TW555986B - Electrical power system, power delivery system, and method of monitoring power delivery system - Google Patents

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555986 經濟部智慧財產局員工消費合作社印¾ A7 B7 五、發明説明（彳） 發明:領域 本發明是關於一種電源供應器的故障預測，更特別是 關於監控電源供應器的參數並分析這些參數以產生警告指 標。 發明背景 諸如電漿沉積及利用電漿之濺射的材料處理應用是爲 人所熟知的。這些程序需要供電系統。此類供電系統一般 提供有結合於電漿室的射頻（RF)或是高電壓直流電（DC)電力 信號。在此類應用中，在材料處理期間隻電源供應器的不 協調或故障會導致整個處理中材料的漏失。此類漏失可能 是相當昂貴且不受歡迎的。 目前沒有一種半導體處理應用的供電系統能夠監控供 電系統的操作參數以預測維護需求並避免供電系統的故 障。缺乏任何一種用以預測維護與故障的拍蠅式監控系統 必須安排供電系統的維護以預防工作中之洪電系統的不協 調或故障。因此，必須的維護不會及時發生而導致供電系 統的不協調操作或故障。 本供電系統也不提供製造商、批發商、或是工廠或顧 客任何方式以監控供電系統的操作或在遠離供電系統的場 所建立電源供應資訊的歷史資料庫。遠距的監控與建立供 電系統資訊之歷史資料庫提供各種有用的資料以安排遠端 供電系統所需的維護。遠距監控與建立資料庫也可進行資 料分析’該分析可用於同樣安裝的供電系統，並協助設計 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-4- 555986 A7 _ B7 _ 五、發明説明（2) 未來的供電系統。 ' _(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 因爲目前沒有供電系統能執行遠距監控、分析及資料 收集，因此供電系統需要技術人員巡視其安裝以進行駐場 服務。或者是，顧客常常將故障的通電系統交回製造商服 務中心。擁有受過訓練的技術人員來執行駐場服務對於顧 客來說是昂貴的。另一方面，因爲供電系統的操作相當依 朿貝其環境’因此將供電系統移動並送回的服務住往結果是 供電系統通過所有在服務中心的測試。再者，缺乏駐場的 操作資料通常會伴隨著送回的供電系統。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印奴 因爲主控制器的速度限制而證實利用主控制器來監控 供電系統的性能爲不適當的。所以，分析所需的關鍵資訊 通常必須直接取自供電系統，無關於主控制器。本供電系 統也不考慮遠距裝配用以診斷測試的供電系統。這不是需 要技術人員巡視供電系統站台，就是需要服務中心經由裝 :，配診斷測試的單元來步進製造商。因爲此類裝配程序是困 難且費時的，顧客可能在裝配期間犯錯而提出有限價値的 測δ式。因爲适些困難度通常需要具資格的技術人員來巡視 供電系統站台’服務問題單元的反應次數會需要材料處理 系統的額外停工。 因爲材料處理者將許多材料處理應用視爲高度機密， 因此材料處理者不情願將資訊傳送給遠端站台，甚至製造 商，以保護關鍵的處理資訊。另一方面，假如服務技術人 員必須巡視供電系統站台以建立並管理適當的資料紀錄/分 析系統’适會增加成本且進一步減緩維修處理。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶） -5- 555986 A7 B7 五、發明説明（3) 所以，理想的是提供一種用以監控供電系統的系統以 及一種用以遠距監控供電系統的系統。 .(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明槪述 本發明是針對一種監控供電系統的方法。此方法包括 以下步驟：提供產生輸出電力的發電機、提供用以監控發 電機之輸出電力的感應器、及提供用以接收感應器之輸入 並將控制信號提供給發電機之各種操作的控制器。此方法 1也包括監控複數個與供電系統相關之參數的步驟。將一組 規則應用至該參數以判定供電系統的操作狀態。 本發明也針對一種遠距監控供電系統的方法。此方法 包括以下步驟：提供產生輸出電力的發電機、提供用以監 控發電機之輸出電力的感應器、及提供用以接收感應器之 輸入並將控制信號提供給發電機之各種操作的控制器。其 ..中複數個參數中的至少一個與遠端站台通訊。複數個與供 電系統相關及與遠端站台通訊的參數是被監控的。遠端站 台的資料庫儲存複數個與遠端站台通訊的參數。 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印奴 本發明的進一步適用區域將參考文中所提供的詳細說 明而得到更淸晰的了解。應該了解到的是，指示本發明之 較佳實施例的詳細說明與特定範例，其目的僅在說明而不 限制本發明的範圍。 簡單圖示說明 本發明將藉由詳細說明及附圖得到更完整的了解’其 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 555986 A7 B7 五、發明説明（4) 中： ' 圖丨爲根據本發明原則所配置之供電系統的方塊圖； 圖2爲根據本發明原則所配置之供電系統監控器的方塊 圖； 圖3爲供電系統之監控操作的流程圖； 圖4爲根據本發明原則所配置之供電系統與遠端監控器 的方塊圖； 圖5爲用於多個供電系統之遠端供電系統監控系統的方 塊圖； 圖6爲遠端監控系統的方塊圖，其用於在多個本地站台 監控多個供電系統的操作； 圖7顯示遠端供電監控系統之操作的方塊圖。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印災 元件對照表 10 供電系統 12 傳送系統 14 發電機 16 AC輸入/主家用模組 18 A C插座 20 阻抗匹配網路 22 負載 24 輸出感應器 26 傳送系統控制器 2 8 I/O接合器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 555986 A7 B7 五、發明説明（5) 經濟部智慧財產局員工消骨合作社印災 34 通訊連結 ’. 36 通訊連結 38 通訊連結 46 系統監控器 48 通訊連結 5 2 環境感應器 54 通訊連結 58 通訊連結 60 參數資料庫 62 分析引擎 64 專家系統 66 規則資料庫 70 開始區塊 72 .監控參數區塊 74 應用規則區塊 76 產生規則區塊。 78 判定動作/警報區塊。 80 結束區塊 86 遠端監控系統 88 本地供電系統 88a 供電系統 88b 供電系統 88c 供電系統 88η 供電系統 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 555986 Α7 Β7 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 五、發明説明（6) 90 遠 端 監 控 器 90， 遠 端 監 控 器 90" 遠 端 監 控 器 9 2 本 地 站 台 94 遠 端 站 台 96 通 訊 連 結 100 遠 端 監 控 系統 100' 遠 端 監 控 系統 100" 遠 々山 m 監 控 系統 102 遠 七山 m ΓΤΠ. 控 系統 104 整 體 監 控 器 110 開 始 區 塊 1 12 收 集 遠 端 資料區塊 1 14 、監 控 參 數 區塊 116 Μ λ；匕Λ 用 規 則 區塊 118 產 生 規 則 區塊 ° 122 判 定 動 作 /警報區塊。 124 結 束 區 塊 較佳實施例的詳細說明 以下之較佳實施例的說明僅用於舉例說麗制本 發明的應用與使用。 圖1爲根據本發明原則所配置之供電系統1 0的方塊圖。 供電系統1 0包括一包含發電機或發電機模組Μ的傳送系 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -9- 555986 A7 B7 五、發明説明（7) 統1 2。發電機1 4收一輸入信號，如來自AC輸入/主家用模 '組16的交流電（AC)輸入信號。電力是透過AC插座18藉由 AC輸入1 6所接收。AC輸入1 6判定出用於應用及輸入到 發電機14的AC信號。發電機14可具體化爲任一種能夠將 輸入信號轉換成預定之輸出信號的裝置。AC輸入1 6也將 AC輸入信號轉換成低階度直流電（DC)信號以驅動邏輯階度 組件。 發電機14最好是藉由將此AC輸入轉換成預定的DC電 壓而用來輸出射頻（RF)信號。一對諸如推挽式放大器組態的 開關依次將DC電壓轉換成RF輸出電壓，其可在從發電機 14輸出之前先行濾波。發電機14的操作可以是習知技藝之 操作中的任-·類型，包括單一與兩階段轉換。 在提供給負載22之前，發電機i4先產生輸出電壓給阻 抗匹配網路或模組20。發電機1 4包括一用以判定發電機 1 4之輸出的內部輸出感應器。阻抗匹配模組20通常在發電 機14與負載2 2之間提供可變的阻抗以在發電機1 4的輸出 上維護預定的阻抗，通常是50 ohms。 在該輸出應用至負載22之前，輸出度量衡模組或輸出 感應器24先接收來自阻抗匹配網路20的電力輸出。輸出 感應器24對阻抗匹配網路20的輸出中所找到的預定參數 進行測量。例如，輸出感應器24可測量一個或複數個參 數，包括電壓、電流、電力、頻率、相位或其他有利於產 生電力輸出給負載22的參數。 阻抗匹配網路20與輸出感應器24皆產生資料信號給傳 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -10- 555986 A7 B7 五、發明説明（8) I------衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 送系統控制器26。傳送系統控制器26從阻抗匹配網路20 與輸出感應器24之其一或兩者處接收資料。如文中所將詳 述’傳送系統控制器2 6接收該資料並產生控制或資料信號 之至少一個給發電機14。傳送系統控制器26也可產生控制 信號給匹配網路20、輸出感應器24、AC輸入16與負載22 或與其父換貪料。傳送系統控制器2 6也與輸入/輸出（I /〇） 接合器或接合器模組2 8進行交換資料，其也被視爲周邊選 擇裝置（POD)。I/O接合器28可執行與外部裝置間的通訊， 諸如整體系統控制器、電漿系統控制器、測試模組、使用 者輸入模組、或其他想要與其分享資料或控制傳送系統1 2 之操作的模組。 通訊發生在供電系統的各種模組間。更特別的是，傳 送系統控制器2 6作爲共用控制器核心，其經由高速、數位 通訊連結34、、36、38、48及58將系統與次系統模組互連。 這些通訊連結可執行設計標準所要求的單一或雙向通訊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 通訊連結3 4將發電機1 4與傳送系統控制器2 6互連以執 行、局速雙向的通訊。當有需要時，通訊連結3 6將阻抗匹 配網路2 0與傳送系統控制器2 6互連。當有需要時，通訊 連結38會將輸出感應器24與傳送系統控制器26互連。通 訊連結48將AC輸入16與傳送系統控制器26互連。通訊 連結5 8將傳送系統控制器2 6與負載2 2互連。 傳送系統控制益2 6與發電機1 4、阻抗匹配網路2 〇、輸 出感應器24、負載22及I/O接合器28的每一個利用直接 信號連接或數位通訊協定進行通訊，其最好是高速的數位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公羞） ' —- -11 - 555986 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印敗 五、發明説明（9) 通訊協定。此協定可包括錯誤偵測與校正以改良系統控制 器26與每個與其交換資料之裝置間的通訊可靠性。此類協 定可使控制與回饋信號相較於傳統用於控制與量測之類比 方法具有較高的動態範圍。爲了使數位通訊發生作用，每 個文中所述的模組可具有數位通訊埠，而每個通訊連結可 合作運行以界定出所連接模組間的數位介面。 在本發明的特徵中，傳送系統控制器26也包括系統監 控器46，以下將作詳細說明。應該了解到的是，傳送系統 控制器26顯示於圖1，其包括系統監控器46。或者是，熟 知此技藝者將認知到可將系統監控器46裝配成與傳送系統 控制器26分開的替代模組。系統監控器46提供用於供電 系統丨0的快速偵測。 除了上述發電機1 4、阻抗匹配網路20、輸出感應器 24、負載22及AC輸入1 6的相關輸入之外，可將來自各種 感應器之諸如發電機14之輸出感應器的另外輸入應用至傳 送系統控制器26以提供系統監控器46足夠的輸入而用以 分析供電系統1 0的操作。供電系統1 0也可包括環境感應 器，如環境感應器52 ”其經由通訊連結54與傳送系統控制 器26連接。通訊連結54的操作與通訊連結34、36、38、 48及5 8相同。也就是說，通訊連結54可傳輸數位或類比 信號，或者數位與類比信號的結合信號以執行設計標準要 求的單一與雙向通訊。 如圖中所示，系統監控器46監控各種作爲供電系統1〇 之操作特徵的參數。系統監控器46產生類比或是數位的監 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T __ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -12 - 555986 A7 B7 五、發明説明（12) 假如 （降低電力放大器（PA)的效能）且 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ((至少一個電晶體（PT)溫度是高的）或 (此PT電流是不匹配的） 貝可能是P A問題。 假如 （降低PA的效能）且 ((至少一個PT溫度是高的）或 (此PT電流是不匹配的））且 (驅動器電流爲低）-則 可能是驅動器問題或是激勵板問題問題。 假如 （增加高紋波電壓）且 ((沒有改變P A效能）且 (沒有降低高電壓） 則 可能。 假如、（降低調變器效能）且 (沒有增加高電壓）且 (PA效能保持不變） 則 可能是調變器問題。 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 假如 （大量增加高電容器的充電時間） 則 可能是調變器洩漏問題。 假如 （高電容器充電時間約爲零） 則 可能是焊接的接觸器。 假如 （高電容器放電時間是無限的） 則 可能是焊接的接觸器 假如 （沒有改變周圍的溫度）且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -15 - 555986 A7 B7 五、發明説明（13) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (提高PA變壓器的溫度）且 (沒有改變PA效能）且 (單元處於熱穩態） 則 可能是PA變壓器問題。 假如 （提高PT溫度）且 (PT溫度是匹配的）且 (沒有改變入口水的溫度）且 (沒有改變PA效能） 則 可能是水流的減少 假如 （提高PT溫度）且 (PT溫度是不匹配的）且 (沒有改變入口水的溫度）且 (沒有改變PA效能） 則 、可能是PT吸熱問題。 假如 （PT溫度是不匹配的）且 (沒有改變P A效能）且 (PT電流是匹配的） 經濟部智慧財產局肖工消費合作社印製 則 可能是PT溫度感應器問題（可以繼續運 行） 假如 （PT電流是不匹配的）且 (沒有改變PA效能）且 (PT溫度是相同的）且 (沒有改變驅動器電流） 則 可能是PA電流感應器問題（可以繼續運 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X29*7公釐） -16 - 555986 A7 B7 五、發明説明（14) 行） 假如 （降低調變器家用（HK)電壓）且 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (沒有改變高電壓） 則 可能是調變器HK問題。 假如 （增加高電壓不足的比率） 則 可能是設備電力問題。 假如 （周圍溫度提局）且 (風扇是ok的） 則 可能是設備冷卻問題 假如 （提高通訊錯誤率）且 (增加調變器HK紋波） 則 可能是雜訊問題。 假如 （連鎖行程持續） 則 、可能是連鎖上的雜訊（可能不是藉由機電式開 關所造成）。 假如 （模組具有大大不同的錯誤率） 則 可能是高錯誤率模組上的接地問題。 經濟部智慧財產^7資工消費合作社印製 圖3顯示系統監控器46之操作的流程圖。控制開始 於開始區塊70並進行到監控參數區塊72。在監控參數區塊 72上，將供電系統10的參數定義操作輸入到參數資料庫 60。同樣在監控參數區塊72上，分析引擎62分析接收自 參數資料庫60的資料並產生輸出到專家系統64的條件。 然後控制進行到應用規則74。在應用規則區塊74之規則應 用之前，規則是產生於產生規則區塊76。產生規則區塊76 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -17 - 555986 A7 B7 經濟部智惡財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（id 產生有關規則資料庫66所述的規則。該規則儲存於規則資 料庫66中。應用規則區塊74將接收自分析引擎62的條件 與接收自規則資料庫66的規則做比較。接著控制進行到判 定動作/警報區塊78。在判定動作/警報區塊78上，專家系 統64輸出維護建議、警告、故障條件、及其他有關供電系 統10之資料爲基礎的可能動作。然後控制在進行到結束區 塊80。 專豕系統6 4及應用規則區塊7 4利用一預期參數作用 的資料庫，其以正常操作、沒有故障的操作，及一組利用 此資料的規則爲基礎。因爲供電系統1 〇的許多參數受到外 部變數的影響，諸如AC線路電壓周圍溫度及負載阻抗，規 則資料庫66與分析引擎62必須包含這些效果以預防不正 確的警告或故障模式。藉由產生一利用查詢表的系統模型 或以來自樣本供電系統之測量資料爲基礎的經驗判定模型 可說明此類外部變數。假如動作/警報區塊78判定一故障， 其被定義爲需要供電系統停工之嚴重失誤，或是一警告， 其被定義爲不正常操作或傾向，則判定動作/警報區塊78會 說明適當的動作以保護供電系統丨〇並指示供電系統1 〇的 次系統或外部應用需要服務。此動作保護供電系統丨〇及安 裝供電系統1 〇的整個客戶系統。 如上文所述’規則資料庫儲存有輸入至專家系統的規 則。此類規則包含規則及對給定系統的期望値。關於本發 明’虽沒有規則不存在時，必須定義出規則以避免警告或 故障指示。可以實行兩個方法來取得此規則與期望値。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 嫌衣 、一U 口 d 本，.氏張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇χ297公釐 -18- 555986 A7 B7 五、發明説明（id (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一方法可稱爲防護帶方法。在防護帶方法中，將一 頻帶置於參數的期望値周圍，當參數落在預定頻帶的外側 時便輸出一警告或錯誤指示。舉例說明，假如已知底座的 內部周圍溫度是沿著正常操作範圍直線改變爲而內部電力 消散與外部周圍溫度的函數，可藉由以下等式（1)來定義正 常或錯誤樹的周圍溫度： T i π r ( T a m b , P d i s s ) = T a ~ b + (2 P d i s s ( Π 其中 T…爲預期的周圍溫度； T a m b爲外部周圍溫度； ^爲以經驗資料爲基礎的比例常數，及 Pd…爲計算出來的熱消散，其是利用感應器 資料所決定。、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 規則資料庫66可將外部周圍溫度的預期作用儲存於查 詢表中或是在需要是計算此溫度。藉由在內部周圍溫度設 置防護帶，諸如對於警告的± 1 0 %作爲臨界値或對於故障的 ±20%作爲臨界値，當溫度落在警告或故障防護帶之外側 時，專家系統64便產生警告。 故障物理學方法可替代防護帶方法用來判定規則資料 庫66的規則作爲當存在有故障或警告操作條件時的公制。 當故障物理學方法指示組件或次系統可能具有高的故障或 然率時，會取得適當的旗標與動作。 可以利用化學反應或材料擴散模型來將電子組件故障 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公楚） -19- 555986 Α7 Β7 五、發明説明（β 作成模型。機電式組件故障模式通常是以對故障（MCTF)的 平均週期模型爲基礎。焊接與半導體小片連接的熱疲勞模 型利用溫差（△ T)與對故障週期的組合。 經由特定範例，諸如溫度與效能的參數可用來估計溫 度、提供系統性能的聲音指示。阿瑞尼士關係描述溫度上 之化學反應率的指數相依性。大部分的電子組件故障起因 於化學反應，也稱爲擴散現象。阿瑞尼士等式定義出加速 度因子，也被定義爲上升故障率，由於組件溫度中的上 升。可將其描述爲以下等式： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、τ 經濟部智惡財產局8工消費合作社印製 其中A爲加速度因子； -Ea、爲電伏特中的活性化能源，其隨著特殊故障 機構而改變； k爲波爾茲曼常數； T爲上升溫度値（° K);及 Τη爲正常溫度（ύ K)。 上述的系統在導致真正的故障前先產生警告與故障模 式指示。這提供了先行的警告以將系統停工期最小化並減 少物主的所有成本。再者，此類系統有利於供電系統製造 商，因爲其將交回給製造商的單元數減少而稍後測試以判 定該單元沒有顯著的問題。再者，上述的系統減少了以操 作條件爲基礎之重要組件的整個故障率。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐) -20- 555986 Α7 Β7 五、發明説明（y 有關圖1至圖3的上述系統顯示爲本地操作，其與將 監控之供電系統有關。然而，對於一些應用，諸如供電系 統的製造商或批發商與客戶相距遙遠時，與供電系統相距 遙遠的系統監控器使供電系統的服務較爲方便，並可進行 遠端系統的監控與遠端資料的收集。如文中所將描述，遠 端系統監控與資料收集能力藉由方便客戶協助，因而將停 工期、不正確的保證退回及客戶的不便最小化而提供較大 的彈性。 圖4顯示包含本地供電系統88與遠端監控器90的遠 端監控系統86。供電系統88最好是置於本地站台92，而 遠端監控器90最好是置於與供電系統88遠離的站台。也 就是說，供電系統8 8可依客戶方便性來設立，而遠端監控 器90可依製造商方便性來設立於遠處，諸如場地服務便利 或是其他製造商站台，可稱爲遠端站台94。應該注意到的 是’供電系統8 8可包含本地系統監控器，諸如上述與圖1 _ 3所相關的。遠端監控器90可執行與上述系統監控器46相 同的功能及/或可提供替代性功能，諸如遠端監控與分析、 資料收集及規則產生。如文中所述，遠端監控器9 〇與供電 系統8 8利用通訊連結9 6互連，其可以是雙向連結。此雙 向連結可使遠端監控器90接收來自供電系統88的資料並 可使遠端監控器9 0將資料或控制命令提供給供電系統8 8。 [0065]圖5顯不遠端監控器系統1〇〇的方塊圖，其中遠 端監控器90置於遠端站台94且與供電系統1 88a、供電系 統2 88b、及供電系統η 88η通訊。遠端監控系統〖〇〇的操 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 555986 Α7 Β7 五、發明説明（y (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 作與上述遠端監控系統86相同。除此之外，遠端監控器9〇 監控供電系統88a、88b、及88c，而不是僅監控單一供電系 統。遠端站台94可以置於製造商安裝處，諸如客戶服務或 設計便利性。可替代性地將遠端站台94置於客戶位置，而 遠離供電系統88a、88b及88η的位置。 如圖5中所示，遠端監控器90監控複數個位於本地站 台92之供電系統的操作。遠端監控器90在客戶位置、服 務站台、一些其他遠端位置提供任一的集中監控位置。 遠端監控系統90儲存各個供電系統88a、88b、及88c 的資料並選擇性地儲存供電系統88a、88b、及88c的收集 資料。在此方式中，可以建立整個供電系統的歷史資料 組，並儲存個別資料組以監控個別供電系統的操作。或者 是，製造系統90形成其他即時爲所監控供電系統所收集的 資料群組。例如，在特定的本地站之相鄰供電系統的資料 可以成一群組以提供環境特定資訊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印楚 圖6顯示供電系統86與100的擴充版本。遠端監控系 統1 02說明遠端監控系統觀念的延伸。每個遠端監控系統 100、iO(T及100"包含複數個供電系統88a、88b、88η及遠 端監控器90。如圖6中所示，相同的數字用來說明相同的 組件，除了 Γ)與（"）是用來指示個別的遠端監控系統。 每個本地遠端監控系統100、10(Τ及1〇(Γ將資料輸出給 整體監控器104。遠端監控系統100可設置於與遠端監控系 統100’分離的站台，遠端監控系統100·可置於與遠端監控 系統100Η遠離的站台。每個遠端監控器90、90’及90Μ收集 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） -22- 555986 A7 B7 五、發明説明（21) 件、及其他有關供電系統1 〇之資料爲基礎的可能動作。然 後控制在進行到結束區塊124。 專豕系統6 4及應用規則區塊丨2 4利用一預期參數作用 的資料庫，其以正常操作、沒有故障的操作，及一組利用 此資料的規則爲基礎。因爲供電系統1 〇的許多參數受到外 部變數的影響’諸如AC線路電壓周圍溫度及負載阻抗，規 則資料庫66與分析引擎62必須包含這些效果以預防不正 確的警告或故障模式。藉由產生一利用查詢表的系統模型 或以來自樣本供電系統之測量資料爲基礎的經驗判定模型 可說明此類外部變數。假如動作/警報區塊1 22判定一故 障’其被定義爲需要供電系統停工之嚴重失誤，或是一警 告，其被定義爲不正常操作或傾向，則判定動作/警報區塊 122會說明適當的動作以保護供電系統10並指示供電系統 i〇的次系統或外部應用需要服務。此動作保護供電系統10 及安裝供電系統1 0的整個客戶系統。 如上文所述，規則資料庫66儲存有輸入至專家系統64 的規則。此類規則包含規則及對給定系統的期望値。關於 本發明’當沒有規則不存在時，必須定義出該規則以避免 警告或故障指示。上述與圖1 - 3相關的兩個方法可以被實行 以取得此規則與期望値。 圖心7所述的遠端監控系統提供許多特徵與優點。與 圖5-7所述相關的遠端監控系統可使製造商或服務中心提供 遠距供電系統的專家協助、監控及分析。本地供電系統最 好是接受可選擇性媒體所提供的組態命令，諸如內部網 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 OX 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

T 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製

LiiBiwari -24- 555986 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 路、網際網路、本地區域網路（LAN)、或廣域網路（WAN)。 所選擇的介面最好是將資料傳送從指定本地協定轉換到適 合於傳送至遠端站台之距離的一般可用的、外部協定。可 架構的介面最好將資料加密以提供適當的資料保護。除此 之外，可架構的介面可使本地使用者定義什麼資料可以被 傳送到遠端站台。 上述的遠端監控系統提供許多附加的利益。當供電系 統在遠處操作時，服務人員可遠距監控供電系統。在許多 範例中，當遠處之工廠技術人員診斷本地安裝的單元時可 減輕將供電系統交回製造商的需要。每個供電系統不需要 各自儲存資料，其資料可由遠端監控器所儲存。再者，資 料可直接從供電系統存取以達到快速資料取得。如文中所 述’本地站台僅需要允許對此單兀的外部存取並定義什麼 資訊爲可用的，可大大地減少本地站台的操作者在收集資 料的需要。工廠服務技術人員不需要做不必要的巡視來執 行站台的診斷，其可有效地由遠距的服務技術人員來執 行。再者，所有的資料記錄與分析工具僅需要置於遠端站 台’所以在安裝供電系統時也排除了在本地站台之額外裝 配的需要。 本發明的描述僅在舉例說明，所以不脫離本發明之主 旨的改良需在本發明的範圍之內。此類改良將不被視爲本 發明之精神與範圍的背離。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -餐衣 、11 4 —---. ...... ........糊罐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公瘦) '〜^ -25-

集—專利説明書 1力条統、供電条統及監控供電糸統之方法 中 文 發明新型 名稱 英 文

Electrical power system, power delivery system, and method <|>f nonitoring power delivery system 姓 名 1)凱文·南斯曼 Nasman，Kevin P. !2)艾倫•雷多斯基 Radomski，Aaron T. 國 籍 發明 創作> 住、居所 1) 美國紐約州北奇里牧草田二七〇號 270 Meadowfarm, North Chili, NY 14514, 2) 美國紐約州懷俄明大街三十二號 32 Main Street， Wyoming, NY 14591， U.S.A. 裝 訂 姓 名 (名稱〉 1)恩尼科技股份有限公司 ENI Technology, Inc* 線 國 籍 三、申請人 住、居所 (事務所） 1)美國 1)美國紐約州羅契斯特強力路一〇〇號 100 Highpower Road, Rochester, New York 14623-3498, LUA. 代表人 姓 名 1)羅伯特♦雷里歐Lei io，Robert J. 本紙張尺度逋用令國國家標苹（CNS ). A4坭格（210X：297公t ) 雜修正 補充 A7 B7 五、發明説明（作 控輸出信號，其提供與供電系統1 0操作相關的資訊。此類 資訊可包括建議維護、錯誤偵測及提議校正、故障模式警 告，或是其他與供電系統10相關的資訊。 圖2顯示圖1之系統監控器46的方塊圖。系統監控器 4 6經由上述的通訊連結接收參數。參數1、參數2及參數n 都被輸入到參數資料庫60。舉例說明，輸入到系統監控器 4 6的參數可包括系統電力轉變效率、次系統電力轉變效 率、操作時數、輸出致動的次數、組件溫度、周圍空氣溫 度、周圍水氣溫度、溼度、灰塵或污染因子、通訊連結錯 誤率、增益特徵、增益特徵中的變換、反應特徵、反應特 徵中的變換、AC輸入線路中的漂流、AC輸入線路中的瞬 變、包含接觸器週期、機電裝置循環、電力組件之熱循環 的疲勞資料、諸如來自系統感應器之電弧、回饋完整性的 負載瞬變、或其他可用於定義供電系統1 〇之操作的參數或 傾向。參數資料庫60最好是在類神經網路中實行。參數資 料庫60的類神經網路產生及維護輸入至參數資料庫6〇之 參數資料的歷史紀錄，並將該參數資料壓縮。 參數資料庫60將資料儲存並將其輸出到分析引擎62。 可利用類神經網路、模糊邏輯或其他人工智慧系統來實行 分析引擎62。如文中所將詳述，分析引擎62分析從參數資 料庫60接收的參數資料並判定相同的是否在預定範圍內或 判疋個別參數資料或群組是否建議令人滿意或不受歡迎的 條件。 分析引擎62將一些條件輸出至專家系統64。專家系統 本紙張尺度適财酬家標準（CNS ):規格（21G><297公聲） -— -13- m - - -· ml 1 ....... i n §MMBa§ ml n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智態財產局員工消費合作社印製 A7 B7 5辦8§7佟〇： 年月曰一1二 補充 五、發明説明（1) 64接收來自分析引擎62的條件並將這些條件應用至從規貝u 貝料庫6 6所接收的規則中。規則資料庫6 6含有一個或一 些規則，當應用至專家系統64中之分析引擎62所接收的 條件時，其定義出供電系統10的操作並產生警告或故障指 示。專家系統64輸出一個或一些警告、故障指示，或故障 模式資料或是指示供電系統10狀態或供電系統10之一部 份的旗標。可以根據各種設計考量經由類神經網路或模糊 邏輯系統來產生及定期更新儲存於規則資料庫66中的規 則。或者是，可以箱由系統設計者來定義儲存於規則資料 庫66中的規則，並使其固定直到系統設計者進行修改。可 以利用如IF-THEN說明的習知軟體技術來應用該規則，或 是利用諸如專家系統、模糊邏輯、決策樹、故障樹或類神 經網路的人工智慧。 在較佳實施例中，儲存於規則資料庫6 6中的規則實行 至供電系統1 0的語言學定義操作。例如，使用規則的模糊 描述，諸如M減少的"、”高的"、"正常的"及”不匹配的"，而 非'丨寸殊疋義的限制。當數學函數定義出輸出參數時，最好 將函數的變化以"增加的”或"減少的"來描述以確定其他的變 數不會造成此改變。例如，假如效能往下掉而負載阻抗Z 與電力沒有改變的話，系統的變化會造成效能的改變。另 一方面，假如效能改變而降低輸出電力的話，會因操作點 改變而造成效能的改變，而非系統的變化。舉例說明，以 下所顯示的許多規則用以示範這些規則的模糊性質。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公羡） ---r--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 9

修止補充 A7 B7 經濟部智悲財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（畔 各自相關之供電系統的資料。然後每個遠端監控器90、90’ 及90"將資料輸出給整體監控器1 〇4。將在此技藝中了解的 是，可將遠端監控系統1〇〇、100’及100"與遠端監控器90、 90’及90"之任一省略，而其各自的供電系統88可將資料直 接輸出到整體監控器1 04。圖6之系統操作與上述圖4-5的 相同。遠端監控系統102遠距離地監控供電系統88的整體 領域以收集來自供電系統88橫斷面的資料，其安裝於各種 環境中，因而能夠進行與圖1-3相關所述的更準確分析與規 則產生。 圖7顯示如上述與圖4-6相關之實行遠端資料收集與 監控系統的方塊圖。控制開始於開始區塊11 〇並在區塊11 2 進行收集遠端資料。如上所述區塊1 1 2收集遠端資料。在 區塊112的收集遠端資料之後，控制進行到監控參數區塊 114。在監控參數區塊114上，供電系統88的參數定義操作 被輸入到圖2的參數資料庫60。同樣在監控參數區塊114 上，圖2的分析引擎62分析接收自參數資料庫60的資料 並產生輸出到專家系統64的條件。然後控制進行到應用規 則1 1 6。在應用規則區塊11 6之規則應用之前，規則是產生 於產生規則區塊1 1 8。產生規則區塊1 1 8利用模糊邏輯或是 類神經網路來產生上述的規則。該規則儲存於規則資料庫 66中。應用規則區塊116將接收自分析引擎62的條件與接 收自規則資料庫66的規則做比較。接著控制進行到判定動 作/警報區塊122。在判定動作/警報區塊122上，從專家系統 64以故障模式或旗標的形式輸出維護建議、警告、故障條 (請先閱讀背面之注意事 J· •項再填. 裝-- :寫本頁) 、11 it 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23-

Claims (1)

1. 555986

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 附件4A : 第901 33 107號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國92年6月27曰修正 1 · 一種監控供電系統的方法，包含以下步驟： 將感應器與控制器提供給產生輸出電力的發電機，該 感應器是用以偵測供電系統的至少一個參數，而該控制器 是用以接收感應器的輸入並提供控制信號以改變發電機的 操作； 監控複數個與供電系統相關的參數；及 將一組規則應用至該參數以判定供電系統的操作狀 態。 2.根據申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含根 據與供電系統相關之參數來定義一組操作規則的步驟。 3·根據申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含下 列步驟：根據將此組規則應用至參數的結果來發出供電系 統故障條件的信號。 4 ·根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中監控參數 的步驟進一步包含以下步驟：收集參數上的歷史資料並根 據此歷史資料對至少一個的參數定義出至少一個條件，且 將此組規則應用至該參數的步驟將此組規則應.用至至少一 個條件。 5.根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中定義至少 一個條件的步驟進一步包含利用模糊邏輯系統及·類神經網 路之其一來定義至少一個條件的步驟。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公嫠] _： I aMammmi ΒΙ_ϋ In ^ϋι>1 —l_i n ϋϋ n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁，> ▼訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555986修止1 ^六 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 2 6 ·根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中定義至少 一個條件的步驟進〜步包含定義出一範圍的步驟，其中假 如寥數落在範圍之內的話，則至少一個參數的條件是可接 受的。 7.根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中定義至少 一個條件的步驟進〜步包含根據所選擇之參數將實體結果 形成模型的步驟。 8 ·根據申請專利範圍第4項所述之方法，進一步包含： 提供一專家系統以接收該規則及至少一個條件，其中該專 家系統根據該規則對條件的應用來指示故障模式標準。 9.根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該參數包 括以下群組中的至少一個··電力轉換效能、供電系統之操 作時數、供電系統之輸出激勵、組件溫度、周圍溫度、溼 度、微粒污染、通訊連結錯誤率、反應特徵、輸入電力的 漂流、輸出電力的漂流、接觸週期數、熱週期數、瞬變電 流數、回饋及參數値傾向。 1 0 . —種供電系統，包含： 接收輸入電力及產生輸出電力的發電機； 用以偵測至少一個與供電系統相關之參數的感應器； 控制器’用以接收感應器的輸入並提供控制信號以改 變供電系統的操作；及 系統監控裕’ g亥系統§£控器接收複數個定義出與供電 系統相關之參數的輸入信號，該系統監控器包括一組操作 規則並將此組規則應用至參數中以判定供電系統的操作狀 本^尺度適用中國國家標準（〇阳）六4規格（210父297公釐）~' ： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -2- 發5顯修正 年月曰 補充 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 態。 11.根據申請專利範圍第10項所述之供電系統，其.中系 統監控器根據供電系統的操作狀態來指示警告。 12 ·根據申請專利範圍第1 〇項所述之供電系統，其中系 統監控器進一步包含資料庫，用以收集輸入至系統監控器 之參數上的資料。 1 3 .根據申請專利範圍第1 2項所述之供電系統，其中系 統監控器進一步包含資料分析模組，其對至少一個參數定 義出至少一個條件並將該組規則應用至該至少一個條件 中〇 14 ·根據申請專利範圍第1 3項所述之供電系統，其中分 析引擎包括模糊邏輯系統與類神經網路系統的其一以定義 出該至少一個條件。 1 5 .根據申請專利範圍第1 3項所述之供電系統，其中該 分析引擎藉由定義出一範圍來定義出該至少一個條件，其 中假如參數落在範圍之內的話，則至少一個參數的條件是 可接受的。 1 6.根據申請專利範圍第1 3項所述之供電系統，其中該 分析引擎根據所選擇的參數將實體結果形成模型來定義出 該至少一個條件。 1 7 ·根據申請專利範圍第1 3項所述之供電系統，進一步 包含專家系統以接收該規則及至少一個條件，其中該專家 系統根據該規則對條件的應用來指示故障模式標準。 18·根據申請專利範圍第π項所述之供電系統，進一步 本紙張尺度適用巾國國家標準（CNS ) A4胁（210X29*7公羡) : ' " ----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -3-

   六、申請專利範圍 4 包含用以接收輸出電力的匹配網路，該匹配網路產生發電 機與負載間的阻抗。.. (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 9 ·根據申請專利範圍第1 3項所述之供電系統，其中該 參數包括以下群組中的至少一個：電力轉換效能、供電系 統之操作時數、供電系統之輸出激勵、組件溫度、周圍溫 度、溼度 '微粒污染、通訊連結錯誤率、反應特徵、輸入 電力的漂流、輸出電力的漂流、接觸週期數、熱週期數、 瞬變電流數、回饋及參數値傾向。 20.—種監控供電系統的方法，包含以下步驟： 將感應器與控制器提供給產生輸出電力的發電機，該 感應器是用以偵測發電機的至少一個參數，而該控制器用 以接收感應器的輸入並提供控制信號以改變發電機的操 作； 將複數個參數中的至少一個傳達給遠端站台； 監控複數個與供電系統相關且傳達至遠端站台的參 數；及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在遠端站台提供一資料庫以儲存複數個傳達至遠端站 台的參數。 21 ·根據申請專利範圍第20項所述之方法，進一步包含 下列步驟：將傳達至遠端站台的資料進行分析以監控供電 系統的操作。 22·根據申請專利範圍第20項所述之方法，進一步包含 下列步驟：根據將此組規則應用至該參數的結果‘來發出供 電系統故障條件的信號。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ^ 正充修補 6i 0 ¥月 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 5 23 ·根據申請專利範圍第2〇項所述之方法，進一步包含 以下步驟： 在遠端站台監控所選擇之與供電系統相關的參數；及 在遠端站台將一組規則應用至該參數以判定供電系統 的操作狀態。 24. 根據申請專利範圍第23項所述之方法，進一步包含 根據與供電系統相關之參數在遠端站台定義出一組操作規 則的步驟。 25. 根據申請專利範圍第23項所述之方法，其中監控參 數的步驟進一步包含以下步驟：收集參數上的歷史資料並 根據此歷史資料來對至少一個參數定義出至少一個條件， 且將此組規則應用至該參數的步驟將此組規則應用至至少 一個條件。 26. 根據申請專利範圍第23項所述之方法，其中監控參 數的步驟進一步包含以下步驟：在複數個遠端站台上收集 複數個供電系統之參數上的歷史資料並根據此歷史資料來 對至少一個參數定義出至少一個條件，且將此組規則應用 至該參數的步驟將此組規則應用至至少一個條件。 2 7 ·根據申請專利範圍第2 6項所述之方法，其中定義至 少一個條件的步驟進一步包含利用模糊邏輯系.統及神經網 路系統之其一來定義至少一個條件的步驟。 28·根據申請專利範圍第26項所述之方法，其中定義至 少一個條件的步驟進一步包含定義出一範圍的步·驟，其中 假如參數落在範圍之內的話，則至少一個參數的條件是可 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —.1— I— nn n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555986 ^ Ί]日Γ夕丄 補充 六、申請專利範圍 6 接受的。 2 9.根據申請專利.範圍第2 6項所述之方法，其中定義至 少一個條件的步驟進一步包含根據所選擇的參數將實_ ^ 果形成模型的步驟。 30·根據申請專利範圍第26項所述之方法，進—步包 含：提供一專家系統以接收該規則及至少一個條件，其中 該專家系統根據該規則對條件的應用來指示故障模式標 準。 3 1. —種電力系統，包含·· · 供電系統，其包括： 接收輸入電力及產生輸出電力的發電機； 用以偵測供電系統之至少一個參數的感應器；及 控制器，用以接收感應器的輸入並提供控制信號 以改變發電機的操作；及 置於供電系統遠處的遠端監控器，該遠端監控器接收 來自供電系統的資料，該遠端監控器包括用以儲存從供電 系統接收之資料的資料庫，該資料包括複數個定義出與供 電系統相關之參數的信號。 32·根據申請專利範圍第31項所述之系統，其中遠端監 控器包括規則資料庫，其用以儲存供電系統操作的一組規 則並將此規則應用至參數以判定供電系統的操作狀態。 33·根據申請專利範圍第32項所述之系統，其中遠端監 控器根據供電系統的操作狀態來指示警告。 · 34·根據申請專利範圍第32項所述之系統，其中該遠端 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   -6 - 555986 92年6 曰修早 丨 減1 ΑβΙ C8 ________ D8 六、申請專利範圍 7 監控裔進一步包含貪料分析模組，其對至少一個參數定義 出至少一個條件並將該組規則應用至該至少一個條件中.。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 5.根據申請專利範圍第34項所述之系統，其中分析引 擎包括模糊邏輯系統與類神經網路系統的其一以定義出該 至少一個條件。 36·根據申請專利範圍第34項所述之系統，其中該分析 引擎藉由定義出一範_來定義出該至少一個條件，其中假 如參數落在範圍之內的話，則至少一個參數的條件是可接 受的。 37·根據申請專利範圍第34項所述之系統，其中該分析 引擎根據所選擇的參數將實體結果形成模型來定義出該至 少一個條件。 38·根據申請專利範圍第31項所述之系統，其中在遠端 監控器與供電系統間交換的資料是被加密的。 3 9.根據申請專利範圍第3 1項所述之系統，其中從供電 系統發送到遠端監控器的參數可以由操作者來定義。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）