   A6   加热器  45％   P15
表6.包括电力消耗的节点标识信息
在这种情况下，由加热器A6分配的热量是从传感器单元S4-S9接收的温度水平的函数。可替换地，建筑物50中的每个房间可由加热回路单独控制，而且接着，加热器应当被分成均连接到同一节点的六个不同驱动器单元。
可使用小型键盘或显示器将传感器单元和驱动器单元之间的关联输入控制单元中，但是也可想到设置处于可编程状态的传感器节点(例如通过按压节点上的按钮)，并从而在预设的时间周期内，标示应该连接到传感器节点的所期望驱动器节点(通过类似的按钮)。从图5可看出，可以将任意开关连接到所期望的任意灯。
通过加上每个节点的电力消耗，控制单元将可以确定系统中单元消耗的总电量，而且如果需要的话，终止电力反馈到双线网络。另外，可以终止反馈到特定单元或终止网络电压以防止电缆着火。
由于涉及本发明中所使用的优选电压范围(例如低于50VDC)的特定环境，所谓的安全超低电压(SELV)范围，网络中的电量限制在200VA和10A的最大电流。这意味着，如果设备中需要更多电力，例如电炉、加热器等，便有必要在本地存储电能，或提供并行反馈电缆或具有增大直径的电缆到该设备，亦即是，多于一个双线连接可存在于系统中的节点之间，其需要实施智能电力管理方案，以确保形成配电网络的所有设备适当的操作和所有电缆合适的尺寸。
控制单元的主要任务是提供数据通信冲突中的裁决、查找、识别和连接新添加的或再次起作用的节点，而且监控系统完整性。系统完整性包括评估网终上何处以及什么设备在消耗电力、以及所有工作节点及线路是否被适当连接。在失效保护较弱的设备中，所有连接的列表仅能在控制单元中找到，其中，在故障的情况下，失效保护的实施例可分散的存储这个信息，该信息对于接受作为控制单元的任意节点是可获取的。
在简单的实施例中，控制单元可以是所有时间均不变的指定节点，如参考图2的描述。为了允许网络的失效保护和稳定性操作，控制单元可自我重新分配到目前网络上已激活的其它任意节点，其可由以前控制单元的失效(例如故障)而被触发。这样，可在任何时间向网络中的所有有效节点提供维护和控制网络操作。
图7示出了根据本发明的配电系统70的第三实施例。系统70具有电力变换器单元71和连接到网络21的节点73，系统70具有与图2所述的系统20相同的功能。在这个用于配电和通信的系统的实施例中，图2中的专用控制单元被删除，并由实施在节点73中的分配控制单元CU代替，分配控制单元CU由点划线表示。为了实现这个设置，包括在上述专用控制单元中的一部分功能必须实施在改进的电力变换器单元71中。
值得注意的是，电力变换器单元71具有与前面结合图2所述相同的功能，而且已经改进为还包括监控网络21中所消耗电量的功能。每个节点73具有与前面结合图2所述相同的功能，而且已经改进为还包括控制连接到网络的节点73之间通信的功能。
监控网络中所消耗电量的功能优选实施在改进的电力熔断器单元72中。为了监控网络中所消耗电量，电力熔断器单元72具有处理器μP和存储器M，其中提供网络中节点的完整列表。电力熔断器单元72设置为与所有连接节点73(如前面结合图4所述，每个具有功率计PM)连接，并接收关于所消耗电力的信息。如图7所示和结合图4所述，在本实施例中，第一微处理器μC1构成为具有微处理器，微处理器具有用于家务管理和分配控制单元的并行处理。专用存储器也实施在第一微处理器μC1中，其中存储执行分配控制单元功能所需要的信息。
该信息至少包括：
-节点的唯一序列号
-与唯一序列号相关的称号
-网络中节点“N”的数量
-与节点相关的关联列表
唯一序列号是相当长的数字，例如十六个数字，由节点制造商提供。当在网络中通信时，使用这么长的数字是不实际的，所以实行与长数字相关联的“称号”，例如数字“n”。如结合下面的图8和9所述，通过按顺序指定称号，很容易确认系统中节点“N”的数量。当每个节点已经被指定了连续的称号，可建立连接到节点的不同传感器和驱动器之间的关联。关于每个节点的关联列表被存储在专用存储器中。
图8示出了取代系统中节点的流程图。该流程是连续的过程，以核实网络中所有节点均是有效和可操作的。该流程可开始于任意节点，但为了示例，假设流程开始于节点“1”。节点“1”向节点“2”请求确认并从节点“2”获得确认，如箭头81所示。节点“2”向节点“3”请求确认(如箭头82所示)，但没有接收到确认，因此节点“2”假定节点“3”在网络中不再有效(如虚线所示)。
这时候，节点“2”发送通知到节点“N”，并且可继续请求下个相继的数字“4”的确认，如虚线箭头80所示。当来自节点“7”的更新请求已经被接收，到节点“N”(例如这个例子中的节点“8”)的通知包括应该将称号改为“3”的请求，而且还将变化告知相关的关联。
更新请求处理从节点“4”持续到节点“8”，如箭头84-87所示。节点“8”通过发送更新请求到节点“1”(如箭头88所示)而继续该处理，并在来自节点“1”的确认之后响应接收自节点“2”的通知，并将称号改为“3”，如箭头“A”所示。到网络中所有节点的通用通知被发送，该通知表示网络中节点数量减少到“N-1”，例如在这个例子中是“7”，因为节点“8”代替了消失的节点“3”。
可替换地，节点“8”直接响应接收自节点“2”的通知，而且立即代替消失的节点“3”，如箭头“A”所示。到所有节点的通用通知和关于相关关联变化的通知此后被发送。如箭头83-86所示，更新请求处理从新节点“3”持续到节点“7”，而且如箭头“B”所示，节点“7”发送更新请求到节点“1”。
图9示出了添加系统中节点的流程图。不连接到任何网络的节点优选具有默认的称号，例如n＝“0”，当被引入时其被改变。在这个例子中，网络中节点数量是七个，例如N＝“7”。如图8所示，更新请求进行到节点“7”。网络中最后一个节点执行特定任务，以检测任何新引入的节点。
如箭头“||”所示，在发送更新请求到节点“1”之前，节点‘7”发送询问到具有默认称号的节点，在这个例子中为“0”，如虚线箭头“|”所示。如果检测到新节点，其被引入到网络中，如箭头89所示，并被赋予称号“N+1”，在这个例子中为“8”。目前节点“8”是网络中最后一个节点，而且在更新请求到达节点“1”之前，到所有节点的具有这个信息的通知通过节点被发送。如果没有检测到新节点，节点“7”发送更新请求到节点“1”。
如果多于一个新节点被附加到网络，则多个节点具有相同的默认称号。其通过引入延迟时间用于响应由网络中最后一个节点“N”发送的询问而被处理。该延迟时间优选基于由制造商和/或随机数字提供的唯一ID数字。响应询问的第一个新节点将被安排为节点“N+1”，此后更新程序进行到节点“1”。当节点“N+1”发送询问到具有默认称号的节点而且安排响应询问的第一个节点作为节点“N+2”时，将重复相同的过程，而且此后更新程序进行到节点“1”。将重复这个过程直到找不到具有默认称号的节点。
定义
例如结合图2和3所述的专用控制单元，限定为控制网络中通信以避免任何冲突的控制单元。另外，专用控制单元具有网络中驱动器和传感器节点之间关联的完整列表，并设置为当由连接到特定传感器节点(例如开关)的设备初始化时，控制连接到驱动器节点(例如灯)的设备中的动作。专用控制单元还优选控制网络中的电力消耗，并且设置为响应于所测量的电力值控制电力熔断器单元。然而，该功能可自然地实施在电力熔断器单元中，如图7所示，以避免网络中的冲突。
分配控制单元不控制电力熔断器单元，如前面结合图7所述，因为在指定单元中安排该功能是更有效的。词语“分配”表示由专用控制单元执行的功能在所有节点之间被分开，以执行所期望的功能。每个节点可初始化通信，而且为了避免从一个节点发送到另一个节点的信息损坏，校验总和被附加到由接收节点核对的信息，接收节点是系统中的智能节点。如果校验总和不正确，信息将被重新发送。另外，每个节点仅具有关于节点的关联的本地列表。传感器节点具有限定了当检测到传感器节点中状态改变(例如开关被打开)时哪个驱动器节点应该被通知的列表。根据关联的本地列表，该信息被发送至驱动器节点。在每个接收驱动器节点中，基于信息执行动作(例如打开灯)。

Claims (20)

1.一种用于在网络(21；51)上配电和通信的系统(20；30；50；70)，所述系统包括：
控制单元(22；CU)，其设置为从所述网络接收电力，并具有连接到所述网络的收发器电路，
电力变换器单元(23；31；71)，其包括电力变换器(24)，电力变换器(24)设置为将至少一个进入的电压转换为预设的小于50V的DC电压，并将所述DC电压反馈到所述网络(21)，
其特征在于，所述电力变换器单元进一步包括：
具有唯一标识的电力熔断器单元(25；72)，其连接在所述电力变换器(24)和所述网络(21；51)之间，所述电力熔断器单元(25；72)设置为将所述DC电压提供到网络，而且电力熔断器单元进一步包括：
连接到所述网络的收发器电路，以及
设置为当激活时终止所述DC电压提供到网络的电力开关，
所述系统具有监控网络中所消耗电量的装置，以及当网络中消耗的电量超过预设限度时激活电力熔断器单元(25；72)中的电力开关的装置。
2.根据权利要求1的系统，其中所述电力变换器单元进一步包括：
AC/DC变换器，和/或
多相AC/DC变换器，其设置为当产生预设的DC电压时在所有相上分配电力负荷，和/或
DC/DC变换器，其设置为将任何DC电压转换为预设的DC电压。
3.根据权利要求1或2任意一个的系统，其中所述网络是双线网络，而且所述控制单元设置为与电力熔断器单元(25；72)在家务管理网络上通信，家务管理网络实施为在所述双线网络上的第一叠加通信信道。
4.根据权利要求3的系统，其中所述控制单元(22)是专用控制单元，其包括处理器(μP)和存储器(M)，处理器(μP)设置为控制家务管理网络的数据通信，电力熔断器单元(25；72)的标识存储在存储器(M)中。
5.根据权利要求4的系统，其中所述专用控制单元(22)设置为监控双线网络中所消耗的电量，并且适用于当双线网络中消耗的电量超过预设限度时，在所述双线网络上与电力熔断器单元(25)通信以激活电力开关。
6.根据权利要求5的系统，其中每个具有唯一标识的多个节点(27)连接到所述双线网络(21)，每个节点设置为从所述双线网络接收电力并且具有连接到所述双线网络的收发器电路，每个节点的唯一标识对于控制单元(22)是已知的，并且存储在存储器(M)中，而且所述控制单元进一步设置为在家务管理网络上与每个节点通信。
7.根据权利要求6的系统，其中如果专用控制单元失效，任意节点可充当专用控制单元和/或备用控制单元。
8.根据权利要求3的系统，其中每个具有唯一标识的多个节点(73)连接到所述双线网络(21)，每个节点设置为从所述双线网络接收电力并且具有连接到所述双线网络的收发器电路；每个节点(73)包括处理器和存储器，每个节点的唯一标识存储在存储器中，所述多个节点(73)设置为充当分配控制单元(CU)，而且所述多个节点进一步设置为在家务管理网络上彼此通信。
9.根据权利要求8的系统，其中电力熔断器单元(72)设置为监控双线网络中消耗的电量，而且所述分配控制单元(CU)适用于当双线网络中消耗的电量超过预设限度时，与所述双线网络上的电力熔断器单元(72)通信，以激活电力开关。
10.根据权利要求6-9任意一项的系统，其中所述多个节点的至少一个节点设置为传感器节点，而且所述多个节点的至少一个节点设置为驱动器节点；每个传感器节点具有至少两个状态，而且关联并响应于相关传感器节点的现有状态控制至少一个驱动器节点，每个传感器节点和至少一个驱动器节点之间的关联存储在所述存储器(M)中。
11.根据权利要求10的系统，其中传感器单元连接到每个传感器节点，所述传感器单元是属于下列组中的装置：光开关；调光器；警报传感器；运动传感器；图像传感器；声音传感器；震动传感器；湿敏传感器；气体传感器；完整性传感器或温度传感器。
12.根据权利要求10或11任意一项的系统，其中驱动器单元连接到每个驱动器节点，所述驱动器单元是属于下列组中的装置：灯；发光系统；警报系统；电动机；气动系统；或加热器。
13.根据权利要求10-12任意一项的系统，其中所述系统包括多个传感器节点和多个驱动器节点，每个传感器节点具有输入变量，每个驱动器节点具有输出变量，而且传感器节点和驱动器节点之间的关联是输入变量与输出变量之间的逻辑关系。
14.根据权利要求10-13任意一项的系统，其中每个关联连接有一功能。
15.根据权利要求10-14任意一项的系统，其中所述控制单元(22；CU)进一步设置为在家务管理网络上与每个传感器节点和每个驱动器节点通信，以识别每个传感器节点的现有状态变化，并响应于所识别的每个传感器单元的现有状态变化，控制每个相关联驱动器节点。
16.根据权利要求7-15任意一项的系统，其中所述系统进一步具有数据通信网络，其实施为所述双线网络上的第二叠加通信信道，所述控制单元进一步设置为与所述数据通信网络上的每个节点通信。
17.根据权利要求16的系统，其中所述家务管理网络与所述数据通信网络分开。
18.根据权利要求16或17任意一项的系统，其中，一个节点设置为提供因特网入口到数据通信网络，优选通过连接到所述节点的网关提供。
19.根据权利要求18的系统，其中所述系统进一步具有数据通信开关(29)，其具有唯一标识，所述控制单元进一步设置为：
监控家务管理网络，以及，
如果家务管理网络上的操作未经许可，激活数据通信开关(29)以终止因特网入口。
20.根据权利要求6-16任意一项的系统，其中每个节点设置为监控节点中消耗的电量，而且进一步设置为在家务管理网络上将关于所消耗电量的信息通信到电力熔断器单元。
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