低压电力电网载波智能控制系统的制作方法

低压电力电网载波智能控制系统的制作方法
【专利说明】低压电力电网载波智能控制系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种智能控制系统，尤其涉及基于低压电力电网复杂工况作业环境的载波工业控制系统。
【背景技术】
[0003]随着技术的发展，在工业生产或应用领域，网络控制越来越多的得到了运用。这些控制系统大多由集中控制器、与控制中心无线连接或通过GPRS连接的控制器、与控制器相连接的用户电表终端这样的三级通信模式，这种工作模式仅用于居民区和商用办公的电能表的抄表和局部的路灯控制，无法适用于工业现场，更不能够用于工业设备的控制和检测。然而，在工业应用领域以及危及人身生命和财产安全的爆炸性危险场所，国标和行业技术标准又规定严禁使用功耗超过300mW的无线315MHz、433MHz、红外频段、2G?4G等通讯方式，因此这种工业环境中，在线的设备之间无法全方位实现联网与控制。
[0004]随着电力线载波通信技术(PLC:Power Line Communicat1n)的发展，电力线载波通信是以电力网作为通信通道进行载波通信的一种有线通信方式。当前，如在防爆电器等应用领域内的用电设备、照明控制、通讯系统、安全防范监控系统、危险场所的环境监测、重点设备的实时控制与监控等，仍采用的是传统的控制方式、仍采用独立运作的不联网协同工作形势、以及人工分断的操作方式，不利于自动化的控制和实现安全高效、节能减排的原则，往往造成大量的人力和物力的浪费。
[0005]

【发明内容】

[0006]本发明的目的是提供一种基于110KV以下低压电网电力载波技术实现的低压电力网智能控制系统。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种低压电力电网载波智能控制系统，它包括:
控制中心站，所述的控制中心站通过110KV电力变压器配电系统与一级低压电网相连接;
主站，所述的主站包括N个，N=2n，n=0、l、2、3、...，其分别通过二级电力线与所述的控制中心站相连接，所述的控制中心站将有效数据耦合到所述二级电力线上并根据预设组网逻辑算法传输到相应的主站；
分站，所述的主站包括1个，1=2-，111=0、1、2、3、...，且M兰N，每个所述的主站与至少一个分站通过三级电力线相连接，每个所述的主站将其有效数据耦合至与其相连接的所述三级电力线并根据预设逻辑传输到相应的分站；
系统终端，所述的系统终端包括L个，L=〗1，1=0、1、2、3、...，且L兰M，每个所述的分站与至少一个系统终端通过四级电力线相连接；所述的控制中心站的有效数据依次通过二级电力线载波传输到相应的主站，经三级电力线载波传输到相应的分站后，再由四级电力线载波传输到相应的系统终端以实现对系统终端的控制。
[0008]优化地，所述的智能控制系统为T型、Y型或树状结构拓扑
优化地，所述的控制中心站物理地址在8位MCU的情况下设定为O?255，多个控制中心站通过一级电力线与一台电网变压器相连接，或多个控制中心站通过一级电力线与多个变压器相连接。
[0009]与每个所述的控制中心站相连接的主站物理地址在8位MCU的情况下设定为0~255，在16位MCU情况下设定为0~512，在32位MCU情况下设定为0~1024，依此类推。
[0010]与每个所述的主站相连接的分站物理地址在8位MCU的情况下设定为0~255，在16位MCU情况下设定为0~512，在32位MCU情况下设定为0~1024，依此类推。
[0011 ] 与每个所述的分站相连接的系统终端物理地址在8位MCU的情况下设定为0~255，在16位MCU情况下设定为0~512，在32位MCU情况下设定为0~1024，依此类推。
[0012]进一步地，所述的控制中心站与主站之间以及主站与主站之间还可采用宽带数据线、光纤光缆通讯、工业数据总线CAN、RS485总线、USB数据总线等方式连接。
[0013]在系统各站点数据的存取、系统维护、设备管理、系统升级和系统维护等辅助于FRID通讯实现。
[0014]通过防爆标准认证的WIFI及无线通讯等产品所构成的混合网络环境下的组网需求。
[0015]所述系统内各个不同功能的站点，采用单频点、多频点和跳频的工作方式。
[0016]系统具有时钟自动校时功能。
[0017]所述的控制中心站为服务器和数据库，所述的主站具有自识别组网算法、数据存取与加密算法、设备初始化管理算法、设备录入与删除算法、GIS地图管理算法、控制命令迂回收转算法、自动时序广播算法、系统校时算法、系统优先级点名算法、故障报警算法、紧急故障处理算法、故障声光提示算法、自动中继算法和路由组织算法等。
[0018]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明智能控制系统充分利用电力线作为物理导体，以电力线为基本元素，构建成为任意形态的树状结构拓扑，形成控制中心站、主站、分站和系统终端四级网络系统，根据载波技术的有限性，设置不同的网络权限，可将不同级别的单元有机的组合在一起，实现网络的最优联网。对于复杂现场环境或不允许无线通信的环境，充分利用了现场的电力线，将各种终端可以有效的联接起来，达到高效、节能和协同工作。
【附图说明】
[0019]附图1为本发明电力网载波智能控制系统中控制中心站与台变连接关系示意图； 附图2为本发明电力网载波智能控制系统四级结构原理框图；
附图3为本发明电力网载波智能控制系统中控制中心站、主站与分站三级拓展示意图；
附图4为本发明电力网载波智能控制系统中一个主站节点与分站及系统终端拓展示意图； 附图5为本发明电力网载波智能控制系统中一个分站节点与多个系统终端连接拓展示意图；
附图6为本发明电力网载波智能控制系统树状连接示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述:
如图1和图2所示，本发明低压电力网载波智能控制系统包括控制中心站、主站、分站、系统终端四级结构，每级之间分别通过电力线进行通信连接。控制中心站与安装在某一现场的台变通过电力线相连接，如图1所示，在此将台变与控制中心站之间的电力线称为一级电力线，台变可以是一台变压器，也可以是多台，控制中心站可以设置一个，也可设置多个(图1所示为多个)，当设置多个控制中心站时，每个控制中心站之间也可通过电力线相连接，当某个控制中心站出现故障时，其他控制中心站可根据预设的自主寻踪路由算法替代故障的控制中心工作。
[0021 ] 如图2和图3所示，每一个控制中心站A通过电力线与N个主站连接，在此将此级电力线称为二级电力线。根据电力载波通信技术，N N=2n，n=0、l、2、.…，即每个控制中心站A可通过二级电力线挂接N个主站，每个主站的物理地址设定为0~2η，η=0、1、2、...(正自然数)，也就是每个对应的主站根据控制中心站A调制耦合到二级电力线上地址为N主站的数据，通过其相应的解调以获取其有效信息。
[0022]每个主站通过电力线相通信连接多个分站，该级电力线在此称为三级电力线。同样根据电力载波通信技术，在每个主站节点，通过三级电力线可挂接M=〗111，m=0、l、2、...(正自然数)，对应一个主站节点下的每个分站的物理地址设定为0~ (正自然数)，每个分站通过从三级电力线上接收有效数据以保持有序工作。
[0023]受控对象一系统终端位于整个系统的第四级，其通过现有的电力线与对应的分站进行通信连接。同样根据电力载波通信技术，在每个分站节点，通过四级电力线同样可连接(正自然数)多个系统终端，即L=〗1，1=0、1、2、...(正自然数)，对应一个分站节点下的每个系统终端的物理地址设定为0~L。如图4所示的为一个分站通过四级电力线对应连接一个系统终端，图5所示的则为一个分站通过四级电力线连接多个系统终端。
[0024]在具体实施时，控制中心站、主站、分站能够挂接 下一级节点的数量取决于其自身的微处理器，当控制中心站、主站和/或分站中的MCU为8位情况下，其下一级节点的物理地址可分配为O?255 ;当该节点为16位MCU，下一节点的物理地址可分配为0~512 ;当该节点为32位MCU情况下，下一节点的物理地址可分配为0~1024，依此类推。本发明所示的附图均为在各个节点MCU为8位情况下的一种图示方式。
[0025]如图6给出本发明电力线载波智能控制系统物理连接的一种树状图，即控制中心A通过二级电力线与多个主站相通信连接，每个主站通过三级电力线与一分站相通信连接，每个分站通过四级电力线与多个系统终端相通信连接。通过此树状系统结构，控制中心可实现对若干个系统终端的远程监控与遥测。
[0026]本发明中，控制中心站与主站之间以及主站与主站之间除了采用电力线连接进行数据传输外，还可采用宽带数据线、光纤光缆通讯、工业数据总线CAN、RS485总线、USB数据总线等方式连接。
[0027]同时，在系统各站点数据的存取、系统维护、设备管理、系统升级和系统维护等可辅助于FRID通讯实现。
[0028]对于通过防爆标准认证的WIFI及无线通讯等产品所构成的混合网络环境也适宜于本系统的组网需求。
[0029]本发明电力载波智能控制系统可以应用于多种领域，如照明系统、防爆电器自动化控制、电气设备之间的交互式通讯、联调联动自组网等。本发明的系统构架硬件有四级网络节点，可辅助于相应的自组网、自适应的路由和中继算法软件实现。系统内隶属的各个不同功能的站点，采用单频点、多频点和跳频的工作方式，避免各类干扰、解决通讯不畅和通讯困难的问题。
[0030]在系统中各个站点和终端，具有与控制中心的时钟自动校时功能。系统内的各种通讯方式的启用，均由各自站点视通讯情况自适应调整。各个站点和终端的故障上报和处理均享有优先级的上报和处置权限。
[0031]本发明可以在一个低压电力网线内构成一个完整的载波控制系统，不再依赖于其它通讯的方式和方法。这个低压电网可以是包含同一个台变，也可以是在一个多台变的低压电力电网中。本发明利用传统的电力网线作为通讯的载体，把电力线作为网络的基本元素，根据载波技术的有限性，设置不同的网络权限，根据不同的网络权限又定义不同逻辑处理能力的控制单元，把这些具有不同逻辑处理能力的单元有机的组织在一起，实现网络的最优联网解决方案。它是以物理的树状结构联网的，并不依赖于并行的组网方式，有别于目前的电力数字化电能表的抄表和路灯的控制方式，减少额外的网络布线和可方便地在原有的低压电力电网中进行升级与改造。本发明的载波通讯系统可以实现窄带低速、窄带高速、宽带低速和宽带高速的应用需求，实现通讯与控制的基本需要。本发明控制系统能够满足行业应用的技术条件，也能满足低压电网载波通讯的行业约定的通讯规约和技术标准。
[0032]本发明的系统设备可以在网络内，控制任何一个注册了的设备和系统终端，也可以随机增加或者删除，通过GIS地理信息系统管理与显示，任意一个设备都具有自动联网、自动中继、自动路由、遇忙绕行的通讯算法，便于系统的管理与可靠的通讯与控制，每一个设备在网络内都被赋予了一定的工作权限和临时的权限代理职能，例如，主站可以是系统终端、分站或者是控制中心，系统中心可以是分站或者是主站等。
[0033]因此，在工业应用领域以及危及人生生命和财产安全的爆炸性危险场所，或者国标和行业技术标准又规定严禁使用超过300mW的无线315MHz、433MHz、红外频段、2G?4G等通讯方式，因此这种工业环境中，在线的设备之间无法全方位实现联网与控制。采用本发明四级物理组网架构，形成工业现场防爆环境的低压电力线网电力载波控制系统，作为爆炸性危险场所的经济安全的通讯和控制方式，又保证完全满足国标和行业标准的技术要求。
[0034]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:它包括， 控制中心站，所述的控制中心站通过IlOKV电力变压器配电系统与一级低压电网相连接; 主站，所述的主站包括N个，N=2n，n=0、l、2、3、...，其分别通过二级电力线与所述的控制中心站相连接，所述的控制中心站将有效数据耦合到所述二级电力线上并根据预设组网逻辑算法传输至相应的主站； 分站，所述的主站包括1个，1=2-，111=0、1、2、3、...，且M兰N，每个所述的主站与至少一个分站通过三级电力线相连接，每个所述的主站将其有效数据耦合至与其相连接的所述三级电力线并根据预设逻辑传输至相应的分站； 系统终端，所述的系统终端包括L个，L=〗1，1=0、1、2、3、...，且L兰M，每个所述的分站与至少一个系统终端通过四级电力线相连接；所述的控制中心站的有效数据依次通过二级电力线载波传输至相应主站，经三级电力线载波传输至相应分站后，再由四级电力线载波传输至相应系统终端以实现对系统终端的控制。2.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:所述的智能控制系统为110KV电力变压器配电系统低压电网所组成的T型、Y型或树状结构拓扑。3.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:所述的控制中心站物理地址在8位MCU的情况下设定为O?255，在16位MCU情况下设定为0~512，在32位MCU情况下设定为0~1024，依此类推；多个控制中心站通过一级电力线与一台电网变压器相连接，或多个控制中心站通过一级电力线与多个变压器相连接。4.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:与每个所述的主站相连接的分站物理地址在8位MCU的情况下设定为0~255，在16位MCU情况下设定为0~512，在32位MCU情况下设定为0~1024，依此类推。5.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:与每个所述的分站相连接的系统终端物理地址在8位MCU的情况下设定为0~255，在16位MCU情况下设定为0~512，在32位MCU情况下设定为0~1024，依此类推。6.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:所述的控制中心站与主站之间以及主站与主站之间还可采用宽带数据线、光纤光缆通讯、工业数据总线CAN、RS485总线、USB数据总线等方式连接。7.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:在系统各站点数据的存取、系统维护、设备管理、系统升级和系统维护等辅助于FRID通讯实现。8.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:通过防爆标准认证的WIFI及无线通讯等产品所构成的混合网络环境下的组网需求。9.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:所述系统内各个不同功能的站点，采用单频点、多频点和跳频的工作方式。10.根据权利要求1所述的低压电力电网载波智能控制系统，其特征在于:系统具有时钟自动校时功能。
【专利摘要】本发明涉及一种低压电力电网载波智能控制系统，它包括控制中心站、主站、分站、系统终端，所述的控制中心站、主站、分站、系统终端分别通过电力线相连接，且所述控制中心站、主站、分站、系统终端分别按照电力载波通信技术每一级节点可连接N=2n（n=0、1、2...)个下一级节点，从而形成四级网络系统，通过设置不同的网络权限，将不同级别的单元有机的组织在一起，实现网络的T型、Y型和树状结构的最优联网拓扑。对于复杂现场环境或不允许使用无线通信的环境，充分利用了现场的电力线，将各种终端可以有效的联接起来，达到高效、节能和协同工作。
【IPC分类】H02J13/00, H02J3/00
【公开号】CN104882882
【申请号】CN201510304482
【发明人】李姝江
【申请人】新黎明科技股份有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月4日