智能電力系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]可以包括過程控制系統(tǒng)(PCS)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、基于可編程邏輯控制器(PLC)的系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)等的工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)在貨物生產(chǎn)和提供必要服務(wù)方面起作用。ICS是收集、監(jiān)測(cè)、分析、決定、控制和動(dòng)作以安全地生產(chǎn)和移動(dòng)物理事物的數(shù)字技術(shù)的標(biāo)志。
[0002 ]工業(yè)控制系統(tǒng)(I CS)包括電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)采用各種電氣部件來供應(yīng)、傳輸、和使用電力。通常，電力系統(tǒng)包括被配置為向系統(tǒng)供應(yīng)電力的一個(gè)或多個(gè)電源。所述電源可以是向系統(tǒng)輸送直流(DC)電力的DC電源或向系統(tǒng)輸送交流(AC)電力的AC電源。電力系統(tǒng)向執(zhí)行功能的電氣負(fù)載輸送能量。這些電氣負(fù)載的范圍可以從傳感器到電動(dòng)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]描述了一種智能電力系統(tǒng)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，該智能電力系統(tǒng)包括微控制器和電連接到微控制器的電力轉(zhuǎn)換器，所述電力轉(zhuǎn)換器被配置為將電能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式。電連接到微控制器的開關(guān)元件被配置為控制經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能向電氣負(fù)載的配送。電連接到電氣負(fù)載和微控制器的感測(cè)元件被配置為監(jiān)測(cè)配送到電氣負(fù)載的經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能，并且被配置為基于經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能來提供反饋信號(hào)。微控制器被配置為驗(yàn)證并監(jiān)測(cè)電力轉(zhuǎn)換器，并且被配置為基于反饋信號(hào)來控制并監(jiān)測(cè)經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能向電氣負(fù)載的配送。
[0004]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了以簡(jiǎn)化形式引入概念的選擇，在以下【具體實(shí)施方式】中對(duì)所述概念的選擇進(jìn)行了進(jìn)一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不是要確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不是要用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
【附圖說明】
[0005]參考附圖對(duì)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。在【具體實(shí)施方式】和附圖中的不同實(shí)例中對(duì)相同的附圖標(biāo)記的使用可以指示相似或相同的項(xiàng)目。
[0006]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的示出智能電力系統(tǒng)的方框圖。
[0007]圖2A是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的示出智能電力系統(tǒng)的開關(guān)元件的電路圖。
[0008]圖2B是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的示出用于操作圖2A中所示的開關(guān)元件的示例性微控制器控制信號(hào)(例如，微控制器控制信號(hào)〈1>和微控制器信號(hào)〈2>)的波形圖。
[0009]圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的示出具有集成于其中的智能電力系統(tǒng)的底板的方框圖。
[0010]圖4是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的示出用于控制智能電力系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]挺述
[0012]工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)所采用的電力系統(tǒng)為電氣負(fù)載供電，以允許負(fù)載執(zhí)行一些功能。例如，電氣負(fù)載可以包括被配置為在工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行專用功能的輸入/輸出(I/o)模塊。這些I/O模塊可能會(huì)遭受過電流事件(例如，I/O模塊發(fā)“熱”)。然而，在模塊發(fā)熱時(shí)，電力系統(tǒng)仍可能向I/o模塊提供電流，這可能導(dǎo)致對(duì)I/O模塊的損壞或可能的破壞。另外，電力系統(tǒng)可以向工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)插槽提供電力。然而，一些插槽可能不在使用中(例如，工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)的插槽不具有與該插槽接口連接的I/O模塊)。
[0013]因此，描述了一種智能電力系統(tǒng)。智能電力系統(tǒng)被配置為監(jiān)測(cè)智能電力系統(tǒng)供電的一個(gè)或多個(gè)電氣負(fù)載。例如，智能電力系統(tǒng)可以被配置為監(jiān)測(cè)提供到電氣負(fù)載的電流、與電氣負(fù)載相關(guān)聯(lián)的溫度等等。在一些實(shí)例中，智能電力系統(tǒng)可以在電氣負(fù)載遭受過電流事件時(shí)停止為電氣負(fù)載供電。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，智能電力系統(tǒng)包括微控制器和電連接到微控制器的電力轉(zhuǎn)換器。電力轉(zhuǎn)換器被配置為將電能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式。例如，電力轉(zhuǎn)換器可以將電能從交流(AC)電能轉(zhuǎn)換成直流(DC)電能，反之亦然。在另一個(gè)示例中，可以修改電能的振幅特性和/或頻率特性。電連接到微控制器的開關(guān)元件被配置為控制經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能向電氣負(fù)載的配送。
[0014]在實(shí)施例中，開關(guān)元件包括被布置成H橋構(gòu)造的多個(gè)開關(guān)。電連接到電氣負(fù)載和微控制器的感測(cè)元件被配置為監(jiān)測(cè)配送到電氣負(fù)載的經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能，并且被配置為基于經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能的特性來提供反饋信號(hào)。在具體實(shí)施例中，感測(cè)元件包括阻抗元件。
[0015]微控制器被配置為驗(yàn)證并監(jiān)測(cè)電力轉(zhuǎn)換器，并且被配置為基于反饋信號(hào)來控制并監(jiān)測(cè)經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能向電氣負(fù)載的配送。例如，微控制器可以被配置為產(chǎn)生控制開關(guān)元件的操作的控制信號(hào)。在實(shí)施方式中，第一微控制器控制信號(hào)可以使開關(guān)元件在閉合構(gòu)造與斷開構(gòu)造之間變換，以至少大體上防止經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能向電氣負(fù)載的配送，而第二微控制器控制信號(hào)可以使開關(guān)元件在斷開構(gòu)造與閉合構(gòu)造之間變換，以向電氣負(fù)載配送經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能。在另一個(gè)實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)微控制器控制信號(hào)(例如，交流方波等)可以使開關(guān)元件修改經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能(例如，修改代表經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能的電信號(hào)的頻率特性)。
[0016]示例性智能電力系統(tǒng)
[0017]圖1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性智能電力系統(tǒng)100，智能電力系統(tǒng)100能夠操作用于監(jiān)測(cè)和/或控制向一個(gè)或多個(gè)電氣負(fù)載102(例如，為了簡(jiǎn)單起見，示出了電氣負(fù)載104A、104B)的電力配送。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，電氣負(fù)載102可以包括工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)的輸入/輸出(I/O)模塊104。例如，輸入/輸出模塊104可以包括在電信基礎(chǔ)設(shè)施中使用的輸入/輸出模塊。在另一個(gè)實(shí)施方式中，輸入/輸出模塊可以包括在工業(yè)和過程控制系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中使用的輸入/輸出模塊。
[0018]如圖1中所示，智能電力系統(tǒng)100包括被配置為向系統(tǒng)100提供電力轉(zhuǎn)換功能的電力轉(zhuǎn)換器106。電力轉(zhuǎn)換器106包括接收電能的輸入端子108和向系統(tǒng)100提供經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能的一個(gè)或多個(gè)輸出端子(例如，為簡(jiǎn)單起見，示出了輸出端子110、112)。電力轉(zhuǎn)換器106被配置為將電能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式。例如，電力轉(zhuǎn)換器106可以被配置為修改電壓振幅特性和/或電壓頻率特性。在另一個(gè)示例中，電力轉(zhuǎn)換器106被配置為將交流(AC)電壓轉(zhuǎn)換成直流(DC)電壓，反之亦然。在一些實(shí)施方式中，電力轉(zhuǎn)換器106被配置為接收范圍從大約九十伏AC(90VAC)到二百四十伏AC(240VAC)的電能。在其它實(shí)施方式中，電力轉(zhuǎn)換器被配置為從二十四伏DC(24VDC)電源接收電能。例如，電力轉(zhuǎn)換器106可以在輸入端子108處接收九十伏AC(90VAC)信號(hào)。在另一個(gè)示例中，電力轉(zhuǎn)換器106可以在輸入端子108處接收一百二十伏AC(120VAC)信號(hào)。在又一個(gè)示例中，電力轉(zhuǎn)換器106可以在輸入端子108處接收二百四十伏AC(240VAC)信號(hào)。
[0019]智能電力系統(tǒng)100還包括一個(gè)或多個(gè)開關(guān)元件。在圖1中，所示智能電力系統(tǒng)100包括第一開關(guān)元件114和第二開關(guān)元件116，第一開關(guān)元件114和第二開關(guān)元件116被配置為控制電氣負(fù)載102(例如，電氣負(fù)載104A和電氣負(fù)載104B)的操作(例如，供電)。例如，開關(guān)元件114、116被配置為向電氣負(fù)載104A、104B提供經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能，以為負(fù)載104A、104B供電。第一和第二開關(guān)元件114、116分別電連接到輸出端子110、112。開關(guān)元件114、116被配置為均具有用于至少大體上防止電流流動(dòng)的斷開構(gòu)造和用于允許電流流動(dòng)的閉合構(gòu)造。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，如下文更詳細(xì)地描述的，開關(guān)元件114、116可以被配置為輸出相對(duì)于輸入到相應(yīng)的開關(guān)元件114、116的信號(hào)的頻率特性具有經(jīng)修改的頻率特性的信號(hào)。
[0020]每個(gè)開關(guān)元件114、116電連接到感測(cè)元件118、120，感測(cè)元件118、120被配置為監(jiān)測(cè)相應(yīng)的負(fù)載104A、104B。開關(guān)元件114、116被配置為基于至相應(yīng)的負(fù)載104A、104B的電流流動(dòng)來提供反饋信號(hào)。例如，在所示實(shí)施例中，每個(gè)感測(cè)元件118、120電連接到相應(yīng)的電氣負(fù)載(例如，電氣負(fù)載104A、104B)。感測(cè)元件118、120被配置為監(jiān)測(cè)相應(yīng)的電氣負(fù)載104A、104B，并且基于對(duì)電氣負(fù)載104A、104B的監(jiān)測(cè)來提供反饋信號(hào)。例如，反饋信號(hào)可以包括指示被提供給相應(yīng)的電氣負(fù)載104A、104B的電流值的信號(hào)。
[0021]如圖2A中所示，第一開關(guān)元件114和第二開關(guān)元件116可以包括布置在H橋構(gòu)造(例如，H橋器件)中的多個(gè)開關(guān)202、204、206、208。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，開