CN216014008U - 分布式开关远程控制子系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分布式开关远程控制子系统，其中，每一个开关控制子系统包括：电源供电系统、核心控制系统以及与电源供电系统及核心控制系统均连接的调试系统、软件升级系统、驱动控制系统、地址设定系统、输出指示系统以及输出检测系统；驱动控制系统用于连接开关；核心控制系统控制驱动控制系统实现开关断开或者闭合；输出检测系统用于与开关连接以检测开关的状态；调试系统用于作为分布式开关远程控制主系统调试时的下载读取接口；软件升级系统用于调试、导入程序和读取数据。本实用新型有助于实现通过局域网进行远程控制和远程获取开关状态。

Description

分布式开关远程控制子系统

技术领域

本实用新型涉及开关控制领域，特别涉及一种分布式开关远程控制子系统。

背景技术

随着互联网技术的普及，各种高性能计算中心得到了迅猛的发展。通信运营商、银行金融系统、政府及各大型企业等都建设了大型数据中心机房，在这些大型数据中心机房中一般都部署有大量的服务器机柜。而机柜中有大量的输出开关，输出开关的作用是用来分断电路，连接方式是串联在控制电路中。在机房中手动操作这些输出开关存在一定的安全隐患。

因此如何解决传统控制机房里的传统开关无法实现远程控制和开关的状态无法远程获知和通过局域网进行通信及控制成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种分布式开关远程控制子系统，有助于实现通过局域网进行远程控制和远程获取开关状态。

根据本实用新型的第一方面，一种分布式开关远程控制子系统，包括：至少一个开关控制子系统，每一个开关控制子系统包括：电源供电系统、核心控制系统以及与所述电源供电系统及核心控制系统均连接的调试系统、软件升级系统、驱动控制系统、地址设定系统、输出指示系统以及输出检测系统；所述驱动控制系统用于连接开关；所述核心控制系统控制所述驱动控制系统实现开关断开或者闭合；所述输出检测系统用于与所述开关连接以检测所述开关的状态；所述调试系统用于作为所述分布式开关远程控制主系统调试时的下载读取接口；所述软件升级系统用于调试、导入程序和读取数据。

进一步地，所述至少一个开关控制子系统包括依次连接的一个开关控制子系统以及多个扩展开关控制子系统，每一开关控制子系统还包括通讯拓展系统，所述开关控制子系统通过通讯拓展系统与所述扩展开关控制子系统连接，多个扩展开关控制子系统通过通讯拓展系统依次连接。

进一步地，所述开关的数量为多个，多个所述开关并联连接。

进一步地，所述扩展开关控制子系统的数量为1-254个。

进一步地，所述通讯拓展系统包括RS485接口。

本实用新型分布式开关远程控制子系统通过核心控制器控制驱动控制系统，驱动控制系统进而控制即开关动作，实现远程控制；同时，由输出检测系统采集开关的状态后，并将检测结果发送给核心控制系统，核心控制系统根据检测结果生成开关状态反馈信息，发送给主站，实现开关状态的远程监测。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本实用新型的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第二实施例的结构示意图；

图3a-图3f为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第三实施例中电源供电系统的电路图；

图4为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第三实施例中通讯拓展系统的电路图；

图5为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第三实施例中驱动控制系统的电路图；

图6为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第三实施例中输出检测系统的电路图；

图7为本实用新型一种分布式开关远程控制主系统第三实施例中调试系统的电路图；

图8a及图8b为本实用新型一种分布式开关远程控制主系统第三实施例中软件升级系统的电路图；

图9为本实用新型一种分布式开关远程控制主系统第三实施例中输出指示系统的电路图。

图10为本实用新型一种分布式开关远程控制主系统第三实施例中地址设定系统的电路图。

图11为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第三实施例中核心控制系统的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第一实施例的结构示意图，如图1所示，本实用新型一种分布式开关远程控制子系统，包括：至少一个开关控制子系统，每一个开关控制子系统包括：电源供电系统101、核心控制系统102以及与电源供电系统101及核心控制系统102均连接的调试系统103、软件升级系统104、驱动控制系统105、输出检测系统106、地址设定系统107以及输出指示系统108；驱动控制系统105用于连接开关(图中未示出)。

核心控制系统102控制驱动控制系统105以控制开关断开或者闭合。输出检测系统106用于检测开关的状态，并将检测结果发送给核心控制系统102，核心控制系统102用于根据检测结果生成开关状态反馈信息。所述调试系统103用于作为所述分布式开关远程控制主系统调试时的下载读取接口；所述软件升级系统104用于调试、导入程序和读取数据。

本实施例分布式开关远程控制子系统通过核心控制器控制驱动控制系统，驱动控制系统进而控制即开关动作，实现远程控制；同时，由输出检测系统采集开关的状态后，并将检测结果发送给核心控制系统，核心控制系统根据检测结果生成开关状态反馈信息，发送给主站，实现开关状态的远程监测。

图2为本实用新型一种分布式开关远程控制子系统第二实施例的结构示意图。图2为图1所示实施例的优选实施方式。具体如图2所示，相较于图1所示实施例，本实施例分布式开关远程控制子系统除了包括上述的电源供电系统101、核心控制系统102以及与电源供电系统101及核心控制系统102均连接的调试系统103、软件升级系统104、驱动控制系统105以及输出检测系统106以外，每一开关控制子系统还包括通讯拓展系统201。通讯拓展系统201用于扩展开关控制子系统的数量，各个开关控制子系统通过通讯拓展系统201实现信息传输。

电源供电系统101是将市电AC220V或变电站DC220V电压转换为设备可使用的各类工作电压，为设备提供动力。电源供电系统101的具体电路结构如图3a-图3f所示。输入电源的保护电路204，内部加有一个保险管。滤波电路203，其作用是对输入电源进行滤波，保障输入电压的稳定。变压电路202，可以将输入的电源(输入电源支持交流和直流220v)转换为直流12v的电源。电源输出电路201，分别为12v直流电源输入端208和12v直流电源输入端2011供电。变压芯片207将12v电源转为3v。变压芯片2010将12v电源转为6v。电源检测电路2014主要是检测变压芯片转换的电源是否稳定，当电源稳定时其不会动作，当电源波动范围超过允许值时将会停止2013的工作切断为处理器的供电，当供电电源回复正常值时13将会重新进行工作。变压芯片2013将5v电源转换为3.3v电源。辅助电源电路2016是辅助主电源启动的电路。

功能原理为：通过电源输入接口205接入外部电源经过保护电路204进入输入滤波电路203，然后传递给变压电路202进行降压，经过电源输出电路201输出直流12v电源分别传递给12v直流电源输入端208和12v直流电源输入端2011，12v直流电源输入端208将电源传递给变压芯片207，变压芯片207变压后经过3v电源输出端电路206的滤波电路输出5v电源分别传递给系统通讯隔离通知电源2015、辅助电源电路2016、系统主电源输入滤波电路2017，系统主电源输入滤波电路2017将电源进行滤波后传递给变压芯片2013，经过变压后传递给系统主电源输出滤波电路2012输出直流3.3v电源，同时传递给电源检测电路2014检测电路用来检测输出电压是否稳定。12v直流电源输入端2011将电源传递给变压芯片2010进行变压，然后传递给辅助电源输出滤波系统209输出6v的电压。

通讯拓展系统201为设备主机(即开关控制子系统)和各个子机(即扩展开关控制子系统)提供专用的抗干扰通讯通道，主机通过该扩展接口发送和接收各个子机所发送的信息，同理子机通过该接口和主机进行通讯。如图4所示，如图4所示，4P RS485通信接口301主要是用来与上方主机进行通信的接口，两根RS485通信线一根通知线和一根地线。RS485通信处理芯片302，其主要作用是将4P RS485通信接口301传输过来的数字信号处理转换为数字信号然后传输给与处理器进行连接的端口303，端口303用于数据的交互。

其整体功能为4P RS485通信接口301接收来自主机的信号传输给RS485通信处理芯片302，经过处理后传输给端口303，然后到达处理器，处理器下发的指令通过端口303传输给RS485通信处理芯片302，经过处理后传输给4P RS485通信接口301，4P RS485通信接口301再将信号传输给上方主机。信号继电器304、光耦芯片305、通知信号读取端306、通知信号写入端307、通信功能切换端口308组成了信号通知线系统。光耦芯片305功能是做光电隔离的对处理器进行保护。通知信号读取端306，用来读取下方传输过来的信号传给处理器。通知信号写入端307，是将处理器的信号向下传送。通信功能切换端口308，其功能是规定通知线是用于读取功能还是写入功能。功能原理为：信号由4P RS485通信接口301进入到达信号继电器304信号继电器再传递给光耦芯片305进行光电隔离然后传递给信号读取端306。信号由信号写入端307进入传递给光耦芯片305转换后传递给继电器304然后传递给4PRS485通信接口301进行输出。

驱动控制系统105的具体电路结构如图5所示。其中10路驱动输出端口401，是用来作为驱动开关的。驱动芯片402，内部由继电器组成，用小电流驱动大电流。光耦芯片404，做光电隔离用的，用来保护主控芯片。

整体工作流程是处理其发出指令给连接处理器的控制端口405，连接处理器的控制端口405转给光耦芯片404经过光电隔离后输出电信号给驱动芯片402，输出信号采集电路403也会采集到电信号，驱动芯片402将驱动电压传给10路驱动输出端口401，10路驱动输出端口401将驱动电压传给开关。输出检测系统106的电路结构如图6所示，输出检测系统106的主要作用是检测输出开关的分合状态并反馈给核心控制器102，输出检测系统106包括信号检测端503、光耦502、连接处理器的端口501。当信号检测端503检测到电信号后会触发光耦502，经过转换后将信号传给端口501。

如图7所示，调试串口的接口，主要作为调试时使用的下载读取接口。功能原理为：该接口是在调试时主机和电脑间进行数据交互的接口，在调试时通过该端口与电脑进行连接，通过电脑输入命令主机会进行响应，然后程序运行的数据会通过该接口传输到电脑上。

如图8a所示，SD卡接口电路，其主要是通过SD卡进行程序导入时使功能原理为：在对设备进行程序导入时将程序先存在SD卡上，然后将SD卡插入卡槽，设备会自动识别导入程序。

如图8b所示，为USB接口线路，其主要作为调试、导入程序和读取数据使用的。功能原理为：该接口是用于调试时主机和电脑间进行数据交互的接口，在调试时通过该端口与电脑进行连接，通过电脑输入命令主机会进行响应，然后程序运行的数据会通过该接口传输到电脑上。

如图9所示，输出指示系统中，触发电路602当线路检测到高电平时线路会导通。功能原理为：检测信号由检测信号输入端603进入经过触发电路602触发电路然后导通LED指示灯601。

如图10所示，地址设定系统的电路由一个8位拨码开关组成，主要用来设置子机的地址位。功能原理为：该部件是为了设定设备的身份编号的，通多拨动开关来来导通处理器功能端是高电平还是低电平从而设定设备的编号让软件进行识别。

核心控制器102的主要功能有接收并识别来自网口的指令信息，存储和执行控制程序，输出运算后的控制信号，向子机下发控制指令，接收来自开关的状态信息，采集子机通信状态和开关状态信息，向网口输出开关状态和子机通信状态信息，核心控制器就是设备的大脑承担起了接收指令、运算、存储、识别、控制、采集等功能。其具体电路如图11所示。具体地，子机处理器如下改进：

1、去掉两路网口通讯控制线(降低主控性能要求，可选择主控不再局限于这一种)；

2、去掉1路RS485-2物理接口(去除先前冗余设计)；

3、增加RGB三色灯指示主机状态管脚(直观显示子机各个时期状态，第一时间判断异常)；

4、增加SD卡程序升级通讯管脚(增加后期维护升级便捷性)；

5、增加引入RS-485通讯消息通知线管脚(确保RS-485通讯线不处于堵塞状态，可即可主动上报状态，无需主机询问后再上报)；

6、由原来10路控制管脚再增加10路，用于驱动保持性动作器件(即子机断电后，开关的状态不会改变，增加安全可靠性)；

7、由原20路输入检测再增加10路，用于双重确认执行终端器件的状态。

本产品采用集散控制的方式进行控制，即一个主机(即分布式开关远程控制主系统)控制多个子机(图中未示出)，一个子机控制10个子开关，主机采用IEC104规约网口通信和RS485通信，主机与子机之间采用RS485通信方式进行通信，子机与子开关之间采用控制线进行链接。

工作原理为：用户通过控制平台下发控制指令，控制指令通过网线传递给主机，主机通过消息接收系统接收控制平台传递过来的控制指令，经过核心控制系统对指令进行识别解析运算然后将运算后的结果通过RS485传递给对应地址的子机，子机对指令进行解析运算，然后通过控制输出端口输出对应的驱动电源，子开关收到驱动电源信号后就执行动作，动作到位后子开关会通过控制线传递给子机对应状态的电信号(状态信号是靠限位开关来给出的，开关闭合时会输出一个高电平信号，开关分开时会输出一个低电平信号)，子机接收到电信号后会停止驱动电源的输出，同时将电信号转换为差分信号通过RS485传递给主机，主机识别后对数据进行转换，然后通过网口将子开关的状态传递给控制平台，当子开关的状态发生变化后通知线上的电位会发生变化，主机发生变化后会对下方的设备进行巡查来获取刷新子开关的状态，可以做到实时反馈开关的状态。主机所具备的检修模式是应对与需要现场施工不进行远方操作的时候，检修模式下控制平台发出的控制指令主机会进行拒收，不执行控制指令但开关的状态依然会进行上传。

一台主机理论状态下可驱动256台子机，主机会对子机下的子开关相关数据进行统一采集和汇总，然后进行上报，这样大大减小了通信链路的通信压力，同时还可以减少现场安装成本。子机主要作为驱动部分，子机通过RS485通信方式接收主机的指令来执行相关动作，子机有10个USB驱动端口主要用来控制子开关的分合和采集子开关的状态。采用USB接口作为控制端口主要是为了现场安装方便和接线错误。USB接口可以即插即用，控制信号均为弱电可带电拔插，不必重新接线，有效的避免了接错线带来的麻烦。

子开关通过控制线与子机进行相连，在现场开关的安装位置更加灵活，可根据不同的环境来决定开关的安装位置。子开关内部采用机械结构和减速电机的开关，开关分合控制原理采用正反向电源来进行控制，在设备内部集成了位置开关和停止开关，由此来感应出开关的位置和当开关到位是自动停止。子开关添加了手动操作柄，可以进行手动操作。

相较于市面上的同类产品，采用集散控制的方式进行控制，有如下优点：

1、可扩展性强，控制回路多；

2、部署以太网104的通信协议；

3、设定工作和检修两种工作模式；

4、供电电源兼容度广(85V-265VAC(50/60HZ)/100V-370VDC)；

5、可以再加入后期兼容IEC61850；

6、子开关部分采用分体式设计，安装更加灵活方便；

7、子开关控制线采用USB接口进行连接，安装更方便更省时，可带电拔插，完全避免了接错线的现象；

8、主机与子机间添加了一根通知线，可以做到实时感知开关的状态；

9、添加了一组CAN通信方式，可以有效避免数据冲突情况的发生；

10、通信部分和驱动部分是分体设计的，通信连接方式有利于大批量安装部署；

11、主机可以一带多个子机，大大节约了实际应用成本；

12、开关是具备远程遥控的机械开关，结构简单性能稳定，可以远程遥控也可以本地手动操作；

14、开关的分断距离大，分断状态明显可见。

本实施例分布式开关远程控制主系统在电路设计时采用了高性能处理器可以支持以太网IEC104通信协议，同时在软件编写时加入了IEC104协议的指令条，从而可以做到设备可以通过IEC104通信协议与设备进行通信控制。本设备采用分体式设计方式，主要分为主机、子机和子开关。其中主机是作为指令接收、识别、运算、巡查开关状态、上传子机和子开关的状态、将运算后的控制指令转换为RS485通信格式传输给子机，同时主机具备工作和检修两种模式，在工作状态下可以从控制平台进行远程控制开关的通断。在检修模式下控制平台无法进行远程控制，从而保护了现场检修人员的安全，在检修状态下想要控制开关的通断可以通过子开关上的手动开关进行操作，可以对每一路进行操作。具备子开关状态异常上报功能，在传统的RS485通信方式的基础上又添加了一根通知线和一组CAN通讯线，通知线的作用是当下方的设备状态发生变化时会第一时间通知设备进行巡查，解决了定时巡查等待时间长的弊端，CAN线的添加主要是为了解决下方有多子台设备同时上报信号时会产生数据冲突的问题，在CAN通信方式中加入了仲裁机制，有效的避免了数据冲突的问题。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本实用新型的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种分布式开关远程控制子系统，其特征在于，包括：至少一个开关控制子系统，每一个开关控制子系统包括：电源供电系统、核心控制系统以及与所述电源供电系统及核心控制系统均连接的调试系统、软件升级系统、驱动控制系统、地址设定系统、输出指示系统以及输出检测系统；所述驱动控制系统用于连接开关；

所述核心控制系统控制所述驱动控制系统实现开关断开或者闭合；

所述输出检测系统用于与所述开关连接以检测所述开关的状态；

所述调试系统用于作为所述分布式开关远程控制主系统调试时的下载读取接口；

所述软件升级系统用于调试、导入程序和读取数据。

2.如权利要求1所述的分布式开关远程控制子系统，其特征在于，所述至少一个开关控制子系统包括依次连接的一个开关控制子系统以及多个扩展开关控制子系统，每一开关控制子系统还包括通讯拓展系统，所述开关控制子系统通过通讯拓展系统与所述扩展开关控制子系统连接，多个扩展开关控制子系统通过通讯拓展系统依次连接。

3.如权利要求2所述的分布式开关远程控制子系统，其特征在于，所述开关的数量为多个，多个所述开关并联连接。

4.如权利要求3所述的分布式开关远程控制子系统，其特征在于，所述扩展开关控制子系统的数量为1-254个。

5.如权利要求4所述的分布式开关远程控制子系统，其特征在于，所述通讯拓展系统包括RS485接口。

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