CN110806720A - 一种工厂无线监测控制系统 - Google Patents

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杜欣慧
薛晴
王泽�
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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Abstract

本发明公开了一种工厂无线监测控制系统。由无线电量传感器实时监测、无线发送电参数到控制中心；控制中心处理参数并向PLC发出控制命令；PLC接收命令并控制备用电源投切。同时设计有PC端和手机端的可视化操作界面。使用无线电量传感器，可实现实时在线数据监测。使用安装通讯模块的PLC，可实现中短距离无线控制。使用使用光伏发电系统作为备用电源，作为趋于成熟的新能源电源，可在实现供电功能的同时可以节能。本发明选用元器件皆为无线硬件，实现工厂内的无线化信息传输，占地面积小且节省布线成本。具有较高的实用与推广价值。

Description

一种工厂无线监测控制系统
技术领域
本发明属于电力监测控制技术领域，具体为应用于工厂内的一种工厂无线监测控制系统。
背景技术
根据用电政策，我国对变压器容量在315KVA及以上的大工业用电执行两部制电价。其实质是将电价分成基本电价与电度电价两部分，基本电价是按照工业企业的变压器容量或最大需用量（即一月中每15分钟平均负荷的最大值）作为计算电价的依据，由供电部门与用电部门签订合同，确定限额，每月固定收取，不以实际耗电数量为转移；电度电价是按用电部门实际耗电度数计算的电价。每年大工业用户与电网签订购电合同时，最大需用量越大，收取的基本电价就越多。本发明的实际意义是在工厂中增加备用电源，降低大工业用户的电网侧用电量，使电网侧的实际最大需用量不超过合同签订时的值（超过则需要交纳罚款）, 并且计算出最优的购电方案，节省工厂的电费支出。
无线传感器监测网络是智慧工厂环境数据监测系统研究的重要内容之一，是构成物联网感知层的关键技术。无线传感器网络带来了全新的信息采集技术、分析技术、处理技术和传输模式，是连接虚拟网络和现实世界的重要媒介，把信息网络延伸到物体网络，实时采集、感知环境数据，代替人工收集，被认为是世纪改变世界的十大关键技术之一。近年来，厂房、车间、仓库、楼宇借鉴物联网概念布置无线传感器网络完成环境数据监控预警的应用正在逐步展开，扩大物联网应用的渗透，推动物联网的快速发展。本发明使用的无线传感器为无线电量传感器。
PLC是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制、计算机和通信技术融为一体，具有控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展等优点。本发明在PLC上安装通讯模块，使其可以实现无线控制功能。
发明内容
本发明的主要目的就是通过对无线传感器及PLC的研究设计出一整套基于无线电量传感器与PLC无线控制的工厂监测控制系统。该系统可通过连接在用电设备上的无线电量传感器感知用电量，通过对数据的分析由PLC控制备用电源的投切，节省工业用户电价支出以及建立基于无线电量传感器网络的电力物联网。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种工厂无线监测控制系统，包括无线电量传感器、带有无线通讯模块的PLC、控制中心和备用电源，无线电量传感器安装在用电设备侧，无线电量传感器与控制中心无线连接，控制中心与PLC无线连接，备用电源通过备用开关电路接入到用电设备主供电线路上，控制中心内写入有用电最大需用量阈值和比较程序。由无线电量传感器实时监测、无线发送电参数到控制中心；控制中心处理参数并向PLC发出控制命令；若无线电量传感器监测到的用电量接近最大需用量阈值时，PLC接收命令并控制备用电源投切，即电网退出供电，由备用电源给用电设备供电。PLC模块使用无线PLC，它在传统PLC特点和性能的基础上针对远程测控做了优化：硬件上除具备传统PLC的输入采集、继电器控制、定时器和串口通信等功能外，还增加了无线通信功能。本发明让电网侧实际最大需用量不超过合同签订的值，节省工厂的电费支出。
优选的，备用电源选取光伏发电系统，有很明显的速度优势，系统会自动切换到光伏发电系统，然后系统会将蓄电池中储存好的电能直接作为供电使用，间隔时间十分短暂，确保这些场合的供电不会中断。除此之外光伏发电系统作为趋于成熟的新能源电源，可满足现阶段社会对于节能的需求。
优选的，无线电量传感器由电磁隔离采集单元、电能转换单元、MCU单元、无线传输单元、配置单元、自供电电源变换单元组成。无线电量传感器基于ZigBee技术，是综合了电磁隔离原理、数据采集、无线通信等技术构成的电参数采集模块的产品。主要适用于自动控制、远程控制领域，实现实时在线数据监测。
优选的，控制中心分为软件层和硬件层两部分，软件层包括安装在控制中心操作系统中的TinyOS系统、博途软件、WinCC软件，博途软件内有用电最大需用量阈值和比较程序，硬件层包括数据接收模块和无线数据终端，数据接收模块是无线电量传感器的数据接收端，无线电量传感器采集的数据经数据接收模块发送至TinyOS系统，以读取传感数据，经博途软件数据处理后，由无线数据终端向PLC发送控制指令，最后使用WinCC软件设计可视化操作界面。还可开发手机APP，在手机端可视化。
本发明与现有技术相比有以下有益效果：
1、让电网侧实际最大需用量不超过合同签订的值，节省工厂的电费支出。
2、本发明采用元器件皆为无线硬件，实现工厂内的无线化信息传输，占地面积小且节省布线成本。
3、本发明监测元件使用无线电量传感器，使用达到一定规模时可建立电力物联网。
4、本发明备用电源模块使用光伏发电系统，作为趋于成熟的新能源电源，可在实现供电功能的同时达到节能的目的。
附图说明
图1表示本发明的结构示意图。
图2表示图1中控制中心放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种工厂无线监测控制系统，包括备用开关电路、无线电量传感器、PLC、控制中心和光伏发电系统，光伏发电系统通过备用开关电路接入到用电设备主供电线路上。PLC控制备用开关电路和电网主开关电路上的继电器的通断。
系统具体装设如图1所示，由无线电量传感器实时监测、无线发送电参数到控制中心；控制中心处理参数并向PLC发出控制命令；PLC接收命令并控制备用电源投切。
控制中心如图2所示，分为软件层和硬件层两部分，软件层进行数据的接收、处理及可视化界面，硬件层包括数据接收模块和无线数据终端，实现数据的无线接收和控制命令的无线传输。数据接收模块是无线电量传感器的数据接收端，它通过串口与PC端连接，无线电量传感器采集的数据经该模块发送至TinyOS系统，以读取传感数据。经博途软件（TIA-Poart）数据处理后，由无线数据终端DTD434M向PLC发送控制指令（PLC的编程通过博途进行）。最后使用WinCC软件设计可视化操作界面。
使用无线电量传感器，可实现实时在线数据监测。使用安装通讯模块的PLC，可实现中短距离无线控制。使用光伏发电系统作为备用电源，作为趋于成熟的新能源电源，可在实现供电功能的同时达到节能的目的。本发明选用元器件皆为无线硬件，实现工厂内的无线化信息传输，占地面积小且节省布线成本。
以上仅为本发明的具体实施例，但并不局限于此，可用任意工厂实现电量的无线检测和开关的无线控制；也可用于其他相关领域的类似场所，进行监测控制。任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所做出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种工厂无线监测控制系统，其特征在于包括无线电量传感器、带有无线通讯模块的PLC、控制中心和备用电源，无线电量传感器安装在用电设备侧，无线电量传感器与控制中心无线连接，控制中心与PLC无线连接，备用电源通过备用开关电路接入到用电设备主供电线路上了，控制中心内写入有用电最大需用量阈值和比较程序。
2.根据权利要求1所述的一种工厂无线监测控制系统，其特征在于备用电源选取光伏发电系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种工厂无线监测控制系统，其特征在于无线电量传感器由电磁隔离采集单元、电能转换单元、MCU单元、无线传输单元、配置单元、自供电电源变换单元组成。
4.根据权利要求1或2所述的一种工厂无线监测控制系统，其特征在于控制中心分为软件层和硬件层两部分，软件层包括安装在控制中心操作系统中的TinyOS系统、博途软件、WinCC软件，博途软件内有用电最大需用量阈值和比较程序，硬件层包括数据接收模块和无线数据终端，数据接收模块是无线电量传感器的数据接收端，无线电量传感器采集的数据经数据接收模块发送至TinyOS系统，以读取传感数据，经博途软件数据处理后，由无线数据终端向PLC发送控制指令，最后使用WinCC软件设计可视化操作界面。
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