СПОСОБ АДРЕСНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО ЛИНИЯМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2013 года по МПК H02J13/00 H04B3/54 

Изобретение относится к системам передачи информации по линиям энергоснабжения и может быть использовано для создания эффективных систем дистанционного управления потребителями электроэнергии по линиям энергоснабжения, в том числе в системах управления уличным освещением.

Задача передачи информации по линиям электроснабжения является актуальной. В большинстве систем передачи информации по линиям энергоснабжения традиционно используются электро-сетевые модемы. Сигнал передается по электросети с помощью наложения на основную гармонику питающего напряжения одной или нескольких несущих частот с амплитудным, частотным, фазовым способом модуляции сигнала, либо их комбинацией. Но при проектировании и эксплуатации таких модемов имеется ряд проблем и ограничений.

Известны системы передачи команд, в которых управляющее и исполнительное устройства содержат приемо-передатчики для выдачи команд и приема данных.

Команды могут передаваться по дополнительной линии управления или по силовой линии с применением разделительных фильтров.

Приемо-передатчики, дополнительные линии управления, разделительные фильтры являются неосновным оборудованием, снижающим надежность и повышающим стоимость системы.

Известен способ, система и устройство для передачи информации в электрической цепи между двумя аппаратами (A, RU 2003106189, 2004.10.10, МПК H02J 13/00), причем данные или информацию кодируют посредством регулируемых прерываний подачи сетевого электропитания, последовательности битов, образующей передаваемые двоичные данные, предшествует сигнал (старт) начала передачи данных, в частности, представленный одним из указанных регулируемых прерываний, имеющих длительность, которая больше длительности, ассоциируемой с битом реальных данных, технические средства для кодирования содержат твердотельный прерыватель или реле, например, симметричный триодный тиристор, который управляется посредством микроконтроллера и синхронизируется сигналом, детектирующим переход нуля напряжения электросети, отличающийся ассоциацией одного бита(или нескольких бит) с каждой полуволной напряжения электросети, где логика "1" соответствует наличию одного из указанных регулируемых прерываний (или поглощений мощности), а логика "0" соответствует отсутствию прерываний (поглощений мощности).

Недостаток этой системы заключается в том, что двоичное представление передаваемых данных и способ их кодирования путем комбинаций прерываний питающего напряжения приводит к тому, что количество и частота прерываний питающего напряжения будет зависеть от значения передаваемых двоичных данных и оказывать значительное влияние на качество питающего напряжения сети. Использование такого способа передачи может вывести параметры сети электропитания за пределы, регламентируемые международными и государственными стандартами, а также отрицательно сказаться на работе электроприборов, которые подключены к этой сети.

Известен способ адресной передачи информации по линии электроснабжения переменного тока, заключающийся в том, что в начале линии размещают передатчик, состоящий из микропроцессорного блока, датчика моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения и управляемого устройства коммутации, которое может прерывать подачу питающего напряжения в линию на время, равное половине периода основной гармоники питающего напряжения, с началом в точке перехода основной гармоники через ноль, вдоль линии размещают множество приемников, каждый из которых состоит из микроконтроллера, к которому подключен датчик моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, каждый приемник имеет свой порядковый номер (уникальный идентификатор приемника), передаваемую информацию кодируют последовательностью символов из заранее заданного алфавита, причем каждому символу соответствует его порядковый номер в алфавите (код символа), затем полученную последовательность символов формируют в пакеты фиксированной длины, каждый пакет состоит из поля идентификатора приемника и фиксированного количества числовых полей, в каждое числовое поле записывают соответствующий код символа передаваемой последовательности, затем пакет передают по линии электроснабжения, в начале пакета выполняют первое прерывание питающего напряжения (маркер начала), затем значение поля идентификатора приемника кодируют подачей в линию соответствующего ему количества полуволн питающего напряжения, затем выполняют второе прерывание питающего напряжения (разделитель полей), после которого значение второго поля пакета кодируют подачей в линию соответствующего коду символа количества полуволн питающего напряжения, после которого выполняют следующее прерывание - разделитель полей и далее аналогично передают все остальные поля пакета, в каждом приемнике определяют моменты прерываний питающего напряжения по отсутствию импульсов, поступающих от датчика моментов перехода через ноль, с помощью микропроцессора приемника подсчитывают количество полуволн основной гармоники напряжения, прошедших между прерываниями, затем подсчитанному в каждом поле пакета количеству полуволн ставят в соответствие по значению кода символ заданного алфавита и таким образом восстанавливают переданный пакет, если принятый идентификатор не равен собственному идентификатору приемника, пакет игнорируют, по окончании приема пакета все приемники переводят в состояние ожидания маркера начала следующего пакета, каждый приемник, кроме уникального идентификатора, имеет дополнительно один или несколько групповых идентификаторов и игнорирует принятые пакеты, в которых поле идентификатора не совпадает ни с одним из имеющихся у приемника идентификаторов, все коды символов алфавита увеличивают на положительную целую константу, маркер начала всегда соответствует пропуску положительной полуволны основной гармоники питающего напряжения, либо маркер начала всегда соответствует пропуску отрицательной полуволны основной гармоники питающего напряжения (патент РФ на изобретение №2390933, H04B 3/54 H02J 13/00) - прототип.

Недостатки прототипа заключаются в следующем.

Датчик моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения выдает сигнал с большой ошибкой, которая зависит от разброса параметров и порогов срабатывания элементов, от влияния внешних факторов, например, температуры, от наличия шумов и выбросов питающей сети.

Реальные линии всегда содержат реактивные элементы, которые приводят к ошибкам в процессе приема команд при использовании датчика моментов перехода через ноль.

В процессе передачи управляющего пакета производится выдача большого количества маркеров, что при включенном освещении приводит к пульсациям освещенности и броскам тока в силовой сети.

Задачей предлагаемого изобретения является осуществление централизованного управления электротехническими средствами и их контроля в сетях электроснабжения переменного тока, без применения дополнительных линий управления.

Технический результат заключается в повышении достоверности передачи информации и снижении стоимости системы. Предлагаемый способ может применяться для систем, не требующих большой скорости передачи данных, например, для управления городским освещением.

Для решения поставленной задачи предлагается способ адресной передачи информации по линии электроснабжения переменного тока, заключающийся в том, что в нем для передачи сигналов управления используют прерывания напряжения питания, а длительность временного интервала между ними используют как управляющую команду, отличающийся тем, что в нем электроснабжение нагрузок выполняют по двухпроводной линии при помощи силового ключа, управление которым выполняет программируемый контроллер, для выбора моментов коммутации используют блок контроля фазы входного напряжения, состоящего из датчика фазы сети и программного цифрового контура фазовой автоподстройки частоты 2-го порядка астатизма, обеспечивающего управляющий контроллер точным значением фазы и полярности напряжения сети в любой момент времени, при этом начало выдачи команды производят путем выключения силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, после прохождения N полуволн производят повторное выключение силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, число N используют как команду для исполнительных устройств, получающих питание через этот силовой ключ, для работы на линию с реактивными элементами используют ключ с ограничением тока, который шунтирует линию на время выдачи маркера, для защиты от аварийных ситуаций и приема ответных сигналов диагностики используют блок контроля напряжения и тока в линии, после подключения приборов к линии, производят присвоение каждому прибору его условного номера по его заводскому номеру, выдачу информации производят в двух режимах, при этом в режиме оперативного управления при включенных нагрузках передают только оперативные команды, состоящие из двух маркеров и позволяющие управлять работой любой из нагрузок, а в режиме настройки и диагностики при выключенных нагрузках и при наличии напряжения в линии передают команды, состоящие из n - маркеров, где n>2.

Способ поясняется чертежами. На фиг.1 показана структурная схема для выдачи команд в силовую линию; на фиг.2 показана структурная схема для приема команд по силовой линии; на фиг.3 показан график дешифрации команд, передаваемых по силовой линии.

На чертежах показано:

1 - датчик фазы сети;

2 - ФАПЧ;

3 - устройство управления (УУ);

4 - исполнительное устройство (ИУ);

5 - блок контроля напряжения и тока в линии;

6 - ключ разряда линии с ограничением тока;

7.1 - 7n - нагрузка.

Способ реализуется следующим образом.

Основное оборудование пункта питания производит электроснабжение нагрузок по двухпроводной линии при помощи силового ключа 4, управление которым выполняет программируемый контроллер (на чертежах не показан). Для выбора моментов коммутации служит блок контроля фазы входного напряжения, который состоит из датчика 1 фазы сети и программного цифрового контура ФАПЧ 2 второго порядка астатизма.

Учитывая, что фаза напряжения промышленной сети не может быстро изменяться, программный генератор (на чертежах не показан) с ФАПЧ 2 обеспечивает управляющий контроллер (на чертежах не показан) точным значением фазы и полярности напряжения сети в любой момент времени.

Для работы на линию с реактивными элементами используется ключ 4 с ограничением тока, который шунтирует линию на время выдачи маркера.

Для защиты от аварийных ситуаций и приема ответных сигналов диагностики служит блок контроля напряжения и тока в линии (на чертежах не показан).

Предлагаемый способ передачи команд по силовой линии использует только это основное оборудование для выдачи команд в линию под управлением контроллера.

Начало выдачи команды производят путем выключения силового ключа 4 на время одной полуволны питающего напряжения, после прохождения N полуволн производят повторное выключение силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, число N используют как команду для исполнительных устройств, получающих питание через этот силовой ключ.

Передача информации производится в двух режимах:

1 - "режим оперативного управления", в котором при включенных нагрузках передаются только оперативные команды, состоящие из двух маркеров и позволяющие управлять работой любой из нагрузок;

2 - "режим диагностики", в котором при выключенных нагрузках, но при наличии напряжения в линии передаются "многобитные команды", состоящие из более чем двух маркеров, и служащие для настройки и диагностики системы.

Каждый прибор, подключенный к линии в качестве нагрузки, имеет свой уникальный заводской номер, записанный в контроллере и на корпусе прибора.

После подключения приборов к линии, производится присвоение каждому прибору своего условного номера по его заводскому номеру с помощью команд "режима диагностики". Это позволяет использовать при включенных нагрузках "режим оперативного управления" и для передачи команд с условными номерами достаточно двух маркеров, т.к. количество условных номеров ограничено.

При таком способе отпадает необходимость задавать перемычками или переключателями, которые имеют низкую надежность, условный номер прибора при установке на линию.

Использование: для передачи информации по линиям энергоснабжения. Технический результат заключается в повышении достоверности передачи информации и снижении стоимости системы. Способ заключается в том, что в нем для передачи сигналов управления используют прерывания напряжения питания, а длительность временного интервала между ними используют как управляющую команду, при этом для выбора моментов коммутации используют блок контроля фазы входного напряжения, состоящего из датчика фазы сети и программного цифрового контура фазовой автоподстройки частоты 2-го порядка астатизма, начало выдачи команды производят путем выключения силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, после прохождения N полуволн производят повторное выключение силового ключа, число N используют как команду для исполнительных устройств, получающих питание через этот силовой ключ, после подключения приборов к линии, производят присвоение каждому прибору его условного номера по его заводскому номеру, выдачу информации производят в двух режимах, в режиме оперативного управления и в режиме настройки и диагностики, и при наличии напряжения в линии передают команды, состоящие из n - маркеров, где n>2. 3 ил.

Способ адресной передачи информации по линии электроснабжения переменного тока, заключающийся в том, что в нем для передачи сигналов управления используют прерывания напряжения питания, а длительность временного интервала между ними используют как управляющую команду, отличающийся тем, что в нем электроснабжение нагрузок выполняют по двухпроводной линии при помощи силового ключа, управление которым выполняет программируемый контроллер, для выбора моментов коммутации используют блок контроля фазы входного напряжения, состоящего из датчика фазы сети и программного цифрового контура фазовой автоподстройки частоты 2-го порядка астатизма, обеспечивающего управляющий контроллер точным значением фазы и полярности напряжения сети в любой момент времени, при этом начало выдачи команды производят путем выключения силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, после прохождения N полуволн производят повторное выключение силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, число N используют как команду для исполнительных устройств, получающих питание через этот силовой ключ, для работы на линию с реактивными элементами используют ключ с ограничением тока, который шунтирует линию на время выдачи маркера, для защиты от аварийных ситуаций и приема ответных сигналов диагностики используют блок контроля напряжения и тока в линии, после подключения приборов к линии производят присвоение каждому прибору его условного номера по его заводскому номеру, выдачу информации производят в двух режимах, при этом в режиме оперативного управления при включенных нагрузках передают только оперативные команды, состоящие из двух маркеров и позволяющие управлять работой любой из нагрузок, а в режиме настройки и диагностики при выключенных нагрузках и при наличии напряжения в линии передают команды, состоящие из n - маркеров, где n>2.