專利名稱：電能管理和建筑物自動化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及家庭或商業(yè)自動化領(lǐng)域和電力分配系統(tǒng)管理。特別是，本發(fā)明涉及住宅和商業(yè)場所中用于需求方電力負荷管理的計算機控制系統(tǒng)，以及控制這些負荷。在控制計算機和負荷之間通信的前提下該系統(tǒng)最好采用電力線載波(PLC)技術(shù)，和與電力公司提供的設(shè)施(即用戶)的本地電度表通信的PLC或RF技術(shù)?？墒褂肞LC技術(shù)或另一種通信技術(shù)在電力公司和用戶所在地之間通信。另外，本發(fā)明涉及采用該系統(tǒng)為用戶所在地(例如，一個家庭)內(nèi)的外部數(shù)據(jù)通信服務(wù)、設(shè)備、娛樂服務(wù)和通信設(shè)備之間提供橋梁。
多年來，對實現(xiàn)由用戶更有效地利用發(fā)電容量和更完善地控制電力負荷有很大興趣。隨著對生態(tài)影響和資源低效利用經(jīng)濟成本了解的提高，電力用戶已注意到了改變其用電模式的客觀需要。一些電力公司已經(jīng)提供了根據(jù)每天時間變化的費率，以鼓勵用戶在非峰值時段期間開動諸如衣服烘干機、水池抽水泵和洗碗機之類的設(shè)備。一般，在特定的峰值需求時段期間收取高費率，而在其它非峰值需求時段期間收取較低費率。另一種方法允許按每天時間分設(shè)費率以允許更頻繁(例如每小時)按費率收取。這將需要通知用戶每種費率變化，然后由用戶決定在該費率開動何種電器。為使該處理自動化，需要電力用戶能夠通過用戶住宅或企業(yè)中較顯著的負荷監(jiān)測和控制電力使用。
然而，用戶通常是僅當(dāng)研究每月提供極少信息的帳單時看到按時間管理使用電器的好處。用戶并未真正了解到在現(xiàn)實使用條件下與其它情況相比開動一種電器花費多少費用。用每月的帳目清單對這些費用進行比較可能并不現(xiàn)實，由于實際上不進行數(shù)月長的控制實驗，其中除一個月中使用第一種電器而另一月中使用不同的第二種電器之外，所有其它能耗是不變。沒有這樣一種控制實驗，人們從每月帳單不能確定開動具體電器的費用，或甚至不能比較開動兩種不同電器的費用，或在任何具體費率開動指定電器將節(jié)省多少費用。因此，需要一種以時間為基礎(chǔ)向用戶提供一臺或多臺電器的耗電量和開動這些電器的費用報告的系統(tǒng)。
另外，需要允許用戶基于費用做出開動電器的決定，并實現(xiàn)這些決定。許多電力公司可能希望控制其電費支出。例如，用戶可能希望只要能源費用低于該用戶設(shè)定(即預(yù)定)的量，或只要外界溫度在一確定范圍時就可開動游泳池加熱器。還有一個例子，對于因不了解舊的現(xiàn)有電器能耗，而不了解新的高效電器通過降低能耗多快將會補償該費用的用戶可能會延緩做出更換年久低效電器的決定。如果能夠顯示出這些費用，商業(yè)用戶可根據(jù)相對的能源費用做出處理選擇決定。
由于電能收取費率至少是當(dāng)時系統(tǒng)廣泛需求(例如，反映燃料費用)的函數(shù)的一部分，具有固定預(yù)算的用戶在費率低時可能比費率高時消耗更多電能。因此，該用戶可能希望依據(jù)費率做出使用決定。當(dāng)然，如果電力公司隨時改變費率，用戶不見得想坐下來收聽或觀看費率信息廣播。需要對費率廣播自動響應(yīng)。這種自動響應(yīng)可假設(shè)多種形式，并且可能不僅以新宣布的費率為條件而且可依據(jù)其它因素，例如以檢測的溫度或每天的時間或任務(wù)的緊迫性(例如電器的優(yōu)先等級)為條件。不能自動響應(yīng)可能是阻礙靈活的費率變化廣播發(fā)展的因素之一，現(xiàn)存的費率變化廣播一般只限于在峰值和非峰值時段的開始和結(jié)束發(fā)信號。
雖然允許用戶控制其使用模式和做出使用決定僅涉及電力管理的一方面。有時用戶的自愿行為不足以避免諸如過量電力需求的問題。理想情況是，負荷管理系統(tǒng)不僅允許用戶，而且允許電力供應(yīng)商(即電力公司)至少在一定程度控制連接到輸電線的負荷。
這些意義已導(dǎo)致許多系統(tǒng)允許執(zhí)行諸如＂卸載＂(即有選擇地切斷設(shè)備、或負荷)之類的控制功能。例如，有多種可通過購買和以印刷品兩種方式得到的家庭和建筑物自動系統(tǒng)。這些自動系統(tǒng)有許多允許用戶僅在規(guī)定時間安排接通或開動電器。某些自動系統(tǒng)允許特殊裝備的電器在宣布高費率或需求期間為停用。在即使有也很少的情況下也允許電力供應(yīng)商(除用戶之外)有選擇地從系統(tǒng)中甩負荷(例如以特定用戶的特定負荷為目標(biāo))或僅允許它們在預(yù)定時段期間接入。
在出現(xiàn)例如可能因暴雨之類的自然現(xiàn)象，或可能因極端天氣狀況(例如熱浪或罕見冰凍)造成過量負荷發(fā)展而出現(xiàn)停電的情況下，電力公司將出現(xiàn)很大問題?；謴?fù)臨時電力或大的斷開負荷回到線路，連接到配電網(wǎng)的所有負荷或重新連入負荷的啟動視情況而定會造成巨大電流浪涌，該大電流浪涌可因負荷、線路和變壓器電感引起大瞬態(tài)電壓尖峰，并使配電網(wǎng)不穩(wěn)定和造成連接到輸電線的設(shè)備損壞。安全裝置可使變電站和發(fā)電機與線路斷開，以防止設(shè)備損壞，此刻變電站和發(fā)電機需要接入線路以滿足負荷需求。防止出現(xiàn)這種情況是電力公司在斷電期間用無線電臺廣播請求用戶斷開電器和其它負荷直到電力恢復(fù)的一個原因。如果一個電力公司能夠從中央位置控制和變化在其業(yè)務(wù)區(qū)域中向負荷恢復(fù)電力，將能大大降低該瞬態(tài)電壓涉及的威脅和問題。一個電力公司或政府機構(gòu)可能同樣希望有選擇地向特定類型的負荷送電，或在出問題情況下阻止向特定類型負荷供電。例如，在自然災(zāi)害和諸如在極熱的夏天之類峰值負荷期間，向特定用戶，或特定類型電器，例如熱水器、游泳池泵、空調(diào)機、和一般的低優(yōu)先等級(即非重要)負荷定量輸送電力以防止發(fā)電機或配電系統(tǒng)出問題可能是一種有效的電力系統(tǒng)管理計劃。采用該方法，還使電力公司可以免除建造變電站的費用或者使發(fā)電容量可獨自承受這種極端情況。
其它業(yè)務(wù)提供者(例如，自來水管理局、煤氣供應(yīng)商和電纜電視公司)也表示希望與其用戶相互配合，但至今為止這種系統(tǒng)受到限制，并且根據(jù)安裝擴大通信網(wǎng)絡(luò)和靈活控制系統(tǒng)的費用而數(shù)量有限。
鑒于上述情況，很顯然，需要用于不僅監(jiān)測整個由住宅或商業(yè)電力用戶消耗的電能(功率)，而且由用戶開動的特定負荷的自動系統(tǒng)。還需要便于電力用戶操作以允許用戶控制這些負荷工作的自動系統(tǒng)。最好是，該系統(tǒng)允許用戶響應(yīng)電力公司提供的費率信息和用戶提供的參數(shù)將負荷編程以使其運行或不運行。另外，需要也允許電力公司有選擇地控制這些負荷的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明這樣的自動系統(tǒng)包括最好基于諸如電子工業(yè)協(xié)會的CEBus之類的家庭自動數(shù)據(jù)總線的局域網(wǎng)，由設(shè)在FL.Ocala的Intellon公司銷售的元件實施。由自動系統(tǒng)控制的每個負荷經(jīng)一個控制模塊連接到總線?？刂颇K包含在接到命令或出現(xiàn)停電或兩個情況下將負荷與輸電線斷開的繼電器或開關(guān)(下文稱之為＂斷路器＂或＂電路斷路器＂)。另外，控制模塊可包含一個用于判斷所連接負荷是否吸收電流的電流監(jiān)測器或一個用于監(jiān)測負荷消耗功率的功率監(jiān)測器(該功率監(jiān)測器可計算能耗)。該功率監(jiān)測器可設(shè)置在總線上，響應(yīng)查詢消息，即與負荷消耗的功率有關(guān)的數(shù)據(jù)。兩種監(jiān)測器可在總線上發(fā)送消息以指示負荷狀態(tài)或負荷狀態(tài)的變化。另一種負荷控制模塊可包含一個調(diào)光器電路(模塊用于燈泡)或一個速度控制電路(模塊用于電機)。因此，可考慮各種控制模塊。該系統(tǒng)最好還包括一對微計算機。第一臺微計算機最好放置在用戶所在地外部，與電力功率表相鄰(或即使在房間內(nèi)的)。第二微計算機最好放置在用戶所在地內(nèi)部。裝備兩臺微計算機相互通信并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)總線與各負荷控制模塊通信(例如使用CEBus收發(fā)信機實施CEBus協(xié)議)；另外，最好至少裝備第一微計算機經(jīng)任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ沛溌?例如電力線載波系統(tǒng)、無線電、電話、光纖或利用電纜電視網(wǎng))與電力公司通信。電力儀表最好是一種可遠程讀取的儀表；為此，該儀表最好裝配有一個包括一總線收發(fā)信機的CEBus接口單元，以便能夠采用在總線上發(fā)送的命令讀取該儀表。因此，最好至少可由微計算機之一經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)總線讀取電力電度表?？刹捎萌魏蜟EBus協(xié)議實施方案，包括電力線載波方式、RF方式或紅外傳輸方式。最好采用CEBus電力線載波技術(shù)。可通過適當(dāng)改進采用除CEBus之外的設(shè)計網(wǎng)絡(luò)；一個例子是Echelon的LONWORKS。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)總線是CEBus系統(tǒng)或其它電力線載波技術(shù)時用戶所在地之內(nèi)的所有數(shù)據(jù)通信可通過交流電力線進行。這表明可在任何現(xiàn)存的已有配線房屋安裝該系統(tǒng)而不需要安裝特定或額外配線。然而，該系統(tǒng)足夠靈活，它可在新建筑中將開關(guān)與負荷分開；二者不需要串聯(lián)，因此可通過低電壓和電流操作開關(guān)電路，因而增強了安全性并節(jié)省費用。就是說，由于可通過其控制模塊中的斷路器開和關(guān)電器并且這些斷路器由輸電線上的CEBus信號控制，可在輸電線上施加適宜信號的任何電路可完成該電器操作。另外，由于CEBus兼容燈和電器進入市場，可實現(xiàn)明顯節(jié)省新住宅和商業(yè)設(shè)施的配線。
所在地內(nèi)部的第二微計算機作為系統(tǒng)輸入/輸出終端的一部分，允許用戶設(shè)定參數(shù)和向系統(tǒng)查詢電力使用信息。它顯示用戶請求的報告并顯示電力公司和另一它微計算機傳送的消息。第一微計算機作為主控制器與所在地外界通信并作為主要數(shù)據(jù)收集器和負荷控制模塊操作器，第二微計算機作為輸入/輸出子系統(tǒng)(接受用戶輸入，并向用戶提供或顯示消息和報告)，提供確定備份功能，并且如果需要作為第二控制器?？扇芜x第一微計算機作為服務(wù)器，其它設(shè)備經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)總線與其通信。這些設(shè)備可以是＂非智能＂終端或智能單元。作為一個實例，這些設(shè)備可以是各種媒介的通信端口，第一微計算機作為這些端口之間或這些端口中的任何一個與一個或多個非智能終端或智能單元之間的路由器。另一個實例可以是一個與第一微計算機交互作用的手持設(shè)備，后者提供允許降低手持設(shè)備費用的程序、計算支持和通信或其它功能；就是說，手持設(shè)備可利用第一微計算機中的已有性能。這種手持設(shè)備的實例可以是游戲機或電纜電視控制器。例如，電纜電視信號，特別是當(dāng)其為壓縮或擾頻數(shù)字信號時可被路由選擇到第一微計算機進行解壓縮和/或解擾，然后由電路板(例如創(chuàng)通實驗公司的TV編碼器)在第一微計算機的內(nèi)部總線上轉(zhuǎn)換成模擬視頻。然后該模擬電視信號分配給家用電視機。當(dāng)可采用數(shù)字電視機時，可將經(jīng)壓縮或擾頻的數(shù)字信號路由選擇到第一微計算機進行解壓縮和/或解擾，然后將經(jīng)解壓縮、解擾的數(shù)字視頻信號提供給數(shù)字電視機。手持控制器可經(jīng)PLC或RF CEBus或其它通信信道連接到第一微計算機，以便向第一微計算機指示用戶要求觀看的信道(節(jié)目)或用戶要求獲得的服務(wù)。第一微計算機可執(zhí)行一程序以檢驗用戶授權(quán)并與電纜電視公司的計算機通信以提供記帳或其它信息。這樣允許以較大靈活性預(yù)定和提供電纜電視節(jié)目；例如，由于第一微計算機可按照用戶選擇的頻道向電纜電視提供者發(fā)送消息，可容易產(chǎn)生即付費即看系統(tǒng)，提供者可要求該選擇包含的時間和其它信息。也可在用戶和電纜電視(或其它信息)提供者之間交換個人文本消息，允許用戶在電視或第二微計算機的顯示器上查看他或她的帳目信息。也可用手持控制器從可由第一微計算機實施的諸如產(chǎn)生畫中畫顯示之類的可使用功能中進行選擇，然后第一微計算機可執(zhí)行所需處理以提供所選擇功能。
通過不僅是監(jiān)測整個所在地的功率消耗，而且是各個負荷，可以并且能夠向用戶提供允許用戶做出關(guān)于負荷使用決定的詳細信息。這些決定中的某些決定以電力公司收取的費率為條件，電力公司可隨時向用戶廣播費率情況。電力公司也可通過消息向第一微計算機存取所選擇的使用數(shù)據(jù)并且也可至少控制某些用戶的負荷，當(dāng)用戶預(yù)訂或授權(quán)電力公司執(zhí)行這些業(yè)務(wù)時。
本發(fā)明的系統(tǒng)也使用獨立負荷管理。相當(dāng)獨立，它一方面可作為住宅或商業(yè)所在地中設(shè)備之間的通信接口，另一方面可以作為信息或業(yè)務(wù)提供者或公用事業(yè)。
除非文中另有說明，應(yīng)該理解下文使用的術(shù)語“電力公司”包括配電電力公司并且可以有或可以沒有直接的電力發(fā)電機。然而，本發(fā)明的許多方面對其它公用事業(yè)公司以及非公用事業(yè)服務(wù)提供者也有意義。
通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細描述將使本發(fā)明的上述和其它特性、優(yōu)點和目的變得更加顯而易見并且更易被理解。
附圖中，


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)實施例的方框圖；圖2是根據(jù)圖1說明的實施例中第一微計算機的方框圖；圖3是根據(jù)該實施例中第二微計算機的方框圖；圖4是圖2和3的微計算機所執(zhí)行程序的第一實施例的組合方框圖和高級軟件處理示意圖/流程；圖5是根據(jù)上述實施例的第一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖解說明；圖6是根據(jù)上述實施例的第二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖解說明；圖7是根據(jù)上述實施例的第三數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖解說明，特別用于商業(yè)所在地；圖8是根據(jù)上述實施例的第四數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖解說明；圖9足根據(jù)上述實施例的第五數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖解說明；圖10是根據(jù)上述實施例的第六數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖解說明；圖11是說明根據(jù)本發(fā)明由圖4的步驟36C提供的允許用戶進行確定功能選則的輸入屏幕實例；圖12是說明根據(jù)本發(fā)明允許用戶輸入確定設(shè)備具體信息的輸入屏幕實例；圖13是說明根據(jù)本發(fā)明允許用戶安排確定事項的輸入屏幕實例；圖14是說明允許用戶從系統(tǒng)取消負荷設(shè)備的輸入屏幕實例；圖15是說明允許用戶輸入電力費率的輸入屏幕實例；圖16是第一微計算機執(zhí)行的同步第一和第二微計算機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的步驟流程圖；圖17是第二微計算機執(zhí)行的同步第一和第二微計算機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的步驟流程圖；圖18是圖2和3的微計算機所執(zhí)行程序的第二實施例的組合方框圖和高級軟件處理示意圖/流程；圖19是用戶在圖18的操作器的選擇模塊中可提供功能中進行選擇使用本發(fā)明的屏幕實例的圖解說明；圖20是響應(yīng)用戶選擇圖19屏幕上的讀取儀表功能表示儀表讀數(shù)的屏幕實例的圖解說明；圖21是當(dāng)用戶選擇圖19屏幕上的報告功能時表示可提供選擇的屏幕實例的圖解說明；圖22是當(dāng)用戶選擇圖21屏幕上報告類型時表示每天負荷和需求報告的屏幕實例的圖解說明；圖23是當(dāng)用戶選擇圖19屏幕上的曲線功能時表示可提供選擇的屏幕實例的圖解說明；圖24是根據(jù)本發(fā)明用于監(jiān)測多個分支電路中電流和用于遠程接通或斷開負荷設(shè)備的負荷控制模塊的示意電路圖；圖25是圖24的微計算機中執(zhí)行的程序?qū)嵗牧鞒虉D；圖26是根據(jù)本發(fā)明用于監(jiān)測多個分支電路中功耗的負荷控制模塊的示意電路圖；圖27是圖26的微計算機中執(zhí)行的程序?qū)嵗牧鞒虉D；圖28是實施負荷卸載功能的第一微計算機中執(zhí)行的程序?qū)嵗牧鞒虉D；圖29是根據(jù)本發(fā)明一個方面的輸出屏幕的一個副本，示出用戶平均使用電力的曲線表，作為一天期間的時間函數(shù)，可考慮測量間隔比一天長，以便與同一天中用戶的實際耗電曲線表相匹配；圖30說明本發(fā)明可提供的曲線報告，示出給定時間(例如一星期)用戶(例如家庭)為每個監(jiān)測的負荷和所有未監(jiān)測負荷使用的電能總共承擔(dān)的費用；圖31說明本發(fā)明可提供的曲線報告，示出按每天的時間函數(shù)用戶(例如家庭)對每個監(jiān)測的負荷和所有未監(jiān)測負荷總共承擔(dān)的總電能費用；圖32說明本發(fā)明可提供的曲線報告，示出所選定的一天用戶(例如家庭)為開動每個監(jiān)測的負荷和所有未監(jiān)測負荷總共承擔(dān)的電能平均費用；圖33說明本發(fā)明可提供的曲線報告，示出一整年用于開動所選擇的監(jiān)測負荷，例如一臺空調(diào)機使用的電能每月承擔(dān)的費用；圖34是除報告期限為一年外與圖30的報告類似的報告；圖35是根據(jù)本發(fā)明一個方面的輸出屏幕實例的副本，示出所謂電能使用速度計；圖36是根據(jù)本發(fā)明的輸出屏幕實例的副本，示出用戶每天使用的電能；圖37是根據(jù)本發(fā)明的輸出屏幕實例的副本，示出一天期間用戶的負荷分布，即在給定等級電能消耗多長時間(以最大值的百分率表示)；圖38是根據(jù)本發(fā)明用于在第一計算機中根據(jù)所建立的條件執(zhí)行接通或斷開負荷設(shè)備的程序流程；圖39是根據(jù)本發(fā)明用于在第一計算機中根據(jù)用戶和/或電力公司預(yù)先建立的總時間、日期期限或費用限額執(zhí)行接通或斷開負荷設(shè)備的程序流程；和圖40是根據(jù)本發(fā)明用于在第一計算機中根據(jù)用戶和/或電力公司預(yù)先建立的總時間或電費限額執(zhí)行接通或斷開負荷設(shè)備的程序流程；
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，示出根據(jù)本發(fā)明的電能管理系統(tǒng)實施實例的方框圖。系統(tǒng)10包括一個包括一通信接口單元16和第一微計算機18的用戶所在地外部單元(CPEU)12；一個局域網(wǎng)絡(luò)通信媒介20，下文以電力線載波(PLC)總線形式為實例討論；一臺第二微計算機22；多個負荷檢測和/或負荷控制模塊24；一個或多個條件檢測器26(溫度傳感器、運行傳感器、防盜報警器等等)；和為實施包括下面說明的一個或多個功能，但不限于此的多個功能的兩臺微計算機上執(zhí)行的計算機程序(下文詳細說明)。該系統(tǒng)最好還包括一個可電讀取的電度表(即用電量)，通過該電度表從交流輸電線15向系統(tǒng)其余部分提供電能。負荷控制模塊24可以是不同類型例如，有些可采用簡單的通一斷開關(guān)，而其它的可包括電流或功率傳感器。另外，該系統(tǒng)可任選包括一個或多個其它專用、唯一或多用途輸入、輸出或輸入/輸出設(shè)備，通常以27表示，所有這些設(shè)備使用總線20與第一微計算機通信并使用第一微計算機的計算能力，可在第一微計算機上執(zhí)行任何所要求的程序。這些附加設(shè)備可滿足用戶在各種不同地區(qū)的通信和信息需求。
在所有情況下，為清楚起見省略計算機、負荷和其它設(shè)備的交流功率電源。另外，每臺計算機或其它設(shè)備必須具有連接到總線的總線接口單元并履行總線協(xié)議；僅暗示這些接口單元而不明確示出以避免混淆。
兩臺微計算機可以是例如，在英特爾X86家用處理器上運行IBM或Microsoft的DOS操作系統(tǒng)版本的IBM兼容個人計算機、PowerPC家用微計算機、或等同物。在一個實施例中，可考慮第一微計算機采用植入PowerPC403GA的來自紐約Armonk的國際商用機器公司，NY和研究三角公園，NC(IBM)處理器，第二微計算機將采用任何Intel x86家用處理器或等同物。兩種處理器可運行某一版本的DOS操作系統(tǒng)并被中斷驅(qū)動；然而，最好，特別是如在此所討論的第一微計算機作為服務(wù)器時，第一微計算機運行諸如IBM的OS/9操作系統(tǒng)之類的多任務(wù)操作系統(tǒng)，在此描述的這些程序是以設(shè)在衣阿華州，Des Moines的微件系統(tǒng)公司(Microware System Corp.)的超C編程語言寫出的。當(dāng)然，可采用其它處理器和操作系統(tǒng)；處理器和操作系統(tǒng)的選擇并不是本發(fā)明的主要方面。然而，使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微計算機結(jié)構(gòu)具有降低費用并且便于利用諸如調(diào)制解調(diào)器、路由器、雙向路由器(brouters)和其它通信產(chǎn)品之類的各種輸入/輸出輔助設(shè)備的優(yōu)點。圖2示出第一微計算機的方框圖。如圖所示，微計算機18包括一個微處理器18-A、存儲器18-B、至少一個輸入-輸出(I/O)設(shè)備18-C；在微處理器18-A上執(zhí)行的一個或多個計算機程序18-E；和一個或多個在這些部件上通信的內(nèi)總線18-D。計算機程序18-E與存儲器18-B中存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)交互作用以控制第一微計算機的操作。輸入-輸出設(shè)備18-C包括至少一個用于與電力公司通信的設(shè)備和一個用于與第二微計算機通信的設(shè)備以及一個控制負荷控制模塊和一個用于查詢電度表的設(shè)備。如果采用電力線載波技術(shù)進行所有這些通信，可使用唯一一個I/O設(shè)備18-C；否則，這些通信業(yè)務(wù)中的一個或多個可能需要一個分離的I/O設(shè)備。例如，可以在總線18-D之一上設(shè)置連接器以接收I/O設(shè)備的插入電路卡。總線和連接器最好與諸如ISA或PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)之類的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口一致。例如，可將一個ISA射頻網(wǎng)絡(luò)接口(包括一個收發(fā)信機和控制邏輯)卡插入一個連接器18-F1，用于系統(tǒng)和電力公司之間通信，而可將一個CEBus接口節(jié)點(即收發(fā)信機和控制邏輯)插入另一個連接器18-F2用于第一微計算機和負荷控制模塊之間的通信。存儲器18-B最好包括一定數(shù)量可存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的非易失性存儲器，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除其它事情之外包括即使在斷電和中斷期間希望保留的歷史數(shù)據(jù)；雖然其它類型存儲器會滿足要求，但閃速存儲器適合此目的。第一微計算機不需要鍵盤和顯示器(除非安裝和診斷使用可任選提供)。第一微計算機最好在防水和防風(fēng)雨外殼中或緊鄰用戶所在地外墻，在電力業(yè)務(wù)進入所在地處緊挨電度表。
圖3示出第二微計算機22的方框圖。如圖3所示，第二微計算機22包括一個微處理器22-A、存儲器22-B、一個用戶可交互作用的I/O子系統(tǒng)22-E和另一個I/O子系統(tǒng)或設(shè)備22-C，所有這些經(jīng)一條或多條內(nèi)部總線22-D通信。由微處理器22-A執(zhí)行計算機程序22-F以實施微計算機22的功能。第二微計算機可位于用戶所在地任何方便的位置。事實上，它可以是用戶已經(jīng)擁有的微計算機，假設(shè)其具有或被提供用于與第一微計算機通信的適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)/總線接口(例如一個CEBus PLC接口)，和在此說明的適當(dāng)?shù)挠嬎銠C程序。
用戶可交互的I/O子系統(tǒng)22-E可包括例如，一個用于顯示可視輸出和用于接收來自用戶的輸入選擇的觸摸屏22-E1。如果需要，可加入鍵盤22-E2、語音識別或其它輸入設(shè)備(未示出)。(雖然示出所有I/O子系統(tǒng)經(jīng)總線22-D通信，應(yīng)該理解，通常的作法是用鍵盤經(jīng)專門的鍵盤處理器與微計算機通信，這里未將其示出以避免與理解本發(fā)明無關(guān)的細節(jié))。I/O設(shè)備22-C包括至少一個用于與第一微計算機通信的設(shè)備；如上所述，最好采用電力線載波技術(shù)執(zhí)行所有這些通信?？梢栽诳偩€22-D之一上設(shè)置一個連接器(未示出)，例如以接受I/O設(shè)備的插入電路卡。總線和連接器最好與諸如ISA或PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)之類的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口一致。例如，可將一個CEBus接口插入一個這樣的連接器用來與第一微計算機通信。
圖1的系統(tǒng)采用在第一微計算機上運行的第一計算機程序CPEU_PGM和在第二微計算機上運行的第二計算機程序USER_PGM。CPEU_PGM程序是主控制程序。它初始化負荷(電流和功率)監(jiān)測、存儲歷史數(shù)據(jù)、進行電度表讀取、執(zhí)行所請求的負荷接通/斷開事項和監(jiān)測來自電力公司的通信。另外，它可以執(zhí)行這里所規(guī)定的各種其它功能；或者這些其它功能可通過在多任務(wù)操作系統(tǒng)下同時執(zhí)行的或響應(yīng)適當(dāng)?shù)妮斎胄盘栍羞x擇地執(zhí)行的其它程序?qū)嵤?。USER_PGM程序是用戶到系統(tǒng)的接口；它從CPEU_PGM程序收集歷史數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)組織成給用戶的報告，允許用戶安排定時接通/斷開事項并將這些事項傳送到CPEU_PGM程序以便執(zhí)行。給出該分配任務(wù)，它還預(yù)見某些用戶可能希望采用分別執(zhí)行USER_PGM程序的多個第二微計算機。在該布局中，執(zhí)行CPEU_PGM程序的第一微計算機作為文件服務(wù)器和信息中樞以及控制系統(tǒng)，具有信息和通信業(yè)務(wù)的內(nèi)部和外部(到所在地)資源。
圖4非常詳細地示出高級軟件處理示意圖/流程。虛線30左側(cè)示出CPEU_PGM程序34的結(jié)構(gòu)，虛線30右側(cè)示出USER_PGM程序36的結(jié)構(gòu)。由實線32表示CPEU_PGM程序和USER_PGM程序之間的通信。
CPEU_PGM程序34包括六個模塊處理數(shù)據(jù)請求模塊34A、處理甩負荷請求模塊34B、接收當(dāng)前電能定價信息模塊34C、查詢和存儲模塊34D、控制設(shè)備模塊34E和執(zhí)行所安排事項模塊34F。這六個模塊如圖所示依次循環(huán)執(zhí)行。然而，每個模塊執(zhí)行期間，分配給每個模塊的整個任務(wù)并未完成，而是完成一部分任務(wù)。該部分通常對應(yīng)于一個設(shè)備、事項或其它適當(dāng)量完成模塊操作。例如，查詢儀表模塊34D在首先通過該模塊期間通過發(fā)出CEBus詢問消息開始讀取電度表，啟動定時器和在預(yù)定存儲器位置留下(即設(shè)定)狀態(tài)標(biāo)記(未示出)，以表示開始讀取。在依次通過該模塊時，檢驗狀態(tài)標(biāo)記并確定其處在所設(shè)定狀態(tài)，完成讀取并恢復(fù)數(shù)據(jù)；然后將該標(biāo)記復(fù)位。同樣，在每次通過時控制設(shè)備模塊34E通常僅處理DEVICE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一項。這種情況下，如下文所述，一個設(shè)備指針被記錄在預(yù)定存儲器位置并在一次次通過時用于控制模塊的操作。下一次通過時該設(shè)備指針識別將由模塊處理的設(shè)備。每次通過該模塊后將其更新。指針還用于對所安排事項和負荷(設(shè)備)卸載的控制分段。這種模塊任務(wù)的分段避免了在一旦任務(wù)開始后需要數(shù)秒完成該任務(wù)的情況下出現(xiàn)的處理延遲，允許控制通向諸如及時接收甩負荷命令之類可能的更緊急任務(wù)。下面進一步描述模塊34A-34F的操作。
USER_PGM程序36包括8個內(nèi)在關(guān)系更加復(fù)雜的模塊36A-36H。司步CPEU_PGM模塊36A管理所有與CPEU_PGM程序34的通信?？刂屏鞒虖耐紺PEU_PGM模塊36A到顯示力史和菜單模塊36B?？刂屏鞒虖娘@示歷史和菜單模塊36B到操作器選擇模塊36C。顯示當(dāng)前使用監(jiān)測器模塊36D從或在操作器選擇模塊內(nèi)操作并在一部分顯示屏幕中示出當(dāng)前功率使用和其它選擇信息；至少一部分剩余屏幕顯示可從操作器選擇模塊得到的操作器選擇。隨著收到由操作器選擇模塊36C獲得的操作器輸入，執(zhí)行四個模塊36E-36H中的一個或多個以響應(yīng)操作器輸入采取適當(dāng)行動。增加控制和報告設(shè)備模塊36F向系統(tǒng)加入一個可被控制的或向系統(tǒng)報告的設(shè)備(即負荷)。取消設(shè)備模塊36F從系統(tǒng)(即從在別處討論的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))取消一個可被控制的或向系統(tǒng)報告的設(shè)備(即負荷)。增加/取消通/斷事項模塊36G依據(jù)接入或斷開負荷的定時或有條件事項記錄系統(tǒng)控制存儲中的任何變化。如果該設(shè)備是一種除接入和斷開之外也可調(diào)光的設(shè)備(諸如特定的X10型發(fā)光控制器和CEBus調(diào)光器模塊，例如Intellon TCM1036模塊)，通/斷事項則可包括一個為該設(shè)備設(shè)定調(diào)光等級(例如整個范圍的百分比)的字段。(X10協(xié)議是為PLC控制設(shè)備建立的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并且是CEBus協(xié)議的替代物)。最后，顯示報告模塊36H在第二微計算機的輸出設(shè)備上顯示用戶要求的任何報告?？刂茝哪K36E_36H回復(fù)到同步CPEU_PGM模塊36A以便如果存在交換信息時向CPEU_PGM程序34發(fā)送數(shù)據(jù)或從CPEU_PGM程序34接收數(shù)據(jù)。
在返回描述CPEU_PGM模塊之前，應(yīng)該理解，有關(guān)用戶所在地的負荷以及有關(guān)這些負荷和所在地的電能和功率使用的信息作為一個整體保持在38(圖4)和存儲器18-B中的物理定位集中表示的一個或多個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。當(dāng)其接通時，第二微計算機在其存儲器22-B中保持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)39的基本副本集。(除RAM或其它臨時存儲設(shè)備外，存儲器22-B最好包括一個用于保持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)39的硬盤驅(qū)動器或其它非易失性存儲介質(zhì))。在所討論的這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，使用下列約定在文本中，用大寫體給出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名稱(雖然在附圖中將使用小寫體)；在文本中用斜體給出參數(shù)字段的名稱(雖然在附圖中使用羅馬體)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，第一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)42(CUSTOMER)包含接收和存儲有關(guān)諸如對用戶收取的電能費率或費率編碼之類的用戶信息(參數(shù)或變量)的cost_kwh字段42A；用戶姓名name字段42B；用戶地址addr字段42C；和用戶帳號acct字段42D。(每個字段的大小是設(shè)計選擇問題；實際上，對于給定字段，例如addr字段，可將其再分成諸如地址的街道、城市、州和郵編部分之類組成信息的更小字段)。如果向用戶的收費施加多種費率，例如每天不同時間消耗功率的不同費率，可以有多個cost_kwh字段；為在可適用的費率之間切換，電力公司可廣播一個命令以切換到用于選擇費率的另一個字段，或者CUSTOMER數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也可具有將cost_kwh字段與它們應(yīng)用的相關(guān)時間關(guān)聯(lián)的字段。
第二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)44(圖6)DEVICE是按每個待監(jiān)測或控制的負荷設(shè)備有一項的表排列的。對于每個負荷，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最好在分開字段中基本上保持下列信息設(shè)備接入時正常消耗的功率watts(44A)；設(shè)備接入時的正常消耗電流amps(44B)；設(shè)備接入時其兩端的電壓volts(44C)；如果設(shè)備是一個無功負荷表明該設(shè)備功率因數(shù)的power_factor(44D)；表明設(shè)備是例如電阻性、電感性或熒光性負荷種類的代碼load_type(44E)；在甩負荷操作(下文說明)中使用的設(shè)備優(yōu)先等級代碼priority(44F)；可以用作X10型設(shè)備的設(shè)備地址＂編號＂字段＂的第一地址代碼code_number(44G)；可以用作X10型設(shè)備的設(shè)備地址＂字母＂字段的第二地址代碼code_letter(44H)；可以用作CEBus型設(shè)備的房間代碼的第三地址代碼cebus_hc(44I)；可以用作CEBus型設(shè)備單元編號的第四地址代碼cebus_unit(44J)；由用戶提供的設(shè)備說明(文本)desc(44K)；由用戶提供的設(shè)備位置的結(jié)構(gòu)描述location(44L)；設(shè)備的電流通/斷或其它狀態(tài)status(44M)；表明當(dāng)天設(shè)備已接通多長(累加)時間的計數(shù)current_hours(44N)；表明當(dāng)月設(shè)備已接通多長(累加)時間的計數(shù)mtd_hours(44O)；表明前一個月設(shè)備接通多長時間的計數(shù)last_month(44P)；表明本年直到當(dāng)天日期設(shè)備已接通多少小時的計數(shù)ytd_hours(44Q)；和指示CEBus設(shè)備是否將給出ACK信號的標(biāo)記cebos_noack(44R)?？筛鶕?jù)需要加入附加字段并且可在具體實施例(除所說明的實施例之外)中省略不需要的任何上述字段，當(dāng)然，附圖中示出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)僅作為說明。例如，可為具有多個耗能等級的那些設(shè)備(例如多速電機)提供多種情況的字段對44A和44B。計算機編程領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會認(rèn)識到所示出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用C編程語言符號。然而，并不只限于C語言；可采用任何適宜編程語言實施本發(fā)明的處理和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
在實施例中，可以任何適宜尺度量化字段44N-44Q中的數(shù)據(jù)，這僅是根據(jù)應(yīng)對數(shù)據(jù)抽樣和存儲的頻繁程度的設(shè)計選擇問題。每個存儲事項三十秒的間隔被認(rèn)為是在存儲數(shù)據(jù)所需存儲器的數(shù)量和報告中可提供的信息之間提供了合理的折衷方案。就是說，累加每預(yù)定數(shù)量能耗出現(xiàn)一次的電度表輸出＂信號＂，讀取該電度表并且每隔一定間隔例如三十秒一次將所讀取數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)文件中。
對于商業(yè)用戶或其它具有足夠無功負荷的用戶可用COMMERCIAL數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)48(圖7)補充DEVICE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(或者如果需要或許甚至可用其替代)。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可具有例如字段49A-49N，字段49A-49N包含諸如設(shè)備在所選擇的間隔以千瓦小時kwh(48H)、千伏安小時kvah(48I)、和千乏小時kvarh(48J)表示的能耗計算之類的信息；按間隔編號或按時間的間隔標(biāo)志(例如，年49A；月49B；日49C；小時49D；和該小時內(nèi)的位置49E)；按分鐘分的間隔尺度49G；所述間隔期間接入負荷時的分鐘編號49L，或等效于該間隔期間接入或斷開負荷的次數(shù)；該間隔期間(即千瓦小時乘60分鐘除以按分鐘表示的間隔長度)的需求48K；在所在地存在多個儀表的情況下相關(guān)儀表的識別編號48F；在間隔結(jié)束時的儀表讀數(shù)48M；和如果間隔長度不固定情況下的間隔長度48N。由于可將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按日期和時間自動分度，可任選日期和時間字段。如果使用閃速存儲器按循環(huán)排隊例如每隔15分鐘進行記錄，隊列中的位置(即一個條目相對于當(dāng)前條目在存儲器的地址)明確指示該條目相對于當(dāng)前日期和時間有多長時間。采用15分鐘的記錄間隔記錄兩年的數(shù)據(jù)僅需要約2MB存儲裝置。
參考圖8-10，系統(tǒng)保持的附加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括一個儀表歷史表(METER)52、至少每個功耗被監(jiān)測的設(shè)備的一個歷史表(DEVICEHISTORY)54、和一個TIMED(即安排)EVENT表56(也稱為事項表)。
METER表52可包含例如記錄與每個儀表讀數(shù)有關(guān)信息的字段53A-53H。該信息可包括下列內(nèi)容的一些或全部形成儀表電子地址第一部分的CEBus房間(或商業(yè)所在地)代碼cebus_hc(53A)；形成儀表電子地址第二部分的CEBus單元代碼cebus_unit(53B)；記錄的最后儀表讀數(shù)current(53C)；在具有24個條目且每個條目對應(yīng)于每天每個小時的第一表中，對應(yīng)于該小時的第一儀表讀數(shù)current_start(53D)；在第二表中，對應(yīng)于該小時的最后儀表讀數(shù)current_reading(53E)；在第三表中，除當(dāng)天外該月按小時累加使用的電能mtd(53F)；在第四表中，整個前一個月按小時累加的總電能last_month(53G)；和在第五表中，除當(dāng)天外直到當(dāng)前日期整年按小時累加使用的總電能ytd(53H)。
DEVICE HISTORY表54(圖9)(每個被監(jiān)測設(shè)備一個，最好是在表中55A命名)每個測量間隔存儲包含以預(yù)定模式排列的數(shù)據(jù)的記錄。為了更生動地說明數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)形，利用圖表而不使用C代碼將其示出。在設(shè)備名稱device_no(55A)之后示出兩個連續(xù)記錄54A和54B。每個記錄包括記錄下列一個或多個內(nèi)容的字段測量的電壓volts(55B)；同相電流current(in-phase)(55C)；無功電流current(reactive)(55D)；該時間間隔中消耗的千瓦小時kwh(55E)；該時間間隔中消耗的千伏安小時kvah(55F)；和針對無功負荷該時間間隔中消耗的千乏小時kvarh(55G)。如果該記錄(即其第一條目)在表中的地址與該表條目的日期和時間有關(guān)(例如通過索引方案)，由于可對它們進行計算，不必將其明確記錄作為日期和時間記錄的一部分。例如，如果每隔15分鐘產(chǎn)生一個表的條目并且在連續(xù)位置產(chǎn)生連續(xù)條目，可很容易確定當(dāng)前條目之前的第十個條目在與該時間間隔相關(guān)的150分鐘前產(chǎn)生。如果可假設(shè)設(shè)備電壓恒定，僅需要在表中提供一次字段volts，而不是在每個記錄中出現(xiàn)。因此，如果設(shè)備的測量結(jié)果在每個字段占據(jù)8個字節(jié)(合理的數(shù)量)每隔15分鐘存儲一組測量結(jié)果(包括kwh、kvah和kvarh)，一個設(shè)備兩年的歷史可存儲在1.7MB存儲容量中。可不存儲kvah而降低存儲容量，而從關(guān)系式(kvah)2＝(kwh)2+(kvarh)2計算得出。如果不按上述方式檢索表中的記錄地址，必須將其包括在包含該時間間隔的日期和時間的記錄字段中。每個記錄中記錄的每個字段在兩年時間將占據(jù)略微超過二分之一兆字節(jié)。
為在此討論的每個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示出的構(gòu)造僅是實例；本領(lǐng)域的技術(shù)人員和幫助他們的科學(xué)家將很容易想到其它合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造?？僧a(chǎn)生和保持其它合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括DEVICE和COMMERCIAL數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各種組合，可以理解，不同用戶具有不同的信息需求。
圖11-15說明在第二微計算機的顯示器上呈現(xiàn)給用戶的一些屏幕，以獲得用戶可指定參數(shù)的項目。由步驟36C(圖4)提供圖11的顯示，邀請用戶通過選擇諸如＂增加設(shè)備＂按扭62之類的按扭選擇一個選項。如果選擇增加設(shè)備按扭，接下來呈現(xiàn)給用戶圖12的屏幕，這里有以常規(guī)方式輸入的各種數(shù)據(jù)，此后用戶用F10鍵保存這些項目。如果用戶選擇圖11的安排事項按扭，接下來呈現(xiàn)的是圖13的屏幕，并允許用戶輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。如果用戶選擇圖11的取消設(shè)備按扭，接下來呈現(xiàn)的是圖14的屏幕，并允許用戶選擇和取消一個設(shè)備。如果用戶選擇圖11的輸入新費率按扭，接下來呈現(xiàn)的是圖15的屏幕，并允許用戶輸入新的電費cost_kwh。
兩臺微計算機18和20最好基于CEBus擴頻協(xié)議，使用可從設(shè)在佛羅里達州Ocala的Intellon公司購買的CEBus接口經(jīng)在所在地電力布線上建立的電力線載波(PLC)鏈路通信。第一微計算機還使用同一PLC系統(tǒng)與可啟動或斷開例如水的電加熱器的負荷(電器)控制模塊通信，和與可檢測何時開動電器的傳感器通信；它還可與其它傳感器和驅(qū)動器通信。特別是，第一微計算機可詢問電度表以監(jiān)測所在地的能耗。第一微計算機18還可經(jīng)適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌诤拖嚓P(guān)信道與電力公司通信以接收實時的電能費率廣播、甩負荷請求和類似內(nèi)容，并向電力公司發(fā)送斷電報告、低壓狀態(tài)報告、用戶使用報告和所選擇的其它數(shù)據(jù)。通信信道可以是例如電話系統(tǒng)、電纜TV系統(tǒng)、或射頻鏈路；它也可以是電力線載波(PLC)系統(tǒng)，例如Elcon銷售的技術(shù)改進。
在CPEU_PGM程序34中，處理數(shù)據(jù)請求模塊34A管理來自內(nèi)部第二微計算機22的數(shù)據(jù)輸入和輸出請求的處理并對其響應(yīng)。這些請求包括改變安排、增加和取消設(shè)備、以及請求歷史數(shù)據(jù)。模塊34A還向第二微計算機22提供諸如請求為用戶做出報告之類的信息。處理甩負荷請求模塊34B在甩負荷請求從電力公司到達時對他們進行處理，并在CEBus系統(tǒng)上向被通知斷開或恢復(fù)正常操作的負荷產(chǎn)生相應(yīng)的控制消息。接收當(dāng)前電能定價信息模塊34C通過例如圖15屏幕的鍵盤輸入接收來自電力公司或來自用戶的電能定價信息。查詢和存儲模塊34D查詢電度表以得到所需的電流讀數(shù)并累加自前面最后一次查詢起的能耗；它還查詢所監(jiān)測的設(shè)備并存儲該結(jié)果。控制設(shè)備使用定價信息模塊34E實施取決于電價的有條件的設(shè)備控制操作(見圖38-40和下文的有關(guān)討論)。執(zhí)行安排事項模塊34F正如其名稱所建議的根據(jù)用戶提供的定時安排或定價驅(qū)動的用戶設(shè)定條件執(zhí)行安排的通/斷事項，除非在進程中由甩負荷操作取消這些事項的執(zhí)行。所安排的事項包括例如接入負荷、斷開負荷、復(fù)位恒溫器、和通過改變調(diào)光器設(shè)定改變燈的亮度。
當(dāng)執(zhí)行該循環(huán)的總時間較短時可將執(zhí)行模塊34A-34F的順序在很明顯程度進行變換。
USER_PGM程序36從CPEU_PGM程序34請求歷史數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)組織成報告(最好包括曲線表示)。另外，用戶可向USER_PGM程序36輸入接入/斷開事項的安排，該安排發(fā)送到CPEU_PGM程序34由模塊34F執(zhí)行。顯示歷史和菜單模塊36B顯示當(dāng)前所選擇的屏幕。
第一和第二微計算機有一個重要方面不同。無論何時只要交流業(yè)務(wù)電纜到所在地有電壓第一微計算機總是有電(即接通)。它最好從所在地之外的電力公司線路直接接收其電力。相反，第二微計算機可以是可根據(jù)用戶意愿接通或關(guān)閉的常規(guī)個人計算機。這表明與第一微計算機保持的數(shù)據(jù)相比，第二微計算機時常不具有最新的數(shù)據(jù)。因此，在第一和第二微計算機中執(zhí)行同步化程序模塊，以確保第二微計算機基于正確信息從其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生報告。圖16和17分別提供第一和第二微計算機執(zhí)行的同步化處理實例的流程。為避免總線20上產(chǎn)生不必要的業(yè)務(wù)量，做出決定，以便根據(jù)需要遞增和主要更新第二微計算機的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第二微計算機可一次請求十個(或另一預(yù)定數(shù)量)使用間隔的數(shù)據(jù)。第二微計算機一被引導(dǎo)(boot up)就開始進行該項工作并在運行時繼續(xù)進行。如果第二微計算機中斷，即關(guān)機或＂中止操作＂，由于第一微計算機不能從其接收，第一微計算機即停止發(fā)送數(shù)據(jù)。為實施該方案，第二微計算機保持一個計數(shù)器，稱之為發(fā)送應(yīng)用計數(shù)器(未示出)，其中記錄數(shù)據(jù)未發(fā)送到第二微計算機的儀表讀數(shù)間隔的計數(shù)。第一微計算機定期檢查其發(fā)送應(yīng)用計數(shù)器，步驟64A，并且如果計數(shù)器的內(nèi)容為非零，則進行檢查以確定是否準(zhǔn)備發(fā)送新間隔的數(shù)據(jù)，步驟64B。如果有待發(fā)送數(shù)據(jù)，則在步驟64C發(fā)送該數(shù)據(jù)，然后發(fā)送應(yīng)用計數(shù)器遞減，步驟64D。如果發(fā)送應(yīng)用計數(shù)器的內(nèi)容為零或沒有數(shù)據(jù)發(fā)送或數(shù)據(jù)已被發(fā)送以及計數(shù)器遞減，第一微計算機檢查以察看是否已從第二微計算機接收任何同步請求，步驟64E。例如，第二微計算機可請求通知第一微計算機由用戶輸入的事項或設(shè)備改變。如果沒有來自第二微計算機22的請求，同步化處理暫時終止，步驟64F。如果接收到同步化請求，系統(tǒng)必須確定它是何種請求，步驟64G。下列可能的請求說明了可能被接收那些請求第二微計算機可能請求自從其最后信息起的歷史數(shù)據(jù)(包括日期、時間、以及整個所在地和/或單個設(shè)備的功率和電流測量結(jié)果)，步驟64H。或者它可能請求待發(fā)送的整個設(shè)備表，如果第二微計算機不能發(fā)現(xiàn)其設(shè)備表或設(shè)備表已經(jīng)不可靠，步驟641。同樣，如果第二微計算機中的事項表丟失或不可靠，可請求一個新的事項表，步驟64J。如果第二微計算機發(fā)現(xiàn)任何其它信息丟失，可發(fā)出各種信息請求，步驟64K。如果用戶已增加或取消任何設(shè)備或事項，可產(chǎn)生向第一微計算機提供該信息的請求，分別為步驟64L和64M。跟在請求64H-64M中的每一個之后采取適當(dāng)行動，以便對應(yīng)于步驟64N-64S提供所指示的信息，此后，退出第一微計算機的同步化程序。最后，第二微計算機可表示其已開始運行或通過請求接下來的十個(或某些其它數(shù)量)使用時段數(shù)量繼續(xù)運行，步驟64T，響應(yīng)發(fā)送應(yīng)用計數(shù)器設(shè)定為10，步驟64U，并退出該程序。步驟64T發(fā)送的使用時段數(shù)量包括該時段在所在地消耗的千瓦小時的數(shù)量和按秒表示的測量時段實際長度；任選，使用時段的數(shù)量可包括有關(guān)單個設(shè)備消耗的數(shù)據(jù)。當(dāng)一個測量時段通常為30秒時，由于當(dāng)時段正常終止時或當(dāng)時段正常開始時微計算機可忙于其它任務(wù)，每個測量時段的實際長度可從額定值改變。
圖17示出第二微計算機22執(zhí)行的同步化程序66的實例。首先，第二微計算機尋找來自第一微計算機的任何數(shù)據(jù)，步驟66A。如果沒有，第二微計算機尋找丟失的表，步驟66B，如果發(fā)現(xiàn)任何表丟失，請求將這些表發(fā)送到第二微計算機，步驟66C。如果所有表都在，第二微計算機判斷用戶是否已對設(shè)備表或事項表進行修改，步驟66D，如果進行了修改，將這些修改發(fā)送到第一微計算機，步驟66E。在步驟66A，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)進入數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)特性做出確定，步驟66F。如果該數(shù)據(jù)表示最近的歷史，則更新該歷史表，步驟66G；如果它是設(shè)備表信息，則更新設(shè)備表并存儲；如果它是事項安排信息，則更新事項表并存儲，步驟66I；如果是多方面的信息，則更新適當(dāng)?shù)拇鎯ζ魑恢?，步驟66J；如果它是(三十秒)使用數(shù)據(jù)，則將該信息發(fā)送到顯示屏幕或放入臨時存儲器，步驟66K，隨后檢查該計數(shù)，步驟66L，如果該計數(shù)用盡，則請求另一組。
轉(zhuǎn)向圖18，說明本發(fā)明另一個實施例。該實施例特別供不需要詳細的逐個設(shè)備信息但可使用多個電度表的商業(yè)場所使用。假設(shè)每個電度表包括記錄和存儲儀表讀數(shù)的非易失性存儲器。再次指出，該系統(tǒng)在兩臺微計算機18和22上執(zhí)行兩種不同程序72和74。程序72有四個模塊72A-72D。模塊72A類似于模塊于34A(圖4)。對于每個儀表，確定儀表類型和初始化模塊72B讀取儀表類型代碼并進行任何所要求的初始化，可取決于電度表特性的特別初始化。一旦完成初始化，執(zhí)行一個循環(huán)，包括詢問儀表72C、和更新歷史文件72D模塊。詢問儀表模塊72C經(jīng)CEBus定期查詢每個電度表，并使該讀數(shù)可由更新歷史文件模塊72D采用。更新歷史文件模塊72D又為每個儀表更新歷史文件，然后等待下一次查詢。程序74可隨時讀取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)38中保持的歷史文件。
采用多個儀表當(dāng)然并不限于商業(yè)場所。因此，程序72的方法也可并入本發(fā)明第一實施例。同樣，結(jié)合本發(fā)明第一實施例公開的多個通信系統(tǒng)也可用于本發(fā)明第二實施例。
程序74組合有16個模塊74A-74P。模塊74A經(jīng)程序模塊72A與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)38通信并向程序72提供儀表上的功耗歷史。在同步模塊74A后執(zhí)行操作者選擇模塊74B；該模塊允許用戶選擇四種操作之一讀取儀表，74B-1；生成一份報告，74B-2；用曲線表示數(shù)據(jù)，74B-3；或管理文件，74B-4。圖19示出由操作者的選擇模塊給出的典型屏幕。當(dāng)選擇儀表讀數(shù)選項時，控制接下來轉(zhuǎn)到讀取歷史文件模塊74C。讀取歷史文件模塊74C針對諸如最后十個讀數(shù)之類的預(yù)定讀數(shù)標(biāo)號讀取歷史文件，并獲得當(dāng)前儀表讀數(shù)。然后，顯示模塊74D在屏幕上顯示模塊74C讀取的信息，例如，如圖20所示屏幕所說明的。當(dāng)選擇報告選項74B2時，控制轉(zhuǎn)到選擇哪一個模塊74E，向用戶顯示一個可提供的報告類型表并要求用戶輸入一個選擇(例如見圖21)。做出該選擇后，打印報告模塊74F采用當(dāng)前數(shù)據(jù)打印報告。僅作為該階段可提供報告的一個實例，圖22說明每天每一小時的負荷和一天的要求。當(dāng)選擇曲線選項74B-3時，控制轉(zhuǎn)到選擇哪一個模塊74G，向用戶顯示一個可提供的曲線類型表并要求用戶輸入一個選擇(例如見圖23)。做出該選擇后，顯示所要求曲線模塊74H采用當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示該曲線，并允許操作者在所連接的打印機上，如果可提供的話，打印曲線圖。當(dāng)選擇文件管理選項74B-4時，控制轉(zhuǎn)到選擇編輯、寫入或讀取模塊74I，顯示要求操作者從可提供的選項選擇的消息，這些可提供的選項包括編輯一個歷史文件、以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式寫入(即輸出)一個現(xiàn)存歷史文件或從電力公司讀取(即輸入)一個現(xiàn)存文件的歷史文件。當(dāng)用戶選擇編輯選項時，編輯歷史文件模塊74J顯示來自存儲器的歷史文件并允許用戶編輯該數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶選擇寫入(即輸出)選項時，寫入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件模塊74K顯示一個屏幕，要求用戶選擇一種輸出數(shù)據(jù)格式，然后以例如標(biāo)準(zhǔn)紙張或數(shù)據(jù)庫程序可接受的形式寫入包含歷史數(shù)據(jù)的文件。當(dāng)用戶選擇讀取(即輸入)選項時，讀取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件模塊74L允許由程序72和74將電力公司的計算機當(dāng)前保存的數(shù)據(jù)放入到歷史文件中使用。所選擇的選項執(zhí)行結(jié)束后，控制恢復(fù)到操作者的選擇模塊。負荷控制模塊在此具體討論三種負荷控制模塊，雖然可以理解本發(fā)明不限于這些模塊實例。下面討論的三種模塊是電流讀出模塊，或監(jiān)測器、功率讀出模塊和電路斷路器。電路斷路器可以是獨立應(yīng)用的模塊或者可將其歸入其它類型的模塊之一。在下面討論的實例中，提供電路斷路器作為電流讀出模塊的一部分；單獨描述可獨立應(yīng)用的電路斷路器將會重復(fù)，因此不再提供。電流監(jiān)測器圖24示出電流傳感器的實例。電流傳感器80包括一個電源82；一個電力線載波耦合電路84；一個PLC總線接口86；一個微控制器88；和針對每個被讀出的電流電平，一個處理信道包括一個電流變壓器92-I(變量＂I＂表示信道標(biāo)識符)和一個電流傳感電路94-I。二者具有或共享一個閾值設(shè)定元件96-j(圖中僅標(biāo)出一個電流讀出電路94-I)。微控制器讀取電流傳感電路的輸出。微控制器還實施CEBus公用應(yīng)用語言(CAL)；因此，微處理器固件(未示出)確定傳感器的運行，例如是否必須詢問傳感器以確定其狀態(tài)和采取一個測量結(jié)果，或是否自動報告狀態(tài)改變或觀測值。
該電流傳感器用于確定分支中的電流是否超過一個預(yù)定閾值。電流傳感電路的閾值可以固定或是變量。如果電流監(jiān)測器內(nèi)置于電器，該閾值通常固定，如果該電流監(jiān)測器是作為適用于各種負荷設(shè)備的一般目的的產(chǎn)品而銷售的，該閾值為變量。分支電路是在所在地的電力配電盤中具有其自身的電路斷路器(或按更老的設(shè)定，熔斷絲)的配電電路。諸如衣物烘干機、烹調(diào)爐灶或爐、電冰箱、空調(diào)機、熱水加熱器或泳池泵之類的主要電器通常有其自備分支電路。如下所述，在某些情況下，為監(jiān)測電流，可將一個唯一的分支電路作為多分支電路處理。在基本設(shè)定中，可將閾值設(shè)定得相對較低，如果分支上僅有一個唯一的負荷，該傳感器則指示該負荷是否吸收電流，即其是否接通。另一方面，如果分支中僅有一個唯一的負荷，但該負荷可以不同模式操作，例如低功率模式和高功率模式，則可將閾值設(shè)定為兩種模式中吸收的電流之間的電平。該傳感器輸出將指明該負荷是否以高功率模式操作。該傳感器不打算提供分支電路中電流的定量測量。
電路80可監(jiān)測多達六個分支電路(112-1至112-6)，每個分支電路一個微控制器端口P1.0-P1.5。它可通過另一個端口P1.6控制負荷的通/斷狀態(tài)。設(shè)計電流傳感器80使用CEBus電力線載波信令通信。為此，傳感器80裝配有Intellon公司的CENode PL(即電力線)接口模塊86。用設(shè)在CA，Sunnyvale的Signetics公司的87C751型微控制器88控制并產(chǎn)生發(fā)送到CENode PL模塊的信號，并根據(jù)從其它CEBus設(shè)備接收的信號接收和進行操作。電路80最好安裝在所在地的電力配電盤中或與其相鄰。為監(jiān)測一個唯一的負荷，可將監(jiān)測器80的附屬設(shè)備裝配包容在負荷外殼內(nèi)部或插入交流電源插座的模塊中，然后將負荷設(shè)備插入該模塊。
連接到端子83A和83B的電源82從交流輸電線為電流監(jiān)測器提供+5伏直流(VDC)功率。電源具有一個變壓器T1，該變壓器最好有一對跨越原邊串聯(lián)的齊納二極管ZD1和ZD2作為浪涌保護器；一個全波整流器B1；一個電解濾波電容器C1；和一個電壓調(diào)節(jié)器VR。變壓器T1提供一個10伏，600ma的輸出；未經(jīng)調(diào)節(jié)的8VDC輸出出現(xiàn)在線98上從電源送到總線接口86，經(jīng)調(diào)節(jié)的5VDC輸出出現(xiàn)在線102上送到下面討論的微控制器88和比較器104-I。
電力線載波耦合電路為PLC總線接口86和電力線本身之間提供連接。PLC耦合電路包括原邊繞組通過串聯(lián)電容106(其目的是從相對為高頻的PLC信號濾除相對低頻的交流功率信號)連接到電力線的變壓器T2。變壓器T2的副邊繞組連接到PLC接口模塊的信號I/O端口SSC-SG。保護電路108也連接在副邊繞組和地線之間。
PLC總線接口單元可以是，例如設(shè)在佛羅里達州Ocala的Intellon公司型號為CENode-PL CENode的網(wǎng)絡(luò)接口板，或等同物。(例如，如果在節(jié)點之間采用RF通信而不是PLC系統(tǒng)，同樣可以用Intellon的等效CENode-RF網(wǎng)絡(luò)接口板替換；或者該網(wǎng)絡(luò)可以以標(biāo)準(zhǔn)的而不是Intello的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，并可用適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口替代)。
微控制器88可以是例如Signetics公司型號為87C751的微控制器。
在電流讀出級110進行實際電流讀出。電流監(jiān)測級對于每個被監(jiān)測的分支電路變量至少具有一個信道。如果被監(jiān)測的情況或變量是簡單的負荷通或斷狀態(tài)，一個信道將滿足。如果被監(jiān)測的負荷情況是其操作模式(除＂斷開＂外，存在低功率模式和高功率模式)，將需要兩個信道?，F(xiàn)在將以信道112-I為例說明單個信道的操作。采用設(shè)在CT，Canaan的Bicron電子公司的B5303繞制環(huán)形鐵芯電流傳感器CT1制造變壓器92-1；環(huán)形鐵芯傳感器包括變壓器的副邊繞組，通過鐵芯繞制分支電路導(dǎo)線114-1以提供單匝原邊繞組。由分支電路(原邊繞組)中的電流在副邊繞組產(chǎn)生的電壓被二極管116-1半波整流并由電解電容器118-1和電阻器120-1濾波。比較器104-1將線122-1上的整流電壓與電位器96-1(其一端連接到+5伏電源，另一端接地)在線124上提供的參考電壓比較。每個比較器的輸出連接到微控制器88的輸入端口P1.0-P1.5之一。當(dāng)分支電路中的電流產(chǎn)生大于連接相關(guān)比較器參考電壓的整流電壓時，該比較器產(chǎn)生被解釋為邏輯高電平信號的輸出電壓；當(dāng)分支電路中的電流產(chǎn)生低于該參考電壓的整流電壓時，該比較器產(chǎn)生被解釋為邏輯低電平信號的輸出電壓。
在圖24中說明的實施例中，為方便起見，提供兩個閾值調(diào)節(jié)器，一個由信道112-1至112-3共用，另一個由信道112-4至112-6共用。對于更高費用，可對每個信道給出其自身單獨的閾值調(diào)節(jié)器?？墒褂靡粋€數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，從微控制器接收一數(shù)字值直接向比較器輸入端提供模擬值來遙控閾值調(diào)節(jié)。
為說明采用電流監(jiān)測器讀出具有多種模式的負荷的操作模式，假設(shè)負荷是具有高速和低速的游泳池泵。參考圖24，對于監(jiān)測高速，使用信道112-1，對于監(jiān)測低速使用信道112-4。分支導(dǎo)線通過線圈CT1和CT4串聯(lián)。設(shè)定電位器電壓當(dāng)泵以任何模式操作時允許比較器104-1＂斷開＂(就是說，低速操作將足以使比較器斷開)。然而，設(shè)定電位器96-2，除泵以高速操作時不允許斷開比較器104-4。這里所定義的＂斷開＂是指比較器輸出達到邏輯1狀態(tài)。
圖25提供微控制器88執(zhí)行的操作流程。方框132表示進入或開始，指向微控制器的操作。首先，微控制器判斷是否經(jīng)PLC總線(CEBus)從外部節(jié)點接收到請求，步驟134。如果否定，控制分支到步驟136，微控制器查詢其輸入端口和分支電路狀態(tài)信號的內(nèi)部寄存器。然后微控制器檢查其操作模式，步驟138。如果微控制器以基本上監(jiān)測分支電路的所謂＂查詢＂模式操作，控制回復(fù)到點A并重復(fù)該處理本身。然而，如果微控制器以所謂的＂自動＂模式操作，控制進展到步驟140，在此將當(dāng)前的讀出值與前一個讀出值比較以判斷是否存在任何分支狀態(tài)改變。如果不存在狀態(tài)改變，控制返回到點A。然而，如果有狀態(tài)變化，控制進展到步驟142，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膱蟾娌⒔?jīng)PLC總線發(fā)送該報告，然后控制返回到點A。
如果在步驟134判斷接收到外部請求，下一步驟是執(zhí)行步驟135。在步驟135，如果原始消息搜索到一個應(yīng)答，則產(chǎn)生一個應(yīng)答消息。另一方面，如果所接收的消息請求或命令微控制器一方的某些操作，則執(zhí)行該操作。
因此，微控制器88以定期為基礎(chǔ)以某一順序查詢比較器104-1至104-6。當(dāng)檢測到一個比較器輸出中的狀態(tài)變化時，微控制器標(biāo)注該事項，在事項記錄中產(chǎn)生一個表明時間的條目，并經(jīng)總線接口向一個或兩個微計算機發(fā)送一個消息。微計算機和總線上的任何其它適當(dāng)裝備的設(shè)備也可經(jīng)總線接口向微控制器發(fā)送條件請求消息，以便要求電流監(jiān)測器監(jiān)測的一個或多個設(shè)備或電路的狀況；電流監(jiān)測器又將發(fā)送適當(dāng)?shù)膽?yīng)答消息。如果該請求設(shè)備了解連接到每個監(jiān)測器信道的負荷，一個單個字節(jié)應(yīng)答將告訴多達八個負荷的狀態(tài)。
在CEBus協(xié)議的專用術(shù)語中，每個比較器狀態(tài)是一個＂二進制傳感器目標(biāo)＂，并且圖24的電流監(jiān)測器提供七個二進制傳感器目標(biāo)，符合EIA家庭自動化(CEBus)規(guī)定草案ISA60。
作為一種選擇，最好也連接微控制器88以便驅(qū)動繼電器K1，通過該繼電器向一個負荷提供交流功率(即可與一分支電路串聯(lián)設(shè)置繼電器觸點)。這樣，僅需要一個繼電器也能提供甩負荷能力。由微控制器88通過晶體管驅(qū)動器QK1驅(qū)動繼電器線圈；該晶體管截止時一個二極管D1保護該晶體管免于電感性地產(chǎn)生電壓尖峰。如果微控制器接收命令甩負荷，所需的全部內(nèi)容就是斷開繼電器線圈。如果在沒有線圈供電的情況下繼電器觸點正常斷開，當(dāng)發(fā)生斷電時將自動甩負荷。在與微計算機中執(zhí)行的程序交互作用的微控制器中適當(dāng)?shù)墓碳幊炭稍陔娏謴?fù)后延遲重新供電直到預(yù)定時間或隨機時間，以降低電力系統(tǒng)的壓力。
因此，使用圖24的電流監(jiān)測器(即多少視需要而定)作為單個分支監(jiān)測器，并將其作為一個插入交流插座并有一個負荷插入插座的模塊裝配，可適用于監(jiān)測較老的電器并可通過遠程命令卸載。如果需要為所選擇的甩負荷提供多個優(yōu)先等級，可根據(jù)用戶輸入由微計算機在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)38(同樣見圖6)或另一種適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中設(shè)定各個負荷的優(yōu)先等級。另一方面，可用諸如可由微控制器讀取的一組開關(guān)之類用于記錄優(yōu)先等級的用戶可設(shè)定裝置提供負荷控制模塊。功率監(jiān)測器當(dāng)然，僅通/斷/模式監(jiān)測不能向用戶提供更多可做出關(guān)于降低電費或使用的決定的有用信息。為此需要各個負荷的功率和電能消耗監(jiān)測?，F(xiàn)在參考圖26，示出根據(jù)本發(fā)明的功率監(jiān)測器的實例說明。功率監(jiān)測器使用與電流監(jiān)測器相同的電源82和相同的PLC總線接口86。微控制器是Signetics的87C752型微控制器，與電流監(jiān)測器的Signetics87C751型微控制器相似，也有內(nèi)部模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其使用將在下面說明。
在圖26的實施例中，一個模塊用于監(jiān)測多個分支電路(假設(shè)每個被監(jiān)測的分支僅有一個電器)，假設(shè)所有分支接收相同電壓。在某些情況下這種假設(shè)可能向測量中引入誤差，這種情況下可采取測量以檢測跨越每個被監(jiān)測負荷的電壓；就是說，功率監(jiān)測器電路應(yīng)靠近負荷設(shè)置。反之，可在便于訪問多分支電路的電氣設(shè)備面板中或與其相鄰設(shè)置電功率監(jiān)測器150。因此，僅為了完整性提出不相同分支電壓的關(guān)系并且不再進一步提出。由包括放大器156以及電阻器158、162、164和166并通常以154表示的分壓器或衰減器讀出線電壓。由大約50的系數(shù)衰減線電壓，在放大器156的線168上產(chǎn)生約為5伏峰-峰值的交流信號。在節(jié)點170引入2.5伏的直流電平并加到經(jīng)衰減的線電壓，以便將放大器156的交流輸出偏置在0至5伏的直流范圍內(nèi)。將標(biāo)為VOTLS來自放大器156的輸出信號提供給微控制器的一個輸入端口，在此由ADC對其取樣。VOTLS信號還經(jīng)電阻器174提供給比較器172的一個輸入端。比較器172的另一個輸入端經(jīng)電阻器176連接到節(jié)點170的2.5VDC電平。因此，比較器172作為一個過零檢測器工作，每當(dāng)線電壓過零時改變輸出狀態(tài)。標(biāo)為ZERO的比較器輸出信號提供給微控制器作為中斷信號。
電路180為節(jié)點170產(chǎn)生2.5VDC的偏置電平。電阻器182和184提供在地和+5伏電源之間建立電壓中點的分壓器。反饋電阻186將放大器輸出修正到該電壓。
圖26說明的實施例中示出四個信道，每個信道用于測量一個分支電路中的電流。由于四個信道相同，僅說明一個信道。以信道190為例。使用諸如Coilcraft CS60-0電流傳感器之類的環(huán)形鐵芯線圈192讀取分支電路中的電流，環(huán)形鐵芯線圈192作為變壓器的副邊繞組，穿過鐵芯的單匝分支電路導(dǎo)線194作為變壓器的原邊繞組。通過分支電路原邊繞組的電流在副邊繞組上感應(yīng)電壓；在CS60-0電流傳感器的情況下，使用50歐姆的負荷電阻器，這樣在分支電路中為每安培(rms)近似8-10毫伏峰-峰值。放大電路200由運算放大器202和電阻器204、206和208組成并提供約33的增益系數(shù)。另外，將偏離電路180的2.5伏VDC經(jīng)電阻器210加到運算放大器202，以便將放大器的輸出置于0至5伏范圍內(nèi)，2/5伏對應(yīng)于零電流信號。輸出信號CURRENT1提供給微控制器的一個ADC輸入端。
微控制器中的一個ADC或多個ADC將VOLTS信號和四個電流信號CURRENT1...CURRENT4轉(zhuǎn)換成八位數(shù)字編號。這些轉(zhuǎn)換是在操作微控制器的固件的控制下進行的。每個轉(zhuǎn)換需要約40毫秒。為獲得每個分支電路中的電壓、電流和功率。在每個電力線電壓過零處中斷控制器。然后啟動微控制器中的定時器并讀取分支電流之一。在由微控制器定時器確定的電力線頻率的一個電周期的四分之一結(jié)束時(即對于60Hz的電力線頻率為1/240秒)，再次讀取同一分支中的電流并讀取線電壓。指定第一電流為IR、第二電流為IP、電壓為V，然后通過P＝V(IP)和VAR＝V(IR)計算功率P和無功伏安。在后續(xù)周期中，讀取后續(xù)分支的電流，從而計算每個電路中的功率。
由微控制器累加每個分支中的功率電平以確定每個分支電路(電器)中消耗的電能。保留功率和電能以便經(jīng)CEBus(或等同物)通信鏈路向詢問設(shè)備報告。
當(dāng)然，上述方法是假設(shè)分支電路中無非線性負荷的近似。在電機、加熱和電阻性負荷的情況下這是一個合理假設(shè)。然而，在諸如計算機、電視機等電負荷的情況下該假設(shè)無效。當(dāng)負荷為非線性時，可通過更頻繁的電流測量，線電壓的每個周期或許100或更多次測量獲得電能和功率。當(dāng)然，這需要操作比87C752型微控制器中更快的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器；但這些ADC是可買到的。另外，如果87C752型微控制器不夠快，可利用更快的微控制器，電氣工程師和技術(shù)員知道如何將圖中所示的87C752置換成另一個微控制器。
至此公開的實例不供收益應(yīng)用之用。用戶計賬需要更精確的測量。該精確度可通過使用諸如Bicron電流傳感器之類的更高質(zhì)量電流傳感器，和使用比87C752中更高分辨率的ADC實現(xiàn)。另外，需要非易失性存儲器存儲能耗數(shù)值。
根據(jù)上面討論的ISA60規(guī)定，圖26所示的功率監(jiān)測器裝配四個符合該規(guī)定的模擬傳感器目標(biāo)(每個信道設(shè)置一個目標(biāo))。按照該規(guī)定，可由另一個CEBus節(jié)點(例如第一微計算機節(jié)點)查詢該監(jiān)測器；或另一個節(jié)點可請求自發(fā)向請求設(shè)備報告狀態(tài)變化(例如功率消耗超過或低于預(yù)定等級)。當(dāng)功率消耗超過或低于預(yù)定閾值或變化超過預(yù)定百分比時微控制器最好同樣自發(fā)報告，以便記錄該情況并根據(jù)新功率電平計算電能消耗。
通過圖27中的流程說明功率監(jiān)測器微控制器152的操作。該流程包括三個程序，其中兩個是中斷驅(qū)動。除中斷時之外程序220連續(xù)執(zhí)行。首先，在步驟221初始化。接下來，在步驟222，微控制器尋找改變控制設(shè)備狀態(tài)變化的請求或?qū)刂圃O(shè)備報告的請求。如果接收到狀態(tài)變化或報告的請求/指令，控制器在步驟223執(zhí)行并且控制循環(huán)回步驟222的入口。如果未接收到該消息，步驟222保持其自身循環(huán)。當(dāng)交流載波信號中出現(xiàn)過零時，如上所述并如步驟230所示發(fā)出一中斷請求。為運行該中斷，執(zhí)行步驟232。在步驟232，讀取分支之一(由指針選擇的，見下文)的無功電流。還啟動四分之一周期(即90度)定時器。然后，控制從中斷運行返回，步驟236。當(dāng)定時器超時時，步驟237，它產(chǎn)生一個在步驟238運行的中斷請求。在該步驟，讀取所選分支中的電壓和電流的同相分量。進行功率計算并最好用隱含或明顯的時間標(biāo)記將其存儲。然后設(shè)定指針以便在下一個過零處選擇下一個分支電路。這樣確保通過分支電路的一個連續(xù)循環(huán)。最后，中斷運行程序?qū)⒖刂品祷爻绦?20，當(dāng)運行中斷請求時離開該程序，步驟240。
通過類似繼電器的加入(未示出)，功率監(jiān)測器可以與電流監(jiān)測器相同的方式適用于甩負荷應(yīng)用。三相系統(tǒng)在商業(yè)環(huán)境中，電力分配系統(tǒng)通常是三相的。這對根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中經(jīng)電力線載波通信系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)和命令的要求提出了某些挑戰(zhàn)。一種解決方案是對全部三相采用相同PLC信號。它僅需要接收一相上的數(shù)據(jù)信號，而其余的為冗余。
然而，三相系統(tǒng)中測量瓦時消耗的設(shè)施儀表是通過變壓器驅(qū)動的。變壓器中的電感會阻斷PLC信號。如果單相"0伏線通到該儀表，儀表中的傳感器電路仍然可經(jīng)該110伏線將讀數(shù)傳送回微計算機。通信子系統(tǒng)如前所述，第一微計算機最好裝配具有一個或多個通信子系統(tǒng)的能力。該能力最好是通過向第一微計算機裝配工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線和總線上用于在其中接受各種電路板，卡或其它模塊的插槽實現(xiàn)的。例如，該總線可以符合ISA、PCI、PCMCIA或其它標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因此而安裝的通信子系統(tǒng)將包括符合該標(biāo)準(zhǔn)的任何通信設(shè)備。因此，列舉出幾種可能的通信子系統(tǒng)有調(diào)制解調(diào)器(有線或無線)、RF收發(fā)信機、光纖數(shù)據(jù)通信鏈路、和分組收發(fā)信機(例如在電話系統(tǒng)上使用)。其它通信設(shè)備可視其提供情況很容易加入。此外，可在用戶系統(tǒng)中安裝數(shù)個通信電路板和卡。除允許該系統(tǒng)通過這些板和卡與其它設(shè)備通信之外，如果適當(dāng)編程，可通過用戶微計算機相互交叉?zhèn)魉屯ㄐ艠I(yè)務(wù)。甩負荷為甩負荷，所需的全部就是向在規(guī)定地址的設(shè)備廣播一個命令將其斷開，或向所有特定優(yōu)先等級或類型的設(shè)備廣播命令以將其斷開。由于該系統(tǒng)以每個負荷控制模塊中一個可編程微控制器的方式擁有分布信息，控制器可確定其相關(guān)負荷是否滿足消息中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，如果滿足，斷開該負荷。為接入所有卸掉的負荷，可在整個網(wǎng)絡(luò)上廣播一個預(yù)定消息。另一種方式，可由第一微計算機將該消息編址到待斷開或待恢復(fù)電力的規(guī)定設(shè)備。再一種方式，可編程微控制器在預(yù)定時間之后恢復(fù)其相關(guān)負荷的電力，除非卸載請求被更新。后一種方法有效地減少網(wǎng)絡(luò)上的消息業(yè)務(wù)量。它還防止接收電力恢復(fù)消息失敗。它能確保例如冰箱斷開不超過預(yù)定間隔(假設(shè)有電)。再一種方式，開始甩負荷的消息可包含表明負荷將被卸載的間隔或其應(yīng)自動重新連接到電網(wǎng)的時間的數(shù)據(jù)。
可設(shè)定設(shè)備表中的狀態(tài)標(biāo)記以指示設(shè)備的卸載狀態(tài)。如果接收到＂結(jié)束甩負荷＂廣播，對于系統(tǒng)中的每個設(shè)備，第一微計算機檢查狀態(tài)標(biāo)記并產(chǎn)生恢復(fù)向負荷供電的命令。定時事項期間還改變狀態(tài)標(biāo)記。如果在電力公司開始的甩負荷事件期間出現(xiàn)定時事項，為定時事項進程中的狀態(tài)設(shè)定的標(biāo)記將防止由一般的＂結(jié)束甩負荷＂消息接入該設(shè)備。
圖28示出由第一微計算機執(zhí)行的程序模塊240的適當(dāng)流程。該程序模塊用于在第一微計算機中編址指定的負荷控制模塊以實施甩負荷。由于甩負荷周期可在任何時間開始和結(jié)束，該程序被頻繁執(zhí)行(例如每當(dāng)掃描到鍵盤輸入或來自通信系統(tǒng)的輸入)，允許設(shè)備在斷開后接入。還執(zhí)行來自下文說明的圖38和39的程序，作為接入負荷前的最后核查，以確保接入負荷將不違反現(xiàn)存甩負荷請求。
該程序在方框242A開始。首先檢查甩負荷狀態(tài)標(biāo)記(未示出)以確定自上次查看后甩負荷狀態(tài)是否已改變，步驟242B。甩負荷狀態(tài)標(biāo)記是所規(guī)定存儲器位置的內(nèi)容，其中每當(dāng)接收到甩負荷請求(命令)時由第一微計算機設(shè)定該位，而當(dāng)接收到終止甩負荷間隔消息時將該位復(fù)位(即清零)。另外，甩負荷狀態(tài)標(biāo)記包括許多記錄到那時將生效的甩負荷優(yōu)先等級的位。因此，每當(dāng)卸載的優(yōu)先等級改變以及每當(dāng)甩負荷間隔開始或結(jié)束時，甩負荷狀態(tài)標(biāo)記的內(nèi)容將改變。如果甩負荷狀態(tài)標(biāo)記未改變，控制分支到步驟242C。在步驟242C，當(dāng)時的當(dāng)前時間與將出現(xiàn)下一次安排事項的時間比較(為簡化該比較，最好是按時間順序?qū)⒚刻斓氖马棻４嬖谑马棻碇?。如果當(dāng)時的當(dāng)前時間在待執(zhí)行的下一個事項之前，退出該程序，步驟242D，將控制返回到通話程序。然而，如果當(dāng)時的當(dāng)前時間等于或比待執(zhí)行的下一個事項晚，設(shè)定DEVICE表中的狀態(tài)標(biāo)記(字段)以表示與該事項相關(guān)設(shè)備的新情況，步驟242E。(因此，即使不允許出現(xiàn)該事項，盡管如此，如下面說明，狀態(tài)標(biāo)記表示該設(shè)備情況，好象出現(xiàn)該事項)。接下來，確定設(shè)備的優(yōu)先等級和甩負荷狀態(tài)標(biāo)記是否允許執(zhí)行該事項，步驟242F。如果該事項規(guī)定例如接入該設(shè)備并且有一個會違反接入該設(shè)備的正在進行的卸載請求，將不執(zhí)行該事項并且不接入該設(shè)備。如果情況不允許執(zhí)行該事項，控制分支到步驟242G。在步驟242G，更新被稱為事項指針的指針指到下一個事項，然后該程序在步驟242H退出。(事項指針只是存儲器中的一個位置，其內(nèi)容定址事項表中的下一個事項，以便于下一個事項的識別；該指針的使用是常規(guī)的編程技術(shù))。假設(shè)設(shè)備的優(yōu)先等級和甩負荷狀態(tài)標(biāo)記允許執(zhí)行該事項，然后，控制從步驟242F轉(zhuǎn)入步驟242I并發(fā)出適當(dāng)命令以執(zhí)行事項。在步驟242I之后如上所述執(zhí)行步驟242G和242H。
如果自最后一次檢查起甩負荷狀態(tài)標(biāo)記已改變，控制從步驟242B進入步驟244A。在步驟244A，確定是否已提高或降低甩負荷優(yōu)先等級。如果卸載等級提高，表明更多的負荷將被卸載，程序分支到步驟244B。在此，設(shè)定被稱為卸載指針的指針指向DEVICE表中的第一設(shè)備。接下來執(zhí)行一系列步驟244C-244F并輪流檢查每個設(shè)備，如果其優(yōu)先等級處在待卸載的優(yōu)先等級范圍內(nèi)則將其斷開。然后程序在步驟244G退出。
如果在步驟244A確定卸載等級已降低，代之以執(zhí)行一系列步驟以便輪流檢查DEVICE表中的每個設(shè)備，并接入不再提交卸載請求和除卸載條件外另外適宜于和不遵循其編程安排的那些設(shè)備。這些步驟在步驟246A-246F示出。當(dāng)沒有設(shè)備要檢查時，該程序在步驟246G退出。斷電在第一微計算機中，頻繁地例如30秒存儲機器狀態(tài)。不僅存儲數(shù)據(jù)，而且存儲當(dāng)時的當(dāng)前數(shù)據(jù)和時間。當(dāng)斷電后向第一微計算機供電時，它從CMOS時鐘(現(xiàn)代微計算機中普遍存在的)讀取數(shù)據(jù)和時間，并通過其記錄的數(shù)據(jù)和時間讀取機器的在先狀態(tài)。從兩個時間差確定斷電持續(xù)時間，并記錄以便以后報告給適當(dāng)?shù)碾娏?。報告該系統(tǒng)可為用戶和電力公司二者產(chǎn)生的報告具有很大用途。人們不能詳盡地編列能從可得到的信息產(chǎn)生的報告。由系統(tǒng)的電流和功率監(jiān)測器提供的和來自其所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)可輸出到常規(guī)數(shù)據(jù)庫程序，可以無數(shù)方式從該數(shù)據(jù)庫程序報告和檢驗。然而，已通過實驗或模擬產(chǎn)生的一些報告將說明該系統(tǒng)的價值。
在圖29中，曲線252示出用戶一整天的總能耗與在254處用戶使用的運轉(zhuǎn)平均曲線的比較。以一小時為時間單位標(biāo)明水平軸。如果用戶想知道在330和430am哪個電器造成峰值，各個電器的曲線圖(未示出)可疊加在曲線252上。這種情況下，可知道是由衣物電烘干機造成該峰值。在130附近的小峰值是由房間中所有照明和開啟吸塵器造成的。圖30中示出另一個實例，其中構(gòu)成條形圖，示出一周來操作單個房間中每個被監(jiān)測負荷的費用，很顯然，該數(shù)據(jù)在每周以及每個家庭將改變。圖31中，另一種表示是表明作為一天時間函數(shù)的各種負荷中的每一個的總能耗是多少的條形圖。圖32示出的報告是察看可提供數(shù)據(jù)的另一種方式，示出每個條表示每個被監(jiān)測負荷在某一選定時間間隔中每天平均費用的條形圖；通過選定不同間隔進行報告，季節(jié)性變化變得很明顯。選擇一個負荷(例如空調(diào)機)同樣可觀察季節(jié)性變化，圖33示出這類報告。通過象圖34這樣的報告可看到開動每個負荷在每年中的總費用。報告產(chǎn)生模塊包含一個產(chǎn)生每個上述報告的展開圖程序和模板。然而，用戶可向用戶選擇的展開圖程序中裝載任何收集的數(shù)據(jù)，然后允許用戶向＂如果則＂型問題詢問并得到答案。例如，用戶可確定根據(jù)不同安排開動規(guī)定電器可節(jié)省多少費用。
同樣，例如在圖35(費用以元為單位表示的結(jié)果)和圖36(按照千瓦小時表示的結(jié)果)中示出可在第二微計算機的監(jiān)視器上以條形圖顯示總能耗，如圖所示，該條形圖由電能使用速度表構(gòu)成。在圖35中，標(biāo)為＂當(dāng)前電能負荷＂的框中顯示讀取間隔歸一化到一小時(即假設(shè)在一小時內(nèi)費率穩(wěn)定)的儀表在最近30秒的電費和對應(yīng)的千瓦小時數(shù)。沿屏幕左側(cè)示出數(shù)個這種30秒間隔測量結(jié)果的序列，水平條長度與能耗成正比。可任選，根據(jù)消耗電能量的函數(shù)發(fā)出告警聲或改變屏幕顏色(如圖37所示，示出在一天進程中用戶在給定等級消耗電能多長時間，以最大值的分?jǐn)?shù)表示)。定時和有條件開動圖38-40示出第一微計算機中執(zhí)行的進行有條件接入/斷開設(shè)備操作的程序模塊流程。在接入設(shè)備之前以及定期地(斷開不應(yīng)再接入的設(shè)備和隨著費率降低接入設(shè)備)執(zhí)行這些程序模塊。識別將被如此控制的第一設(shè)備，步驟302。接下來確定設(shè)備類型，步驟304；如果要根據(jù)總費用或總時間控制設(shè)備開動，控制分支到在圖39中展開的模塊306。然而，如果根據(jù)電能費率(即每千瓦小時費用)或總時間控制設(shè)備開動，控制分支到在圖40展開的模塊308。執(zhí)行模塊306和308之后，控制返回步驟310識別下一個設(shè)備。然后在步驟312確定是否已檢查所有設(shè)備。如果沒有，在步驟304確定設(shè)備類型并如上所述執(zhí)行程序；如果已檢查所有設(shè)備，該模塊退出。
參考圖39，在步驟306A進行第一檢查，以察看該設(shè)備是否已經(jīng)接入。如果沒有，將當(dāng)前數(shù)據(jù)與來自存儲器應(yīng)允許接入該設(shè)備的最后數(shù)據(jù)比較，步驟306B。如果數(shù)據(jù)匹配，模塊退出不接入該設(shè)備。如果數(shù)據(jù)不匹配，將允許該設(shè)備接入，假設(shè)這不違反進程中的甩負荷操作。調(diào)用程序240，并且如果程序240允許則產(chǎn)生＂接入＂消息；并對設(shè)備的應(yīng)用計數(shù)器復(fù)位以便開始記錄該使用間隔期間的應(yīng)用，步驟306C。另一方面，如果設(shè)備已經(jīng)接入，該程序接下來檢查是否已達到或超過總時間，步驟306D。如果回答為肯定，斷開該設(shè)備，步驟306E。同樣，如果總接入時間未超過規(guī)定，則進行檢查(步驟306F)以確定是否達到規(guī)定的總費用，步驟306F。如果回答為肯定，斷開該設(shè)備，步驟306E；如果否定，該模塊退出。
圖40說明模塊308的流程。首先，檢查該設(shè)備狀態(tài)以察看其是否已經(jīng)接入，步驟308A。如果該設(shè)備已接入，進行檢查以察看是否已達到最大時間份額，步驟308B；如果是這樣，斷開該設(shè)備，步驟308C。如果否定，進行檢查以確定當(dāng)時的當(dāng)前電費費率是否超過用戶為該設(shè)備設(shè)定的最大允許收費，步驟308D。如果答案為肯定，斷開該設(shè)備，步驟308C；否則，該模塊終止。如果在步驟308A未接入該設(shè)備，該模塊檢查以確定是否已達到當(dāng)天允許該設(shè)備的最大時間，步驟308E。如果已達到最大時間，該模塊退出而不接入該設(shè)備。但如果未達到最大時間并且不違反進程中的甩負荷操作，則接入該設(shè)備，步驟308G，但僅當(dāng)當(dāng)前電能費率不超過用戶設(shè)定的最大允許費率，步驟308F。步驟308G調(diào)用程序204以進行甩負荷屏幕操作。用途和優(yōu)點至此可以看出本發(fā)明的系統(tǒng)具有相當(dāng)大的靈活性，并且可以以多種不同方式操作以實現(xiàn)許多不同功能。至少包括下列操作和優(yōu)點A.遠程電氣儀表讀數(shù)-該系統(tǒng)提供允許將電能消耗信息從用戶所在地發(fā)送到電力公司的接口?？捎捎脩羲诘亻_始該發(fā)送操作，或由電力公司向用戶所在地的微計算機傳送一請求信息。該消耗信息可以是被標(biāo)注的數(shù)據(jù)和時間，以便于按每天時間或其它可變費率計賬操作。該信息請求可以是通用的，或可規(guī)定待發(fā)送的信息應(yīng)該是存儲電度表讀數(shù)的存儲器地址的內(nèi)容。該信息對可產(chǎn)生和使用有益的實際用戶電能使用分布圖的電力公司有很大價值。其它優(yōu)點包括當(dāng)賣出所有權(quán)時便于計賬?？蓪u方計賬預(yù)定時間(當(dāng)時遠程讀取該儀表)，并在此后對買方計賬。該特性可與下面兩個優(yōu)點組合。
B.遠程連接和斷開-通過使用該系統(tǒng)提供遠程監(jiān)測和甩負荷命令，電力公司可在預(yù)付費基礎(chǔ)上向用戶輸送電能(見下文)。當(dāng)電力公司檢測到用戶已超過預(yù)付款或已用完其信用卡時，可遠程斷開到用戶的服務(wù)(或以后重新連接)。為此，已經(jīng)可獲得遠程可控制電度表開關(guān)；本發(fā)明便于該儀表的操作，然而，如同其允許使用CEBus儀表而不是由無線電信號控制的儀表。例如，由于由第一微計算機監(jiān)測使用情況，可對其編程以便在預(yù)定時間或根據(jù)預(yù)定條件(例如電能消耗量)驅(qū)動該儀表開關(guān)(通過適當(dāng)接口)。例如可利用Landis&Gyr的符合CEBus的遠程可控電度表。電力公司可通過多次向第一微計算機查詢儀表讀數(shù)檢查儀表已被驅(qū)動以便斷開供電。如果儀表讀數(shù)沒有改變，電力已切斷。
C.收益保護警告-通過用戶所在地的一臺基本計算機監(jiān)測電力消耗和在峰值使用時間(此時通常提高電費)期間控制電器，本發(fā)明的系統(tǒng)為電力公司提供收益保護裝置。首先，當(dāng)用戶搬家時，可使用該系統(tǒng)讀取儀表，允許公司向用戶發(fā)出最終帳單。其次，可在用戶所在地通知該系統(tǒng)進行遠程斷開，如上面剛剛說明的。即使所在地未裝備遠程斷開裝置，或如果未啟動遠程斷開裝置，也能實現(xiàn)在一定程度對未經(jīng)授權(quán)的電力消費起到保護作用；本發(fā)明的系統(tǒng)可用于監(jiān)測用戶的使用情況以確保所有主要電器被斷開并且沒有明顯的電力消耗。這是通過定期(例如每天甚至每小時)讀取電度表進行的?？蓪λ诘氐牡谝晃⒂嬎銠C編程以便自動執(zhí)行該功能；電力公司也可發(fā)出要求儀表信息的遠程請求。如果該系統(tǒng)檢測到正在用電，它可向電力公司發(fā)送一個通知，電力公司可采取適當(dāng)行動。另外，該系統(tǒng)可監(jiān)測或允許電力公司監(jiān)測規(guī)定的電器，如果用戶已同意在在規(guī)定時間(例如峰值費率)期間不使用該電器，則可確保它們在此期間不消耗電力。
D.緊急情況甩負荷-為改善電力系統(tǒng)可靠性和在大范圍緊急情況下控制分配系統(tǒng)負荷，允許用戶按優(yōu)先順序排列其負荷，電力公司可發(fā)送(向單個用戶和向例如特定區(qū)域中的用戶群)消息以斷開所選優(yōu)先等級的負荷，或按優(yōu)先順序斷開。例如，允許用戶將負荷指定為從等級0至等級3的優(yōu)先順序。用戶可指定一個幾乎不中斷向其供電的優(yōu)先等級為0的電器，兩個僅為避免循環(huán)燈火熄滅(rolling blackout)而中斷供電優(yōu)先等級為1的電器，任何數(shù)量可在緊急情況期間循環(huán)接入或斷開以保持系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)先等級為2的電器，和任何數(shù)量作為次要處理并可由電力公司隨時卸載的優(yōu)先等級為3的電器。這種安排有助于降低峰值并使電力公司避免建造附加發(fā)電容量或購買電力的需要，從而有助于降低電能費率。進一步降低了極端條件下循環(huán)燈火熄滅的威脅，而向用戶提供自由設(shè)定其自身的甩負荷優(yōu)先等級，并向電力公司提供了對整個系統(tǒng)負荷的高度控制。另外，可持續(xù)經(jīng)用戶所在地的第二微計算機的顯示器向用戶通知這些情況。為減少消息業(yè)務(wù)量，實現(xiàn)甩負荷的相同消息可在用戶所在地調(diào)用指示需要出現(xiàn)卸載負荷的顯示消息，其結(jié)果是切斷向具體指定電器的供電。
E.斷電通知-該系統(tǒng)可進一步提供斷電通知性能，從而在用戶所在地存在斷電情況時通知電力公司。該性能可由多種方式實施。根據(jù)一種選擇方案，第一微計算機中的微處理器中可裝入電路以檢測供電電壓正在下降并產(chǎn)生由發(fā)出表明在該地點已出現(xiàn)斷電消息的程序送達的中斷請求。根據(jù)另一種方案，如果微處理器未裝備這種電路，則分別設(shè)置并連接到該微處理器以提供中斷請求信號。斷電消息可經(jīng)電話系統(tǒng)或通過RF(無線)廣播或經(jīng)另一信道傳送到電力公司。如果使用電話系統(tǒng)，CPEU必須包括一個電話自動撥號機(未示出)或通信程序和調(diào)制解調(diào)器(未示出)。如果用RF傳送，CPEU必須包括一個RF發(fā)射機和控制該發(fā)射機和廣播消息的程序。最好在CPEU中提供備用電源(例如電池或電容器，未示出)以確保在充足時間有充足電力允許發(fā)送斷電消息。使用RF廣播最好是使用電話消息以提高電力公司接收該消息的可能性；當(dāng)采用電話信令系統(tǒng)時，存在斷電起因(例如可能是一棵樹橫穿電力線倒下或電桿倒下)也可能造成電話業(yè)務(wù)中斷。通過比較來自許多用戶的斷電通知，由于維修人員不必浪費時間確定故障地點，電力公司可定位并迅速和以更低費用將維修人員派往事故地點。
F.團體緊急情況告警-使用甩負荷采用的相同消息業(yè)務(wù)可提供團體告警性能。這樣將允許電力公司或其指定者向所選區(qū)域中的用戶廣播與諸如惡劣天氣預(yù)告之類緊急情況有關(guān)的新聞和告警消息(用于顯示)。如果用戶的計算機可通告可聽的報警信號，可由其發(fā)出聲音；也可在計算機屏幕上顯示規(guī)定的報警消息。如果在系統(tǒng)和用戶電視或電纜TV系統(tǒng)之間安裝一個接口，可自動發(fā)送消息以打開電視機并將其調(diào)到專門的能源頻道，恢復(fù)和顯示詳細信息并根據(jù)它們的廣播更新。
G.付帳單-用戶可使用該系統(tǒng)的通信能力在屏幕上顯示他/她/它的賬目信息并授權(quán)通過電子資金過戶或信用卡付賬。這樣降低了電力公司的直接勞動和郵寄費用。
H.中斷分析-向電力公司通話的大量業(yè)務(wù)源是業(yè)務(wù)暫時中斷。該中斷通常是由于樹枝接觸架空線使保護繼電器動作造成的。這些中斷經(jīng)常激怒因中斷結(jié)果必須復(fù)位數(shù)字時鐘和其它電器的用戶。這類中斷是向電力公司投訴通話的主要來源，處理這些通話涉及費用問題。通過跟蹤用戶所在地的暫時斷電，該系統(tǒng)可幫助準(zhǔn)確定位這種碰線的位置并允許低成本地預(yù)先校正該情況。具體地說，如果第一微計算機檢測到滿足電力公司建立的頻率和持續(xù)時間標(biāo)準(zhǔn)的多個暫時中斷，它向電力公司發(fā)起消息，請求與線路維修人員業(yè)務(wù)通話。確定是否從其它用戶的CPEU接收到類似請求，如果是這樣，則確定為受影響用戶公用的供電電纜位置出現(xiàn)問題，電力公司可對出問題的位置定位并向出問題區(qū)域有效地派出維修人員。
I.用戶控制電路-用戶可通過系統(tǒng)的視頻接口控制照明和電器。例如，用戶可打開外部或內(nèi)部照明、啟動咖啡壺、開動噴灌系統(tǒng)，安排游泳池泵等。所有這些操作可從中央位置使用呈現(xiàn)簡化成負荷類型的輸入/輸出顯示的視頻接口控制。
J.溫度控制-使用視頻顯示將任何CEBus兼容的恒溫器按一周的每天和一天的每小時編程到預(yù)定的舒適水平。
K.季節(jié)模式-用戶可使用該選項存儲與季節(jié)對應(yīng)的照明、加熱和制冷方案。
L.住所空閑模式-該選項允許用戶存儲在度假和離家的其它時間期間節(jié)省電力消耗的電能使用方案。它可耦連一個濕度傳感器，以允許在高濕度期間開動減濕器或空調(diào)機減少發(fā)霉的威脅。
M.電力拾取階段-當(dāng)出現(xiàn)斷電時，在備用控制電力用盡前，可由第一微計算機向所有控制模塊發(fā)送消息以斷開所有斷路器和從電網(wǎng)斷開負荷。另一方面，斷路器可斷開在開路位置，直到發(fā)出重新接通和閉合信號前不將其接通和閉合。當(dāng)電力恢復(fù)時，第一微計算機根據(jù)電器類型和其重新啟動要求按預(yù)定順序使每個負荷在線。可進一步加入在預(yù)定范圍內(nèi)的偽隨機延遲，以避免使所有確定類型的電器同時復(fù)原在線。該能力確保所有這些負荷不在電力恢復(fù)的瞬間復(fù)原在線，并將其錯開重新接入。這樣明顯減輕了對電力系統(tǒng)的負擔(dān)并有助于減小制冷負荷的拾取問題。另外，某些電器在電力恢復(fù)前需要一復(fù)位時段；這包括某些老的空調(diào)系統(tǒng)。一個編程的等待時段允許這些電器以正常方式復(fù)原在線，并避免過早重新啟動它們對電力系統(tǒng)和電器的負擔(dān)。
N.成本效果-公開的發(fā)明對用戶具有特定的成本效益。電度表和第一微計算機作為CPEU的部件，在用戶所在地外邊并由電力公司擁有。因此用戶不需要對這些產(chǎn)品投資。用戶的投資限于第二微計算機和各種負荷控制模塊。由于負荷控制模塊在制造時包括在新電器中，也將不需要用戶分別在該設(shè)備中投資。因此，用戶的投資被保持在最低限度。此外，由于電力公司保持對CPEU的控制，它可根據(jù)需要增加設(shè)備，并且可按其選擇使用第一微計算機的計算和控制能力。這包括增加通過各種其它通信業(yè)務(wù)與所在地PLC總線連接的通信電路板。因此，如果可利用CEBus節(jié)點將CEBus消息轉(zhuǎn)化成在電視上顯示的常規(guī)電視信號，可向CPEU加裝卡，以允許其它業(yè)務(wù)發(fā)送消息在用戶電視上顯示。另外，CPEU可具有允許用戶經(jīng)所選擇的媒介(例如電纜電視分配系統(tǒng)、電話或RF鏈路)向諸如電纜電視公司之類的其它業(yè)務(wù)提供者發(fā)送消息(例如安排業(yè)務(wù)、報告問題、或詢問問題)。
用戶和電力公司通過使用第一微計算機作為一個服務(wù)器為用戶可能購置的設(shè)備提供計算、通信或其它支持產(chǎn)生進一步的成本效益。憑借不必提供系統(tǒng)給定的能力可降低設(shè)備的成本；電力公司可向制造商收費以提供對第一微計算機的訪問。也可經(jīng)CPEU與設(shè)備通信向制造商收費。
當(dāng)通過該系統(tǒng)計量除電力外的公用業(yè)務(wù)時產(chǎn)生附加成本效益。已知有許多費用涉及必須向用戶所在地派出人員讀取煤氣、水和電表。這些儀表現(xiàn)在可與CEBus或其它PLC或網(wǎng)絡(luò)通信對接，通過該系統(tǒng)遠程讀數(shù)，大大降低了讀取儀表的費用。
O.電能經(jīng)紀(jì)業(yè)-本發(fā)明還促進允許實時能源市場或經(jīng)紀(jì)業(yè)系統(tǒng)的實施。各個電能提供者可向潛在用戶公開其費率結(jié)構(gòu)；經(jīng)常這樣進行是有用的，雖然不希望比每小時一次更頻繁地改變費率。如果向第二微計算機供電，用戶可使用第二微計算機作為通信終端接收這些公報，然后在任何未來的時段選擇新的供應(yīng)者。用戶的電力公司起到現(xiàn)有供應(yīng)商的分配者的作用。當(dāng)用戶改變供應(yīng)商時，電力公司從用戶的儀表獲得遠程儀表讀數(shù)，用于對用戶帳目計賬并將在原供應(yīng)商的費率使用歸入原供應(yīng)商的帳目；向用戶系統(tǒng)下載新供應(yīng)商將要收取的費率；并記錄新的用戶-供應(yīng)商關(guān)系和其開始日期和時間。在規(guī)章規(guī)定內(nèi)，每個供應(yīng)商可確定最少的承諾和其業(yè)務(wù)的合同條款；將對電力公司的計算機系統(tǒng)適當(dāng)?shù)鼐幊桃员阍试S用戶僅根據(jù)最少承諾和其它合同條款改換供應(yīng)商。因此，電能供應(yīng)商將能夠為用戶的業(yè)務(wù)競爭。當(dāng)然，如果規(guī)章法規(guī)允許，電力公司可以集供應(yīng)商和分配者二者于一身。因此，本發(fā)明將使電能市場在最終用戶中的競爭成為可能。
P.促進靈巧電器-另外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)促進了所謂＂靈巧＂電器的推廣應(yīng)用和使用。例如，可從用戶所在地外部的資源(例如電力公司或連接的業(yè)務(wù))通過CPEU直接向微處理器控制的烤爐下載配方。然后，用戶不必擔(dān)心有關(guān)對烤爐的編程以校正溫度和時間。作為另一個實例，如果其內(nèi)部診斷表明存在問題，CEBus電器可針對業(yè)務(wù)自動與制造商通話。如果CPEU中設(shè)置有電話接口或調(diào)制解調(diào)器，該通話可經(jīng)電話發(fā)出，或者可經(jīng)電力公司的計算機系統(tǒng)發(fā)出。CPEU也可存儲針對電器的編程信息；然后，當(dāng)斷電后恢復(fù)電力時，CPEU和電器可相互作用恢復(fù)對電器的編程(例如，VCR編程)并復(fù)位電器的時鐘。
作為在此應(yīng)用，術(shù)語＂電能＂和＂功率＂可相互交換，除非一個名詞的含義將另一個名詞的含義排除在外。當(dāng)然，電能實際上是功率的時間積分。這樣，一個負荷在給定時間使用的電能通常是通過在連續(xù)的時間瞬間提取的許多抽樣測量輸入到負荷的功率計算的。盡管如此，按照方言，例如，我們有時用測量電能或消耗電能的詞句表達；可以理解，從測量的量值計算電能并且電能實際上從電的形式轉(zhuǎn)換成另一種形式(例如，光、熱或運動)。可以理解，如果使用＂功率＂比＂電能＂更準(zhǔn)確，或反之亦然，應(yīng)使用更準(zhǔn)確的詞匯。
至此已描述了本發(fā)明的各種說明實施例、它的一些優(yōu)點和任選性能，很顯然，這些實施例僅以實例方式給出而不作為限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍情況下很容易想出對這些實施例的替換和改進，以及附加實施例。例如，雖然負荷控制模塊表示為與它們所控制的負荷分開，可以理解，可設(shè)計電器將控制模塊作為其一個整體部分。實際上，可以預(yù)見未來所謂的＂靈巧＂電器將正是以這種方式制造，例如包括CEBus或其它接口，以及內(nèi)置電路斷路器和/或功率監(jiān)測電路。另一種變化中，第一和第二微計算機二者不使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微計算機平臺，一臺或兩臺微計算機或其操作系統(tǒng)可以是非標(biāo)準(zhǔn)的；雖然將失去一些靈活性，但同樣可用可能甚至是專用硬件的非可編程控制器替換一個或兩個處理器。因此，本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求和其等同物中的定義限定。
權(quán)利要求
1.一個與第二微計算機一起使用以控制用戶所在地中多個電負荷操作的第一微計算機，包括用于經(jīng)通信鏈路接收并向第一微計算機提供包含在用戶所在地實施甩負荷操作的請求消息的裝置；用于從第二微計算機接收命令以安排與負荷操作有關(guān)事項的裝置；用于由用戶收集和存儲描述歷史功率或電能使用數(shù)據(jù)的裝置；和用于向負荷控制模塊傳送消息以實現(xiàn)所述甩負荷操作和所述安排事項的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第一微計算機，進一步包括用于讀取計量所在地電能消耗的電度表及歷史數(shù)據(jù)的裝置，該歷史數(shù)據(jù)包括通過讀取電度表獲得的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第一微計算機，進一步包括用于監(jiān)測和測量至少一個負荷設(shè)備電能消耗的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的第一微計算機，在第一微計算機中進一步包括一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；第一微計算機執(zhí)行操作以便定期在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中存儲每個所述設(shè)備的電能消耗測量結(jié)果。
5.供用于控制用戶所在地中多個電負荷操作的一個主控制器、一個第二控制器使用的裝置，包括與主控制器通信的裝置；向用戶顯示消息的裝置；用于從主控制器獲得一個或多個負荷的電能消耗歷史數(shù)據(jù)的裝置；和用于對應(yīng)一個請求在顯示裝置上產(chǎn)生描述所述電能歷史消耗數(shù)據(jù)的報告的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的第二控制器，其中該產(chǎn)生裝置在顯示裝置上形成所在地正在消耗的電能費率的曲線圖表。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的第二控制器，其中該產(chǎn)生裝置在顯示裝置上進一步形成一個所選負荷設(shè)備仍在消耗電能的費率的曲線圖表。
8.一種控制電負荷設(shè)備的操作以便在確定時間將所述負荷連接到輸電線和從輸電線斷開所述負荷的系統(tǒng)，包括a.一個包括第一處理器和連接到內(nèi)部通信的第一存儲器的第一微計算機，和一個第一控制程序以便由第一微計算機控制操作的執(zhí)行；b.一個包括第二處理器和連接到內(nèi)部通信的第二存儲器的第二微計算機，為用戶提供輸入數(shù)據(jù)的用戶裝置，和一個第二控制程序以便由第二微計算機控制操作的執(zhí)行；c.至少一個響應(yīng)來自第一微計算機的指令控制負荷狀態(tài)的負荷控制模塊，該負荷控制模塊至少包括將負荷連入輸電線和從輸電線斷開該負荷的指令；d.一個通信信道；e.第一和第二微計算機以及負荷控制模塊全部適合于經(jīng)通信信道進行內(nèi)部通信，第一微計算機經(jīng)通信信道向負荷控制模塊發(fā)送指令；f.響應(yīng)由用戶提供給第二微計算機的輸入數(shù)據(jù)，第一計算機程序使第一微計算機執(zhí)行內(nèi)置于第一存儲器在預(yù)定時間出現(xiàn)負荷事項的數(shù)據(jù)庫中的指令；和g.第一微計算機執(zhí)行第一計算機程序中指的令以便在所述預(yù)定時間從該數(shù)據(jù)庫獲得所述負荷事項，并執(zhí)行相應(yīng)指令以便向負荷控制模塊發(fā)送指令將負荷接入輸電線或從輸電線斷開該負荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中該信道是在所述輸電線上建立的電力線載波通信信道。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其中第二微計算機也包含在預(yù)定時間出現(xiàn)的負荷事項數(shù)據(jù)庫和第二計算機程序，并且每當(dāng)接通第二微計算機時與第一計算機程序交互地執(zhí)行，以便將第二微計算機中數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容與第一微計算機中數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容同步。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)?shù)诙⒂嬎銠C已被斷開后第一次接通時第一和第二計算機程序交互地執(zhí)行以便將第二微計算機中數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容與第一微計算機中數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容同步。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進一步包括用于在連續(xù)確定的間隔期間計量由連接到輸電線的負荷消耗的電能并提供所計量的電能值的電能消耗計量子系統(tǒng)，其中操作第一微計算機從計量子系統(tǒng)獲得所述計量值并將所述計量值存儲在第一微計算機的數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)間隔順序檢索；和其中當(dāng)接通第二微計算機時，時常操作第二微計算機向第一微計算機傳送對預(yù)定數(shù)量所述計量值的請求；響應(yīng)接收的所述請求操作第一微計算機向第二微計算機傳送以前未發(fā)送到第二微計算機的任何所述預(yù)定數(shù)量的計量值；和響應(yīng)接收的所述計量值，第二微計算機通過將其加入相應(yīng)項中修改其數(shù)據(jù)庫。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中至少一個負荷控制模塊是測量一個對應(yīng)負荷的電使用參數(shù)的類型，第一微計算機適合于經(jīng)通信信道從所述負荷控制模塊接收包含所述測量結(jié)果的消息，并操作第一微計算機按照將所述測量結(jié)果與對應(yīng)負荷相關(guān)聯(lián)的方式將所述測量結(jié)果存儲在第一數(shù)據(jù)庫中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中至少一個負荷控制模塊適用于測量對應(yīng)的被控制負荷兩端的電壓、通過該負荷的電流和所述電流相對于所述電壓的相角。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括用于計算被控制設(shè)備的電能消耗和該設(shè)備的功率因數(shù)的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中用于計算的裝置設(shè)置在負荷控制模塊。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中可操作第二微計算機從第一微計算機請求所述測量結(jié)果；第一微計算機操作通過向第二微計算機傳送所述測量結(jié)果來響應(yīng)所述請求，然后第二微計算機將與對應(yīng)負荷相關(guān)的所述測量結(jié)果存儲在第二數(shù)據(jù)庫中。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中第一微計算機可存儲第一預(yù)定天數(shù)的計量值和第一預(yù)定數(shù)量負荷的測量結(jié)果，第二微計算機可存儲第二預(yù)定天數(shù)的計量值和第二預(yù)定數(shù)量負荷的測量結(jié)果，更進一步，其中當(dāng)?shù)诙⒂嬎銠C在已斷開之后接入時在第一和第二微計算機分另交互執(zhí)行第一和第二計算機程序傳遞這些計量值和負荷測量結(jié)果，以便將第二微計算機中計量值和負荷測量結(jié)果的數(shù)據(jù)庫與第一微計算機中計量值和負荷測量結(jié)果的數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容同步。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中第一和第二程序交互執(zhí)行，以便在已切斷向第二微計算機供電達某一時間段之后同步數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中第一和第二程序交互執(zhí)行，以便在已接通向第二微計算機供電達第一時間之后同步數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中第二微計算機中的數(shù)據(jù)庫能夠比第一微計算機中的數(shù)據(jù)庫存儲更多的計量值或更多負荷測量結(jié)果。
22.一種用于控制至少一個電負荷設(shè)備的操作以便響應(yīng)從電能提供者接收的甩負荷命令信號有選擇地從輸電線斷開每個所述負荷或允許所述負荷連接到輸電線的系統(tǒng)，包括a.一個包括第一處理器和連接到內(nèi)部通信的第一存儲器的第一微計算機，和一個第一控制程序以便由第一微計算機控制操作的執(zhí)行；b.用于從電力公司接收所述甩負荷命令信號的裝置；c.至少一個響應(yīng)來自第一微計算機的指令控制負荷狀態(tài)的負荷控制模塊，該負荷控制模塊至少包括將負荷連入輸電線和從輸電線斷開該負荷的指令；d.一個通信信道；e.第一微計算機和負荷控制模塊適合于經(jīng)通信信道進行內(nèi)部通信，第一微計算機經(jīng)通信信道向負荷控制模塊發(fā)送指令；f.第一控制程序?qū)崿F(xiàn)第一微計算機的操作，以響應(yīng)通過接收裝置接收的甩負荷命令信號向至少一個負荷控制模塊發(fā)送一個指令，以實現(xiàn)與所述命令對應(yīng)的負荷控制模塊的操作。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中接收裝置與第一微計算機設(shè)置在同一處。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中每個負荷控制模塊與一個負荷設(shè)備相聯(lián)系，從一組限定的可能的甩負荷優(yōu)先等級中指定每個負荷設(shè)備的甩負荷優(yōu)先等級，來自電能提供者的每個甩負荷命令中包含一個該命令實施的規(guī)定的優(yōu)先等級，該系統(tǒng)進一步包括g.在第一微計算機中，一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含針對每個所述負荷設(shè)備為其指定的甩負荷優(yōu)先等級；和h.響應(yīng)所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中被指定的甩負荷優(yōu)先等級，第一計算機程序操作第一微計算機向其優(yōu)先等級與甩負荷命令實施的一個優(yōu)先等級或多個優(yōu)先等級對應(yīng)的那些負荷的負荷控制模塊發(fā)送甩負荷命令。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中第一微計算機還包括一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含一個針對每個負荷在預(yù)定時間出現(xiàn)的負荷事項表，和第一計算機程序操作第一微計算機以實現(xiàn)所述負荷控制模塊的操作，以便在除當(dāng)任何所述事項的實現(xiàn)會與在先發(fā)出的甩負荷指令相抵觸時之外實施所述事項。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，進一步包括g.在第一微計算機的第一存儲器中，一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)針對每個所述負荷控制模塊包含從一組限定的可能的甩負荷優(yōu)先等級中選擇的由該模塊控制的負荷設(shè)備的設(shè)備類型標(biāo)識符、該模塊的標(biāo)識、指定給該負荷設(shè)備的甩負荷優(yōu)先等級至少其中之一；h.第一計算機程序響應(yīng)從電能提供者接收的甩負荷命令控制第一微計算機的操作，以便僅向相關(guān)的由該模塊控制的負荷設(shè)備的設(shè)備類型標(biāo)識符、該模塊的標(biāo)識和指定給該負荷設(shè)備的甩負荷優(yōu)先等級與該命令實施的針對負荷的甩負荷命令中的規(guī)定匹配的那些負荷控制模塊發(fā)送甩負荷指令。
27.根據(jù)權(quán)利要求22-26任何之一所述的系統(tǒng)，其中負荷控制模塊適合于在輸電線上出現(xiàn)斷電時從所述輸電線斷開其相關(guān)負荷，和進一步包括命令負荷控制模塊在所述斷電結(jié)束后允許其相關(guān)負荷重新連接到該輸電線的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中命令該負荷控制模塊的裝置向所述模塊發(fā)送指令，以便在斷電結(jié)束后的預(yù)定時間允許所述重新連接，與不同類型負荷設(shè)備相關(guān)聯(lián)的不同負荷控制模塊采用不同的預(yù)定時間。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中命令該負荷控制模塊的裝置向所述模塊發(fā)送指令，以便在斷電結(jié)束后的偽隨機預(yù)定時間允許所述重新連接。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中偽隨機時間在各負荷控制模塊是不同的。
31.一個用于允許遠程確定向電負荷供電的電分支電路中電流狀態(tài)的監(jiān)測器，包括a.一個可通過分支電路的繞組，所述繞組形成一個變壓器的副邊，該分支電路形成變壓器的原邊；b.用于確定所述繞組的輸出是否超過第一預(yù)定閾值的第一裝置；和c.將用于確定的第一裝置連接到一個通信信道，經(jīng)該通信信道提供表示分支電路中電流狀態(tài)的消息與所述閾值比較的裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的監(jiān)測器，進一步包括用于判斷所述繞組的輸出是否超過第二預(yù)定閾值的第二裝置，和接口裝置進一步包括將用于判斷的第二裝置接口到所述通信信道的裝置。
33.一種用于確定分支電路上的電負荷的電能消耗參數(shù)的監(jiān)測器，該分支電路具有向負荷提供交流電流和在所述負荷上施加交流電壓的分支電路導(dǎo)體，包括a.用于在負荷上的交流電壓過零處確定分支電路中電流的裝置；b.用于在所述過零后的90度電轉(zhuǎn)角確定分支電路中電流的裝置；c.利用所述電壓與至少所述電流之一相乘計算所述負荷電能消耗的至少一個測量結(jié)果的裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的監(jiān)測器，進一步包括測量跨越負荷兩端電壓的裝置。
35.一種出現(xiàn)斷電之后用于控制負荷恢復(fù)到電力配電系統(tǒng)的方法，包括步驟a.對于每個所述負荷，提供用于控制配電系統(tǒng)和負荷之間連接的相關(guān)負荷控制模塊；和b.當(dāng)恢復(fù)供電時，向每個模塊發(fā)送一個指令，以使相關(guān)負荷按預(yù)定順序重新連入配電系統(tǒng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進一步包括步驟c.提供在斷電之后的短時間內(nèi)能夠提供備用控制電力的備用電源；和d.當(dāng)出現(xiàn)斷電時，在備用控制電力用盡前，向所有控制模塊發(fā)送一個消息以便從配電系統(tǒng)斷開負荷。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中預(yù)定順序以負荷類型和其重新開始要求為基礎(chǔ)。
38.根據(jù)權(quán)利要求35或37所述的方法，其中向每個模塊發(fā)送一個指令的步驟能夠使重新連接在供電恢復(fù)后的一偽隨機時間實現(xiàn)重新連接。
39.一種便于在電能提供者的電力配電系統(tǒng)上預(yù)防性維護的方法，其中該系統(tǒng)包括許多在其上向許多用戶所在地傳送電力的電纜，其中可能因自然和非自然原因影響該電纜造成所述電纜上出現(xiàn)瞬時斷電，包括步驟a.在每個所述用戶所在地監(jiān)測其上存在電力信號的電力電纜；b.測量所述電纜上所監(jiān)測的電力中斷的經(jīng)歷時間；和c.當(dāng)中斷之后所述電纜上恢復(fù)電力傳送時，將中斷的出現(xiàn)及其時間傳送給電能提供者。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，進一步包括傳送一個時鐘復(fù)位命令以復(fù)位用戶所在地負荷中時鐘的步驟。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，進一步包括步驟d.使用所述通信，對電纜上出現(xiàn)中斷的部位定位并派出維修人員解決中斷原因。
42.根據(jù)權(quán)利要求1、8或22任何一個所述的裝置，其中第一微計算機進一步包括a.一個時鐘；b.當(dāng)相關(guān)輸電線上的電力傳送中斷時記錄由該時鐘建立的時間的裝置；c.可在所述中斷結(jié)束時操作以確定其經(jīng)歷時間的裝置；和d.可操作用于自動報告出現(xiàn)中斷的時間和其經(jīng)歷時間的裝置。
43.一種控制電負荷設(shè)備的操作以便在規(guī)定條件下將所述負荷連接到輸電線和從輸電線斷開所述負荷的系統(tǒng)，包括a.一個包括第一處理器和連接到內(nèi)部通信的第一存儲器的第一微計算機，和一個第一控制程序以便由第一微計算機控制操作的執(zhí)行；b.一個包括第二處理器和連接到內(nèi)部通信的第二存儲器的第二微計算機，為用戶提供輸入數(shù)據(jù)的用戶裝置，和一個第二控制程序以便由第二微計算機控制操作的執(zhí)行；c.至少一個響應(yīng)來自第一微計算機的指令控制負荷的狀態(tài)的負荷控制模塊，該負荷控制模塊至少包括將負荷連入輸電線和從輸電線斷開該負荷的指令；d.一個通信信道；e.第一和第二微計算機以及負荷控制模塊全部適合于經(jīng)通信信道進行內(nèi)部通信，第一微計算機經(jīng)通信信道向負荷控制模塊發(fā)送指令；f.響應(yīng)由用戶提供給第二微計算機的輸入數(shù)據(jù)，第一計算機程序使第一微計算機執(zhí)行內(nèi)置于第一存儲器中的指令，一個數(shù)據(jù)庫至少包括用戶提供的用戶愿意為開動負荷的電能付費的最大費率的規(guī)定負荷；g.從電力公司接收收取開動負荷的電能費率的裝置；h.第一微計算機執(zhí)行第一計算機程序中的指令，以便從該數(shù)據(jù)庫獲得所述用戶提供的最大費率，將所述最大費率與從電能提供者接收的收費費率比較，并向負荷控制模塊發(fā)送指令，如果并且當(dāng)所接收的費率超過最大費率時將負荷從輸電線斷開。
44.一種提供有關(guān)用戶所在地從外部來源提供的電能應(yīng)用信息的方法，包括步驟a.計量所在地使用的電能以產(chǎn)生電能消耗儀表讀數(shù)；b.每隔一段時間在一個存儲器中存儲該儀表讀數(shù)；c.每隔一段時間測量所在地多個負荷設(shè)備每一個的電力消耗；d.在所述存儲器存儲與每個所述負荷設(shè)備有關(guān)的電力消耗測量結(jié)果；e.在所述存儲器中，識別負荷設(shè)備的信息與每個負荷設(shè)備相關(guān)聯(lián)；和f.提供每個所述負荷設(shè)備和所在地整體按時間函數(shù)消耗的電能的詳細報告。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，進一步包括在所述存儲器中存儲與不同等級的負荷設(shè)備結(jié)合，按時間函數(shù)與每個所述等級的設(shè)備相關(guān)的費率的步驟。
全文摘要
一種電能管理和建筑物自動化系統(tǒng),包括一個局域網(wǎng)或家庭自動化數(shù)據(jù)總線。每個被控制的負荷經(jīng)一個控制模塊連接到總線。第一微計算機最好設(shè)置在用戶所在地外部,與電力功率表相鄰。第二微計算機最好設(shè)置在用戶所在地內(nèi)部。兩臺微計算機相互并與各種負荷控制模塊通信。第一微計算機經(jīng)任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ沛溌放c電力公司通信。部分作為系統(tǒng)輸入/輸出終端的第二微計算機允許用戶設(shè)定參數(shù)并向系統(tǒng)詢問功率使用信息。它顯示用戶請求的報告并顯示電力公司和任何一臺微計算機傳送的消息。第一微計算機作為一個主控制器和/或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與所在地外部的世界通信,并作為主要數(shù)據(jù)收集器和負荷控制模塊的操作器通過第二微計算機提供確定的備用功能。
文檔編號G08C19/00GK1183860SQ96192035
公開日1998年6月3日 申請日期1996年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月5日
發(fā)明者格雷戈里·A·埃勒斯, 羅伯特·D·豪爾頓, 加里·E·斯皮格勒 申請人:德康公司