CN111240293A - 一种电气控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电气控制系统，由多个传感器节点、上位机、电力载波通信模块、220V交流电网及多个电气设备控制器构成，各个传感器节点之间通过Zigebee模块以自组网的方式与多个电气设备控制器连接起来，形成一个有效的内部网络；220V交流电网与多个电气设备控制器相连，并通过电力载波通信模块与上位机组成一个网络，传感器节点将采集到的数据经内部网络以无线的方式传输至电气设备控制器，电气设备控制器接收数据同时接收来自于上位机的指令，基于所述数据和指令输出对应的控制命令至电气设备实现电气设备工作状态的修改。本发明具有自动、智能、多功能、安全性高等特点。

Description

一种电气控制系统
技术领域
本发明涉及电气领域，具体涉及一种电气控制系统。
背景技术
现有的电气控制系统多采用电气控制柜集中供电、控制、监控和测量，但是电气控制柜一般都是固定式的，其操作和监视不方便，特别是在一些较大型的电气设备中，在操作的同时不能兼顾控制柜的监视功能，难以观看到控制柜上的仪表读数，同时控制系统的执行可视性较差、对其中出现的错误也未能及时反馈，存在很大的安全隐患。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种电气控制系统，通过电力载波通信模块，将上位机和多个电气设备控制器联结成网络，同时基于Zigebee模块将传感器节点与电气设备控制器联结成内网，在实现电气设备工况全监控的同时，上位机可灵活控制各电气设备的工作，具有自动、智能、多功能、安全性高等特点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种电气控制系统，由多个传感器节点、上位机、电力载波通信模块、220V交流电网及多个电气设备控制器构成，各个传感器节点之间通过Zigebee模块以自组网的方式与多个电气设备控制器连接起来，形成一个有效的内部网络；220V交流电网与多个电气设备控制器相连，并通过电力载波通信模块与上位机组成一个网络，传感器节点将采集到的数据经内部网络以无线的方式传输至电气设备控制器，电气设备控制器接收数据同时接收来自于上位机的指令，基于所述数据和指令输出对应的控制命令至电气设备实现电气设备工作状态的修改。
进一步地，所述电气设备控制器包括CPU模块、电力载波通信模块和电源模块，电力载波通信模块与220V交流电网相连，并与CPU模块通过串口相连，电源模块与CPU模块相连，CPU模块外部连接被控电气设备。
进一步地，所述CPU模块内载一数据处理系统，包括控制命令生成模块、电气设备工况评估模块、控制命令反馈模块。
进一步地，所述控制命令生成模块用于根据传感器节点采集到的设备工作状态数据判定当前电气设备的工作模式，同时根据上位机发送的指令调用对应的BP神经网络模型，然后将所得的工作模式数据输入所述BP神经网络模型输出对应的控制命令。
进一步地，所述电气设备工况评估模块，用于根据传感器节点采集到的设备工作状态数据以及性能参数数据实现电气设备工况的评估，并输出对应的评估结果至上位机。
进一步地，所述控制命令反馈模块用于实现控制命令执行结果的反馈，通过传感器节点采集到的工况参数判断控制命令是否已执行完毕，其中，当电气设备工况评估模块评估结果落入预设的故障门限时，与该电气设备相连的电气设备控制器自动反馈指令执行失败的代码至上位机，同时启动GSM预警模块实现预警。
进一步地，所述传感器节点用于实现电气设备当前工作状态数据以及性能参数数据的采集，至少包括：
姿态传感器，用于实现各电气开关所在位置的采集；
电压传感器，用于采集电气设备的输入电压和输出电压数据；
辐射传感器，用于采集电气设备的发热以及放电情况；
声与振动传感器，用于实现电气设备机械结构及间隙放电的故障情况的检测；
表面电位变化或感应电流的检测模块，用于进行电气设备内部绝缘的完好程度的检测；
磁光效应检测模块，用于电气设备电流以及周围磁场的数据的采集；
光弹性效应监测模块，用于电气设备变形以及周围环境压力的数据的采集。
进一步地，所述上位机内设有：
可视化模块，用于通过仿真模型仿真执行的方式实现指令/电气设备工况的可视化；
指令决策模块，用于根据输入的电气控制参数要求以及接收到的电气设备当前工作状态数据以及性能参数数据实现控制指令的自动生成。。
本发明具有以下有益效果：
1）通过电力载波通信模块，将上位机和多个电气设备控制器联结成网络，同时基于Zigebee模块将传感器节点与电气设备控制器联结成内网，在实现电气设备工况全监控的同时，上位机可灵活控制各电气设备的工作，具有自动、智能、多功能、安全性高等特点；
2）系统自带控制命令反馈功能，从而可以保证每一个控制命令执行情况的监控。
3）系统自带可视化功能，从而可以实现电气设备工况以及控制命令仿真执行的可视化。
4）通过电力载波通信模块实现网络通信，网络信号通过电力载波传输，无需再布置专用网络线路。
5）系统自带控制命令适应性调整功能，从而使得每个控制指令可以根据不同的电气设备工况实现细节参数的调整。
附图说明
图1 为本发明实施例彩灯集群控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例彩灯控制器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种电气控制系统，由多个传感器节点、上位机、电力载波通信模块、220V交流电网及多个电气设备控制器构成，各个传感器节点之间通过Zigebee模块以自组网的方式与多个电气设备控制器连接起来，形成一个有效的内部网络；220V交流电网与多个电气设备控制器相连，并通过电力载波通信模块与上位机组成一个网络，传感器节点将采集到的数据经内部网络以无线的方式传输至电气设备控制器，电气设备控制器接收数据同时接收来自于上位机的指令，基于所述数据和指令输出对应的控制命令至电气设备实现电气设备工作状态的修改。
本实施例中，所述电气设备控制器包括CPU模块、电力载波通信模块和电源模块，电力载波通信模块与220V交流电网相连，并与CPU模块通过串口相连，电源模块与CPU模块相连，CPU模块外部连接被控电气设备。所述CPU模块基于ARM 嵌入式处理器设计，型号为STM32-103VT，该处理器是基于Cortex™-M3内核的32位ARM处理器，工作频率为72MHz，工作速率1.25MIPS/MHz，内置有512K的Flash ROM存储器，64K ROM存储器；该处理器还内置有丰富的外部IO接口，包括5个UART接口，3个SPI接口，2个I2C接口，USB及CAN接口，SD卡接口，以及AD和DA转换器。所述电力载波通信模块的型号为SENS-09嵌入式电力线载波模块，该模块直接连接220V交流电力线，可实现多种通讯速率：1200,2400,4800,9600bps，与CPU模块通过TTL电平串行接口RXD、TXD连接，通讯距离1500米，电力线载波频率110kHz，调制解调方式为FSK。
本实施例中，所述CPU模块内载一数据处理系统，包括控制命令生成模块、电气设备工况评估模块、控制命令反馈模块；所述控制命令生成模块用于根据传感器节点采集到的设备工作状态数据采用最邻近分类器判定当前电气设备的工作模式，同时根据上位机发送的指令基于最邻近分类器调用对应的BP神经网络模型，然后将所得的工作模式数据输入所述BP神经网络模型输出对应的控制命令。所述电气设备工况评估模块，用于根据传感器节点采集到的设备工作状态数据以及性能参数数据实现电气设备工况的评估，并输出对应的评估结果至上位机，具体的，电气设备工况评估模块将接收到的设备工作状态数据以及性能参数数据输入CCIPCA算法实现数据特征的提取，然后将提取到的数据特征输入对应的BP神经网络模型即可实现电气设备工况的评估。所述控制命令反馈模块用于实现控制命令执行结果的反馈，通过传感器节点采集到的工况参数判断控制命令是否已执行完毕，其中，当电气设备工况评估模块评估结果落入预设的故障门限时，与该电气设备相连的电气设备控制器自动反馈指令执行失败的代码至上位机，同时启动GSM预警模块实现预警。
本实施例中，所述传感器节点用于实现电气设备当前工作状态数据以及性能参数数据的采集，至少包括：
姿态传感器，用于实现各电气开关所在位置的采集；
电压传感器，用于采集电气设备的输入电压和输出电压数据；
辐射传感器，用于采集电气设备的发热以及放电情况；
声与振动传感器，用于实现电气设备机械结构及间隙放电的故障情况的检测；
表面电位变化或感应电流的检测模块，用于进行电气设备内部绝缘的完好程度的检测；
磁光效应检测模块，用于电气设备电流以及周围磁场的数据的采集；
光弹性效应监测模块，用于电气设备变形以及周围环境压力的数据的采集。
本实施例中，所述上位机内设有：
可视化模块，用于通过仿真模型仿真执行的方式实现指令/电气设备工况的可视化；
指令决策模块，用于根据输入的电气控制参数要求以及接收到的电气设备当前工作状态数据以及性能参数数据实现控制指令的自动生成。
本发明通过传感器组实现了电气设备当前工作状态数据以及性能参数数据的采集，系统自带工作状态和性能评估功能，从而可以在电气设备运行的过程中及时发现安全隐患；通过电力载波通信模块，将上位机和多个电气设备控制器联结成网络，上位机可灵活控制各电气设备的工作，具有自动、智能、多功能的特点；系统自带控制命令适应性调整功能，从而使得每个控制指令可以根据不同的电气设备工况实现细节参数的调整，从而可以提高控制命令执行的精确度和安全性，系统自带控制命令反馈功能，从而可以保证每一个控制命令执行情况的监控，系统自带可视化功能，从而可以实现电气设备工况以及控制命令仿真执行的可视化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电气控制系统，其特征在于，由多个传感器节点、上位机、电力载波通信模块、220V交流电网及多个电气设备控制器构成，各个传感器节点之间通过Zigebee模块以自组网的方式与多个电气设备控制器连接起来，形成一个有效的内部网络；220V交流电网与多个电气设备控制器相连，并通过电力载波通信模块与上位机组成一个网络，传感器节点将采集到的数据经内部网络以无线的方式传输至电气设备控制器，电气设备控制器接收数据同时接收来自于上位机的指令，基于所述数据和指令输出对应的控制命令至电气设备实现电气设备工作状态的修改。
2.如权利要求1所述的一种电气控制系统，其特征在于，所述电气设备控制器包括CPU模块、电力载波通信模块和电源模块，电力载波通信模块与220V交流电网相连，并与CPU模块通过串口相连，电源模块与CPU模块相连，CPU模块外部连接被控电气设备。
3.如权利要求2所述的一种电气控制系统，其特征在于，所述CPU模块内载一数据处理系统，包括控制命令生成模块、电气设备工况评估模块、控制命令反馈模块。
4.如权利要求2所述的一种电气控制系统，其特征在于，所述控制命令生成模块用于根据传感器节点采集到的设备工作状态数据判定当前电气设备的工作模式，同时根据上位机发送的指令调用对应的BP神经网络模型，然后将所得的工作模式数据输入所述BP神经网络模型输出对应的控制命令。
5.如权利要求2所述的一种电气控制系统，其特征在于，所述电气设备工况评估模块，用于根据传感器节点采集到的设备工作状态数据以及性能参数数据实现电气设备工况的评估，并输出对应的评估结果至上位机。
6.如权利要求2所述的一种电气控制系统，其特征在于，所述控制命令反馈模块用于实现控制命令执行结果的反馈，通过传感器节点采集到的工况参数判断控制命令是否已执行完毕，其中，当电气设备工况评估模块评估结果落入预设的故障门限时，与该电气设备相连的电气设备控制器自动反馈指令执行失败的代码至上位机，同时启动GSM预警模块实现预警。
7.如权利要求1所述的一种电气控制系统，其特征在于，所述传感器节点用于实现电气设备当前工作状态数据以及性能参数数据的采集，至少包括：
姿态传感器，用于实现各电气开关所在位置的采集；
电压传感器，用于采集电气设备的输入电压和输出电压数据；
辐射传感器，用于采集电气设备的发热以及放电情况；
声与振动传感器，用于实现电气设备机械结构及间隙放电的故障情况的检测；
表面电位变化或感应电流的检测模块，用于进行电气设备内部绝缘的完好程度的检测；
磁光效应检测模块，用于电气设备电流以及周围磁场的数据的采集；
光弹性效应监测模块，用于电气设备变形以及周围环境压力的数据的采集。
8.如权利要求1所述的一种电气控制系统，其特征在于，所述上位机内设有：
可视化模块，用于通过仿真模型仿真执行的方式实现指令/电气设备工况的可视化；
指令决策模块，用于根据输入的电气控制参数要求以及接收到的电气设备当前工作状态数据以及性能参数数据实现控制指令的自动生成。
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