CN106329725B - 基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，包括：设备状态信息采集模块，用于在加电自检通过后获取设备的唯一编码，并发送携带唯一编码的电力载波信息；区域设备管理信息汇集转发模块，用于接收设备状态信息采集模块发送的电力载波信息，并将电力载波信息转换成特定格式后转发出去；数据采集模块，用于接收区域设备管理信息汇集转发模块转发的电力载波信息，根据设备的唯一编号采集设备的工作状态，对工作状态加盖时间戳；管理信息存储数据库，用于存储设备的工作状态及对应的时间戳；管理信息查询分析模块，用于对采集的设备的工作状态进行查询、统计、输出和分析。由此实现低成本的设备工作状态的监控、采集、传输与存储。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，更为具体地，涉及一种基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统。
背景技术
随着以信息技术为核心的新技术在设备上的广泛应用，设备实现了跨越式的发展，大量信息华、自动化设备列装使用，与之相匹配的检测维护设备的自动化、信息化程度也越来越高，随之而来的相关设备的维护保养要求也更加严格。由于设备自动化、信息化程度较高，其采购价值、维护保养费用会随之上升。如何能够简单、快捷、准确地掌握检测维护设备的使用情况，快速的评价其使用效能，实现设备的科学管理和高效运用成为一个急需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，以解决上述背景技术所提出的问题。
本发明提供的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，包括：上位机和下位机，其中，
下位机包括同处于PLC数据网络的设备状态信息采集模块和区域设备管理信息汇集转发模块；其中，
设备状态信息采集模块，用于在加电自检通过后，获取设备的唯一编码，并向区域设备管理信息汇集转发模块发送携带唯一编码的电力载波信息；
区域设备管理信息汇集转发模块，用于接收设备状态信息采集模块发送的电力载波信息，并将电力载波信息转换成TCP/IP格式后，转发至数据上位机；
上位机包括运行在数据管理服务器上的数据采集模块、管理信息存储数据库和管理信息查询分析模块；其中，
数据采集模块，用于接收区域设备管理信息汇集转发模块转发的电力载波信息，根据电力载波信息携带设备的唯一编号采集设备的工作状态数据，并对工作状态数据加盖时间戳；
管理信息存储数据库，用于按照数据库文件格式存储设备的工作状态数据及对应的时间戳，并将预设时间内的设备的工作状态数据和对应的时间戳加密后按照日期形成日志文件留存；
管理信息查询分析模块，用于基于管理信息存储数据库，对采集的设备的工作状态进行查询、统计、输出和分析。
利用上述本发明提供的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，能够取得以下技术效果：
1、本系统部署硬件成本低，且不需占用或重新布设网络，降低了的网络布设的要求；本系统部署后，自动运行不需使用人员进行额外操作，且由于没有时钟芯片和无线/有线网络的需求，运行维护要求低，降低人力资源及成本。
2、本系统选用电力线载波通讯技术，可靠性高。
3、本系统运行依托数据管理服务器统一授时，避免了多点授时可能带来的时间紊乱，采集数据可靠性强。
3、本系统采用的模块技术成熟、成本低廉、外围电路少、体积小，便于部署；对网络需求低，单相、三相电力设备均适用；可根据不同设备情况进行定制加装。
4、本系统可调整传感器选型或增加相应传感器，进一步感知设备的不同工作状态，并利用现有数据传输通道上传，进行设备实施工作状态管理，对采集的数据进行分析可进行设备健康检测、制定预防性维保需求等；可增加相应控制模块，利用上位机和现有数据通讯通道，实现对所管理设备的远程集中控制，达到减少现场操作人员、降低整体能耗的效果。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统的逻辑结构图；
图2为根据本发明实施例的设备状态信息采集模块的工作流程示意图；
图3为根据本发明实施例的区域设备管理信息汇集转发模块的工作流程示意图；
图4为根据本发明实施例的电源隔离与供电电路原理图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
本发明的整体思路为：考虑到现有各种监测维修设备大多都为依托室内电源供电工作的基本情况，本发明依托现有电力传输网络，通过对现有的设备或其对应的供配电部分进行加装改造，实时监测设备的加电运行情况，当判定设备加电运行后，通过电力线载波方式上传设备的唯一编号，由设在一定区域内弱电间/信息设备间内的区域设备管理信息汇集转发模块(在每一个设备控制范围，设置一个区域设备管理信息汇集转发模块，负责接收所管辖范围内的设备信息)，将电力载波信号实时汇总并转发到内部局域网络中，在单位/独立营区机房内，设备管理服务器通过现有网络实时接收不同设备管理范围的区域设备管理信息汇集转发模块上传的信息，根据设备的唯一编码记录设备的工作状态，对设备的工作状态统一加盖时间戳后，写入对应的管理信息存储数据库中，供调用进行后继的数据查询、输出和分析等使用。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统的逻辑结构。
如图1所示，本发明提供的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统100包括上位机和下位机，下位机包括处于同一PLC数据网络的设备状态信息采集模块110和区域设备管理信息汇集转发模块120；上位机包括运行在数据管理服务器上的数据采集模块130、管理信息存储数据库140和管理信息查询分析模块150。
PLC数据网络依托于现有的电力传输网络，选用PLC电力载波芯片对现有的设备或其对应的供配电部分进行加装改造，从而建立PLC数据网络，以对设备加电运行情况进行实时监测。
下面分别对上位机和下位机的各个模块进行详细说明。
一、设备状态信息采集模块110
设备状态信息采集模块110包括：
第一PLC电力载波芯片111，用于通过单相或三相耦合方式与设备进行信号传输。
本发明的设备状态信息采集模块110选用PLC电力载波芯片的原因在于，该PLC电力载波芯片是集成了电力载波(Power Line Communication，PLC)和耦合器的紧凑型一体化芯片，不仅体积超小，而且具有智能的自动路由与寻址能力，使用简单易用的UART串行通讯协议与用户的单片机或者PC连接，方便易用，组网快速，可实现8级自动路由中继，最远覆盖范围可达16公里。
由于PLC电力载波芯片可直接并入电网，因此，根据设备的供电情况，选择利用单相或三相耦合方式进行信号传输，再并联压敏电阻RV和保险丝RL，以确保电路安全。
DC-DC电源芯片112，通过整流桥接入市电，用于向第一PLC电力载波芯片111供电。
本发明选用专为电力载波系统设计的DC-DC电源芯片112的原因在于，DC-DC电源芯片112具有输入电压范围大，+12V7W、+12V1W、+5V2W三路电源隔离输出，可用于单相电系统和三相四线电系统，DC-DC电源芯片112需要加上整流桥接入到市电中，DC-DC电源芯片的应用电路如图4所示，该电路主要为设备提供+5V和+12V工作电源，具体地，将借入的200V交流电源(L、N端)经滤波(C30、T3)整流(D1、D2、D3、D4)后供ZPLC-POWER进行电压转换，提供三路直流电压输出，本发明只使用了一路+5V和一路+12V。
交流电电流感应传感器113，用于感应设备的供电电力线上的电流，当电流大于预设阈值时，判定设备开机工作。
本发明中选用霍尔电流传感器作为交流电电流感应传感器113，对霍尔电流传感器输出的信号有两种处理利用方式，一种是直接接入比较器进行比较，通过调节反相端电路中的可调电位器，调节输入电流阈值，当与设备的工作电流对应的霍尔电流传感器的输出电流大于某一预设值时，比较器输出相应信号，判定该设备工作；第二种是利用AD转换器将霍尔电流传感器输出的4～20mA电流信号转换为数字信号，或直接接入带AD转换器的微控制器中，通过软件调节控制响应阈值。第一种方法简单、成本较低，但一次设定不便于更改，且不能得到设备的实时工作电流，第二种方法成本较高，但软件调节方便，且可以在此基础上研究针对设备工作电流相关应用。根据具体情况选择第一种方法或第二种方法。
第一定时器114，用于在设备开机工作时激活第一PLC电力载波芯片111，第一PLC电力载波芯片111根据预设的时间间隔，向区域设备管理信息汇集转发模块发送携带设备的唯一编号的电力载波信息。
由于每个PLC电力载波芯片均具有一个出厂固定的64位MAC地址，64位MAC地址具有唯一性，不可更改，在不采集其他数据、不扩展其他控制应用的情况下，可利用PLC电力载波芯片的唯一的MAC地址作为设备的位移编码，此时不需增加编号存储等控制电路。当PLC电力载波芯片加电、加入网络并判定设备工作后，在预设的时间间隔控制下，PLC电力载波芯片向PLC网络的区域设备管理信息汇集转发模块，发送一个包含自身MAC地址的数据包即可。如需后续增加其他数据采集或控制应用，则需要增加用户控制电路，建议选用带AD/DA功能且内置存储的串行数据接口微控制器，以简化电路设计，提升整体可靠性。此时，需要根据选用的微控制器型号，对其与数据PLC电力载波芯片数据接口进行相应的转换。
根据管理需求和初步功能设计，为适应不同类型设备的加装改造需求，本发明主要研制对应不同设备种类功率的六类16种设备状态信息采集模块，对应单相、三相电力载波传输通道的两种区域设备管理信息汇集转发模块两个系列硬件模块。其中16种设备状态信息采集端模块区分如表1所示：
为确保整个管理系统的采集的数据真实可靠，并同步降低系统部署成本，在设备状态信息采集模块110和区域设备管理信息汇集转发模块120均不内置日期时间芯片，而是由上位机的管理服务器统一加盖时间戳，以避免不同模块内置的日期时间芯片可能不同步带来的时间紊乱，并有效降低硬件成本、增加硬件可靠性和系统稳定性。
图2示出了根据本发明实施例的设备状态信息采集模块的工作流程。
如图2所示，设备状态信息采集模块的工作流程包括：
步骤S201：设备状态信息采集模块上电启动，进行第一PLC电力载波芯片自检。
步骤S202：判断自检是否通过；如果通过，执行步骤S203，如果未通过，执行步骤S204。
步骤S203：查询并加入PLC数据网络。
步骤S204：故障报警并重启第一PLC电力载波芯片，重新进行自检。
步骤S205：启动第一定时器，读取设备的工作状态。
在第一定时器到达定时时间后，读取设备的工作状态。
步骤S206：通过霍尔电流传感器判断设备是否加电工作；如果设备加电工作，执行步骤S207；如果设备未加电工作，返回步骤S205，对设备的工作状态重新进行判断。
步骤S207：第一PLC电力载波芯片将自身的MAC地址通过电力载波的方式发送出去。
步骤S208：判断是否发送成功；如果发送成功，执行步骤S209；如果未发送成功，执行步骤S210。
区域设备管理信息汇集转发模块120在接收到数据后会返回应答报文，如果第一PLC电力载波芯片111收到应答报文，说明发送成功。
步骤S209：进入下一定时等待环节，返回步骤S205。
步骤S210：重新发送携带第一PLC电力载波芯片MAC地址的电力载波信息，并判断是否连续5次发送不成功，如连续5次发送不成功，进行步骤S211。
步骤S211：进行故障记录并通过LED灯光报警。
二、区域设备管理信息汇集转发模块120
区域设备管理信息汇集转发模块120安装在相应管理区域内的弱电间或信息设备间内，负责接收本区域内设备状态信息采集模块110上传的电力载波信息，汇总后经过数据格式转换，转发到单位局域网内，供上位机接收、存储。区域设备管理信息汇集转发模块120的核心芯片也采用PLC电力载波芯片。具体地，
区域设备管理信息汇集转发模块120包括：
第二PLC电力载波芯片121，用于通过单相或三相耦合方式与设备进行信号传输。
参考设备状态信息采集模块110的第一PLC电力载波芯片111。
第二DC-DC电源芯片122，用于通过整流桥接入市电，用于向第二PLC电力载波芯片121供电。
参考设备状态信息采集模块110的第一DC-DC电源芯片112。
本地存储器123，用于按照时间先后顺序对接收到的电力载波信息进行缓存。
为了便于控制，降低对现有网络的依赖并确保设备工作信息的可靠采集与传输，区域设备管理信息汇集转发模块120中的本地存储器123按照时间的先后顺序对接收到的电力载波信息进行缓存。
数据格式转换器124，用于将所述电力载波信息转换成TCP/IP格式。
将电力载波信息时转换成TCP/IP格式通过网络传送至上位机。
第二定时器125，用于根据预设的时间间隔将TCP/IP格式的电力载波信息转发至数据上位机。
根据区域设备管理信息汇集转发模块120区域内所管理的设备数量情况，设置第二定时器的定时时间，在定时器每隔10分钟或更长的时间间隔后，将TCP/IP格式的电力载波信息通过网络上传到上位机。
图3示出了根据本发明实施例的区域设备管理信息汇集转发模块的工作流程。
如图3所示，区域设备管理信息汇集转发模块的工作流程包括：
步骤S301：区域设备管理信息汇集转发模块上电启动，进行第二PLC电力载波芯片自检。
步骤S302：判断自检是否通过；如果通过，执行步骤S303，如果未通过，执行步骤S204。
步骤S303：查询并加入PLC数据网络；
步骤S304：故障报警并重启第二PLC电力载波芯片，重新进行自检。
步骤S305：启动第二定时器，接收设备状态信息采集模块发送的电力载波信息。
在第二定时器到达定时时间后，接收设备状态信息采集模块发送的电力载波信息。
步骤S306：按照时间的先后顺序缓存在本地存储器中。
步骤S307：在定时转发数据定时器计时时间到达后，将缓存的电力载波信息转换格式后通过网络发送至上位机。
步骤S308：判断是否发送成功；如果发送成功，执行步骤S309；如果未发送成功，执行步骤S310。
步骤S309：本地存储器清空已发送的电力载波信息；
步骤S310：重新发送缓存的电力载波信息，并判断是否连续5次发送不成功；
步骤S311：如数据连续5次发送不成功，则进行故障记录并通过LED灯光报警。
三、数据采集模块130
数据采集模块130，用于接收所有区域设备管理信息汇集转发模块120汇集的电力载波信息，根据电力载波信息携带设备的唯一编号(即第一PLC电力载波芯片的MAC地址)采集设备的工作状态数据，并按照时间顺序对工作状态加盖时间戳。
四、管理信息存储数据库140
管理信息存储数据库140，用于按照数据库文件格式存储设备的工作状态数据及对应的时间戳，并将预设时间内的设备的工作状态数据和对应的时间戳加密后按照日期形成日志文件留存。
五、管理信息查询分析模块150
管理信息查询分析模块150，用于基于管理信息存储数据库，对采集的设备的工作状态进行查询、统计、输出和分析。
管理信息查询分析模块150主要用于实现对采集的数据的查询、统计和分析等功能。具备单台、部分或全体设备的工作时长统计，工作时间分布统计，阶段工作时间、时长统计和输出等功能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，包括：上位机和下位机，其中，
所述下位机包括同处于PLC数据网络的设备状态信息采集模块和区域设备管理信息汇集转发模块；其中，
所述设备状态信息采集模块，用于在加电自检通过后，获取设备的唯一编码，并向所述区域设备管理信息汇集转发模块发送携带所述唯一编码的电力载波信息；
所述区域设备管理信息汇集转发模块，用于接收所述设备状态信息采集模块发送的电力载波信息，并将所述电力载波信息转换成TCP/IP格式后，转发数据至所述上位机；
所述上位机包括运行在数据管理服务器上的数据采集模块、管理信息存储数据库和管理信息查询分析模块；其中，
所述数据采集模块，用于接收所述区域设备管理信息汇集转发模块转发的电力载波信息，根据所述电力载波信息携带设备的唯一编号采集所述设备的工作状态数据，并对所述工作状态数据加盖时间戳；
所述管理信息存储数据库，用于按照数据库文件格式存储所述设备的工作状态数据及对应的时间戳，并将预设时间内的设备的工作状态数据和对应的时间戳加密后按照日期形成日志文件留存；
所述管理信息查询分析模块，用于基于所述管理信息存储数据库，对采集的设备的工作状态进行查询、统计、输出和分析。
2.如权利要求1所述的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，其中，所述设备状态信息采集模块包括：第一PLC电力载波芯片、第一DC-DC电源芯片、交流电电流感应传感器和第一定时器；其中，
所述第一PLC电力载波芯片通过单相或三相耦合方式与设备进行信号传输；
所述第一DC-DC电源芯片通过整流桥接入市电，用于向所述第一PLC电力载波芯片供电；
所述交流电电流感应传感器用于感应所述设备的供电电力线上的电流，当所述电流大于预设阈值时，判定所述设备开机工作；
所述第一定时器，用于在所述设备开机工作时激活所述第一PLC电力载波芯片，所述第一PLC电力载波芯片根据预设的时间间隔，向所述区域设备管理信息汇集转发模块传输所述设备的唯一编号。
3.如权利要求2所述的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，其中，所述设备的唯一编号为所述第一PLC电力载波芯片的MAC地址。
4.如权利要求2所述的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，其中，所述交流电电流感应传感器为霍尔电流传感器。
5.如权利要求1所述的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，其中，所述区域设备管理信息汇集转发模块包括：第二PLC电力载波芯片、第二DC-DC电源芯片、数据格式转换器、数据缓存器和第二定时器；其中，
所述第二PLC电力载波芯片通过单相或三相耦合方式与设备进行信号传输；
所述第二DC-DC电源芯片通过整流桥接入市电，用于向所述第二PLC电力载波芯片供电；
所述数据缓存器，用于按照时间先后顺序对接收到的所述电力载波信息进行缓存；
所述数据格式转换器，用于将所述电力载波信息转换成TCP/IP格式；
所述第二定时器，用于根据预设的时间间隔将TCP/IP格式的电力载波信息转发至数据所述上位机。
6.如权利要求5所述的基于电力载波通信的设备管理与效能评估系统，其中，所述数据格式转换器为UART或RJ45转换模块。
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