具有用於自動確定負載何時接通和斷開的學習模式的循環負載控制器的製作方法

2023-10-10 03:24:54

專利名稱：具有用於自動確定負載何時接通和斷開的學習模式的循環負載控制器的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及與對反覆地循環接通和斷開的負載供給電力相關聯的電氣裝置。循環負載的例子為照明、加熱器、家用電器、遊泳池、熱水浴缸、空氣壓縮機、計算機系統、音響設備、通風裝置或空氣處理設備、風扇、水軟化器、安全系統和電動汽車。背景可編程系統是已知的，其用於控制電力到電氣負載的輸送。但是，在已知系統中，要控制電氣負載，程序仍然必須由用戶來準備或以其它方式獲取並實現。發明概述循環負載控制器的組成部分或模塊的討論將在本文中相對於特定的功能任務或任務分組被給出，在某些情況下，為了說明的目的，所述特定的功能任務或任務分組被任意分配給特定模塊。將由本領域普通技術人員理解的是，本發明的方面可以各種方式被布置，或者功能任務可根據在本文中被使用的其它術語或架構來分組，而不違背本發明的精神。在各種實施方式中，循環負載控制器是一個電氣裝置或多個裝置，其用來控制當連接到電力源時反覆地循環接通和斷開的電氣負載。循環定時可以按分鐘、小時、天、周、月，包括天文的和公用事業非尖峰時段。所述裝置處於與定期循環的負載串聯並學習所述負載何時接通和斷開。可以有內部電流互感器，其用於監測較低電流量(amperage)的負載或端子，較低電流量的負載或端子可被設置在所述裝置上，用於連接外部電流互感器用於更大的電流負載。對於更高的電壓和更高的電流量的負載，所述模塊可被配置為控制繼電器或電接觸器，這反過來將控制循環負載。循環負載控制器可包含連接到電子存儲模塊的控制屏。所述控制屏允許輸入關於存儲器的設置信息。該設置信息由時間、日期、時區和地點組成。所述控制屏可包含用於操作模式的接口和接通/斷開開關，所述操作模式包括手動操作模式、學習模式、運行模式。手動模式允許手動編程的接通/斷開負載命令，該命令包括時移到公用事業非尖峰時間。學習模式跟蹤循環負載命令並為所述模塊編程接通和斷開的時間。運行模式根據存儲器使負載通電和斷電。接通/斷開開關將接通和斷開模塊的全部電力。本公開的一種實施方式提供了一種電氣裝置，以與當連接到電力源時將被反覆地循環接通和斷開的電氣負載一起使用。所述裝置及其操作可以提供一種廉價的方式，以添加對迄今為止基於裝置的即時需求被供電的裝置的能量消耗的智力層。然而，由於負載所需求的循環性質，所述即時需求的時間可能不是為裝置供電的最可取的時間。所述裝置可以包括:可控開關，其用於將負載連接到電力源以及使負載從電力源斷開；開關，其耦合到所述可控開關，用於在「學習」操作模式期間接通和斷開所述可控開關；控制器，其耦合到所述可控開關；以及選擇器，其耦合到所述控制器，用於選擇「學習」或「運行」操作模式。所述控制器被編程為:1.檢測及存儲負載在「學習」操作模式中時消耗功率即被接通和斷開時的時間和
日期；
2.在「學習」操作模式期間，確定負載被接通時的一天的平均時間，以及在「學習」操作模式期間，確定負載的接通和斷開之間的平均時間；以及3.在「學習」操作模式期間，生成控制信號，該控制信號通過當所述可控開關被接通時，在一天的所述平均時間接通所述可控開關，以及通過在「運行」操作模式期間與所述可控開關的接通和斷開之間的所述平均時間對應的時間間隔之後斷開所述可控開關，用於在「運行」操作模式期間自動地接通和斷開可控開關。附圖簡述在閱讀以下詳細描述並參考附圖後，本發明的上述及其它優點將變得明顯。

圖1是用於控制從斷路器到循環負載的電力的供給的自動化系統的簡圖。圖2示出了本發明的可替代方面。雖然本公開可以有各種修改和替代形式，但是特定的實施方式已藉助實例在附圖中被示出並且將在本文中被詳細描述。然而，應理解，不旨在將本發明限於所公開的特定形式。相反，本發明旨在覆蓋落入由所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍內的所有修改、等價和替換。詳細描述圖1示出了配電系統的一部分，在該系統中，電力被跟蹤且稍後被存儲模塊15控制。電力被供給通過具有高電流量的二極斷路器10的負載中心21，以藉助可控開關裝置12將電力供給到負載11。開關裝置12通常是繼電器或接觸器，S卩，一種可被切換以控制電力到負載11的供給並且可以處理直接驅動高電流量負載例如電動機所需要的高電力的繼電器。開關裝置12通過其中具有手動開關13的導體23由存儲模塊15控制。存儲模塊15通過單極低電流量斷路器14供電，單極低電流量斷路器14也在負載中心21中。存儲模塊15包括可編程控制器16(例如微處理器)和人機接口，例如用戶可訪問的觸控螢幕顯示器17。負載11可以是被反覆地循環接通和斷開的任何負載。在這種實施方式中，如上所述，負載通常是高電流量負載，例如一組辦公照明、熱水器、家電、遊泳池、熱水浴缸、空氣壓縮機、計算機系統、音響設備、通風裝置、空氣處理設備、水軟化器、安全系統、電動汽車等。當手動開關13閉合時，存儲模塊15連接到開關裝置12，用於控制給負載11的電力，如下面相對於「運行」模式所討論的。存儲模塊15被連接到用於監測由負載11汲取的電流的裝置，如電流互感器(CT)25。存儲模塊15中的控制器16也可將信號發送給與用戶聯接的顯示器17以及從與用戶聯接的顯示器17接收信號。控制器16也可監測開關13和開關裝置12的狀態(接通或斷開)。存儲模塊15包括時鐘，該時鐘為控制器16供給時間和日期信息。為最初設置存儲模塊15，用戶可以使用觸控螢幕顯示器17，以輸入以要求當前的時間和日期的欄位的形式的所需的信息、所輸入的時間是否是夏令時間，以及所需的操作模式(「學習」、「運行」或「手動」)。在一個方面，使用適當的特定應用集成電路(ASIC)時，因為每天的光照隨季節調整，所以位置的緯度和經度可被輸入以控制照明。在其它方面和實施方式中，存儲模塊可以只從它在學習模式下被放置的時間跟蹤循環。在「學習」模式下，到負載11的普通電力傳輸不受幹擾，並且模塊15中的微處理器通過CT25自動檢測由負載11消耗的電力並記錄每個這樣的事件的時間和日期。模塊15可被設置為僅考慮在某一瓦數以上的功率消耗測量，以考慮到某些負載的板載電子器件的寄生功率消耗。只要模塊15保持在「學習」模式下，所有這些信息被存儲在存儲器中作為發生的開關事件的日誌。當「學習」模式被終止時，控制器16自動檢索所存儲的日誌並分析日誌中的數據，以確定開關裝置曾被接通時的一天中的平均時間、開關裝置曾被斷開時的平均時間以及這兩個事件之間的平均時間(例如，是否超過一天)。這些結果被存儲在存儲器中，用於在「運行」操作模式下使用。當選擇了 「運行」模式時，存儲模塊15中的控制器16終止「學習」模式並自動產生控制信號，以在所述平均時間和在平均時間間隔接通和斷開開關裝置12，所述平均時間和所述平均時間間隔根據在學習模式期間發生的這樣的事件的日誌來計算。計算連續事件之間的平均時間間隔使控制器16能夠按學習模式期間發生的相同的平均時間間隔生成連續的控制信號，即使這些間隔超過一天。因此，模塊15自動地控制開關裝置12以按在學習模式期間記錄的相同的循環模式將電力供給到負載11。可選地，控制器16可被編程或以其它方式被激活，以使所述循環模式時移到由電力供應商指定的電力更容易獲得且因此通常成本更低時的「非高峰」時間段。在說明性實施方式中，只要模塊15是在「運行」模式下，則手動開關13必須保持閉合，以維持模塊15和開關裝置12之間的連接。可選地，控制器16可被編程以自動地閉合可控並聯開關，以當選擇運行模式時繞過手動開關13。在「手動」模式下，用戶可以使用觸控螢幕顯示器17來設置新的循環，或者通過手動設置用於模塊15中的控制器16所需的時間和日期來修改「學習」模式結束時由控制器16確定的循環，例如，以允許負載只在由電力公司指定的非尖峰時間期間操作。控制器16可以使用一個或多個通用計算機系統、微處理器、數位訊號處理器、微控制器、ASIC、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程邏輯器件(FPLD)、現場可編程門陣列(FPGA)及類似器件方便地實現，控制器16根據本文所描述和示出的教導被編程，如計算機和軟體領域的那些技術人員將理解的。由控制器16執行的程序中的機器可讀指令可以在存儲在有形介質例如，諸如，快閃記憶體上的軟體中實施，但本領域普通技術人員將很容易理解，整個算法和/或其部分可選地可由裝置而非處理器執行，或者可以公知的方式(例如，它可以由專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程邏輯器件(FPLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、離散邏輯元件等實現)在固件或專用硬體中實施。例如，控制器16的組件中的任何或全部可由軟體、硬體和/或固件實現。參照圖2，在本發明的其它方面，存儲模塊15、電力監測器25和可控開關裝置12可根據本發明的原理被併入自立型裝置，例如插頭27，其具有當因此被接通/斷開開關29選擇時用於循環負載控制的一個插座27。當然，插頭27用於在用戶的選擇的和自然放置在受保護的電力線和連接到其上的負載之間的斷路器保護的電源插座(未示出)處使用。雖然本發明已參照一種或多種特定的實施方式被描述，但本領域那些技術人員將認識到，可對本發明做出許多改變而不脫離本發明的精神和範圍。這些實施方式中的每一個及其明顯變型被設想為落入在下面的權利要求中陳述的所要求保護的發明的精神和範圍內。
權利要求
1.一種為負載供給電力的方法，所述負載由可控開關反覆地循環接通和斷開，所述方法包括 a.選擇「學習」操作模式，並在所述「學習」操作模式期間在所需的時間段中為所述負載供給電力， 1.檢測及存儲所述電力被所述負載消耗時的時間和日期， .在所述「學習」操作模式期間，確定所述電力被所述負載消耗時的一天的平均時間，以及在所述「學習」操作模式期間，確定在電力被所述負載消耗期間的所述時間段的平均長度，以及 b.選擇「運行」操作模式以及生成控制信號，所述控制信號用於在所述「運行」操作模式期間在與所述平均時間對應的時間以及在與時間的所述平均長度對應的時間段內自動地為所述負載供給電力。
2.如權利要求1所述的方法，所述方法包括監測由所述負載汲取的電流。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述「學習」操作模式和所述「運行」操作模式被手動選擇。
4.如權利要求1所述的方法，所述方法包括將對於所述「學習」操作模式確定的所述平均時間時移到電力更容易獲得的「非高峰」時間段。
5.如權利要求1所述的方法，所述方法包括用於控制到所述負載的電力的供給的可控開關。
6.一種與連接到電力源時被反覆地循環接通和斷開的電氣負載一起使用的電氣裝置，所述裝置包括 a.電流監測器，其用於監測所述負載從所述電力源汲取的電流； b.控制器，其被耦合到所述監測器並被編程為: 1.在「學習」操作模式中檢測及存儲所述電力被所述負載消耗時的時間和日期以及所述電力被所述負載消耗期間的時間段， .在所述「學習」操作模式期間，確定電力被所述負載消耗時的一天的平均時間，以及確定在電力被所述負載消耗期間的所述時間段的平均長度，以及 ii1.在「運行」操作模式期間，生成控制信號，所述控制信號用於在所述一天的平均時間以及在所述平均時間段期間自動地為所述負載供給電力，以及 c.選擇器，其耦合到所述控制器，用於選擇所述「學習」操作模式或所述「運行」操作模式。
7.如權利要求6所述的電氣裝置，其中所述控制器被編程為在所述「學習」操作模式期間確定電力被所述負載消耗時的所述一天的平均時間。
8.如權利要求6所述的電氣裝置，所述電氣裝置包括可控開關，所述可控開關用於將所述負載連接到所述電力源以及將所述負載從所述電力源斷開。
9.如權利要求8所述的電氣裝置，所述電氣裝置包括手動操作的開關，所述手動操作的開關被耦合到所述可控開關，用於在「學習」操作模式期間接通和斷開所述可控開關。
10.如權利要求9所述的電氣裝置，其中所述手動操作的開關將所述控制器連接到所述可控開關。
11.如權利要求6所述的電氣裝置，其中所述控制器可被編程為將對於所述「學習」操作模式確定的所述平均時 間時 移到電力更容易獲得的「非高峰」時間段。
全文摘要
一種與反覆地循環接通和斷開的電氣負載(11)一起使用的電氣裝置(21)。該裝置包括可控開關(12)，其用於將負載連接到電力源以及將負載從電力源斷開；用於檢測負載何時正在消耗電力的裝置(25)，以及連接到檢測裝置並具有耦合到可控開關的控制器(17)的存儲模塊(15)。存儲模塊具有可選擇的學習和運行操作模式。在學習操作模式下，控制器被編程為檢測及存儲負載正在消耗電力即被接通時的時間和日期；確定電力被接通的一天的平均時間，以及接通和斷開之間的平均時間。在運行操作模式期間，控制器生成控制信號，該控制信號用於根據在學習操作模式期間學習到的時間表或根據學習到的時間表的變化形式接通和斷開可控開關，為負載供給電力。
文檔編號H02J3/14GK103155333SQ201180048969
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月5日 優先權日2010年10月12日
發明者羅德尼·D·拉貝 申請人:施耐德電氣美國股份有限公司