CN107834501A - 用于监视电动跳闸单元中的处理单元的活动的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监视装配到电动跳闸单元(1)的至少一个第一处理单元和一个第二处理单元(10、20)的活动的设备,每个处理单元(10、20)包括将活动信号(41、42)发送到另一个处理单元的第一活动指示电路(12、22)、以及将接收的活动信号(41、42)与参考信号(15、25)进行比较的监视电路(13、23)。当接收的活动信号(41、42)不同于参考信号(15、25)时,每个处理单元激活第一跳闸电路(11)和/或辅助输出(29)。本发明还涉及一种包括这种监视设备的断路器。本发明还涉及一种用于监视包括至少两个处理单元(10、20)的电动跳闸单元的操作的方法。

Description

用于监视电动跳闸单元中的处理单元的活动的设备和方法
技术领域
本发明的主题是一种用于监视旨在操作电动跳闸单元的若干处理单元的活动的设备。本发明还涉及一种旨在保护配备有包括这种活动监视装置的电动跳闸单元的电气装置的断路器。本发明还涉及一种用于监视包括至少两个处理单元的电动跳闸单元的操作的方法。
背景技术
许多设备为其操作使用一个或多个处理单元,诸如,微处理器、ASIC或特定可编程组件。这些处理单元使得可以使用软件或可编程模块实施复杂的功能性。然而,在设计中尚未考虑的事件或配置的情况下,程序可能执行不确定的操作。在这种情况下,提供通常称为“看门狗”的设备来检测这些电路的活动中的异常。其与处理单元并行操作,并且在检测到异常的情况下,例如通过强制重新启动设备或通过将设备的切换施加到安全模式来做出反应。
已知文献FR 2 602 618,其涉及一种监视用于确保断路器的跳闸功能的微处理器的活动的看门狗。看门狗由单稳态电路组成,该单稳态电路由微处理器生成的脉冲复位为零。如果微处理器不再生成脉冲,则单稳态电路生成微处理器的重新初始化,在微处理器仍然不正确操作的情况下,重新初始化之后最初是跳闸。这种非常简单的设备非常适合于包括单个微处理器的配置。
已知文献EP 2 466 712,其描述了一种能够检查假设安全功能的微处理器的功能完整性的监视设备。该设备使用由要被监视的微处理器和要由执行逻辑运算的电路构成的监视设备并行处理的输入数据。比较每个处理操作的结果,并且当结果不同时初始化安全设置。该设备被呈现为对使用专用于监视第一微处理器的第二微处理器来说的、有趣的经济替代方案。
然而,存在使用至少两个处理单元的设备,其中每个处理单元被设计为实现一个或多个特定功能:例如,第一微处理器被优化以确保安全功能,而第二微处理器将能够旨在基于通过传感器执行的测量来执行计算,或者基于在电气装置中已经发生的事件来执行处理操作。这些设备还需要对其操作进行持续(ongoing)监视,并且此监视不能中断每个处理单元执行的任务、或引起任何显著的额外成本。
发明内容
本发明的目的是一种监视设备和方法,其使得可以在检测到电动跳闸单元中的处理单元的活动异常的情况下用信号通知(signal)或激活跳闸构件。
根据本发明,监视设备监视装配到电动跳闸单元的至少一个第一和一个第二处理单元的活动,第一处理单元包括在第一活动输出上发送第一活动信号的第一活动指示电路,所述监视设备使得:
-第一处理单元还包括:
-接收第二活动信号的第一输入,以及
-连接到第一输入的第一监视电路,用以监视第二处理单元的活动,并且
-第二处理单元包括:
-接收第一活动信号的第二输入,
-第二活动指示电路,在第二活动输出上发送第二活动信号,以及
-连接到第二输入的第二监视电路,用以监视第一处理单元的活动。
优选地,第一监视电路将在第一输入上接收的第二活动信号与第一参考信号进行比较,并且当第二活动信号与第一参考信号不同时,激活第一跳闸电路。
有利地,第一跳闸电路具有连接到第一控制电路的控制输入的第一控制输出,用以激活所述第一控制电路。
有利地,第二监视电路将在第二输入上接收的第一活动信号与第二参考信号进行比较,并且当第一活动信号不同于第二参考信号时,激活辅助输出。
有利地,第一活动输出连接到第一控制输出,并且第二输入连接到第一控制电路的控制输入以接收第一活动信号。
在特定实施例中,第二致动器控制电路与第一致动器控制电路并联连接,并且第二处理单元包括连接到第二控制电路的第二跳闸电路,用以激活所述第二控制电路。
有利地,第二活动输出连接到第二致动器控制电路。
优选地,第二监视电路将在第二输入上接收的第一活动信号与第二参考信号进行比较,并且当第一活动信号与第二参考信号不同时激活第二跳闸电路。
有利地,第一活动信号或第二活动信号的持续时间显著短于第一致动器控制电路或第二致动器控制电路的激活信号的持续时间。
优选地,第一活动信号或第二活动信号的持续时间在1和10μs之间,并且两个连续的活动信号之间的时段基本上等于10ms。
本发明还涉及旨在保护电气装置的断路器,包括:
-电流传感器,传递表示在电流导体中循环的电流的信号,
-电触点,
-触点开启机构,
-用于致动触点开启机构的跳闸致动器,以及
-电动跳闸单元,包括第一处理单元和第二处理单元,所述跳闸开关连接到电流传感器和致动器,以提供作为由所述电流传感器传递的信号的函数的跳闸命令,所述跳闸开关包括如前所述的监视设备。
断路器使得,在电动跳闸单元中:
-当表示在电流导体中循环的电流的信号超过确定的过电流阈值时,第一处理单元激活第一跳闸电路,以及
-第二处理单元执行功率和/或能量计算。
本发明还涉及一种用于监视旨在操作包括如前所述的活动监视设备的电跳闸单元的至少一个第一和第二处理单元的活动的方法,所述方法包括以下步骤:
-由第一处理单元发送第一活动信号,
-由第一处理单元接收第二活动信号,并且,并行地,
-由第二处理单元接收第一活动信号,
-由第二处理单元发送第二活动信号,
-将由第一处理单元接收的第二活动信号与第一参考信号进行比较,以及
-当所述第二活动信号不同于所述第一参考信号时,激活所述致动器的第一控制输出,否则返回到发送所述第一活动信号的步骤。
有利地,该方法还包括以下步骤:
-将由第二处理单元接收的第一活动信号与第二参考信号进行比较,以及
-当第一活动信号不同于第二参考信号时激活辅助输出。
优选地,该方法还包括当第一活动信号不同于第二参考信号时激活第二控制输出的步骤。
附图说明
从以下作为非限制性示例给出且在附图中表示的、对本发明的特定实施例的描述中,其它优点和特征将更清楚地显现,其中:
-图1示意性地表示根据本发明的第一实施例的用于监视包括两个处理单元的电动跳闸单元的设备,
-图2示意性地表示根据第二实施例的用于监视电动跳闸单元的设备的变型,使得可以监视电路之间的链路,
-图3图示了由处理单元发送的活动信号的波形、以及跳闸电路的激活波,
-图4表示根据优选实施例的监视设备的图,该监视设备使得可以与第一实施例相比增加可靠性和对电动跳闸单元的故障的响应速度,
-图5是根据本发明的包括并入监视设备的电动跳闸单元的断路器的示意图,
-图6表示根据本发明的第一实施例的监视方法的操作的流程图,以及
-图7表示根据本发明的优选实施例的监视方法的操作的流程图。
具体实施方式
处理单元应被理解为使得可以执行以下操作的任何设备:
-物理量的测量,诸如,电流、电压、温度,
-考虑到这些测量的计算,诸如,物理量的有效值、峰值、平均值的计算,
-与阈值的比较,以便生成信息消息或警报,以及
-用于激活机械或机电构件的命令。
处理单元可以通过微处理器、微控制器或ASIC(专用集成电路)或甚至FPGA(现场可编程门阵列)实施,该列表是非限制性的。
图1示意性地表示根据本发明的第一实施例的包括两个处理单元10、20的电动跳闸单元中的监视设备的装置。优选地旨在执行电网保护功能的第一处理单元10包括第一跳闸电路11,其通过输出16链接到致动器控制电路30的输入19。致动器控制电路30优选地由具有开关功能的MOS晶体管组成。致动器控制电路30链接到致动器31,其的使用将在图5中详细描述。
第一处理单元10还包括第一活动指示电路12。所述电路监视处理单元10的操作,并在第一活动输出17上发送第一活动信号41。活动信号41表示第一处理单元10的活动。优选地,根据例如对应于由处理单元执行的完整处理周期的持续时间的发送时段T2,周期性地发送第一活动信号41。所述第一活动信号41具有例如表示处理单元必须执行的特定和必要功能的执行的持续时间的持续时间T1,并且甚至表示向其程序的特定任务转变的实施例。
例如,第二处理单元20旨在执行电气装置的电参数的测量,并且用信号通知与设定值相关的任何偏差。所述第二处理单元优选地被设计成(dimension)处理测量、执行例如功率、能量、频率、失真、谐波比的计算,该列表是非限制性的。如在第一处理单元10中,第二处理单元20包括第二活动指示电路22。活动指示器22在第二活动输出27上发送第二活动信号42。活动信号42表示第二处理单元20的活动。以类似于第一活动指示电路的方式,根据例如对应于由所述第二处理单元20执行的完整处理周期的持续时间的发送时段,周期性地发送第二活动信号42。第二活动信号42具有例如表示调动第二处理单元20的所有资源的特定功能的执行时间的持续时间。
第一处理单元10包括第一监视电路13,其通过自第二活动输出27的链路链接到第二活动指示电路22。所述链路通过第一处理单元10的第一输入18。第二活动信号42因此由第一监视电路13接收。所述第一监视电路13通过比较器14将在第一输入18上接收的第二活动信号42与第一参考信号15进行比较,并且当第二活动信号42与第一参考信号15不同时激活第一跳闸电路11。与参考信号15相关的差异优选地涉及脉冲T1的持续时间上的偏差和/或两个连续信号之间的时段T2上的偏差。例如,在参数中的一个或其它上的大于+/-10%的偏差将被视为异常。在异常的情况下,比较器14激活第一跳闸电路11,其自身激活致动器控制电路30和致动器31。控制和操作致动器31所需的能量由在端子Vcc与参考电位Gnd之间传递的电源提供。
对称地,第二处理单元20包括第二监视电路23,其通过自第一活动输出17的链路链接到第一活动指示电路12。所述链路通过第二处理单元的第一输入28。第一活动信号41因此由第二监视电路23接收。所述第二监视电路23通过比较器24将在第二输入28上接收的第一活动信号41与第二参考信号25进行比较,并且当第一活动信号41与第二参考信号25不同时,在其链接到的辅助输出29上发送辅助控制信号。以与第一处理单元相同的方式,与参考信号25相关的差异优选地涉及脉冲的持续时间上的偏差和/或两个连续信号之间的时段上的偏差。由于第二处理单元优选地必须执行对于电动跳闸单元的操作更复杂但不太关键的操作,所以容许偏差将能够比在第一处理单元的情况下更大。例如,在持续时间或时段参数之一上的大于+/-30%的偏差将被视为异常。
辅助输出29连接到控制辅助器(auxiliary)32。因此,在由第二监视电路23检测到异常的情况下,控制辅助器32将被激活。该辅助器例如可以是保护装置的外部跳闸线圈、或设施中的信令设备(诸如指示灯)、或与监控系统通信的部件,这些示例作为非限制性示例给出。
第二处理单元将可选地也能够包括第二跳闸电路21,其输入链接到第二监视电路23的输出,并且该输出连接到第二控制输出26。第二跳闸电路21的使用将稍后通过图4进行说明。
因此,将由第二处理单元检测第一处理单元的操作异常,并且将通过控制辅助器32激活信令。将由第一处理单元检测第二处理单元的操作异常,并且将激活致动器31。由于设备重新使用作为电动跳闸单元的现有资源的第一跳闸电路11、第一控制电路30和控制辅助器32,并且在每个处理单元内部仅需要活动指示电路12、22和监视电路13、23,因此本发明的监视设备以高效率执行每个处理单元的相互监视。
用于监视操作并由电路12、13、22和23执行的功能可以通过分别在每个处理单元10、20中集成的逻辑电路、使用有线组件或由微处理器执行的编程代码、或由可编程逻辑控制器来产生。第一活动输出17与第二监视电路23的第二输入28之间的链路、或第二活动输出27与第一监视电路13的第一输入18之间的链路以对应于优选实施例的图1、2和4中的有线链路的形式表示。所述链路也可以由光学或电磁部件来产生,或者甚至由所引用的几种技术的组合来产生。
为了提高监视级别,对第一控制输出16与第一致动器控制电路30的输入19之间良好连接的验证是有用的。实际上,所述链路优选地通过印刷电路和/或设置有连接器的布线而产生,其中,像电动跳闸单元1的全部一样,所述连接器经受热变化、机械振动和老化。所述连接的断开防止对致动器31的任何控制,即使第一处理单元完美地操作也是如此。
图2表示根据第二实施例的电动跳闸单元的监视设备的变型,使得可以监视第一控制输出16与第一致动器控制电路30的输入19之间的连接。第一活动输出17连接到第一控制输出16,并且第二输入28连接到第一控制电路30的控制输入19。因此,由第一活动指示电路12发送的第一活动信号41通过第一控制输出16与第一致动器控制电路30的输入19之间的连接运行(run)。所述连接的任何断开将被第二监视电路23检测到,这是因为所述第二电路将不再接收到第一活动信号41。这样,执行对第一控制输出16与第一致动器控制电路30的输入19之间的连接的持续的验证,而没有附加电路或对活动信号41的特定处理。第一活动输出17与第一控制输出16之间的连接可以在处理单元10的外部产生(如图2所示),或者在处理单元10中产生。
为了避免使第一活动信号41激活致动器控制电路30,第一活动信号41的持续时间T1基本上短于激活第一致动器控制电路30所需的时间T3。图3图示了第一活动信号41的波形和第一致动器控制电路的激活波43。优选地,T1在1和10μs之间。发送时段T2优选地小于或等于10ms,以便能够例如在小于由IEC61508标准规定的保护功能的最小响应时间的时间内做出反应。在图1或图2所示的配置中第二活动信号42的持续时间没有影响,这是因为它对第一致动器控制电路30没有可能的影响。致动器31的激活需要持续时间T3的脉冲43,其中,持续时间T3优选地大于的500μs,在本发明描述的实施例中介于1ms和2ms之间。由于T1显著短于T3,因此第一活动信号41不能引起致动器控制电路30的激活。
在第一处理单元10的故障的情况下,第二处理单元20激活控制辅助器32。根据由第一处理单元10的故障引发的风险,可以认为所述辅助器的响应时间太长。通过添加根据图4所示的本发明的优选实施例的第二致动器控制电路33,可以增加监视设备的可靠性和对故障的响应速度。第二致动器控制电路33并联连接到第一控制电路30。所述第二控制电路33链接到致动器31,以在所述电路在控制输入34上接收到命令时激活致动器。控制输入34链接到第二输入18,所述第二输入18链接到第二活动输出27。以与第一处理单元10相同的方式,第二跳闸电路21的第二控制输出26链接到第二控制电路33的控制输入34。第二活动输出27与第二控制输出26之间的连接可以在处理单元20的外部产生(如图4所示),或者在处理单元20中产生。因此,在第一处理单元的故障的情况下,第二监视电路23激活第二跳闸电路21,并且所述第二跳闸电路21继而通过电路33激活致动器31的命令。因此增加对第一处理单元的故障的响应速度,将电动跳闸单元设置到安全位置是非常快的。
本发明的监视设备优选地旨在监视安装在断路器类型的电气保护装置中的跳闸单元1的操作。断路器是在电能分配装置中使用的保护装置,以确保保护电能分配装置免受电气性质的过载、短路或绝缘故障。图5是根据本发明的包括并入了监视设备的跳闸单元1的断路器50的示意图。断路器50通常安装在三相电能分配网络上,并且包括三个电流导体52,其中一电流导体对应于电网的一相。第四电流导体可以用作中性导体。电流传感器51提供表示在每个电流导体52中循环(circulate)的电流的信号。跳闸单元1包括至少一个第一和一个第二处理单元10、20,其连接到所述电流传感器51并且适合于接收至少一个表示在每个电流导体51中循环的电流的信号。在图5中未示出的变型中,第一或第二处理单元10、20可以连接到电流导体52,以测量电流导体之间的电压,以便能够计算在电能分配装置中循环的功率和/或电能。断路器50的触点53由用于开启和闭合电触点54的机构来致动。所述机构由致动器31致动。因此,在电流导体之一中的过电流Icc的情况下,跳闸开关1激活控制电路30,以便通过致动器31命令电路的开路。因此消除了故障。
断路器是安全构件,其操作必须是可靠的。因此,如本发明所述的监视设备在断路器内部发生故障、从而防止断路器实现其保护功能的情况下,通过用信号通知或使电气装置断电来提供电气装置中的附加级别的可靠性。所描述的监视设备对每个处理单元中的资源利用很少并且其成本较低,因此其特别适用于工业装置。而且,监控设备的操作对处理单元的操作增加了很小的压力(strain),其可以用于任何类型的电气设备:保护继电器、可编程逻辑控制器、控制装置、监控装置、制造机器、操作在危险环境中或展现出对货物或人员的风险的装置,更一般地,任何需要第一级别的可靠性的设备。
本发明还涉及一种用于监视电动跳闸单元的操作的方法。图6表示图示根据图1和图2所示的本发明的实施例的监视方法的操作的流程图。
该方法包括由第一处理单元10发送第一活动信号41的步骤100。并行地,同步或异步地,第二处理单元20在步骤200期间发送第二活动信号42。该方法然后包括以下步骤:
-由第一处理单元10接收第二活动信号42的步骤101,以及并行地,
-由第二处理单元20接收第一活动信号41的步骤201。
每个处理单元就其而言将继续处理已接收的活动信号:
-第一处理单元10在步骤102期间执行所接收的第二活动信号42与第一参考信号15的比较,并且当第二活动信号42与第一参考信号15不同时,在步骤103期间激活致动器的第一控制输出16。如果第二活动信号42与第一参考信号15相同,则返回至发送第一活动信号的步骤100,以及
-第二处理单元20在步骤202期间执行所接收的第一活动信号41与第二参考信号25的比较,并且当第一活动信号41与第二参考信号25不同时,在步骤203期间激活辅助输出29。如果第一活动信号41与第二参考信号25相同,则返回至发送第二活动信号的步骤200。
可以看出,步骤100、101、200和201被链接在一起,从而图示了每个处理单元在另一个处理单元上实行的相互监视。根据故障是源自第一处理单元还是第二处理单元,激活不同的构件:如果第二处理单元20故障,则第一控制输出16激活致动器31,如果第一处理单元10故障,则控制辅助器32将被激活。
图7表示图4所示的优选实施例的监视方法的操作的流程图。
方法步骤100至103和200、201和202与图6中描述的步骤相同。另一方面,当第一活动信号41与第二参考信号25不同时,在步骤303期间第二处理单元激活第二控制输出26。可选地,在步骤304期间,第二处理单元激活控制辅助器32,使得其可以例如通过指示灯或与监控系统通信的部件来用信号通知故障。

Claims (15)

1.用于监视装配到电动跳闸单元(1)的至少一个第一处理单元和一个第二处理单元(10、20)的活动的监视设备,所述第一处理单元(10)包括第一活动指示电路(12),其在第一活动输出(17)上发送第一活动信号(41),
该监测设备的特征在于:
-第一处理单元(10)还包括:
-第一输入(18),用以接收第二活动信号(42);以及
-连接到第一输入(18)的第一监视电路(13),用以监视第二处理单元(20)的活动,并且
-第二处理单元包括:
-第二输入(28),用以接收第一活动信号(41);
-第二活动指示电路(22),在第二活动输出(27)上发送第二活动信号(42);以及
-连接到第二输入(28)的第二监视电路(23),用以监视第一处理单元(10)的活动。
2.根据权利要求1所述的监视设备,其特征在于,所述第一监视电路(13)将在第一输入(18)上接收的第二活动信号(42)与第一参考信号(15)进行比较,并且当第二活动信号(42)不同于第一参考信号(15)时激活第一跳闸电路(11)。
3.根据权利要求2所述的监视设备,其特征在于,所述第一跳闸电路(11)具有连接到第一控制电路(30)的控制输入端(19)的第一控制输出(16),用以激活所述第一控制电路(30)。
4.根据前述权利要求之一所述的监视设备,其特征在于,所述第二监视电路(23)将在所述第二输入(28)上接收的第一活动信号(41)与第二参考信号(25)进行比较,并且当第一活动信号(41)不同于第二参考信号(25)时激活辅助输出(29)。
5.根据前述权利要求之一所述的监测设备,其特征在于:
-第一活动输出(17)连接到第一控制输出(16),并且
-第二输入(28)连接到第一控制电路(30)的控制输入(19),以接收第一活动信号(41)。
6.根据前述权利要求之一所述的监视设备,其特征在于,其包括与第一致动器控制电路(30)并联连接的第二致动器控制电路(33),并且所述第二处理单元(20)包括连接到第二控制电路(33)的第二跳闸电路(21),其用以激活所述第二控制电路(33)。
7.根据权利要求6所述的监视设备,其特征在于,所述第二活动输出(27)连接到所述第二致动器控制电路(33)。
8.根据权利要求7所述的监视设备,其特征在于,所述第二监视电路(23)将在所述第二输入(28)上接收的第一活动信号(41)与第二参考信号(25)进行比较,并且当第一活动信号(41)不同于第二参考信号(25)时激活所述第二跳闸电路(21)。
9.根据前述权利要求之一所述的监测设备,其特征在于,所述第一活动信号(41)或所述第二活动信号(42)的持续时间(T1)显著短于第一致动器控制电路(30)或第二致动器控制电路(33)的激活信号的持续时间(T3)。
10.根据权利要求9所述的监视设备,其特征在于,所述第一活动信号(41)或所述第二活动信号(42)的持续时间(T1)在1和10μs之间,并且两个连续活动信号之间的时段基本上等于10ms。
11.旨在保护电气装置的断路器(50),包括:
-电流传感器(51),传递表示在电流导体(52)中循环的电流的信号;
-电触点(53);
-触点开启机构(54);
-跳闸致动器(31),用以致动触点开启机构(53);以及
-电动跳闸单元(1),包括第一处理单元(10)和第二处理单元(20),所述电动跳闸单元(1)连接到电流传感器(51)和致动器(31),以提供作为由所述电流传感器(51)传递的信号的函数的跳闸命令,其特征在于,所述电动跳闸单元(1)包括根据前述权利要求之一所述的用于监视处理单元(10、20)的活动的设备。
12.根据权利要求11所述的断路器(50),其特征在于,在所述电动跳闸单元(1)中:
-当表示在电流导体(52)中循环的电流的信号超过确定的过电流阈值(Icc)时,第一处理单元(10)激活第一跳闸电路(11),并且
-第二处理单元执行功率和/或能量计算。
13.用于监视旨在操作电动跳闸单元(1)的至少一个第一处理单元和一个第二处理单元(10、20)的活动的方法,所述电动跳闸单元(1)包括根据权利要求1至10中之一所述的活动监视设备,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
-由第一处理单元(10)发送(100)第一活动信号(41);
-由第一处理单元(10)接收(101)第二活动信号(42);以及并行地,
-由第二处理单元(20)接收(201)第一活动信号(41);
-由第二处理单元(20)发送(200)第二活动信号(42);
-将由第一处理单元(10)接收的第二活动信号(42)与第一参考信号(15)进行比较(102);以及
-当第二活动信号(42)不同于第一参考信号(15)时,激活(103)致动器的第一控制输出(16),否则返回到发送(100)第一活动信号的步骤。
14.根据权利要求13所述的用于监视旨在操作电动跳闸单元(1)的至少一个第一处理单元和一个第二处理单元(10、20)的活动的方法,其特征在于,其包括以下步骤:
-将由第二处理单元(20)接收的第一活动信号(41)与第二参考信号(25)进行比较(202),
-当第一活动信号(41)不同于第二参考信号(25)时,激活(203)辅助输出(29)。
15.根据权利要求14所述的用于监视旨在操作电动跳闸单元(1)的至少一个第一处理单元和一个第二处理单元(10、20)的活动的方法,其特征在于,其包括以下步骤:
-当第一活动信号(41)不同于第二参考信号(25)时,激活(303)第二控制输出(26)。
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