专利名称：监控电气开关装置的设备和方法以及包括该设备的配电板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监控电气开关装置的设备和方法，该设备包括提供至少一个开关装置的一个状态的设备，并且涉及一种配电板，包括电气开关装置的一个支撑和上述设备，至少一个电气开关装置配备有一个操作器。
现有的监控设备一般是辅助模块的形式，它们被安装在诸如电路断路器、开关、电流接触器或继电器等的电气开关装置上。这些设备与所述装置机构连接，并且根据装置类型以表示开、闭或跳闸状态的触点形式提供输出。
安装已知监控设备需要在每个装置上进行机械耦合和电连接操作。另外，每个监控设备必须单独与状态显示器或信号设备连接。
现有设备包括用来探测电路断路器状态的磁性传感器。这种装置在专利申请DE19707729和WO98/38666中有描述。这些传感器避免监控设备和开关设备装置之间的机械联接，但是它们需要装置内的磁性传感器与外部监控设备之间的电连接。
在文献US5493278中，一个用于多个电路断路器中的报警系统包括用来检测电路断路器状态的光束。但是这种系统不能确定装置断开的原因。
本发明的目的是提供一种设备和方法，用来监控电气开关装置，避免与电气装置的机械联接和电连接，并且能够指示所述装置断开的原因，本发明还提供一种包括这种设备的配电板。
本发明的设备包括发射器用来发射至少一个光束，该光束指向至少一个电气开关装置的一个操作器以检测所述装置的状态和指令。
接收器，用来接收至少一个指向所述操作器的光束，和与发射器和接收器连接的监控器，用来确定所述至少一个电气开关装置的状态以及区别其内部指令和外部指令。
在一个优选实施例中，发射器包括发射第一光束的第一发射器件，该光束用来检测操作器的一个位置，该位置代表所述电气开关装置的一个断开位置；接收器包括用来接收所述第一光束的第一接收器件。
第一光束最好由一个有第一载波频率的第一信号调制。
在一个优选实施例中，发射器包括发射第二光束的第二发射器件，该第二光束用来检测操作设备的位置的变化，该位置代表根据所述电气装置的一个指令的断开；接收器包括用来接收所述第二光束的第二接收器件。
第二光束最好由一个有第二载波频率的第二信号调制。
在一个具体实施例中，与第二接收器件连接的监控器包括检测器，用来检测操作器在第二光束面前经过的时间，以区分操作器的内部指令和外部指令，如果经过时间短于预设时间，就检测到一个内部指令。
发射器最好包括发射第三光束的第三发射器件，该第三光束用来检测所述电气开关装置的一个操作器的外部指令，并且接收器包括用来接收所述第三光束的第三接收器件。
第三光束最好由有第一载波频率的第一信号调制，根据一个有预设第三频率和占空比的信号，监控器指令交替发射第一和第三光束。
根据第一个可供选择的实施例，发射器和接收器包括至少一个偏振滤波器。
根据第二个可供选择的实施例，监控设备包括光束反射器，该反射器被安置为面向发射器和接收器。
根据第三个可供选择的实施例，监控设备包括光束吸收器，该吸收器被安置为面向发射器和接收器，所述电气开关装置的至少一个操作器包括一个能反射至少一个光束的反射面。
监控设备最好包括与监控器连接的指示器，如果至少一个操作器是在第一光束的前面，并且如果至少一个操作器在长于预设时间的一段时间里在第二光束面前经过，或者如果在所述操作器位置改变之前有一个元件已经在第三光束面前出现过，则指示一个断开状态。
监控设备最好包括与监控器连接的指示器，如果至少一个操作器是在第一光束的面前，并且如果至少一个操作器在短于预设时间的一段时间里在第二光束的面前经过，则指示一个跳闸状态。
最好将发射器、接收器和监控器安置在至少一个模块化开关设备模块中，该模块安装在一个导轨形式的支撑上。
本发明一个实施例的配电板包括一个用来支持电气开关设备的支撑，以及至少一个配备有一个操作设备的电气开关装置，该配电板包括至少一个如上所确定的监控设备。
根据本发明一个实施例的一种监控电气开关装置的方法包括，在操作阶段中，发射第一光束以检测至少一个电气开关装置的一个操作器的一个位置，并且发射第二光束以检测至少一个电气开关装置的一个操作器的动作，所述操作阶段包括第一步骤当一个操作器在短于预设时间的一段时间里在第二光束面前经过时，并且如果所述操作器停在第一光束面前，则由一个内部指令检测电气装置的跳闸，以及第二步骤当第一步骤已经发生时，指示该跳闸。
该操作阶段最好包括一个第三步骤当一个操作器在长于预设时间的一段时间里在第二光束面前经过时，并且如果所述操作器停在第一光束面前，则检测一个外部指令，然后由该外部指令检测电气装置的断开；以及一个第四步骤当第三步骤已经发生时，指示该断开。
该操作阶段最好包括一个第五步骤如果第二步骤跟随第三步骤，则指示跳闸和断开。
在一个具体实施例中，该操作阶段包括一个第六确认步骤从第二步骤或第五步骤转到指示断开的第四步骤。
本发明的其他优点和特征将从下面只作为非限制性例子并表示在相应附图中的实施例变得更加清楚，其中
图1表示现有技术的包括辅助单元的模块装置；图2表示本发明第一实施例的一个监控设备，用来监控模块的电气装置；图3表示本发明第二实施例的一个监控设备；图4表示本发明一个实施例的一个装置和一个监控设备的侧视图；图5,6和7表示本发明一个实施例的一个设备的三个操作状态；图8代表根据图3的一个监控设备的电路方框图；图9A到9C表示代表用于本发明的一个监控设备的光信号的信号；图10A到10C表示根据图9A到9C的在装置跳闸和断开期间的信号；图11表示本发明一个实施例的一个监控设备的操作流程图；图12表示本发明一个实施例的一个设备的偏振信号的示意图13表示本发明一个实施例的一个设备的反射信号的示意图；图14表示本发明一个实施例的一个设备的吸收和反射信号的示意图。
图1所示的模块化电气装置1,2,3,4包括已知的诸如辅助单元5,6,7,8,9,10等的监控设备。在该图中，装置和辅助单元安装在一个形成支撑的导轨11上。用已知方法将辅助单元与模块化电气装置机械联接。这些辅助单元通常包括电触点，其状态代表装置的状态，例如断开或闭合状态，或者是跳闸状态，如果装置有跳闸设备。
特别是为了避免对装置和它们的辅助单元之间电连接的需要，本发明一个实施例的开关装置监控设备包括发射器，用来发射光束，该光束用来指向至少一个电气开关装置的一个操作器；接收器，用来接收指向所述操作器的光束；以及与发射器和接收器连接、用来确定所述至少一个电气开关装置的状态的监控器。
图2表示本发明第一实施例的一个监控器。在该实施例中，监控器包括第一模块12，该模块包括发射第一光束14的第一发射器件13，该光束指向一个电气开关装置的至少一个操作器的一个断开位置15。这样，第一光束14用来检测代表所述电气开关装置的一个断开位置的操作器的一个位置。在该图中，监控器包括一个第二模块17，该模块包括一个用来接收所述第一光束14的第一接收器件18。
图2中，装置1到4以及模块12和17被安放在导轨11上并排成一行。如果所有装置闭合，则所述装置的操作器处在代表装置闭合的闭合位置19，而不中断光束14和22。在这种情况下，第一接收器件18接收第一光束14，模块17的监控器在端子20上提供代表电气装置闭合的一个信号。如果至少一个装置是断开的，则一个操作器转换到断开位置15，第一光束14被中断，第一接收器件18检测光束的中断，模块17的监控器提供一个代表装置断开的信号。
在图2实施例中，第一模块12包括一个发射第二光束22的发射器设备21，该第二光束用来检测操作器的位置变化，该变化代表按照所述电气装置的一个指令的断开，第二模块17包括第二接收器设备23。与第二接收器设备23连接的第二模块的监控器检测操作器在第二光束面前的经过时间，以区分操作器的内部指令和外部指令；如果经过时间短于一个预设时间，就检测为内部指令。这样，如果操作器16在第二光束22面前的经过时间低于一个预设时间，则监控器指示一个装置的跳闸状态。如果经过时间不低于预设时间，监控器指示装置的断开，尤其是手动断开。区分内部指令与外部指令的预设时间最好在4到20ms之间。
图2中，装置和监控设备被安放在一个形式为导轨11、与配电板24成一体的支撑上。
为了防止第一和第二光束之间的干扰，最好第一光束由有第一载波频率的第一信号调制，第二光束由有第二载波频率的第二信号调制。
图3表示本发明第二实施例的一个监控设备。在该实施例中，监控设备包括一个第一模块12和一个第二模块17，第一模块12包括发射第一光束14的第一发射器设备13和接收第二光束22的第二接收器设备23，第二模块17包括发射第二光束22的第二发射器设备21和接收第一光束14的第一接收器设备18。
为了清楚区别操作器的外部指令和装置的内部指令，模块12包括一个用来发射第三光束25的第三发射器设备，该光束用来检测所述电气装置的一个操作器的外部指令，模块17包括一个用来接收所述第三光束的第三接收器设备。第三光束在一个操作器16的一个固定区26中经过。这样，当用手指或者一个工具27开动操作设备时，第三光束25被中断而模块的监控器可以中断装置的断开动作，作为一个外部指令或一个手动断开指令。
图4示出一个装置2，该装置有一个操作器16、一个模块12和相对于所述操作器的三个光束的布置。
图5,6和7示出一个操作器16从一个代表装置闭合的位置19向一个代表装置断开的位置运动。在图5中，操作器16被在第三光束25面前经过的手指或者工具27开动。然后，在图6中，操作器16在第二光束22前面经过并且到达表示图7所示的装置断开的位置15。在这个位置，第一光束被操作器16中断。由于在这种情况下，操作器16是被用手移动的，所以在第二光束面前经过所花费的时间长于一个预设经过时间，并且监控器检测因外部操作产生的断开状态。
图8表示根据图3实施例的监控设备的电路方框图。在该图中，第一模块12包括第一发射器设备13、第二接收器设备23、和一个发射第三光束25的第三发射器设备28。第二模块17包括第二发射器设备21、第一接收器设备18、和一个用来接收所述第三光束25的第三接收器设备29。
在第一模块12中，监控器包括产生有第一载波频率的第一信号31的电路30。信号31经过第一控制电路32加在第一发射器设备13上，并且经过第三控制电路33加在第三发射器设备28上。在第二模块17中，监控器包括产生有第二载波频率的第二信号35的电路34。信号35经过一个第二控制电路36加在第二发射器设备21上。
比如，第一载波频率约是40kHZ，第二载波频率约是30kHZ。
为了防止第三光束25作用在第一接收器设备18上或者防止第一光束14作用在第三接收器设备29上，第一模块12包括产生有一个调制频率的第三信号38的第三电路37。控制电路39接收调制信号38并且指令控制电路32和33交替发射第一和第三光束。这样，当第一发射器设备13正发射时，第三发射器设备28关闭，当第三发射器设备28正发射时，第一发射器设备13关闭。比如，调制频率约为5kHZ。也可以预设第三信号38的占空比。
在接收第一和第三光束14和25时，与第二模块17的控制电路40连接的接收器设备18和29提供代表被接收到的光信号的信号。为了保证光束14和25的发射和接收的交替操作，控制电路39和40包括同步器。这样，当发射器设备13发射光束14时，由接收器设备18提供的信号被电路40处理并且由接收器设备29接收的信号被忽略。在调制信号38的下一个交替上，发射器设备28发射光束25，由接收器设备29提供的信号被电路40处理，而由接收器设备18接收的信号被忽略。同步可以通过链接两个控制电路39和40来实现。
模块17包括一个与控制电路40连接的第一指示设备41，该设备指示装置的一个断开状态。如果至少一个操作器是在第一光束14面前，并且至少一个操作器在长于预设时间的一段时间里经过第二光束22面前，或者如果在所述操作器的位置改变之前已有一个元件在第三光束面前，则进行指示。
一个第二指示设备42与控制电路40连接，如果至少一个操作器是在第一光束面前，而且如果至少一个操作器在短于预设时间的一段时间里在第二光束面前经过，则指示一个跳闸状态。
一个与控制电路40连接的第二指示电路43指示监控设备处在操作状态并且正在正确运行。为了重新得到与第二光束22有关的信息，接收器设备23与电路39连接，所述电路39可以与控制电路40连接。
图9A到9C表示代表光束信号的信号，该光束信号用在本发明的监控设备中。在图9A中，信号14在与图9C的信号25相同的调制频率下被调制。但是所述信号的调制是交替和互补的。例如，调制信号的频率约为1kHZ，信号14的占空比约为三分之一，信号25的工作比约为三分之二。在该实施例中，图9B的信号22是连续的。
图10A到10C中的信号表示在装置的跳闸和断开期间的各个光束14，22和25。在时间t1处，在短于预设时间的一段时间TC里，光束22被中断。然后，在时间t2处，光束14被中断而且促使指示设备42指示一个内部断开或跳闸。在时间t3处，装置又被闭合，指示被确认而且监控设备回复到其初始状态。
在时间t4处，用手开动一个操作器，光束25被中断。然后，在时间t5处，在长于预设时间的一段时间TL里，光束22被中断。然后，在时间t6处，光束14被中断，促使指示设备41指示在一个外部指令或手动指令下的断开。
指示设备41,42,和43可以是在模块本身上和/或具体由电信或通讯总线遥控。
图11表示本发明一个实施例的一个监控设备的操作流程图。流程图表示一种用来监控电气开关装置以提供至少一个开关装置的状态的方法。该方法包括，在一个操作阶段，发射一个第一光束以检测至少一个电气开关装置的操作器的一个位置，和发射一个第二光束以检测至少一个电气开关装置的一个操作器的运动。
当操作发生时，流程包括一个等待步骤44。然后一个监控循环可以使各种事件都能够得到检测。在该循环中，步骤45检测是否发生了手动断开。如果检测到是手动断开，则步骤46检查是否已经检测到跳闸状态，以便在指示步骤47中指示一个跳闸装置，或者如果没有证实跳闸状态，则在指示步骤48中指示一个断开装置。在步骤45中，当操作器在长于一个预设时间的一段时间里经过第二光束的面前时，如果所述操作器停在第一光束面前，检测在一个外部指令下对一个电气装置的断开所做的检测。
在循环中，步骤49执行内部跳闸的检测。如果检测到跳闸，则步骤50检查是否已经检测了断开状态以便在指示步骤51中指示一个断开的装置和一个跳闸的装置，或者如果没有检测断开状态，则在指示步骤47中指示一个跳闸的装置。在步骤49中，当一个操作器在短于预设时间的一段时间里经过第二光束面前时，如果所述操作器停在第一光束面前，则检测对在内部指令下一个电气装置的跳闸所做的检测。这样，如果在已经执行手动断开步骤45之后，发生一个跳闸步骤49，则步骤51指示两个事件断开和跳闸。
步骤52执行一个跳闸故障确认指令的检测，在此情况下，如果先前的指示指示一个跳闸的装置(步骤47或51)，则发出断开的装置指示(步骤48)。
尤其当第一光束不再被中断时，步骤53检测手动闭合。如果检测到闭合，则等待步骤54取消先前的指示。
在图12所示的第一具体实施例中，使光束偏振以便防止干扰。例如，第一光束有一个第一偏振和第三光束有一个与第一偏振正交的第二偏振。第二光束的偏振可以与第一光束的偏振相同。最好能由设在光束的发射器和接收器设备面前的偏振滤波器完成对光束偏振的处理。
在图13所示的第二具体实施例中，第一光束14可以是被反射器58反射的第二光束。光束反射器最好在例如同一模块中面向发射器设备和接收器设备设置。
在图14所示的第三具体实施例中，光束被吸收设备59吸收，吸收设备59在例如同一模块中面向发射器设备和接收器设备设置。在该实施例中，操作器包括一个向接收器设备反射光束的反射面。
发射器设备和接收器设备最好位于两个模块中，模块被安装在一个导轨形式的支撑上。模块最好位于一个电气装置或几个成直线排列的一组电气装置的两侧。也可以将发射器设备和接收器设备安装在一个模块中，模块位于一个装置或一组装置的一侧。
当监控设备被安装在一个包括几个支撑的配电板中时，监控设备的各个模块可以被安装在每个支撑上以便监控各组不同的装置。在其他实施例中，模块还可以监控在几个支撑上的装置。在一个配电板中，各个装置状态的指示可以由一个装置、一组装置和/或配电板上的所有这种装置来完成。
可以在监控模块上以指示灯、继电器触点输出形式的本地方式，和/或利用一个中央状态显示器或信号单元通过通讯器的遥控形式完成指示。
权利要求
1．一种监控电气开关装置的设备，该设备包括状态提供器，用来提供至少一个开关装置(1,2,3,4)的一个状态，其特征在于，该设备包括发射器(13,21,28)，用来发射至少一个光束(14,22,25)，该光束指向至少一个电气开关装置(1,2,3,4)的一个操作器(16)，以检测所述装置的状态和指令，接收器(18,23,29)，用来接收至少一个指向所述操作器(16)的光束(14,22,25)，和与发射器和接收器连接的监控器(32,33,39,36,40)，以确定所述至少一个电气开关装置的状态，并区别其内部指令和外部指令。
2．根据权利要求1所述的设备，其特征在于，发射器包括发射第一光束(14)的第一发射器件(13)，第一光束(14)用来检测操作器的一个位置(15)，该位置代表所述电气开关装置的一个断开状态；接收器包括用来接收所述第一光束(14)的第一接收器件(18)。
3．根据权利要求2所述的设备，其特征在于，第一光束(14)由一个有第一载波频率的第一信号(31)调制。
4．根据权利要求1到3的任一权利要求所述的设备，其特征在于，发射器包括发射第二光束(22)的第二发射器件(21)，第二光束(22)用来检测操作器(16)的位置变化，该位置变化代表根据所述电气开关装置一个指令的断开；接收器包括用来接收所述第二光束(22)的第二接收器件(23)。
5．根据权利要求4所述的设备，其特征在于，第二光束(22)由一个有第二载波频率的第二信号(35)调制。
6．根据权利要求3到5的任一权利要求所述的设备，其特征在于，与第二接收器件(23)连接的监控器(39,40)包括检测器(39,40)，用来检测操作器(16)在第二光束(22)面前经过的时间，区别操作器的内部指令和它的外部指令，如果经过时间(TC)短于预设时间，就检测到一个内部指令。
7．根据权利要求1到6的任一权利要求所述的设备，其特征在于，发射器包括发射第三光束(25)的第三发射器件(28)，该第三光束用来检测所述电气开关装置的一个操作器的外部指令；接收器包括用来接收所述第三光束的第三接收器件(29)。
8．根据权利要求7所述的设备，其特征在于，第三光束(25)由有第一载波频率的第一信号(31)调制；监控器指令根据一个有预设第三频率和占空比的信号(38)，交替发射第一和第三光束(14,25)。
9．根据权利要求1到8的任一权利要求所述的设备，其特征在于，发射器和接收器包括至少一个偏振滤波器(57)。
10．根据权利要求1到9的任一权利要求所述的设备，其特征在于，它包括光束反射器(58)，该反射器面向发射器和接收器安置。
11．根据权利要求1到10的任一权利要求所述的装置，其特征在于，它包括光束吸收器(59)，该吸收器面向发射器和接收器安置，并且所述电气开关装置的至少一个操作器包括一个反射至少一个光束的反射面(60)。
12．根据权利要求7到11的任一权利要求所述的装置，其特征在于，它包括与监控器(40)连接的指示器(41)，如果至少一个操作器(16)是在第一光束的面前，并且如果至少一个操作器在长于预设时间的一段时间(TL)里在第二光束(22)的面前经过，或者如果在所述操作器的位置改变之前有一个元件(27)已经在第三光束(25)面前出现，则指示一个断开状态。
13．根据权利要求3到12的任一权利要求所述的装置，其特征在于，它包括与监控器连接的指示器(42)，如果至少一个操作器(16)是在第一光束(14)的面前，并且如果至少一个操作器在短于预设时间的一段时间(TS)里在第二光束(22)的面前经过，则指示一个跳闸状态。
14．根据权利要求1到13的任一权利要求所述的装置，其特征在于，发射器、接收器和监控器安置在至少一个模块化开关设备模块(12,17)中，该模块被安装在一个导轨形式的支撑(11)上。
15．一种配电板，该配电板包括一个用来支持电气开关设备的支撑(11)以及至少一个配置有一个操作器(16)的电气开关器装置(1,2,3,4)，该配电板包括至少一个权利要求1至14之一所述的监控器。
16．一种监控电气开关装置的方法，其特征在于，它包括，在操作阶段中，发射第一光束(14)以检测至少一个电气开关装置(1,2,3,4)的一个操作器(16)的位置，并且发射第二光束(22)以检测至少一个电气开关装置(1,2,3,4)的一个操作器(16)的动作，所述操作阶段包括第一步骤(49)当一个操作器在短于预设时间的一段时间(TC)里在第二光束的面前经过时，如果所述操作器停在第一光束面前，则检测一个电气装置在一个内部指令下的跳闸，以及第二步骤(47)当第一步骤已经发生时，指示该跳闸。
17．根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该操作阶段包括一个第三步骤(45)当一个操作器在长于预设时间的一段时间(TL)里在第二光束面前经过时，如果所述操作器停在第一光束面前，则检测一个电气装置在这种情况检测到的外部指令下的断开；以及一个第四步骤(48)当第三步骤已经发生时，指示该断开。
18．根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该操作阶段包括一个第五步骤(51)如果第二步骤跟随第三步骤，则指示跳闸和断开。
19．根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该操作阶段包括一个第六确认步骤(52)从第二步骤或第五步骤转到指示断开的第四步骤(48)。
全文摘要
电气开关装置的监控设备包括,发射指向至少一个电气开关装置(1,2,3,4)的监控设备的一个操作器(16)的至少一个光束(14,22,25)的发射器(13,21,28),接收所述至少一个光束的接收器(18,23,29),以及与发射器和接收器连接的、确定所述至少一个电气开关装置状态的监控器(32,33,39,36,40)。该监控设备可安装在一个配电板中。一种监控方法包括检测和指示至少一个开关装置(1,2,3,4)状态的步骤。
文档编号H01H71/04GK1310461SQ0110466
公开日2001年8月29日 申请日期2001年2月21日 优先权日2000年2月22日
发明者让-路易斯·洛瓦托 申请人:施耐德电器工业公司