CN112737113A - 一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，属于电力设备领域。包括：a.将一个主设备、若干个从设备并联，用一个电源为从设备供电，使所述从设备与主设备形成现场一主多从互连通讯网络结构；b.获取电源电流输出参数、传输线缆阻抗参数和从设备不同工作状态下电气参数；c.计算一个电源能负载的从设备数量；d.若干从设备根据网络地址确定不同时刻的工作状态，计算电源能负载的从设备最大数量，使电源负载的从设备的数量不超过从设备最大数量。本发明提高了电源负载从设备的数量，减少了网络中电源的配置数量，降低了系统的总体造价成本，提高了系统电源工作的稳定性和可靠性。

Description

一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法

技术领域

本发明属于电力设备领域，涉及一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法。

背景技术

随着矿山物联网技术的发展，在煤矿企业中，现场网络应用于矿井安全监测系统、远程智能控制等智能化、信息化通讯的情况越来越普遍。在现有的现场网络中，其结构多是一主多从互连通讯网络结构，从设备需要布置若干电源供电，虽然现有技术中对相关的网络供电稳定性、可靠性研究比较多，但目前缺乏针对一主多从互连通讯网络降低网络电流消耗、减少电源配置的、提高网络供电稳定性、可靠性的技术方法，也没有相关的方法来指导工矿企业进行现场网络从设备所需电源配置数量的施工方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，该方法包括以下步骤：

S1：将一个主设备和若干个从设备并联，并用一个电源为从设备供电，使从设备与主设备形成现场一主多从互连通讯网络结构；

S2：获取电源输出参数、传输线缆阻抗参数和从设备不同工作状态下电气参数；

S3：计算一个电源能负载的从设备数量N_Normal；

S4：若干从设备根据网络地址确定不同时刻的工作状态，计算电源能负载的从设备最大数量N_max，使电源负载的从设备的数量不超过从设备最大数量N_max。

可选的，所述S2中，电源输出参数为电源输出电压U_O和输出电流I_O；

传输线缆阻抗参数为传输线缆从电源至从设备的单芯导线的阻抗为R₁，则供电正负两芯导线的阻抗和为R₂＝2×R₁；

从设备不同工作状态下电气参数为：从设备最小输入电压U₁及进行测量和开关时最大工作电流I_max，以及保留通讯功能和其他必要功能时的工作电流I_Normal，且I_Normal＜I_max。

可选的，所述S3中，电源负载的从设备处于测量和开关最大工作电流I_max状态时，电源能负载的从设备数量N_Normal的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则I_O＝N_Normal×I_max；

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则U_O-U₁＝N_Normal×I_max×R₂。

可选的，所述S4中，电源负载最大数量N_max个从设备，网络地址为D₁、D₂、D₃…D_m连续的自然数，设置计时器，时间T从0开始累计，单位为秒，网络电流功耗影响因子μ，μ取值为不为0的自然数；

从设备进行测量和开关消耗最大电流I_max的时刻的计算方法为：

T＝D_m modμ，当T＝μ时，T＝0；

其余时刻从设备消耗工作电流为I_Normal。

可选的，所述网络电流功耗影响因子满足：

若μ≥N_max，则任意时刻至多有一个从设备处于最大电流I_max状态，其余N_max-1个从设备处于工作电流I_Normal状态，则一个电源能负载的从设备最大数量N_max的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则I_O＝(N_max-1)×I_Normal+I_max；

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则U_O-U₁＝((N_max-1)×I_Normal+I_max)×R₂。

若μ＜N_max，则任意时刻至多有a个从设备处于最大电流I_max状态，其余N_max-a个从设备处于工作电流I_Normal状态；

a的计算方法为：

其中，

为向上取整；

则一个电源能负载的从设备最大数量N_max的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则

可选的，所述网络电流功耗影响因子μ为1时，N_max与N_Normal相等。

本发明的有益效果在于：本发明针对由一个主设备、若干个从设备以及电源、线缆构成的一主多从互连通讯网络结构的现场网络，引入网络电流功耗影响因子，使通讯网络中若干个从设备规律性的工作，能够有效降低通讯网络中若干个从设备的平均功耗，从而提高了电源负载从设备的数量，减少了网络中电源的配置数量，降低了系统的总体造价成本，减少因负载从设备数量多、功耗大造成的供电故障，提高了现场网络工作的稳定性和可靠性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的原理流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的原理流程示意图。

如图1、2所示，本实施例的方法包括：

S1：将一个主设备、若干个从设备并联，用一个电源为从设备供电，使所述从设备与主设备形成现场一主多从互连通讯网络结构；

S2：获取电源输出参数、传输线缆阻抗参数和从设备不同工作状态下电气参数；

S3：计算一个电源能负载的从设备数量N_Normal；

S4：若干从设备根据网络地址确定不同时刻的工作状态，计算电源能负载的从设备最大数量N_max，使电源负载的从设备的数量不超过从设备最大数量N_max。

本实施例中，S2中，电源输出参数为电源输出电压U_O和输出电流I_O；传输线缆阻抗参数为传输线缆从电源至从设备的单芯导线的阻抗为R₁，则供电正负两芯导线的阻抗和为R₂＝2×R₁；从设备不同工作状态下电气参数为从设备最小输入电压U₁及进行测量、开关等动作时最大工作电流I_max和仅保留通讯功能和其他必要功能时的工作电流I_Normal，且I_Normal＜I_max。

本实施例中，步骤c所述一个电源负载的从设备均可能处于测量、开关等最大工作电流I_max状态时，一个电源能负载的从设备数量N_Normal的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则I_O＝N_Normal×I_max (1)

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则U_O-U₁＝N_Normal×I_max×R₂ (2)

本实施例中，S4中，电源负载了最大数量N_max个从设备，网络地址为D₁、D₂、D₃…D_m等连续的自然数，设置计时器，从0开始累计时间T,单位为秒，网络电流功耗影响因子μ，μ取值为1、2、3…等不为0的自然数。从设备进行测量、开关等动作消耗最大电流I_max的时刻的计算方法为：

T＝D_m modμ，当T＝μ时，T＝0；

其余时刻从设备消耗工作电流为I_Normal。

本实施例中，若μ≥N_max，则任意时刻至多有一个从设备处于最大电流I_max状态，其余N_max-1个从设备处于工作电流I_Normal状态。则一个电源能负载的从设备最大数量N_max的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则I_O＝(N_max-1)×I_Normal+I_max (3)

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则U_O-U₁＝((N_max-1)×I_Normal+I_max)×R₂ (4)

若μ＜N_max，则任意时刻至多有a个从设备处于最大电流I_max状态，其余N_max-a个从设备处于工作电流I_Normal状态。a的计算方法为

则一个电源能负载的从设备最大数量N_max的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则

本实施例中，网络电流功耗影响因子μ为1时，N_max与N_Normal相等。

在本实施例中，将一个主设备、若干个从设备以及电源、线缆构成的一主多从互连通讯网络结构的现场总线。其中，电源输出参数为电源输出电压U_O和输出电流I_O，传输线缆供电正负两芯导线的阻抗和为R₂，从设备正常工作所需最小输入电压U₁，最大工作电流I_max和必要功能时的工作电流I_Normal，一个电源能负载的从设备数量N_Normal，网络电流功耗影响因子μ，电源和若干从设备保持可靠稳定工作时负载从设备的最大数量为N_max。

如图1所示，在一主多从互连通讯网络结构的现场总线网络结构中，至少有2个及以上的从设备分布，在电源、线缆、从设备等相关电气参数已确定的情况下，调整网络电流功耗影响因子μ的大小，根据不同条件下选择公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)和公式(6)计算出电源所能负载的从设备最大数量N_max。

下面用两个具体数值的实施例进行详细说明：

实施例一：

将一个矿用分站、若干个传感器以及本安电源、四芯通信电缆构成基于RS485总线的一主多从网络，其中，矿用分站为通讯主设备，本安电源输出电压为24V、输出电流为470mA_O四芯通信电缆1km单芯阻抗为12.6Ω，矿用分站到传感器间距离为1.5km。传感器最低输入电压为9V，必要功能工作时电流为50mA的，测量模块工作时传感器最大工作电流为90mA，网络电流功耗影响因子μ＝1。

本实施例中，供电正负两芯导线的阻抗和为R₂＝37.8Ω，U_O＝24V，U₁＝9V，I_O＝0.47A，满足U_O＜I_O×R₂+U₁，网络电流功耗影响因子μ＝1，N_max＝N_Normal。因此，利用式(2)计算从设备的最大数量为N_max：

U_O-U₁＝N_Normal×I_max×R₂，代入数值为24-9＝N_Normal×0.09×37.8，即N_Normal＝4

因此，利用式(2)计算从设备的最大数量为N_max为4。

实施例二：

将一个矿用分站、若干个传感器以及本安电源、四芯通信电缆构成基于RS485总线的一主多从网络，其中，矿用分站为通讯主设备，本安电源输出电压为24V、输出电流为470mA_O四芯通信电缆1km单芯阻抗为12.6Ω，矿用分站到传感器间距离为1.5km。传感器最低输入电压为9V，必要功能工作时电流为50mA的，测量模块工作时传感器最大工作电流为90mA，网络电流功耗影响因子μ＝1。

本实施例中，供电正负两芯导线的阻抗和为R₂＝37.8Ω，U_O＝24V，U₁＝9V，I_O＝0.47A，满足U_O＜I_O×R₂+U₁，因此，利用式(2)计算电源能负载的从设备数量N_Normal：

U_O-U₁＝N_Normal×I_max×R₂，代入数值为24-9＝N_Normal×0.09×37.8，即N_Normal＝4

网络电流功耗影响因子μ＝3，从设备根据自身总线地址规律性的执行测量模块工作任务。因此，利用式(6)计算从设备的最大数量为N_max：

代入数值为

即N_max＝6

由实施例二可知，采用本发明引入网络电流功耗影响因子显著提高了电源负载从设备的数量。

本发明针对由一个主设备、若干个从设备以及电源、线缆构成的一主多从互连通讯网络结构的现场总线，引入网络电流功耗影响因子，使通讯网络中若干个从设备规律性的工作，能够有效降低通讯网络中若干个从设备的平均功耗，从而提高了电源负载从设备的数量，减少了网络中电源的配置数量，降低了系统的总体造价成本，减少因负载从设备数量多、功耗大造成的供电故障，提高了现场总线网络工作的稳定性和可靠性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：将一个主设备和若干个从设备并联，并用一个电源为从设备供电，使从设备与主设备形成现场一主多从互连通讯网络结构；

S2：获取电源输出参数、传输线缆阻抗参数和从设备不同工作状态下电气参数；

S3：计算一个电源能负载的从设备数量N_Normal；

S4：若干从设备根据网络地址确定不同时刻的工作状态，计算电源能负载的从设备最大数量N_max，使电源负载的从设备的数量不超过从设备最大数量N_max。

2.根据权利要求1所述的一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，其特征在于：所述S2中，电源输出参数为电源输出电压U_O和输出电流I_O；

传输线缆阻抗参数为传输线缆从电源至从设备的单芯导线的阻抗为R₁，则供电正负两芯导线的阻抗和为R₂＝2×R₁；

从设备不同工作状态下电气参数为：从设备最小输入电压U₁及进行测量和开关时最大工作电流I_max，以及保留通讯功能和其他必要功能时的工作电流I_Normal，且I_Normal＜I_max。

3.根据权利要求1所述的一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，其特征在于：所述S3中，电源负载的从设备处于测量和开关最大工作电流I_max状态时，电源能负载的从设备数量N_Normal的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则I_O＝N_Normal×I_max；

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则U_O-U₁＝N_Normal×I_max×R₂。

4.根据权利要求1所述的一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，其特征在于：所述S4中，电源负载最大数量N_max个从设备，网络地址为D₁、D₂、D₃…D_m连续的自然数，设置计时器，时间T从0开始累计，单位为秒，网络电流功耗影响因子μ，μ取值为不为0的自然数；

从设备进行测量和开关消耗最大电流I_max的时刻的计算方法为：

T＝D_mmodμ，当T＝μ时，T＝0；

其余时刻从设备消耗工作电流为I_Normal。

5.根据权利要求4所述的一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，其特征在于：所述网络电流功耗影响因子满足：

若μ≥N_max，则任意时刻至多有一个从设备处于最大电流I_max状态，其余N_max-1个从设备处于工作电流I_Normal状态，则一个电源能负载的从设备最大数量N_max的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则I_O＝(N_max-1)×I_Normal+I_max；

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则U_O-U₁＝((N_max-1)×I_Normal+I_max)×R₂。

若μ＜N_max，则任意时刻至多有a个从设备处于最大电流I_max状态，其余N_max-a个从设备处于工作电流I_Normal状态；

a的计算方法为：

其中，

为向上取整；

则一个电源能负载的从设备最大数量N_max的计算方法为：

若U_O≥I_O×R₂+U₁，则

若U_O＜I_O×R₂+U₁，则

6.根据权利要求4所述的一种基于网络地址的提高电源负载从设备数量的方法，其特征在于：所述网络电流功耗影响因子μ为1时，N_max与N_Normal相等。

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