具有经由通信线路的电源的致动器和用于在建筑物自动化系统中使用该致动器的方法

专利名称：具有经由通信线路的电源的致动器和用于在建筑物自动化系统中使用该致动器的方法
技术领域：
本发明涉及致动器(actuator)，更具体而言是供在建筑物控制系统中使用的致动
ο
背景技术：
致动器是建筑物自动化系统中的必需设备，所述自动化系统包括加热、通风和空 调(HVAC)系统。致动器可以用来使冷水或蒸汽阀旋转，并打开和关闭通风风闸(damper)。 风闸可以用于一般舒适控制以及用于实验室安全通风。特别地，关于风闸，HVAC系统的通风风闸控制空气到房间、空间、空气处理单元或 通风管道或轴中的流动。风闸可以完全打开、关闭、或不同程度的部分打开。进一步打开风 闸具有增加通过风闸的空气流动的效果，同时，进一步关闭风闸具有减少通过风闸的空气 流动的效果。当气流由冷空气或热空气组成时，则可以使用风闸的打开和关闭来调节空间 中的温度。可以手动地开动某些通风风闸。然而，建筑物自动化系统通常包括自动操作的通 风风闸和通常大量的此类风闸。风闸在此类系统中的位置(即其“打开”程度)通常是在自动 化控制器的控制下。控制器基于是否期望到空间中的更多或更少气流来调整风闸的位置。风闸致动器是将来自控制器的控制信号转换成在物理上调整风闸的位置的动力 的机电(或其它)设备。致动器可以包括电动机和齿轮组。在某些情况下，致动器采取螺线 管或与机械偏置弹簧组合的电动机的形式。有各种形式的致动器可用且适合使用。除通风风闸之外，致动器还用来控制HVAC系统中的阀的操作。阀致动器与风闸致 动器的相似之处在于其将控制信号转换成在物理上调整阀的位置的动力，从而接纳通过孔 口的冷水、蒸汽或其它液体的受控流。从使用风闸和阀产生的一个问题是安装所需的成本和时间。由于风闸和阀通常在 被占用空间外面，诸如在房间或门厅的压力通风系统(plenum)中(即在天花板之上)，所以 安装是很麻烦的。此外，由于致动器必须能够接收控制信号并采用电功率，所以每个致动器 要求到新的或现有通信和/或电源电路的电缆连接和耦合。需要降低与在HVAC系统中安装致动器相关联的成本。

发明内容
本发明的至少某些实施例通过提供通信线路供电致动器来解决上述问题。特别 地，用于操作致动器的电功率被经由通信线路提供给致动器组件。在某些情况下，可以将功 率储存在一个或多个能量储存器件中并在需要致动器的移动时使用。可替换地，可以将致
3动器设计为适应经由通信线路提供的可用功率水平。本发明的第一实施例是致动器，其包括被配置为从输入电功率产生输出机械功率 的至少一个驱动装置(drive arrangement)。致动器还包括通信线路输入端口和控制单元。 通信线路输入端口被配置为连接到通信线路，并被配置为从通信线路获得电功率。所述控制单元被配置为经由通信线路输入端口从通信线路获得第一信息，并且还 被配置为基于第一信息并基于识别可用作输入电功率的电功率的信息来调整所述至少一 个驱动装置的操作。其它实施例涉及允许被连接到同一通信功率源的多个设备共享可用功率的通信。这些实施例允许以不要求单独电源线的方式实现致动器的方便的布线。通过参考以下详细说明和附图，上述以及其它特征和优点将变得对于本领域的普 通技术人员来说更加显而易见。


图1示出根据本发明的实施例的示例性风闸组件； 图2示出图1的风闸致动器的示意图3更详细地示出根据本发明的至少某些实施例的示例性致动器的示意图； 图4示出根据本发明的实施例的用于与多个致动器通信并向其提供功率的装置的示 意性方框图；以及
图5示出可以由图4的致动器中的处理电路执行的一组操作的流程图。
具体实施例方式图1和2示出了在通风风闸中实现的本发明的示例性实施例。图1示出了包括外 壳或框架12、多个活动风闸14、连杆16和致动器模块18的通风风闸装置10。这些元件还 可以采取任何适当的结构，除了致动器模块18包括被配置为从通信线路20获得电功率以 对致动器供电的装置之外。图2示出致动器模块18的示例性实施例。应认识到本文所述的致动器模块18的 元件不一定必须是物理“模块”的一部分，而是可以是被分别地容纳的组件，其被(直接或间 接地)安装在风闸装置10的框架12上。致动器模块18包括通信电路22、处理器24、致动器26和能量管理单元28。通信 电路22可以是能够经由通信线路20从分别定位的控制设备接收命令信号的任何适当电 路。在本文所述的实施例中，通信电路22经由通信线路20接收数字信号。通信电路22获 得数字信号并向处理电路24提供数字信号，该数字信号表示关于改变通风风间装置10的 风闸14的位置(打开程度)的命令。处理电路24是从通信电路22接收数字命令并由此产生致动器信号的设备。该致 动器信号被致动器26用来沿着一个方向或另一个可控地移动连杆16。各种适当的致动器 以及相应的通信和处理电路在本领域中是众所周知的。通信线路20可以适当地是IP/以太网/RS-485/RS-222/RS-232/光纤/电源线中 的任何一个。依照本发明，致动器26从能量管理单元28接收工作功率。为此，能量管理单 元28优选地包括一个或多个能量储存器件，诸如电池、大电容器和/或类似组件，并优选地还包括功率转换器或电源。能量管理单元28还被耦合到通信线路20以由此获得能量。能量管理单元28将从通信线路20获得的能量储存在能量储存器件(一个或多个) 中。应注意的是在某些情况下，从通信线路20接收到的瞬时功率可能不足以对致动器26供 电。然而，由于致动器26仅周期性地(即不连续地)移动，能量管理单元28可以将来自通信 线路20的能量积聚在能量储存器件中。然后，能量储存器件可以周期性地向致动器26提 供超过从可从通信线路20获得的功率的功率。然而，应认识到被提供给致动器的至少某些 功率可以来源于通信线路20。在一种替换中，处理器电路24被配置为基于通信线路20上的可用功率来改变致 动器的操作。特别地，由于图1未示出的被连接到通信线路20的其它设备的加载，经由通 信提供的可用功率可能改变。在某些实施例中，处理器24被配置为调整致动器的速度或某 些其它操作，使得在通信线路20上可用的功率能够满足致动器26的功率要求。图3更详细地示出了根据本发明的实施例的致动器装置300。致动器装置300包 括其中设置有分离器(splitter)304、电源电路306、能量管理电路308、通信电路310、处理 电路312、功率级314、电动机316、齿轮系318、机械输出端320和信号调节电路322的外壳 302。在本实施例中，外壳302包括以太网8管脚插口(pin jack)/端口 324，有时称为 8P8C或RJ45连接器。如下文将讨论的，某些结构可以采用被连接到端口 324的相同设计的 第二端口，以允许以图4所示的方式实现另一设备的并联连接。插口或端口 324被配置为被连接到通信线路326。通信线路326可以适当地是支 持以太网供电(PoE)功能的以太网电缆。一般的以太网电缆结构包括八个导体。在一种结 构中，导体中的四个被用于通信信号，并且导体中的四个被用来载送功率。根据连接到通信 线路的功率的源，在通信线路326上提供的功率的量可以在13W的范围内，甚至高达52W。举例来说，IEEE 802. 3af标准将PoE功率水平定义在13W，而IEEE 802. 3at标准 将PoE功率水平限制在30W。通信线路326可以被适当地连接到此类功率的源。另外，型号 P0E60U-560G 60 W中跨设备可以递送52W的低压功率，并且其可从Fremont California的 Phihong USA获得。通信线路326可以被连接到此类设备。下面结合图4来阐述关于能够 提供PoE的致动器到通信线路的连接的更多细节。再次大体上参考致动器300，外壳302是支持上列元件的任何适当壳体或部分壳 体。分离器304在操作上连接到插口 324并被配置为从通过通信线路326接收到的电功率 信号分离通信信号。分离器304具有在操作上连接以向电源306提供功率信号的第一输出 端304a和在操作上连接以向通信电路312提供通信信号的第二输出端304b。在这种情况 下，分离器304仅仅在物理上将插口 /端口 324的相应数据和功率管脚连接到适当的输出 端 304a、304b。电源电路306是被配置为转换经由插口 324和分离器304从通信线路326接收到 的功率信号并将该功率信号转换成一个或多个偏压输出的一组或多组电路元件。在许多实 施例中，电源电路306生成用于数字和/或电子电路(例如，处理电路312、通信块310)的 单独偏压输出和用于对电动机316供电的功率级314的单独偏压输出。在某些情况下，诸 如信号调节电路322或能量管理电路308的其他模拟(或数字)电路可能仍要求另一单独偏 压水平。然而，通常将认识到由电源电路306产生的输出功率的大部分被用来经由功率级314对电动机316供电。 为了提供多个输出电压，电源电路306可以适当地是具有变压器的开关式电源， 该变压器具有多个次级线圈或至少具有多个分接头(tap)的次级线圈。可替换地，电源电路 306可以适当地包括一个或多个线性电源或一个或多个线性电源与一个或多个开关式电源 的组合。 能量管理电路308是包括被配置为存储从电源306接收到的能量的至少第一电容 器328的电路。特别地，如果电动机316不在进行操作，则电源306将很可能(由在通信线 路3 上接收到的功率)产生比致动器300的电路所使用的更多的输出功率。在这种情况 下，能量管理电路308被配置为将多余能量储存在电容器328中。在至少某些实施例中，能量管理电路308还被配置为在致动器300的电功率需要 至少暂时地超过能够单独地基于经由通信线路3 接收到的功率产生的功率的情况下向 功率级314或致动器300的其它电路310、312、322递送能量。例如，如果经由通信线路3 接收到的功率是十三瓦，并且电动机316要求二十瓦的功率以进行操作，则电源电路306不 能单独地提供足以使电动机316运行的功率。在这种情况下，能量管理电路308被配置为 从电容器3 提供附加功率要求。在另一实施例中，能量管理电路308能够经由分离器304和端口 3M从电容器328 向通信线路3 提供所储存的能量。以这种方式，被耦合到同一 PoE功率源的多个致动器 可以共享所储存的能量。下面结合图4更详细地描述此类操作。通信电路310是被配置为通过通信线路3 来传送数据的电路。在本实施例中， 通信电路310被配置为通过包括通信线路326的以太网络来进行通信。通信电路310还 能够在内部与处理电路312通信。特别地，通信电路310被配置为从处理电路312接收数 据，提供传输所需的任何附加格式化、处理、滤波、放大和/或调制，并经由分离器304和端 口 3M通过附着的通信线路3 来传送包括接收到的数据的通信信号。相反地，通信线路 310还被配置为从分离器304接收在外部生成的信号，处理信号以由此提取数据，并将数据 提供给处理电路312。处理电路312是能够执行致动器300的控制功能的电路。此类控制功能在基本水 平上包括提供适当的信号以使致动器输出端320以受控方式移动。为此，处理电路312可 以向功率级314提供控制信号，功率级314响应于期望的位置值(或设定点)来驱动电动机 316。处理电路312可以适当地从经由通信电路310接收到的外部信号获得期望的位置值 或设定点。在某些情况下，接收到的信号实际上不包含位置设定点。在这种情况下，处理电 路312可以基于从外部信号接收到的信息来导出期望的位置值。处理电路312优选地还基于源自于电动机316、齿轮系318、输出端320和/或功 率级314处的反馈信号来控制功率级314/电动机316的操作。该反馈信号可以指示被处 理电路312用来修改操作的位置、速度、应变(strain)或其它信息。为此，处理电路312可以适当地包括微处理器、微控制器等。处理电路312上的计 算负荷相对有限，并将通常明显比通用计算机的小。给定有限的计算负荷，并给定有限的可 用电功率，可能是有利的是选择牺牲某些计算速度以供减少的电功率使用的处理器用于处 理电路312。适当的专用处理器对于本领域的技术人员来说是众所周知的。下面进一步提供关于处理电路312的操作的附加细节。通常，可以由适当的固件或软件编程来执行本文所述的处理电路312的许多操作。如上文所讨论的，处理电路312被配置为向功率级314提供控制信号。为此，处理 电路312包括在操作上连接到功率级314的控制输入端的输出端。功率级314是被配置为 响应于从处理电路312接收到的控制信号向电动机314提供操作功率的电源电路。在第一 实施例中，功率级314仅仅基于接收到的控制信号来开启或关闭电动机。在另一实施例中， 功率级314还控制电压、电流或频率水平以调整电动机316的速度。此类控制称为连续调 制控制。通常，功率级314被选择为与电动机316的类型以及预期来自致动器300的控制 类型匹配。适当的功率级314对于本领域的技术人员来说是已知的。功率级314在操作上 耦合以从电源电路306获得用于递送到电动机的功率。电动机316是响应于从功率级314接收到的功率信号使输出端316a旋转的电动 设备。电动机316可以适当地是DC刷式或无刷电动机、步进电动机、感应电动机、同步电动 机或磁阻电动机。在如上文所讨论的某些实施例中，电动机316被(连同功率级314 —起) 选择为允许进行速度控制。齿轮系318优选地是将电动机316的旋转输出转换或变换成具有增加的转矩 (torque)的较慢速度以便驱动机械输出端320的减速齿轮组。结果，可以使用具有有限转 矩、高速输出的电动机316来驱动或移动被连接到相对重的通风风间的机械输出端320。例 如，可以将具有300 rpm的电动机316减少到是之前的1/300 (reduced by 1/300)以使风 闸在十五秒内移动90度。此类转换可以允许电动机具有这样的转矩输出，该转矩输出是使 风闸320移动所需的转矩输出的约1/300。用于供HVAC致动器、风闸、阀等使用的适当电动 机和齿轮系对在本领域中是已知的。信号调节器电路322是被配置为从功率级324、电动机316、齿轮系318或机械输 出端320中的一个或多个接收反馈信号的电路。信号调节器322可以适当地包括滤波器、 A/D转换器或从反馈信号产生可被处理电路312使用的数字反馈信号的其它器件。反馈信号可以由传感器生成，其未示出，但是对于本领域的技术人员来说将是已 知的。例如，功率级314可以包括生成表示电动机316上的应变的电压和/或电流反馈信 号的传感器。电动机316可以具有用于旋转速度反馈信号的传感器。齿轮系318和输出端 320还可以包括提供关于旋转速度和/或位置的反馈的传感器。用于基于前述反馈信号中 的一个或多个来控制致动器移动的各种方法在本领域中是已知的。在一般操作中，致动器300在端口 3 处在操作上连接到通信线路326。通信线路 326包括电功率信号，该电功率信号将根据被连接到通信线路326的PoE源、多少其它设备 被连接到同一通信线路326、和被连接到通信线路326的其它设备是否具有提供临时增强 (boost)功率的能力而在小于1瓦至高达50瓦或以上的范围内变化。致动器300从端口接收功率信号(以及通信信号，如果有的话)并在分离器304处 将其分离出来。分离器304将功率信号提供给输出端3(Ma。输出端30 处的功率信号传 播到电源电路306。电源电路306将输入功率转换成适当的电压水平以向通信电路310、处 理电路312、信号调节器322和功率级314提供偏压。当电动机被激活时功率级314通常是 来自电源电路306的最大功率消耗装置。致动器300还不时地接收通信信号，例如提供改变机械输出端的旋转位置(“输出 位置”)的命令。例如，此类命令可以涉及关闭通风风闸或打开冷水阀。其它命令可以涉及改变风扇速度。接收到的命令的通信信号可以实际上包含用于输出位置(或速度)的设定 点。换言之，该命令包括信息，处理电路312可以由此信息导出设定点。分离器304接收通信信号并将通信信号提供给输出端304b。通信信号从输出端 304b传输到通信电路310。通信电路310提取表示所传送的命令(或其它通信)的数字数据 并将其提供给处理电路312。将认识到的是可以由共享组件和/或同一芯片或模块中的不 同电路来执行分离器304、通信电路310和处理电路312的任何数目的功能。图3所示的功 能区别仅仅是处于表达清楚的目的提供的。然后，处理电路312执行数据处理以确定接收到的数据是否指示需要机械输出端 中的状态变化。如果是这样，则处理电路312向功率级314提供促使功率级314以受控方 式对电动机316供电的控制信号。然后，电动机316旋转，使齿轮系318旋转，这又使机械 输出端320旋转。处理电路312还从功率级314、电动机316、齿轮系318和/或机械输出 端320中的一个或多个接收其用来保证机械输出端320已被操纵而实现如接收到的数据信 号所指示的期望输出的反馈信息。举例来说，如果处理电路312接收到打开被连接到机械输出端320的通风风闸的 命令(对应于90°的输出位置)，并且电流输出位置是45°，则处理电路312可以向功率级 314提供控制信号以使电动机3 旋转，使得输出位置从45°增加至90°。另外，信号调节 器322从机械输出端320接收位置反馈信息。信号调节器322向处理电路312提供位置反 馈，处理电路312使用该信息来确定何时向功率级314提供控制信号以使电动机316停止 进一步旋转。在致动器300的其它实施例中，处理电路312以类似的方式起作用。控制致动器 的操作以改变致动器的输出位置是已知的。在某些实施例中，接通电路312替代地或另外 地控制输出端320的旋转速度。例如，致动器300可以是风扇控制机构，其中，使用功率级 314来控制风扇的速度。在某些情况下，此类实施例甚至可以没有齿轮系318。如上文所讨论的，致动器300被配置为主要地或单独地通过由通信线路3 递送 的功率进行操作。虽然已经由标准定义了 13瓦和30瓦的系统，但已经开发了至少一个已 知的56瓦解决方案。上述实施例的优点是不需要单独的电源布线以对致动器300供电。使用通信所需 的同一电缆来向致动器递送功率。使用这种方式的安装成本的降低可能是显著的。本发明 的至少某些实施例的特征涉及管理功率使用，使得致动器能够以在通信线路中可用的有限 功率进行操作。下面描述的是可以用来使得通信线路功率致动器300能够广泛地用于HVAC 应用的管理功率的各种方法。用于基本通信线路供电致动器的系统配置
在第一实施方式中，可以将单个致动器300设计为特别地使用在PoE架构中可用的功 率进行工作。通常，此类解决方案涉及保证致动器300所使用的功率不超过电源线上的可 用功率。为此，可以确定操作具有与之附着的负载(例如风闸)的机械输出端所需的力的量。 例如，由以下等式来给出使机械输出端320旋转所需的功率测量
P = τ es
其中，P是机械功率，τ是转矩，并且θ s是角速度。在这种情况下，机械功率P限于在可用电功率以下。因此，如果可使用13瓦，则机械功率P限于由13瓦、较少的转换损耗和其它电路的功率要求所限定的功率。因此，致 动器300的机械功率P通常需要小于通信线路3 上的可用功率的约60%至80%。在某些情况下，由致动器被连接到的风间来定义转矩τ分量，因此其不能被调整 为适应有限的可用功率。因此，致动器300的结构可以涉及通过改变齿轮比或以不同的方 式操作电动机来调整旋转速度，使得角速度θ 3足够低而允许机械功率ρ在由来自通信线 路326的可用电功率、致动器300的其它电路的要求和转换损耗限定的限度内。由于此特定实施方式被设计为在可经由通信线路获得的可用瞬时功率的界限内 工作，所以此设计非常适合于被连接到经受频繁操纵的风间和阀的致动器。这些可以包括 将气流速度以及温度控制到诸如被人占用的建筑物内的房间或空间的“使用点”的风闸和 阀。
具有储存辅助装置的通信线路功率
然而，在许多情况下，通常不预期致动器300将恒定地操作，而是周期性地操作。例如， 在某些实施例中，可以预期在HVAC系统的空气处理单元中使用的风闸将每二十四小时操 作两次。对于此类实施方式，可以以明显超过通信线路上的可用瞬时功率的功率要求来操 作致动器。为此，在已知周期性操作的情况下，致动器300可以采用能量储存来提供用于致 动器300的操作的功率“突发”。特别地，在致动器300不在使用中的时间期间，可以使用从 通信线路3 接收到的功率来对电容器3 充电。当致动器300进行操作时，可以从电容 器3 分接出功率。为了执行此类操作，每当可从通信线路3 获得多余功率时，电源电路306将多余 的接收到的功率存储到能量管理电路308的电容器328中。例如，如果致动器300的元件 的功率消耗不超过可用于(或分配给)致动器300的功率，则多余功率被存储在电容器320 中。当致动器300将进行操作时，能量管理电路308保证电容器3 将向功率级314的功 率输入端放电。在图3所示的示例中，电容器3 通过电源电路306向功率级314提供功 率。在其它实施例中，电容器3 被直接地或至少在不通过电源电路306的情况下连接到 功率级314。在一段时间内将能量储存在电容器中并随后使得该能量可用于“突发”使用的各 种方法是众所周知的。用本实施例，不一定需要操纵致动器300的速度以使得能够使用来自通信线路 326的功率。作为依赖于可用的瞬时功率的替代，致动器300被设计为使得电容器3 储存 足以用于致动器的最大预期周期性移动的能量。例如，假设预期致动器300以在移动之间 不小于10小时的周期并以不超过90度的移动每天移动两次。在这种情况下，致动器300 被设计为使得电容器3 能够存储每天两次执行最大可能移动要求的大多数(如果不是全 部的话)能量。为此，应认识到可以将最大要求的机械能量测量为转矩乘以最大角位移，或者 Ε = τ θ t，
其中，&是最大能量要求，τ是与使被附着于输出端320的风闸或阀旋转相关联的转 矩，并且θ 1是以度为单位的最大可能位移，例如90度。电容器328的能量储存要求通常被选择为等于或略超过值&。还需要保证在致动器328的操作之间有足够的时间可用于电容器3 进行再充 电。例如，如果使被连接到致动器300的大型风闸移动九十度所需的总能量等效于约50 瓦-小时，并且通信线路上的可用能量是13瓦，则在最坏的情况下，不应预期致动器300比 每四小时一次更频繁地操作。否则，必须使得替换备用能量可用。如果致动器300被相对频繁地移动，但仍周期性地足以调节(justify)储存能量 的使用，则致动器300采用来自电容器328的存储能量和来自通信线路326的功率两者。 在这种情况下，用于致动器移动300的可用能量等于存储在电容器中的能量以及(近似地) 可用通信线路功率乘以致动器300在移动期间的行进时间。用于从电容器3 和通信线路 326获得能量的适当方式对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。应认识到虽然在图3中示出了单个电容器328，但上述实施例可以替换地采用多 个电容器和/或其它能量储存器件。通信线路功率共享
在另一实施例中，可以将多个致动器402、404和406连接到同一电源408。例如，图4是 经由以太网标准电缆410连接到单个通信线路功率源408的第一、第二和第三致动器402、 404和406的方框图。此类结构400可以是典型的，因为以太网骨干(交换机/路由器)输 出端通常连接到多个设备。在图4的实施例中，功率源408是包括电缆端口或插口 409的通信设备，通过所述 电缆端口或插口 409，可以传送网络数据，并且可以递送电功率。例如，功率源408可以适当 地是以太网交换机、路由器或miwith PoE供电输出端，在这里被示为单个示例性输出插口 或端口 409。电缆端口 409可以具有标准8管脚输出端，并以例如由IEEE 802. 3af或IEEE 802. 3at标准描述的方式来提供通信和功率。功率源408还包括在本领域中已知的其它端 口 411以促进与未示出的其它设备的通信。在本实施例中，电缆410是八导体电缆，并且被从致动器到下一个致动器以菊花 链方式连接。为此，每个致动器402、404 (和406)可以具有图3的致动器300的设计，其被 修改为包括被直接连接到端口 3M的附加端口。菊花链式连接的目的是提供用于电缆互连 的便利物理连接器。致动器324的此设计允许经由单独长度的标准以太网兼容电缆进行任 何数目的致动器的互连。通常，系统400的保守设计将保证全部三个致动器402、404和406在使用期间的 功率要求不超过来自功率源408的可用瞬时功率。这种方法类似于上文进一步讨论的第一 实施方式，但被应用于三个致动器而不是一个。例如，如果可从源408获得的功率是30瓦， 则三个致动器的组合功率要求不应超过30瓦。事实上，设计结构将是将最大数目的致动器连接到源408的输出端409，其中，附 加的累积功率要求不超过经由以太网电缆410、来自源408的可用功率。 然而，还可以使用致动器402、404和406的内部控制和/或致动器402、404和406 之间的通信来高效地在那些设备之间分配功率。例如，如果不需要同时操作所有的致动器 402,404和406，则此类分配允许致动器402、404和406的总功率要求超过来自功率源408 的总可用功率。在某些情况下，如果不是随时可获得足够的功率，可以延迟特定致动器的操 作，甚至以较慢的速度执行。为此，应注意的是控制策略不总是要求瞬时致动。此外，多个致动器402、404和406可以具有不同的优先级、使得如果高优先级致动器要求目前不可用 的功率，则可以使较低优先级致动器停止或减慢以使功率可用。在另一结构中，致动器402、 404和406中的一个或多个包括诸如电容器3 的能量储存器件，并被配置为在需要多余能 量的情况下经由端口 3M将此类功率递送回到电缆410。可以经由通过电缆410的通信容易地执行致动器402、404和406之间的此类操作 协调。图5示出了可以由图4的致动器420、404、406中的每一个的处理电路执行以协调 功率使用、使得(以标称速度移动的)致动器420、404、406的组合最大功率要求可以超过来 自功率源408的可用功率的操作的示例性流程图。图5的操作特别地涉及其中将使致动器 402进行操作的情况。可以假设致动器402具有图3的致动器300的一般结构。因此，下面 将使用图3的参考标号来描述致动器402的相同组件。在步骤505中，(致动器402)的处理电路312接收指示致动器402的输出位置将 改变的通信消息(经由通信电路310)，从而要求将功率递送到致动器402的电动机316。在步骤510中，处理电路312获得关于通信线路3沈/410上的可用功率的信息。为 此，处理电路312生成由通信电路310经由分离器304和端口 3 传送到其它致动器404、 406的处理电路的通信消息。通信消息要求识别当前被致动器404、406使用的功率的量的 响应。该消息还可以请求致动器404、406是否具有可从存储电容器获得的储备能量。致动 器404、406随后经由其通信电路310来提供随后被(致动器402的)处理电路312接收到的 其响应。以这种方式，处理电路312确定当前正在被其它致动器404、406使用的功率的量， 并因此能够确定通信线路326/410中的剩余可用功率的量。应认识到作为向每个致动器404、406传送特定询问的替代，致动器402、404和406 可以定期地向被连接到输出端409的其它设备广播器其电流功率消耗。在这种情况下，处 理电路312将确定来自装置400上的每个设备的最近更新的可用电功率。在任何情况下，在步骤510结束时，处理电路312确定通信线路410上可用的电功
率的量。在步骤515中，处理电路312确定是否有足够功率可用于执行在步骤505中接收 到的消息中所请求的操作。因此，步骤515涉及确定执行致动器402中的操作所需的功率 是否超过所计算的可用功率。在某些情况下，该计算还可以将可从致动器402的电容器328 获得的任何功率考虑在内。如果处理电路312确定有足够的功率可用于执行所请求的操作，则处理电路312 前进至步骤520以向功率级314提供适当的控制信号以执行操作。在其中电动机316的速度可调整的情况下，处理电路312提供促使电动机316以 多个速度中的一个操作的控制信号，部分地基于在步骤510中确定的可用功率来选择速 度。例如，如果当前没有其它致动器404、406正在使用功率，则处理电路312可以促使机械 输出端320(经由电动机速度)处于一个其较高的速度水平。相反，如果另外致动器404、406 两者正在使用显著的功率，并且仅仅一点儿可用，则处理电路312可以促使机械输出端320 以较慢的速度操作，要求较少的功率。这可以允许电动机316在没有足以以正常或标称速 度运行的功率的情况下以较慢的速度运行。再次返回到步骤515，如果替代性地确定没有足够的功率可用于执行机械输出端320的状态变化，则处理电路312在步骤525中推迟状态变化操作，并促使功率不被递送给 电动机316。在步骤525中的短延迟之后，处理电路312返回到步骤510以获得可用功率的 更新并相应地继续进行。这些不同的方法允许在HVAC系统中的许多应用中由通信线路供电的致动器。应认识到上述实施例仅仅是说明性的，并且本领域的技术人员可以容易地设计结 合了本发明的原理并落在其精神和范围内的其自己的实施方式和修改。
权利要求
1.一种致动器，包括a)至少一个驱动装置，被配置为从输入电功率产生输出机械功率；b)通信线路输入端口，被配置为连接到通信线路，所述通信线路输入端口被配置为从 所述通信线路获得电功率；c)控制单元，被配置为经由所述通信线路输入端口从所述通信线路获得第一信息，所 述控制单元还被配置为基于第一信息和基于识别可用作输入电功率的电功率的信息来调 整所述至少一个驱动装置的操作。
2.权利要求1的致动器，其中，所述控制单元被配置为如果确定没有足够的电功率可 用作输入电功率，则通过暂时禁止驱动装置的操作来调整所述至少一个驱动装置的操作。
3.权利要求2的致动器，其中，所述控制单元被配置为至少部分地从经由所述通信线 路输入端口接收到的数据消息来获得识别可用作输入电功率的电功率的信息。
4.权利要求3的致动器，其中，所述控制单元被配置为获得后续数据消息，并基于所 述第一消息和所述后续数据消息来引起所述至少一个驱动装置的操作。
5.权利要求1的致动器，其中，所述控制单元被配置为至少部分地从经由所述通信线 路输入端口接收到的数据消息来获得识别可用作输入电功率的电功率的信息。
6.权利要求1的致动器，其中，所述第一信息包括可指示致动器的设定点输出位置的 fn息ο
7.权利要求1的致动器，其中，所述至少一个驱动装置包括电动机和一个或多个齿轮。
8.权利要求1的致动器，还包括被配置为向所述至少一个驱动装置提供增强功率的 能量储存器件。
9.权利要求1的致动器，其中，所述通信线路输入端口包括以太网电缆插口。
10.一种方法，包括a)将致动器的通信线路输入端口连接到通信线路，所述致动器还包括被配置为从输入 电功率产生输出机械功率的至少一个驱动装置和被配置为经由所述通信线路输入端口从 所述通信线路获得第一信息的控制单元，所述控制单元还被配置为基于所述第一信息来调 整所述至少一个驱动装置的操作；b)从所述通信线路输入端口获得电功率并由所获得的电功率产生输入电功率。
11.权利要求10的方法，还包括基于识别可从通信线路获得的电功率的信息来调整 致动器速度。
12.权利要求10的方法，还包括将所获得的电功率中的至少某些储存在能量储存器件中；以及使用所储存的功率来产生输入电功率，其中，所述输入电功率超过所获得的电功率。
全文摘要
一种致动器包括被配置为从输入电功率产生输出机械功率的至少一个驱动装置。所述致动器还包括通信线路输入端口和控制单元。所述通信线路输入端口被配置为连接到通信线路，并被配置为从通信线路获得电功率。所述控制单元被配置为经由通信线路输入端口从通信线路获得第一信息，并且还被配置为基于第一信息并基于识别可用作输入电功率的电功率的信息来调整所述至少一个驱动装置的操作。
文档编号F24F11/00GK102112820SQ200980129648
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月31日 优先权日2008年7月31日
发明者P.V.卡洛雷 申请人:西门子工业公司