专利名称：用于建筑设备的过压抑制系统的制作方法
技术领域：
和
背景技术：
闪电这样的电磁现象，对于诸如计算机、广播和电视的电子设M构成威 胁。由于电场和磁场及其伴随的瞬时电压和电流可被高大物体所吸引，因此各 种大型结构，例如建筑设备，特别易受影响。此外，建筑设备的结构中可能包
含作为良导体的金属。其它像电磁干扰、交流电("AC")感应、静电放电、AC 电源串扰、电路故障的电磁现象以及它们的瞬时电压和电流，都会给电子设备 和元件如与建筑设备相关的电子设备和元件造成压力。例如，浪涌电流和雷击 旨脂至娥作系统故障、火灾和其它不可忽视的损害。
发明内容
用于建筑设备的过压抑制系统具有包含节点的通信网络。数据线用来电连 接通信网络的节点。半导皿件与数据线电连接。同样，建筑设备的构架与半 导体^l件电连接，其中此构架为共用构架。此共用构架适合于包括通信网络的 共用电气接点。
在查看以下附图及详细说明后，对于所属领域技术人员，本发明的其它系 统、方法、特征和优点将显而易见。所有这样的另外系统、方法、特征和优点 都将包含在本说明书内。
图中元件并不一定需要按比例而定，而是重点在于示例本发明的原理。并 且，在图中，所有不同视图的相似参考标记表示相应的部件。
图i ^例一种^m设备主要构造的二维视图。
图2是图1 ，设备使用的示范性通信网络的示意图。 图3是作为图2示范性通信网络一部分的节点的顶视图。 图4是图3节点的侧视图。
图5是图3和图4节点及图2示范性通信网謝OT的过压抑制器件的侧视图。
图6是图5过压抑制器件的端视图。
图7是图5和图6 iffi抑制器件的内部视图。 图8 ^意网络与共用构架之间电连接的电路图。 图9 ^意构造图5、 6和7 ffi抑制器件的示范性方法的流程图。 图10 ^意用于抑制过压的示范性方法的流程图。
具体实施例方式
图1是这里描述的^ffl过压抑制器件、系统和方法(一般指"系统")的 離设备100主要构造的侧视图。为解释起见，離设备100用履带起重机作 说明，包括但不限于，主底座102、驾驶室104和吊杆106。不过，此系统可 用于其它鄉建筑设备。雌统还可用于诸如卡车的普通车辆，并且在其它实 施方式中，可用于如建筑物中。除了示例的履带起重机外，itk^统也可用于其 它类,重机，如^^各起重机、移动式起重机、伸缩起重机、塔式起重机、车 t^重机、崎岖地形起重机、装卸起重机、门式起重机、高架起重机、堆装起 重机、浮^重机和空中起重机。此外，过压抑制系统可用在其它任何大型移 动或固定结构中，例如f柳低压,通信的结构。
过压抑制系统可用来保护離设备100装载的电子设备不受电磁现象108 损害，如由闪电或蜂窝电话及无线通信塔产生的高密度电场或磁场，以及伴随 的瞬时电压和电流。电磁JJ^ 108还可包括但不限于，电磁干扰、AC感应、 静电放电、AC电源串扰、电路故障和与它们相应的瞬时电压和电流。另外， 电磁现象108可包括在最小约1纳秒时间帧内出现的、千赫兹及兆赫兹范围内 的高频脉冲。
图2是在魏设备画中4顿的示范性通信网络的示意图。控制器区域网 ("CAN")是一种控制離设备100操作的网络。如下文更具体的描述，过压 抑制系统可应用在该网络中，但是它也可用在不使用CAN或使用不同通信网
、建筑设备100的CAN或其它通信网络可包括如节点的接口系统，彼ibha 信。节点可以是如位于网络中的连接点、再分布点或用于数据传输的端点，可 包括传感器、处理器、数据链和存储器中的一个或全部，但不局限于此。节点 可向魏设备100的各个部悄叟集和/或传送指令和域功能信息，以及搜集和/ 或传送建筑设备满的状态和操作数据。节点Mffl信路由传送信息，如M 翻总线201或从处理制专出及传入魏或从节点存储制专出及传入M的其 它通路。例如，起重机发动机206可电连接到节点210。起重机驾驶室104可 电连接至节点212和214。起重lte底座102可电连接至节点216、 218、 220、 222、 224和226。同样，起重机吊杆106可电连接至节点228和230。而且， CAN将总线端子如总线端子232和234包含在内。数据总线201可连接在节 点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228、 230、 232和234 之间，例如串行连接。下文更详细描述的过压抑制器件236可电耦合在数据总 线201和节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230 中任意一个和全部之间。视需要，或除iJfct外，过压抑制器件236可置于网络 其它部分内，例如它可包含在聽总线201内部。
例如，可用CAN总线系统来实施CAN网络，它包括具有串行总线流量 的未经请求的(事件驱动)信息操作模式。CAN总线系统可用载波侦听多路 存取("CSMA")/冲突检测("CD")或载波侦听多路存取("CSMA")/逐位仲裁('BA，， 总线操作来定义。CAN总线系统可包含在微处理器内并可使用具有内建错误 检测校正的方波差分信号。对所有节点登记检测，例如节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230，可以不用内建方式，但是必须有全部 娜供另夕卜的协议层解析。每一节点的输入输出功能，例如节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230，可由节点固有的微处理器控制。
对诸如履带起重机的建筑设备100的操作实例如下，操作员初始化输入 时，设置程序，以及启动发动机和其它协议。操作员然后用控制手柄指示左右 车爐来移动起重机，并且用手动油门 动油门雜制鹏。驾驶室内的节点， 如节点212和214，可接，些输入条件并向总线例如向包括数据线的数据总 线201发送请求，该请求具有位于轨迹和发动机附近的节点(如节点210)的 节点断己。在这些位置处的节点，如节点210，具有与微处理器命令相应的输 出驱动以启动合适的液压阀。
魏设备100如履带起重机的另一操作实例，是指示操作员提升负载。在 这个例子中，操作员用控制手柄将起重机吊杆106定位，从而在位于驾驶室104 内的节点产生输入。将信息发懇'j总线如娜总线201上，该信息具有用于吊 杆绞盘附近的节点的节点标记，例如节点220或222。节点例如节点220或222 内的微处理器，命令指定的输出驱动启动液压阀，旋转绑缚有钢缆的吊杆绞盘， 用于向上提升吊杆106。位于吊杆106顶部的节点，如节点230，提供控制履
带MS机提升容量的输入斜牛。吊杆106的节点，如节点230，接收相对于主 底座102中心点的吊杆倾斜角、钢缆限制条件和WI方向，但不限于此。这些 割牛可作为优先^fM专输到CAN总线系统。驾驶室104内部节点可向操作员 显示器提供输出、向驾驶室104内部的操作员控制和/或主底座102上的液压控 制提供报警和限制性输入。在检査这些劍牛后，操作员将开始操作负载绞盘手 柄，以在负载上定位钢缆，开始提升负载。CAN总线系统串行总线网络信息 可被再次处理，并皿重机开始执行新的一套起重机ffi操作命令。
图3是节点300的顶视图，例如任意一个或多个节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230，它可以是CAN的一部分。节点300 可包括带数据端口 302的接线盒。接线盒密封以保护其内部不受外界因素影响。 节点300的外壳可包括金属或其它各种导电和非导电材料。节点300可电连接 至^m设备的构架，例如建筑设备100的构架。例如，节点300的外壳或其一 部分可以是金属或一些其它导电材料。外壳的导电部分可用如螺钉或螺栓贴附 在建筑设备100的构架上，以提供至节点300的共用构架。共用构架意思^t 公共接点导电，例如建筑设备100构架，信网络的共用电气接点。换言之， 共用构架意思是与建筑设备100的构架在电气上是共用的。共用构架可以连接 也可以不连接到地。
图4示例节点300的侧视图。节点300可包括M端口 402、 404、 406、 408和410，它们表示上面提至啲娜端口 302。这^ 端口可用娜端口帽 412覆盖，这样在不用时可保护端口不受环境影响。数据端口可设计来电连接 至数据总线及其它电子线路或通信线路。这些线路可以是电线或其它通信管 道。例如，娜端口 402和404可以设计来与娜总线201通信，以及数据端 口 406、 408和410可以设计来与，设备100的不同部件通信，如履带起重 机的阀、传繊和泵。节点300可包括但不限于，可与娜端口402、 404、 406、 408和410通信的微处理器、个人计算机板或控制板，它可形成接口，使得其 它节点向节点300提供信息。例如，数据端口 404可包括数据线插槽414和416、 数字输入线插槽418和420，以及电源供应线插槽424和接地线插槽422。数 据线插槽可以是差分数据线插槽。同样，插槽的数量可变。例如，可以有单个 数据线插槽或单个数字输Aa插槽，或可以有至少两个数据线插槽或至少两个 数字输入线插槽以及其它各种组合。
数据端口 404可物理连接至数据总线201 。数据总线201可包括但不限于， 一个 线或多个 线、数字输入线、电源供应线和接地线。同样，线的数 量可变。例如，可以有至少两个数据线或至少两个数字输入线以及其它各种组 合。与数据总线201相应的数据通信速率可从波特率范围内选择，波特率表示 每秒可传输的比特数量。例如，当在吊杆106上产生的通信波特率选定为125000 或125K时，在主底座102上产生的通信波特率可选择250000或250千('K")。 同样，电源供应线电源可在22伏特直流("VDC")和30 VDC之间选择，例 如28VDC。数据线则可在从0VDC到14VDC范围内选择，例如1至4VDC。 可使用其它电压。数据总线201的数据线可以^分数据线，其中它们之间的 电压差由节点计算，例如由节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230计算。根据该差值，节点在，建筑设备100如履带起重机内 传输信息，来执fi^寺定操作。同样，可将电压供给到与CAN串^滩的第一或 最后一个节点通Y言的数字输入线。
图5 ^范性过压抑制器件500的侧视图。过压抑制器件500可位于自 设备100上，例如位于数据总线201和节点之间，如节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224 、 226、 228和230中任意一个。过压抑制器件500可包括 机械连接及电连接到节点的外壳510。 i!E抑制器件500可由金属和/或其它各 种导电和非导电材料制造。例如，外壳510或其一部分可以是金属或一些其它 导电材料，并且外壳510的导电部分电连接到节点的导电部分。 一种将过压抑 制器件500电连接到节点的方法是，将ffi抑制器件500贴附到或拧到节点的 端口如 端口 404中去，其中过压抑制器件500和节点的导电材料都接 触在一起。在一种形式中，过压抑制器件500 —端上的卡销螺母520可机械连 接和电连接到数据端口 404。将具有卡销螺母的 总线201的插销电连接起 来，以与过压抑制器件500的插孔端530形成电连接。利用各种螺纹或沟槽以 及任何一种不同连接方式将过压抑制器件500机械连接到节点以及翻总线， 同样也形成电连接。
图6示例过压抑律幡件500的端视图。过压 螺件500可包括但不限于， 数据线602和604、数字输A^ 606和608和电源供应线612，以及可设置在 外壳510内的接地线610，数据线602和604可以是差分数据线。同样，线的 数量可变。例如，可以有单个数据线或数字输入线，或者可以有至少两个数据
线或至少两个数字输入线以及其它各种组合。这些线可以是金属管脚或其它导
电通路。过压抑制器件500的插销端可以插入节点的数据端口，例如数据端口 404，其中将数据线602和604适当放置以电连接到数字输A^插槽414和416。 数字输入线606和608可电连接到数据线插槽418和420。电源供应线612可 电连接到电源供应线插槽424。接iM 610可以电连接至赎地线插槽422。过 压抑制器件500的插孔端可以电连接到数字总线201，其中数据线602和604 可以电连接到数据总线201的数据线，数字输A^606和608可以电连接到数 据总线201的数字输入线，电源供应线612可以电连接至微据总线201的电源 供应线，以及接地线610可以电连接到数据总线201的接地线。
图7示例过压抑制器件500的内部视图。例如，舰抑制器件500可包括 并不限于，数据线602和604、数字输入线606和608及电源供应线612，以 及可设置在外壳510内的接地线610，数据线602和604可以是差分数据线。 这些线可以是金属管脚或其它导电通路。半导皿件716可以电连接在过压抑 制器件500的外壳510的导电部分和翻线604之间。半导#^件718可以电 连接在过压抑制器件500的外壳510的导电部分和数据线602之间。
过压抑制系统可以不用过压抑制器件500、外壳510或對以的物理连接器。 例如，数据线602和604和半导^M牛716和718可以直接在印刷电路板上实 施，印刷电路板可电连接到如节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230中任意一个的节点，或电连接到共用构架。同样，单个繊线 可电连接到舰抑制系统，以保护系统的鹏器和电子元件。
半导皿件716和718可包括当在其上出^K一击穿电压时导通的多种半 导#§1件中的任意一种。这些器件包括但不限于，金属氧化物变阻飄'MOV")、 齐纳二极管、晶闸管、瞬时电压抑制戮"TVS")二极管、交流二极管('T)IAC")、 交流三极管("TRIAC")、交流硅二极管("SIDAC")，以及硅控整流器("SCR")。 例如，半导，件716和718可以是具有两个弓践或最多两个引线的晶闸管， 其击穿电压可以是15.5伏1f("V")或最多约20V,导通态电压为1.5V或最多约 2V，以及最大结电容为100皮銜"pF")或最多约100pF。晶闸管可以^向晶 闸管，如Shindengen制造的KA3Z18型。例如，如舰晶闸管用在舰抑制器 件500中，在其上出现15.5V或更大电压时将导通。当导通时，晶闸管钳位在 1.5V，允许大值电流M31。晶闸管规格为在8/20微秒时至少150安i孰"A")和在10/1000微秒时至少30A。 8和10表示0到峰值电压的以微秒计上升时间， 20和1000表示峰值电压到50%点的以微秒计衰减时间。
图8示例的电路800表^i压抑制器件，例如ffi抑制器件500，如何将 网络电连接到共用构架。例如，腿抑制器件可电连接在如 端口 404的数 据端口和如数据总线201的数据总线之间。数据总线802和804可以是差分数 据线，它们设置在过压抑制器件内部，可电连接至嗷据总线内的数据线和数据 端口内的数据线插槽之间，数据端口插入节点如节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230中任意一个。
过压抑制器件500内的半导体器件可用晶闸管808和810实施，其中晶闸 管808的一端可电连接到数据线802并且晶闸管810的一端可电连接到数据线 804。晶闸管808和810的另一端可电连接到过压抑制器件510的部分外壳， 其中部分外壳510电连接到节点，例如节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230中任意一个节点。节点可电连接到皿设备100如 履带起重机的构架，它提供有共用构架806。因此，魏设备層的构架提供 共用构架806，可电连接到半导体器件，例如晶闸管808和810，其中共用构 架806适M包含通信网络的共用电气接点。
数据线802和804上可能由于各种原因出现过压。例如，可能会产生电场 812、发生雷击、存在电磁干扰，或其它电磁现象和伴随而生的瞬时电压及电 流。当在魏线802和/或804上出J鹏压时，过压比晶闸管808称或810的 击穿电压更大，晶闸管808和/或810开启形成低导通电压，例如1.5V。当晶 闸管808和/或810开启时，可通过从数据线802禾n/或804到外壳510的电连 接，从外壳510到节点的电连接，例如到节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224、 226、 228和230中任意一个节点的电连接，以及从节点到构架的电 连接，将过压转移到共用构架806，其中构架可包括构成共用构架806的主底 座102、驾驶室104和吊杆106。从 线802禾R/或804到共用构架806的连 接可用多种方式实现，但不同于外壳510和节点通过例如电线或其它导体直接 连接至购架。但是，由于在高频电磁干扰时电线电参数的原因，不推荐通过电 线连接到构架。
图9示意构敬压抑制器件如过压抑制器件500的方法。例如，如方框 900， ail提供如外壳510的外壳构造器件。外壳或其一部分为金属或一些其
它导电材料。提供外壳后，如方框902可在外壳内部设置第一和第二数据线。 这些线可以是金属管脚或其它导电通路。同样，该数据线可以是差分数据线， 并且至少有两个数据线。如方框904，可提供第一半导#^件。第一半导体器 件可以是，多种半导体器件中的任意一种。将第一半导体器件电连接在第一 数据线和外壳导电部分之间，如方框906。可提供第二半导傳^l件，如方框908。 第二半导 件可以是上述多种半导体器件中的任意一种。将第二半导体器件 电连接在第一数据线和外壳导电部分之间，如方框910。
图10示例抑制这种过压的方法。例如，如方框1000，提供数据总线。然 后，如方框IOIO，提供与数据总线如M总线201电连接的腿抑制器件，如 过压抑制器件500。此外，如方框1020，掛共与iiE抑律螺件电连接的节点， 例如节点210、 212、 214、 216、 218、 220、 222、 224 、 226、 228和230中任 意一个节点。作为共用构架的构架，例如離设备脂的构架，可与节点电连 接，如方框1030。当系统处于适当位置时，如方框1040，系统等待发生过压。 根据方框1050，如果没有发生过压，系统继续等待。如果发生过压，如方框1060， 过压抑制器件将导通，使过压泄放到共用构架。当数据线如数据线802和804 上出现某一过压时，过压抑制器件内部的半导体器件可击穿以闭合到共用构架 的电路。
可使用其它方法来具体实M压抑制系统。例如，过压抑制器件，如过压 抑制器件500可以是具有不同配置的多种连接器中的任意一种。而且，例如， 数据线602和604以及半导体器件716和718可以直接在印刷电路板上实现， 其中半导#^件716和718的端部可以电连接到共用构架。同样，过压抑制系 统可1OT单个数据线。此外，在CAN或其它通信网络中4OT的,抑伟螺件 的数量，以及设置在过压抑制器件或印刷电路板内的半导体器件数量，可根据 提供保护的多或少而变。
前面的具体描述应视为示意性的，而非限制性的，并m理解以下权利要
求，包括所有等同物，将限定本发明的范围。
权利要求
1、一种用于建筑设备的过压抑制系统，包括包含节点的通信网络；电连接到所述通信网络的所述节点的数据线；与所述数据线电连接的半导体器件；以及与所述半导体器件电连接的建筑设备的构架，其中所述构架由共用构架组成，其中所述共用构架适合于包含所述通信网络的共用电气接点。
2、 如权利要求1所述的过压抑审孫统，其中所述数据线包括第一和第二M线。
3、 如权利要求1所述的过压抑制系统，其中所述半导mi件包括晶闸管。
4、 如权禾腰求3所述的过压抑制系统，其中所述晶闸管包括双向晶闸管。
5、 如权利要求3所述的过压抑制系统，其中所述晶闸管包括最多两个引线。
6、 如权利要求3所述的过压抑制系统，其中所述晶闸管包括击穿电压最 多约20伏特的晶闸管。
7、 如权利要求3所述的过压抑制系统，其中所述晶闸管包括导通态电压 最多约2伏特的晶闸管。
8、 如权利要求3所述的过压抑制系统，其中所述晶闸管包括电流电容为 8微秒上升时间及20微秒衰减时间时电流至少为150安培和10微秒上升时间 及1000微秒衰减时间时电流至少为30安培的晶闸管。
9、 如权利要求3所述的过压抑制系统，其中所述晶闸管包括结电容最多 为约100皮法的晶闸管。
10、 一种用于自设备的过压抑制器件，包括 外壳，其中所述外壳的至少一部分包括导体；^aa^f述外壳内部的第一数据线和第二数据线；电连接在所粉卜壳的所述导体和所述第一数据线之间的第一半导体器件；以及电连接在所述外壳的所述导体和所述第二数据线之间的第二半导傳^l件。
11、 如权利要求10所述的过压抑制器件，其中所述第一 线和第二数 据线中至少一个由差分数据线构成。
12、 如权禾腰求10所述的过压抑制器件，其中所述第一半导#^件和第 二半导体器件中至少一个电连接至哄用构架，其中所述共用构架适合于包含建 筑设备的共用电气接点。
13、 如权禾腰求10所述的舰抑制器件，其中所淑卜壳由导电材料构成。
14、 如权利要求10所述的过压抑制器件，还包括设置^0f述外壳内部的数字输人线。
15、 如权利要求10所述的过压抑制器件，其中所述第一 线和所述第 二数据线中的至少一个所容纳的直流电压范围为0到14伏特。
16、 如权利要求10所述的过压抑制器件，其中所述第一半导体器件和所 述第二半导條件中至少一个包括晶闸管。
17、 如权利要求16所述的过压抑制器件，其中所述晶闸管包括双向晶闸管。
18、 如权利要求16所述的过压抑制器件，其中所述晶闸管包括最多两个 引线。
19、 如权利要求16所述的过压抑制器件，其中所述晶闸管包括击穿电压 最多约20伏特的晶闸管。
20、 如权利要求16所述的过压抑制器件，其中所述晶闸管包括导通态电 压最多约2伏特的晶闸管。
21、 如权利要求16所述的过压抑制器件，其中所述晶闸管包括结电容最 多约100皮法的晶闸管。
22、 一种用于建筑设备的过压抑制系统，包括-数据总线；与所述数据总线电,的过压抑制器件； 与所舰压抑制器件电连接的节点；以及与所述节点电连接的自设备的构架，其中所述构架由共用构架组成，其 中所述共用构架适合于包含建筑设备的共用电气接点。
23、 如权禾腰求22所述的舰抑制系统，其中所述节点包括外壳；以及所述外壳内部的微处理器。
24、 如权利要求22所述的舰抑制系统，其中所述繊总线包括至少两 个 线。
25、 如权禾腰求22所述的过压抑制系统，其中所mE抑制器件包括 外壳，其中所述外壳的至少一部分由导体构成； ，在所述外壳内部的第一 数据线和第二数据线；电连接在所述外壳的所述导体和所述第一娜线之间的第一半导^l件；以及电连接在所淤卜壳的所述导体和所述第二麵线之间的第二半导條件。
26、 如权利要求25所述的过压抑制系统，其中所述第一繊线和所述第 二数据线中的至少一个由差分数据线构成。
27、 如权利要求25所述的舰抑律係统，其中所述第一半导^l件和所 述第二半导 件中的至少一个将所述娜总线电连接至,述共用构架。
28、 如权利要求25所述的过压抑制系统，其中所淤卜壳由导电材料构成。
29、 如权利要求25所述的过压抑制系统，其中所述第一半导#^件和所 述第二半导皿件中至少一个包括晶闸管。
30、 如权利要求29所述的舰抑制系统，其中所述晶闸管包括双向晶闸管。
31、 如权禾腰求29所述的^J1抑制系统，其中所述晶闸管包括最多两个 引线。
32、 如权禾腰求29所述的过压抑制系统，其中所述晶闸管包括击穿电压 最多约20伏特的晶闸管。
33、 如权利要求29所述的舰抑制系统，其中其中所述晶闸管包括导通 态电压最多约2伏特的晶闸管。
全文摘要
公开一种用于如建筑设备的过压抑制系统，用来保护建筑设备在日常操作中不受出现的过压损害。用于建筑设备的过压抑制系统可具有包含节点的通信网络。可使用数据线电连接通信网络的节点。半导体器件可与数据线电连接。同样，建筑设备的构架可以与半导体器件电连接，其中构架可以是共用构架。共用构架适合于包含通信网络的共用电气接点。
文档编号H02H9/04GK101188357SQ200710194498
公开日2008年5月28日 申请日期2007年10月26日 优先权日2006年10月27日
发明者M·W·克劳斯, S·R·施赖纳 申请人:马尼托瓦克起重机有限公司