CN101356742A - 与冷藏集装箱电力线通信的系统和方法 - Google Patents

与冷藏集装箱电力线通信的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于主要与冷藏集装箱进行电力线通信的系统和方法，其中通过在所述电网上发送的信号调制来执行到达和来自所述集装箱的通信。本发明的目的在于实现到达和来自集装箱的有效通信，并且在大量集装箱连接到同一电网时避免通信干扰。可这样实现，该系统包括至少一个用于电力线通信的模块，该模块包括用于向该电网和从该电网发送调制信号的装置，该装置包括至少一个磁芯，其围绕该电力线，该磁芯包括次级绕组，其连接到电力线通信系统，就可以实现这个目的。因此可以实现没有到该电力线的直接电连接，其中这些电力线通过该通信模块，以这种方式，将存在到该电力线的整体的电流隔离，并且这样将保护该模块免受可能存在于电力网线路上的大部分损害。这个损害可能是高压火花，其可能破坏或者至少干扰该电路，在这个模块中，如此部分地避免了使用安全电路，该安全电路典型地用于短暂地切断在电网中典型地出现的高压火花，其中高压由内和外耦合变压器产生。

Description

与冷藏集装箱电力线通信的系统和方法
技术领域
本发明涉及主要与冷藏集装箱电力线通信的系统和方法，其中多个集装箱可以连接到电网，该系统包括用于与某些集装箱进行双向通信的装置，所述某些集装箱包括用于与该系统进行通信的装置，通过在所述电网上发送的信号调制来执行到达和来自所述集装箱的通信。
背景技术
US 4,885,563涉及一种电力线载波通信系统，具有经由缓冲器与电力线连接的载体电流收发器(cct)，该缓冲器以固态电路在发送时自动提供低输出驱动电阻，在接收时提供高接收电阻。对由cct进行信号传输长度进行监控，并在导致信号传输超过正常的最大传输时间的故障情况下自动防止对通信网络的持续加载。在连接到缓冲器电路的消弧电路不对cct发生反作用的情况下，实现防止对通信电路的持续加载。
US 4,885,564也涉及一种用于监控冷藏集装箱的电力线载波通信系统，其包括主监控单元和以第一格式交换消息的第一电力线接口。第一电力线接口将第一格式转换为适于电力线环境的第二格式，并将第二格式的消息应用到电力线中。远程监控单元从电力线接收消息，并将包含与冷藏集装箱有关的状态数据的消息返回到电力线。该第二格式包括消息启动前导，其具有不被装置的正常操作所复制的持续时间和逻辑电平，提高在嘈杂的电力线环境中正确同步和接收消息的概率。
US 4,896,277也涉及一种映射具有远程监控单元(rmus)的多个冷藏集装箱的地址的方法，该远程监控单元(rmus)连接到基于电力线载波的监控系统，该系统包括主监控单元(mmu)。该方法与由任何映射命令映射的集装箱的期望数量的规模相适应，以减少对或多或少数量的集装箱进行映射的总体时间。该方法包括：mmu，其选择具有由期望被映射的集装箱的数量确定的大小的模数；和rmus，其在响应于该模数的范围内产生随机数。每次响应于该随机数的大小，rmus将包括相关集装箱的地址的响应消息应用于电力线。
US 5,973,610涉及部署在海岸的终端或者船上的冷藏集装箱(冷藏箱)，具有经由电缆的电力供应，通过内置设备的方式进行监控，并(通过电力供应网络)经由中间站与中央监控站进行通信。一旦，在电力供应网络上的干扰导致不可靠的数据传输，该系统自动选择经由另一中间站的可替换通信路径。
在US 5,973,610中描述的发明涉及一种自动选择用于冷藏集装箱的通信单元的系统，所述通信单元作为在将被监控的冷藏集装箱单元和中央监控站之间的中间站，其中作为电力用户和发送器/接收器的所有冷藏集装箱都使用编码消息连接到该电力供应网。
国际标准ISO 10368(保温集装箱工况的遥测)规定了一种方式，其中单个的中央监控站通过电力电缆与安装在置于船上的冷藏集装箱中的多个通信单元、调制解调器交换信息。这样做的目的是对各个冷藏集装箱中的气候情况执行中央监控，并在需要的时候在另外的制冷功率、送风机等的本地控制中执行改变。使用上述提到的国际标准的术语并依据推荐的方案，使用mmu(主监控单元)作为中央监控站，其经由hccu或lccu(分别为高数据速率中央控制单元和低数据速率中央控制单元)与多个rcd(远程通信设备)进行通信，所述多个rcd分别与冷藏集装箱紧密相关。
具有通信单元的冷藏集装箱具有永久性的识别码。然而，实际上已经证实在更大的区域，依靠从各个集装箱向中央监控站以不同电缆长度发送的通信是不够的，因此使用每一个均能够监控多个冷藏集装箱并与中央监控站或中央监控站的网络进行通信的中间站。这样为提高通信的可靠性提供了机会，直到今天才得以实现。当将冷藏集装箱放置并连接到电力网上时，实际上人们不希望执行其对系统的手动识别，也不希望依赖于用于放置的通信协议，例如以任何特定的顺序填补沿海终端中的一个区域。这也与在考虑船的稳定性时与期望分布冷藏集装箱的情况不一致，由中央库存控制系统执行的分布依靠对各个冷藏集装箱的内容的了解。
US 5835005涉及用于冷藏集装箱载波系统的电力线数据传输系统，其在相关节点和目标站节点之间建立直接链路，或者基于相关节点和目标节点的通信状态搜索中继站节点。当发射站想要向发射站不能与其建立直接链路的目标站发送数据时，发射站搜索可以通过恢复通信可能/不可能节点列表与目标站进行通信的站，即中继站。
US 5835005中描述的电力线数据传输系统仅在集装箱的总数限制在大概2000时使用。如果大量集装箱在同一电力网中通信，信号和噪声之间的干涉干扰通信，使得必须对多数信号重传多次。这样可能所有的通信都发生堵塞。这种情况可能在大型集装箱船或集装箱广场中出现。
US 2003/0190110涉及电的“闭合”方法和装置，用于在高压电力线上发送和接收数据信号。感应耦合用于将数据信号直接耦合到单独的电力线并将数据信号从单独的电力线上断开。示例的设备包括：用于数据信号的高频感应耦合环状物、用于提供电力的第二(50-60Hz)感应耦合环状物、用于接收和发送信号的信号调整电路、用于电隔离目的的光纤接口、和防风雨外壳。依据优选实施例，该环状物被装以铰链，以容易地安装在电力线上。在光纤隔离器任意一侧的一对这样的耦合可以用于电桥式变压器。
发明目的
为了实现本发明的目的是在大量集装箱连接到电力网时，使该通信免受损害的干扰而完成到达和来自集装箱的有效通信。
发明内容
这可以利用在公开部分中描述的系统实现，其中集装箱连接到群集中，并且群集中的所有集装箱连接到同一个子电力网中，群集中的至少某些集装箱与至少一个群集控制器进行通信，所述群集控制器连接到至少一个用于电力线通信的模块，所述模块包括用于向子电力网或从子电力网发送调制信号的装置。其仅通过同一群集中有限数量的集装箱运行，实现了更加有效的通信。因为同一时间仅有有限数量的集装箱通过电力子网连接，将产生有限的通信损害。在发生致命失效和因为电损害而不能通信的情况下，这些系统将允许对损坏的群集进行简单的检测。从此需要对集装箱进行手动调查，但是仅需要对有限数量的集装箱进行检查。
所述模块可以从群集控制器向集装箱发送调制信号，所述模块可以包括至少一个磁芯，所述磁芯围绕电力线中的至少一个，所述磁芯包括一个次级绕组，所述次级线圈连接到群集控制器。因此可以实现没有到电力网的直接电连接，其中电力线经过所述模块。这样，将存在对于该电网的总的电流隔离，同样这将保护模块和群集控制器免受可能存在于电网上的大部分损害。这些损害可能是高压火花，也可能破坏或至少对电路造成干扰。如果许多冷藏集装箱连接到同一个电网中也可能产生损害，并且因此产生频率依赖性损害。这些频率依赖性损害可能干扰整个集装箱系统上的通信，而且这些频率依赖性损害可能对通过电力线进行通信的系统产生负面影响。如果系统仅通过到达和来自电网的信号的磁传输运行，则所有这些问题都可以轻易避免。
更多群集控制器通过正常的数据线进行通信，以实现对连接到不同群集的所有集装箱的通信。因此实现了群集控制器与控制系统通信。这允许控制系统例如搜索特定的集装箱，例如使所有集装箱获得必须找到具有特定代码的集装箱的信息。如果所有集装箱都在运行，那么应当通过该集装箱所连接到的群集的指示在几分钟内找到该集装箱。在操作中，控制系统对于连接到该网络上的集装箱的数量有一个总的认识。用于搜索集装箱的时间与先前的系统相比要发生得更快。来自该集装箱关于例如每个单独的冷藏集装箱的内部温度和技术行为的所有信息都被传输给控制系统。这将对船上或集装箱广场上的人员有所帮助，因为还要执行集装箱的手动检查，但是在开始检查之前那些人员知道大概要去找什么。
所述模块使能在向所述模块引导电力的电力线中停止向后传输的电力线通信的装置。因此实现了为一个群集产生的通信可以被短路，这样这个通信就不会向后传输到所述电网中进而到达其它群集。这样，就不会出现对其它群集的损害。
所述模块还使能停止通过电力线向所述模块的电力线通信传输的装置。因此实现了在进入下一个群集之前在临界频率获得的损害，也可能是来自另一个群集的通信的损害被短路。这将实现在群集内部的通信中没有损害的有效通信。
本发明还涉及向集装箱和从集装箱进行电力线通信的方法，其中多个集装箱可以连接到电网中，该方法执行与集装箱的通信，该集装箱执行反向通信，通过在所述电网上发送的信号调制执行向所述集装箱和从所述集装箱的通信，其中该方法涉及使用至少一个用于电力线通信的模块，所述模块耦合到达和来自电网的调制信号，调制通过至少一个磁芯执行，磁芯围绕在电力线周围，该磁芯由次级绕组磁化，该次级线圈由群集控制器电激活。
因此实现了向集装箱和从集装箱的有效电力线通信，该集装箱可以是船上或集装箱广场上的冷藏集装箱。通过以磁芯的方式实现通信，在没有到达电网的任何电连接的情况下执行该通信。调制信号被传送到电网中，其中所有三个电力线包含完全相同的信号。这使得在三个电力线之间没有传输，而且在电网中流动的信号具有有限的损害。在产生通信的模块中，实现了电网和通信系统之间的电流隔离。因为通信以磁的方式实现，执行电压保护很简单，因为在一种变压器上进行信号传输。优选地，对这种变压器优化，以用于正确的信号。
集装箱优选地连接到群集中，其中该群集中的所有集装箱连接到同一子电网中，群集控制器与群集中的某些或所有集装箱进行通信。通过使集装箱在具有群集控制器的群集中运行，其中该群集控制器负责把电力线分配到群集中的所有集装箱，可以在该群集内部实现有效的通信，因为当群集中的集装箱数量受限时，仅存在有限的损害。
更多群集控制器可以通过正常数据线通信，以实现对连接在不同群集上的所有集装箱的通信。该群集控制器可以通过正常通信线彼此或与中央计算机系统进行通信。因此中央计算机系统可以对例如船上的集装箱进行整体控制。每个单独的集装箱中的所有可用信息将对中央计算机系统可用。这意味着中央计算机系统可以自动地检测连接到一个电网中的在船上的所有冷藏集装箱。而且，计算机系统可以获得关于集装箱中的实际状态的信息。可以自动从单个集装箱向计算机系统发送报警信号，而在出现错误后可以立即将人员派往特定集装箱以调查集装箱中的制冷系统。
该方法还涉及从所述群集的向前和向后的通信堵塞和损害。因此实现了通信信号和损害不对其它群集造成干扰。而且这样也可以避免电磁干扰，以使群集中的整体通信有效进行。
具体实施方式
图1描述了用于与多个集装箱10-20进行通信的系统2，所述系统具有包括计算机装置的控制系统4。控制系统4在线36-46上与群集控制器24、26进行通信，其中群集控制器24、26具有与磁芯28、30进行通信的线32、34。以同样的方式，群集控制器26通过线34与磁芯28、30连接。磁芯28、30围绕电力线60，电力线并行分配到集装箱10-20。如指示的那样，可以有比图1所示更多的集装箱连接到同一群集控制器24、26。
可以预见集装箱10-20装备有能够通过电力线60发射或接收通信信号的通信装置。所有智能集装箱(例如冷藏集装箱)包括用于控制冷藏系统的计算机装置。这些集装箱还包括在电力线60上进行通信的计算机。群集控制器24或26仅与连接在当前群集中的集装箱进行通信。群集控制器24、26使用磁芯28、30，用于到达和来自电力线60的通信。磁芯28、30围绕所有三根电力线，在来自集装箱的信号还表示随后作为接收机运行的磁芯28、30中的磁信号的情况下，发生电力线中的磁感应。通过用相同的芯围绕所有3根电力线，可以实现，在3根电力线的每一个中感应出正好相同的信号。以这种方式，在电力线之间不存在简单地从一条电力线流向另一条电力线的信号干扰，因为电力线的信号内容相等。当群集控制器24作为接收机运行时，磁芯非常有效，从而集装箱仅与电力线中的一个通信，磁芯28可以接收到足够的信号振幅和质量，以使该信号可以被接收。
通过以单独的通信将多个集装箱连接到群集，避免了通信中的损害。
图2示出了磁芯28，其可以是铁氧体磁芯，典型地具有每对绕组2000到10000nH的AL值。这个芯围绕电力线60。磁芯28还包括次级绕组72，典型地具有的圈数在1-10之间。这个绕组72通过线32连接到1-100ohm之间的终端电阻器70，其中线32进一步连接到信号连接器74。以电容80、82、84的形式示出滤波器，电容连接到电力线60的每一个。电容都接地，与芯28比较的电容形成滤波单元，其可以将线60上到达的所有通信信号和损害滤除，从而使得这些信号或损害不在电力网中进一步向后传送。向芯28发送的通信信号和损害也将被滤除。结合芯28的磁值计算电容80、82、84的值，从而在同一频率区域的所有通信信号和损害都被这个电路短路。
据此完成非常有效的电力线通信系统，其中所有电力线接收完全相同的信息。将能理解电力线的数量不是必须为3。在非常小的系统中一根电力线足够用于通信，但是在实践中也可以使用具有多于3个相位的电力线，因为磁芯28仅需围绕所有的电力线。对于使用除50或60赫兹的其它频率的系统，也可以使用像这样的系统。例如将来，放置在飞机上的小集装箱可以使用在400赫兹或甚至更高的频率上运行的5或7相电力线。
图3示出了另一实施例，示出来自电力网的3根电力线86、88、90。这些电力线分别由磁芯92、94、96围绕。这些芯的每一个还包括绕组98、100、102。
图3以这种方式描述了另一实施例，其中可以连接芯92、94、96和绕组98、100、102，以使它们并行运行。以这种方式，电力网中的所有3个电力线86、88、90携带相同的通信信号。图3中的另一实施例还可以与图2所示的电容相结合。
图4示出了用于多个消费者(例如可以是冷藏集装箱)的电力供应和通信系统。系统102包括计算机装置104，该计算机装置可以控制大量冷藏集装箱101-118。这些冷藏集装箱110-118是群集121的一部分。群集控制器124显示在群集121中，其控制集装箱101-108和计算机系统104之间通过线136进行的双向通信。图4还指示了一个群集控制器126。群集控制器124和126具有连接到绕在磁芯162周围的线圈172的模拟通信线132。通过线路150向该系统提供高压电。通过变压器152，电压被降低为子网160上的普通的三相供应。子网160中的线被线圈162包围，线圈162在电力线中磁感应产生电信号。为了隔离通信单元，形成滤波器。电容180、182和184接地。如果这些电容具有合适的电容值，这些值可以是100毫微法(nano Farad)。这导致超过几千赫兹频率的所有信号接地，并因此在滤波器中终止所有通信信号。
这样，群集121可以作为单独的通信单元运行。群集中集装箱的数量可以高达2000个集装箱。对于如此大量的集装箱，非常重要的是，电网中免于其它电通信信号和来自一起运行的集装箱的噪声。因此，对于大型集装箱船或大的集装箱广场，将集装箱连接到群集中非常重要。然后，群集将作为单独的通信单元运行，该运行独立于该系统的其它部分。这样中央计算机104可能与船上或集装箱广场上的所有集装箱进行通信。
本发明可以用于私人居所的电力线通信，其中可以将房子或公寓连接到群集中。

Claims (8)

1.主要用于冷藏集装箱(10-20，110-118)的电力线通信的系统(2，102)，其中多个集装箱(10-20，110-118)连接到电网，所述系统(2，102)包括用于与至少某些集装箱(10-20，110-118)进行双向通信的装置，所述至少某些集装箱(10-20，110-118)包括用于与所述系统(2，102)进行通信的装置，通过在所述电网上发送的信号调制来执行到达和来自所述集装箱(10-20，110-118)的通信，其特征在于，所述集装箱(10-20，110-118)连接到群集(21，121)中，其中所述群集(21，121)中的所有集装箱(10-20，110-118)都连接到同一个子电网(60，160)，群集(21，121)中的至少某些集装箱(10-20，110-118)与至少一个群集控制器(24，26，124，126)通信，所述群集控制器(24，26，124，126)连接到用于电力线通信的至少一个模块(28，30)，所述模块(28，30)包括用于向所述子电网(60，160)和从所述子电网(60，160)发送调制信号的装置(62，92，94，96，162)。
2.根据权利要求1所述的电力线通信的系统，其特征在于，所述模块(28，30)从所述群集控制器(24，26)向集装箱发送调制信号，所述模块(28，30)包括至少一个磁芯(62，92，94，96，162)，所述磁芯(62，92，94，96，162)围绕至少一个电力线(60，86，88，90，160)，所述磁芯(62，92，94，96，162)包括次级绕组(72，98，100，102，172)，所述次级线圈(72，98，100，102，172)连接到所述群集控制器(24，26，124，126)。
3.根据权利要求1或2所述的电力线通信的系统，其特征在于，更多群集控制器(24，26，124，126)通过正常的数据线(36，38，136)进行通信，以实现对连接到不同群集(21，121)的所有集装箱(10-20，110-118)的通信。
4.根据权利要求1-3之一所述的电力线通信的系统，其特征在于，所述模块(28，30)包括：在向所述模块(28，30)引导电力的电力线中停止向后传输的电力线通信的装置(80，82，84，180，182，184)。
5.向集装箱(10-20，110-118)和从集装箱(10-20，110-118)进行电力线通信的方法，其中多个集装箱(10-20，110-118)连接到电网，该方法执行与至少某些集装箱(10-20，110-118)的双向通信，
其中通过在所述电网上发送的信号调制执行向所述集装箱(10-20)和从所述集装箱(10-20)的通信，其特征在于，该方法涉及使用至少一个用于电力线通信的群集控制器(24，26，124，126)，所述群集控制器(24，26，124，126)包括用于向子电网(60，160)和从子电网(60，160)发送调制信号的装置，
其中所述集装箱(10-20，110-118)连接到群集(21，121)中，所述群集(21，121)中的所有集装箱(10-20，110-118)都连接到同一个子电网(60，160)，群集控制器(24，26，124，126)与所述群集(21，121)中的至少某些集装箱(10-20，110-118)通信。
6.根据权利要求5所述的电力线通信的方法，其特征在于，由至少一个磁芯(62，92，94，96)执行所述调制，所述磁芯(62，92，94，96)围绕至少一个电力线(60，86，88，90)，所述磁芯(62，92，94，96)由次级绕组(72，98，100，102，172)磁化，所述次级绕组(72，98，100，102，172)由群集控制器(24，26，124，126)电激活。
7.根据权利要求5或6所述的电力线通信的方法，其特征在于，更多群集控制器(24，26，124，126)通过正常的数据线(34-46，136)进行通信，以实现对连接到不同群集(21)的所有集装箱(10-20，110-118)的通信。
8.根据权利要求5-7之一所述的电力线通信的方法，其特征在于，该方法还涉及从所述群集(21)的向前和向后的通信堵塞和损害。
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