CN100388590C - 一种远程遥控高压开关的控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明远程遥控高压开关的控制方法及其系统，特别是一种对户外高压开关进行分合操作及状态数据的实时监控。它包含有控制终端和由执行终端操纵的带接收装置的高压开关，其特征是：所述的控制终端(1)和服务器(2)之间的信号以及服务器(2)和执行终端(3)之间的信号通过通讯网络传输，所述的通讯网络为公共通讯网络，执行终端上连接有对开关实时控制的开关控制器，开关控制器与高压开关相连。该系统工作安全可靠、共享公共通讯资源，能有效降低投资成本。采用需要时进入工作状态，平时则处于休眠状态的运行模式，进一步降低功耗，进而大大降低了系统运行成本。操作方便、性能稳定可靠。

Description

一种远程遥控高压开关的控制系统及其方法

【技术领域】

本发明涉及一种电力设备的控制系统及其方法，特别是一种对户外高压开关进行控制的系统。它可对户外高压开关进行分合操作及状态数据的监控。

【背景技术】

电力领域目前操作户外远程设备，特别是遥控操作10KV以上的高压开关，主要有以下几种办法，1)采用电缆或光缆的有线传输方式传输控制信号，以实现高压开关的分合操作，但此种方式存在投资大、维护工作量大的缺陷；2)通过自设电台无线传输控制信号，但对其它用途的无线电波干扰大，开支高，且浪费频率资源，维护工作量大；3)采用红外遥控方式传输控制信号，这种方式受红外线发射功率及控制距离的限制，只在200米左右的范围内有效。如申请号00127930.3名称为“配电终端现场维护通讯系统”的发明申请便公开了一种采用红外线的无线通讯方式，实现配电终端与计算机之间的通讯信号传递，就存在控制距离的受限问题。因此，现有的远程遥控高压开关的技术方案存在需单独设立信号传输线路和/或投资大、日常维护量大、浪费资源、遥控距离短等缺陷。

【发明内容】

本发明是要克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种能对远程高压开关进行有效操作，且能对被操作对象的工作状态、相关数据进行实时监控的控制系统。该系统工作安全可靠、共享公共通讯资源，利用已有的工作稳定成熟的移动通讯网络和/或英特网传输控制信号，能有效降低投资成本。本发明所述的系统可以采用需要时进入工作状态，平时则处于休眠状态的运行模式，进一步降低功耗，进而大大降低了系统运行成本。本系统还具备操作方便、节约了通讯系统的维修开支，还可增加实时监控、采集数据的功能。

本发明一种远程遥控高压开关的控制系统，它包含有控制终端和由执行终端操纵的带接收装置的高压开关，其特征是：所述的控制终端和服务器之间的信号以及服务器和执行终端之间的信号通过通讯网络传输，所述的通讯网络为公共通讯网络，执行终端上连接有带信号接收装置的高压开关。其工作过程为：控制终端发送控制命令和/或查询请求至服务器，服务器发送查询结果至控制终端，控制终端和服务器之间的信号通过通讯网络传输；服务器发送控制信息至执行终端，执行终端发送请求和/或反馈数据到服务器，服务器和执行终端之间信号通过通讯网络传输。

本发明的进一步优化，实现对多机群控，其特征是：控制终端与服务器之间设有地址转换器，控制终端和地址转换器以及地址转换器和服务器通过通讯网络传输信号，所述的执行终端有两个以上，它们分别与地址转换器通过通讯网络传输信号。

一种远程遥控高压开关的控制方法，其工作步骤如下：

第一步、确认传输信号的公共通讯网络工作正常；

第二步、在控制终端通过地址转换器将控制命令发送到服务器，同时在控制终端以短信的方式激活执行终端，执行终端则自动向服务器请求控制命令；

第三步、执行终端通过地址转换器和服务器建立连接，并发送请求，经过验证后服务器发送控制命令至执行终端；

第四步、执行终端完成控制命令后向服务器返回结果，同时服务器立即通过地址转换器向控制终端传输命令执行结果；

第五步、服务器将相关操作和操作后的结果写入数据库中；

第六步、执行终端自动进入休眠方式；

第七步、控制终端可随时检测执行终端的现有状态及电压、电流、功率因数等有关数据。

采用上述工作方式，降低功耗，进而降低运行成本。

服务器可以是普通PC计算机，它拥有公网静态IP地址，并连接英特网，服务器上预装有VB或其它编程语言，以及数据库软件，如Access和SQL Server，其数据库采用Access以及SQL Server。

服务器与执行终端连接方式为：服务器发送控制信息至执行终端，执行终端反馈数据或发送请求至服务器。

服务器具有以下功能：1)通过地址转换器监听和接收控制终端发送的控制命令，并写入数据库中。2)通过地址转换器监听、接收控制终端的请求，并将请求命令通过地址转换器发送给执行终端。3)通过地址转换器监听、接收执行终端反馈的操作结果、信息，并写入数据库。4)以web浏览器方式提供对服务器数据库中数据的访问。

本发明所说的执行终端设有单片机、程序存储器、数据存储器、通讯模块、A/D转换模块、通讯口和开关控制器，按公知技术装配。开关控制器对高压开关实时控制，并具有对高压开关的状态查询功能，开关控制器是位于高压开关和CPU模块之间的部件，其上有分合信号的输入口、执行后高压开关分、合的结果(状态)信号输出口、还包括牵动高压开关开、合的传动结构。当控制终端的单片机发出对高压开关的合信号、分信号，经网络、通信信道传输至开关控制器，当开关控制器的输入口接收到合信号，则由开关控制器控制高压开关的合闸动作，然后开关控制器又将合闸后的开关状态(包括电压、电流值及功率因数等)经由状态信号输出口送回执终端的CPU模块进行处理发回到网络通信链路传回到控制终端；同理，当接收到分信号，开关控制器控制高压开关的实施分闸动作，然后开关控制器又将分闸后的开关状态经由状态信号输出口送回CPU模块进行处理发回到网络通信链路传回到控制终端，开关控制器对高压开关的分、合的传动结构可采用如电磁继电器、或复位弹簧等机械传动方式实现。

执行终端的单片机采用89C52或者其它常用MCU芯片，如PIC系列，MSP430等。

GPRS通讯模块采用支持GPRS/GSM的通讯模块，如SIM的ITM100。

通讯口RS-232/RS-485用于实现外围数据与单片机通讯，数据如数字化的电压、电流值及功率因数等。

A/D转换用来实现模拟量往数据量的转换，模拟量包括电压、电流及功率因数等。

执行终端的运行流程如下：平时执行终端处于休眠状态，收到来自控制终端的指令信号或执行终端发生变化时，先使GPRS初始化，启动执行终端单片机程序，运行初始化程序，开通TCP的ID号、运行控制程序后，执行终端又自动进入休眠。当外围信号进入，关闭串口中断，唤醒GPRS模块、单片机，进行用户验证，如有效，通过GPRS模块连接执行终端与地址转换器、执行终端接收服务器命令，分/合开关或采集所需数据(包括电压、电流及功率因数)，执行终端再返回结果至服务器，然后断开网络、进入休眠。如无效，执行终端则拒绝执行并立即把拒动信息返回到服务器，然后进入休眠。

本发明的控制终端有一CPU，其接有显示出各执行终端状态的LCD/LED显示装置，GPRS通讯模块、程序存储器、读写存储器RAM、扩展键盘、扩展接口、按公知技术装配，并带有查询、命令发送按钮。

其中GPRS模块采用与执行终端相同的模块，LCD/LED以图形形式显示装置用来显示各个执行终端的状态，如开关状态，电压、电流、功率因素等有关数据。

扩展键盘用于人机交互，包括终端选择，命令输入等。

扩展接口用于无线控制端与其它设备如计算机的通讯，以及其它功能扩展用。

查询按钮，用于查询即时开关状态及有关数据；命令发送按钮，用于发送控制命令。

CPU的职责为：控制GPRS模块，通过AT命令实现；接收执行终端存放在服务器上的数据，经过处理，在LCD上显示；接收用户键盘的操作，以及对按钮操作的响应。

本发明中所用的地址转换器的是中国移动的现有的GPRS网络与英特网的地址转换网关。

通讯网络是移动通讯网、英特网。控制终端对执行终端的唤醒信号通过GSM(短信)，执行终端与地址转换器之间的信号传输通过移动通讯网，地址转换器与服务器之间的信号传输通过英特网，控制终端为计算机时，控制终端与地址转换器之间信号传输通过英特网，当控制终端为手机时，控制终端与地址转换器之间信号传输通过移动通讯网。

进一步优化，在服务器端开通浏览器web服务。方便授权用户以通过英特网可直接访问服务器的数据库来获得数据。

本发明的工作过程是：当控制终端想知道执行终端上高压开关目前的状态，以及控制终端外围所需要采集的数据，控制终端通过地址转换器与服务器建立连接，计算机就把数据库里面最近更新的数据反馈给控制终端(包括把执行终端的开关状态以简单图形显示)，当然控制终端也可以发送命令，让执行终端反馈回即时信息。此时控制终端如果觉得现在执行终端的工作状态比较理想，于是它就关闭与服务器的联系。如果控制终端觉得此刻某个执行终端开关应该有所变化了，它就主动发短消息给执行终端的同时，也把控制命令发往服务器。

执行终端平时处于休眠状态，接收到由控制终端发送给它的短消息后，它就发起GPRS连接，并与服务器建立TCP(传输控制协议)连接，服务器把控制命令发给这个执行终端。

接着，执行终端响应控制命令，做出相应的动作，并把动作执行后的信息反馈给服务器。

服务器根据反馈的信息做出判断，如果动作不正常，就把警告信息发送给控制终端。如果正常，也就发信息给控制终端。

本发明的效果：1)共享公共通讯资源，可节约大量建网投资。电力部门不需要对通讯网络维护，只要支付少量的使用费用即可。2)操作方便，用户不仅可以通过控制终端借用无线通信网络实现对执行终端(远程高压开关)的控制，还能通过对网络服务器的访问获得现在所有执行终端(远程高压开关)的运行情况。3)性能稳定、可靠，采用GPRS移动通讯传输数据延时短，速度快，不存在丢包现象，同时可以传输各种类型的数据。4)实现低功耗，平时的CPU是处于休眠(IDLE)模式，需要工作时才进行唤醒，工作完毕又进入休眠模式，这样不仅可以降低整体功耗，还能延长芯片生命周期；在公网服务器上建立数据库，保留各种终端的信息，平时用户只要查询数据库，就可以知道当前各个执行终端的工作情况，从而不必每次唤醒执行终端。5)本发明适用各种高压开关。

下面将通过实施例并对照附图，对本发明作进一步的叙述。

【附图说明】

图1是本发明高压远程遥控开关单机控制模式示意图，

图2是本发明高压远程遥控开关群机控制模式示意图

图3是本发明的执行终端的框图，

图4是本发明的控制终端的框图，

图5是本发明的执行终端的流程图，

图6是本发明的执行终端与开关控制器的接口框图，

图7是本发明看门狗电路图。

图中的标号说明：1-控制终端；2-服务器；3-执行终端；4-地址转换器。

【具体实施方式】

实施例1、本实施例的一种高压远程遥控开关控制系统，其结构可从图2中看到，它包含有控制终端1、地址转换器4、服务器2、和多个执行终端3，控制终端1为计算机，它与地址转换器4之间的联系通过英特网络实现。控制终端1与执行终端4的联系是：通过控制终端向执行终端发短信激活执行终端，执行终端与GPRS网络连接，然后由服务器把控制命令传输给执行终端执行。执行终端的单片机与高压开关之间通过开关控制器相连(见图6)，开关控制器是位于高压开关和执行终端的CPU模块之间的部件，其上有分合信号的输入口、执行后高压开关分、合的结果(状态)信号输出口、还包括牵动高压开关开、合的传动结构。开关控制器可与执行终端、高压开关为一体结构。当控制终端的单片机发出对高压开关的合信号、分信号，经网络、通信信道传输至执行终端，执行终端的单片机对高压开关的状态进行检测，然后发出分(或合)信号给开关控制器，开关控制器直接操作高压开关的分或合。

执行终端3的框图如图3所示，它包括单片机、存储器、通讯模块、A/D转换模块、通讯接口等模块，以上模块按公知技术装配。单片机上接有对开关实时控制的开关控制器。

单片机采用89C52或者其它常用MCU芯片，如PIC系列，MSP430等。GPRS通讯模块采用支持GPRS/GSM的通讯模块，如SIM的ITM100。

开关量实现对外围开关的状态查询以及实时控制。

RS-232/RS-485接口用于实现数据与CPU通讯，如数字化的电压、电流、功率因素等数据。

A/D转换用来实现模拟量向数据量的转换，模拟量包括电压、电流、功率因素等。

执行终端的运行流程如图5所示，平时执行终端处于休眠状态，收到来自控制终端1的指令信号或执行终端发生变化时，先使GPRS初始化，启动执行终端单片机程序，运行初始化程序，开通TCP的ID号、运行控制程序后，执行终端又自动进入休眠。当外围信号进入，关闭串口中断，唤醒GPRS模块、单片机，进行用户验证，如有效，通过GPRS模块连接执行终端与地址转换器、执行终端接收服务器命令，分合高压开关或采集所需数据，执行终端再返回结果至服务器，然后断开网络、进入休眠。如无效，执行终端则拒绝执行并立即把拒动信息返回到服务器，然后进入休眠。

执行终端中的单片机对GPRS模块的控制(通过AT命令)，向GPRS模块发送数据信息(包括开关的状态量，采集的外围数据)，接收由GPRS模块发送过来的数据，并进行实时响应。实时响应包括：根据用户要求对高压开关进行分、合控制，采集外围电路的数据(如，电压、电流值、功率因素以及开关状态量等)，执行完毕，单片机进入休眠状态。

本实施例的服务器采用普通的计算机，拥有静态IP地址，与英特网相连。服务器上预装有VB或其它编程环境，以及数据库软件，如Access和SQL Server

服务器将在指定的端口进行监听。监听到发往该端口的信息后，程序首先对信息进行分析判断(是否是合法的信息)，服务器端监听到终端的请求后，将回应终端请求(发给终端指定的信息)。程序将记录所有控制终端的命令以及终端反馈的信息，所有数据均存放在数据库中。用户可以通过对数据库的浏览，得到数据。

本实施例的控制终端1的框图如图4所示，它带有显示出各执行终端状态的LCD/LED显示装置，GPRS通讯模块、程序存储器、读写存储器RAM、扩展键盘、扩展接口，并带有查询和命令发送按钮。

其中GPRS模块采用与执行终端相同的模块，LCD/LED显示装置以图形形式来显示各个执行终端的状态，如开关状态，相关参数；扩展键盘用于人、机交互，包括执行终端选择，命令输入等；扩展接口用于无线控制端与其它设备的通讯，如pc机，以及其它功能扩展用；查询按钮，用于查询即时开关状态、有关参数等；命令发送按钮，用于发送控制命令。CPU控制GPRS模块，通过AT命令实现；控制终端接收存放在服务器上的数据，经过处理，在LCD上显示；接收用户键盘的操作，以及对按钮操作的响应。

服务器2对于各执行终端的区分，本实施例采用方案是对每个执行终端3开通不同的TCP端口来实现。

为防止执行终端由于一些故障，会使其进入死循环状态，故引入看门狗电路。

它的作用是强迫单片机进入复位状态，使之从硬件或软件故障中解脱出来。即当单片机的程序进入错误状态后，在一个指定的时间内，用户程序没有再次给出喂狗信号，将产生一个系统复位。

单片机通过一个I/O口不定期给看门狗芯片发送信号，如果超过一定时间，看门狗芯片得不到这个喂狗信号，它将从一个端口输出一个高电平信号，如果把这个端口同单片机的Reset端相连，就可以实现系统复位。电路如图7所示。

鉴于高压线的电磁干扰较严重，执行终端跟高压开关的联络用隔离手段来实现，即在模拟输入端，采用光耦隔离器，同时，为了获得稳定强抗干扰的电源，选用DC/DC电源模块。

实施例2，本实施例与实施例1所不同之处在于服务器对于执行终端的区分，采用为每一个执行终端开通不同的TCP端口通讯的同时，为每一个执行终端分配不同的ID号，并在中央服务器数据库中建立ID表，并能对ID及时更新，发送数据的时候同时发送这个ID号来实现。

每个执行终端与服务器连接时，采用不同的端口，在服务器保留端口分配表，从特定端口获得的信息中提取出ID号，这样就可以对执行终端的身份进行两次验证，实现准确定位执行终端。

本实施例在整个控制过程中仅有控制终端唤醒执行终端时采用短信激活，而其它数据或命令的传送为采用GPRS或英特网方式，主要基于下列因素：短信存在不确定的延时，用户无法进行干预，短信在某些情况下可能存在丢包现象，短信只能传送少量信息，且传送信息格式单一，采用本发明的通讯方式，既能传送大量信息，还能保证数据准确性。

实施例3、本实施例见图1，为单机控制模式，有一执行终端，执行终端和服务器的结构与实施例1相同，本实施例的控制终端1采用专用手机，即将控制终端的各组成模块置入一专用手机内，手机发短信经服务器2激活执行终端，执行终端3验证后与英特网联网，专用手机也通过GPRS上英特网，专用手机将所要执行的命令发向执行终端，执行终端执行命令后，将执行结果同时送到服务器及专用手机，然后断开英特网，自动进入休眠状态。

Claims (8)

1.一种远程遥控高压开关的控制系统，它包含有控制终端和由执行终端操纵的带接收装置的高压开关，其特征是：所述的控制终端(1)和服务器(2)之间的信号以及服务器(2)和执行终端(3)之间的信号通过通讯网络传输，所述的通讯网络为公共通讯网络，执行终端上连接有带信号接收装置的高压开关，控制终端(1)与服务器(2)之间设有地址转换器(4)，控制终端和地址转换器以及地址转换器和服务器通过通讯网络传输信号，所述的执行终端(3)有两个以上，它们分别与地址转换器通过通讯网络传输信号，控制终端(1)为计算机或专用手机，其带有显示出各执行终端状态的LCD/LED显示装置、GPRS通讯模块、程序存储器、读写存储器RAM、扩展键盘、扩展接口，并带有查询和命令发送按钮。

2.根据权利要求1所述的一种远程遥控高压开关的控制系统，其特征是：所说的执行终端(3)包括单片机、程序存储器、数据存储器、通讯模块、A/D转换模块、对开关数据采集的通讯口、及对开关实时控制的开关控制器。

3.根据权利要求1所述的一种远程遥控高压开关的控制系统，其特征是：所说的带接收装置的高压开关是带有开关控制器的高压开关，所述的开关控制器是位于高压开关和执行终端(3)的CPU模块之间的部件，其上有开关的分合信号的输入口、执行后高压开关分、合的结果状态信号输出口、还包括牵动高压开关开、合的传动结构，开关控制器和执行终端连为一体。

4.根据权利要求1所述的一种远程遥控高压开关的控制系统，其特征是：所说的服务器(2)是计算机，它带有公网静态IP地址，装有VB语言或其它编程语言及数据库软件，服务器端接有web浏览器。

5.根据权利要求1所述的一种远程遥控高压开关的控制系统，其特征是：所说的执行终端的单片机的I/O口有实现系统复位的看门狗电路。

6.根据权利要求1所述的远程遥控高压开关的控制系统，其特征是：所说的公共通讯网络是移动通讯网、英特网，控制终端(1)对执行终端(3)的唤醒信号通过GSM短信，执行终端(3)与地址转换器(4)之间的信号传输通过移动通讯网，地址转换器与服务器(2)之间的信号传输通过英特网，控制终端为计算机时，控制终端与地址转换器之间信号传输通过英特网，当控制终端为手机时，控制终端与地址转换器之间信号传输通过移动通讯网。

7.一种远程遥控高压开关的控制方法，其工作步骤如下：

第一步、确认传输信号的公共通讯网络工作正常；

第二步、在控制终端通过地址转换器将控制命令发送到服务器，同时在控制终端以短信的方式激活执行终端，执行终端则自动向服务器请求控制命令；

第三步、执行终端通过地址转换器和服务器建立连接，并发送请求，经过验证后服务器发送控制命令至执行终端；

第四步、执行终端完成控制命令后向服务器返回结果，同时服务器立即通过地址转换器向控制终端传输命令执行结果；

第五步、服务器将相关操作和操作后的结果写入数据库中；

第六步、执行终端自动进入休眠方式；

第七步、控制终端可随时检测执行终端的现有状态及电压、电流、功率因数的数据。

8.根据权利要求7所述的一种远程遥控高压开关的控制方法，其特征是：服务器对于各执行终端的区分，采用为每一个执行终端开通不同的TCP端口通讯的同时，为每一个执行终端分配不同的ID号，对执行终端的身份进行两次验证，实现准确定位执行终端。

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