CN100401329C - 一种利用电力线通信方式控制电气／器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，交流电源通过电力线连接到主控单元，主控单元通过交流电源网络连接到被控单元，并通过被控单元控制负载，构成控制系统，其数据发送的过程是单向的，且从主控单元到被控单元。在通信时，主控单元发出复位、握手信号，然后再发出数字信号给被控单元，通过数字通信，实现对其供电范围内的电气/器设备的控制。本发明适用于数据流量低，数据传输方向为单向的电气/器设备的控制。它具有传输距离远，抗干扰能力强，实现的技术成本低等特点，可以广泛地应用在各个领域的电气控制。
Description
技术领域
本发明涉及电力通信技术领域，尤其涉及一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法。
背景技术
1-Wire总线技术是Dallas Semiconductor设计和开发的一个基于单个主机的总线技术，主机通过一条双绞线与多个从机进行数字通信，并为从机提供电源。它在数字通信中只采用一条信号线(另一条为地线)完成通信和数据传输，是基于PC或微处理器并通过双绞线与1-Wire器件进行数字通信。网络采用一个漏极开路(线“与”)的主机与多点从机结构。1-Wire网路数据传输是通过时隙传输的。但由于它采用直流供电线路，不能直接利用现有交流电源网络。
现有的电力线通信(Power Line Communication简称PLC)技术主要用于宽带接入技术，也可用于对供电网络内的电气设备的控制。它采用的是调制技术，主要有正交频分复用(OFDM)、多载波调制(DMT)、扩频及常规的QPSK，FSK等方式，其中多载波正交频分复用是解决传输频带利用率的有效方法，它可以适应高速率的传输要求。国内外PLC技术的应用主要分为两种模式：一种是以美国为代表的户内联网模式，利用室内电源线，实现家庭内部多台计算机联网及智能家用电器联网；另一种是面向欧洲和亚太市场，用作户外接入模式，具体是光缆或其它高速通信手段已经连接到楼内总配电房，然后利用220/380V线路解决从楼内总配电房至每个住户的通信接入，实现从配电变压器到住户的高速数据接入。由于两种模式的使用环境不同，户外接入模式从技术上实现起来难度较大，能够提供该种方案的公司数量较少。PLC的通信方式是双向的(半单工方式)，它在应用时需要一套调制及解调设备，因此系统结构复杂，控制成本高，在实时控制时，其控制效果将受到供电线路的供电质量的影响，在实际应用时效果也不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，它可以使布线简单、节约大量的材料、大大降低工程造价，具有传输距离远、抗干扰能力强的特点，可以广泛地应用在各个领域的电气/器控制，市场应用前景大。
本发明的利用电力线通信方式控制电气/器的方法，交流电源通过电力线连接主控单元，主控单元通过交流电源网络连接到被控单元，并通过被控单元控制负载，构成控制系统。图1是本发明的利用电力线通信方式控制电气/器的方法的控制系统框图，主控单元是控制命令的发出者，主控单元设有控制开关，操作者通过控制开关发出控制命令，控制命令通过电力线实现传输；被控单元是控制命令的执行者，被控单元内设有相应的地址码，在通信时，主控单元发出复位、握手信号，然后再发出数字信号给被控单元，通过数字通信，实现对主控单元供电范围内的电气/器设备的控制。
本发明采用交流供电线路，其传输过程采用强电传输，它是一个基于主控单元的总线技术控制方法，主控单元通过交流电源网络与多个被控单元进行数字通信，并为被控单元提供工作电源。整个控制过程是：利用交流电源自动过零点时作为控制系统时钟同步的同步信号，主控单元发出指令时，在交流电源过零点后以相控方式关断电源，关断时间不同产生不同的数据，被控单元在检测到数字信号延时后，按照编码协议进行解码，解码后的地址码与系统发出的编码相同时，该地址码的被控单元发出控制指令，实现对其供电范围内的所有电气/器设备的控制。由此可知，被控单元具有与主控单元要求一致的相关通信协议。由于控制系统的数据发送过程是单向的，发出的命令是否响应，控制系统不得而知，这样就需要进行多次重发命令。由于电力线是一个公共网络，容易产生干扰，对主控单元来说，设置有相位检测电路，当发生电源干扰时，主控单元将发出数据失效信号，避免由于电源干扰造成被控单元误动作。对于要求较高的控制系统，可以通过对在线工作设备的电流进行检测，了解被控单元的响应情况。主控单元在发出指令前，检测工作电流，并预估执行指令后的工作电流，指令发出后，等到动态响应时间过后，检测其工作电流，如果电流接近，则表示被控单元已响应指令，如果电流偏差较大或者没有电流变化，说明被控单元没有响应指令，主控单元则需重发控制命令。
图2为主控单元框图，包括电力电子器件、主控单元的电源、同步电路、相位检测电路、控制电路和控制开关。交流电源进来连接到主控单元，为主控单元提供电源及同步信号，同步信号直接送到控制电路，主控单元的电源和控制电路之间连有相位检测电路，当发生电源干扰时，主控单元将发出数据失效信号，避免由于电源干扰造成被控单元误动作，控制开关将控制命令送到控制电路，控制命令通过控制电路控制电力电子器件的导通或关断，最后由电力电子器件输出到交流电源网络。图3为被控单元框图，包括控制开关、被控单元的电源、同步电路、相位检测电路、控制电路和编码器件，被控单元接于主控单元的供电下端，其电源由主控单元提供，当主控单元通过电力线以相控的方式发送数据时，主控单元的供电暂时终止，被控单元的工作电源由被控单元内部电源的电容提供，被控单元在接收到延时的数字信号后，对数字信号进行解码，并将解码后的数字与编码器件的地址码进行比较，如果地址码相同，则控制开关导通(假设原先是关断的)，控制开关出去直接接到负载，或者先接多级网络，最后再连接到负载(如图1所示)。
本发明数据传输方式可以是广播方式，也可以是点对点的方式，控制系统的控制方式可以是一级网络控制方式，也可以是多级网络控制方式，被控单元可以是一个被控点，也可以是下一级网络的一个节点。
本发明采用晶闸管的相控方式及其它电力电子器件，如MOS控制晶闸管等。在采用晶闸管的相控方式时要考虑晶闸管的开关时间对控制系统的影响，可以考虑快速晶闸管等。
本发明的有益效果是：
①可以实时控制，其控制效果好，而且可靠性高；
②控制方便，操作简单，可以节约大量的能源；
③直接采用供电线路实现控制，使工程施工及改造过程中的工程量大大降低，并可以节约大量的控制线材和有色金属材料；
④采用的是对交流电源控制技术，且只有在控制时才产生控制信号，因此对电网几乎不产生任何污染，实用性较好；
⑤由于采用强电传输，因此数据传输距离远，系统抗干扰能力强；
⑥采用此项技术设计出的各类智能控制系统，可广泛地应用在各个控制领域中，具有较大的推广价值。
附图说明
图1是本发明的利用电力线通信方式控制电气/器的方法的控制系统框图；
图2是图1中的主控单元框图；
图3是图1中的被控单元框图。
具体实施方式
本发明的一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其数据产生过程如下：
(1)广播方式：
主控单元：正常供电→相控关断(被控单元复位)→正常供电→相控关断(发出握手信号)→正常供电→相控关断(控制命令)→正常供电；
被控单元：正常得电→主控单元相控关断(被控单元工作电源由直流电源的电容供电、被控单元复位)→正常得电→主控单元相控关断(被控单元准备接收命令)→正常得电→主控单元相控关断(被控单元接收控制命令)→正常得电(被控单元执行控制命令)。
它主要适用于广播方式的开关控制，如路灯照明系统、带强切换的消防照明节能控制系统等，主控单元发出的数据直接是控制命令，被控单元接收到此信号后直接控制负载的关断。
(2)点对点方式：
主控单元：正常供电→相控关断(被控单元复位)→正常供电→相控关断(发出握手信号)→正常供电→相控关断(连续发出地址码)→正常供电→相控关断(连续发出控制命令)→正常供电；
被控单元：正常得电→主控单元相控关断(被控单元工作电源由直流电源的电容供电、被控单元复位)→正常得电→主控单元相控关断(被控单元准备接收命令)→正常得电→主控单元相控关断(被控单元接收地址码)→正常得电(被控单元解码)→正常得电(对应地址码的被控单元准备接收控制命令)→主控单元相控关断(对应地址码的被控单元接收控制命令)→正常得电(对应地址码的被控单元解码并执行控制命令)。
点对点的控制有两种：
①主控单元发出的地址码直接带控制命令，它主要适用于开关控制，如工厂、学校和家庭照明控制系统等。主控单元发出的数据是带控制命令的地址码，被控单元接收到数据后，首先对接收的收据进行解码，与解码后的地址码相同的被控单元执行相应的控制命令，而与解码后的地址码不相同的被控单元则不响应。
②主控单元首先发出地址码，然后再发出命令码，它既适用开关控制也可以进行其它控制，如照明系统的亮度控制、组合灯光控制及节日灯光控制等。被控单元接收地址码之后，主控单元接着再发出控制指令，被控单元接收到数据后首先进行解码，对应地址码被控单元进行响应，并进行相应的控制，其它被控单元则不响应。
本发明适合单主机多从机控制系统，适用于数据流量低，数据传输方向为单向的电气/器设备的控制。在实现过程中既可以对现有的线路(通过改造)进行控制，也可以用于其它的应用场所，它具有传输距离远，布线简单，节约了大量的材料，大大降低了工程造价，而且抗干扰能力强，实现的技术成本低，可以广泛地应用在各个领域的电气控制，市场应用前景大。
Claims (7)
1.一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其特征在于交流电源通过电力线连接到主控单元，主控单元通过交流电源网络连接到被控单元，并通过被控单元控制负载，构成控制系统；利用交流电源自动过零点作为控制系统时钟同步的同步信号，主控单元发出指令时，在交流电源过零点后以相控方式关断电源，关断时间不同产生不同的数据，被控单元在检测到数字信号延时后，按照编码协议进行解码，解码后的地址码与主控单元发出的地址码相同时，该地址码的被控单元执行相应的控制命令。
2.根据权利要求1所述的一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其特征在于数据发送的过程是单向的，且从主控单元到被控单元。
3.根据权利要求1所述的一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其特征在于，所述主控单元只有一个，被控单元有若干个，数据传输方式是广播方式或点对点方式。
4.根据权利要求1所述的一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其特征在于，控制系统的控制方式是一级网络控制方式或多级网络控制方式，被控单元是一个被控点或是下一级网络的一个节点。
5.根据权利要求1所述的一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其特征在于，所述被控单元具有与主控单元要求一致的通信协议。
6.根据权利要求1所述的一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其特征在于，所述主控单元包括电力电子器件、主控单元的电源、同步电路、相位检测电路、控制电路和控制开关，交流电源进来连接到主控单元，为主控单元提供电源及同步信号，同步信号直接送到控制电路，所述主控单元的电源和控制电路之间连有相位检测电路，当发生电源干扰时，主控单元将发出数据失效信号，所述控制开关将控制命令送到控制电路，控制命令通过控制电路控制电力电子器件的导通或关断，最后由电力电子器件输出到交流电源网络。
7.根据权利要求1所述的一种利用电力线通信方式控制电气/器的方法，其特征在于，所述被控单元包括控制开关、被控单元的电源、同步电路、相位检测电路、控制电路和编码器件，它接于主控单元的供电下端，其电源由主控单元提供，当主控单元通过电力线以相控的方式发送数据时，主控单元的供电暂时终止，被控单元的工作电源由被控单元内部电源的电容提供，被控单元接收到延时的数字信号后，对数字信号进行解码，并将解码后的数字与编码器件的地址码进行比较，如果地址码相同，则控制开关就会发出命令控制负载或下一级网络。
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