基于電力線載波通訊的公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的研究

1、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2002.10(1)ComputerMeasurement&Control39文章編號(hào):1671-4598(2002)01-0039-03中圖分類號(hào):TP872文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B基于電力線載波通訊的公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的研究吳家洲1,姚遠(yuǎn)2,楊叔子1(1.華中科技大學(xué)機(jī)械電子工程系,湖北武漢430074;2.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,湖北武漢430070)摘要:簡(jiǎn)介了公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、工作過程以及主從機(jī)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)打印的報(bào)表可以了解在線路燈的電壓高低、電流大小、是否工作等狀況,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)公共路燈的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。關(guān)鍵詞:電力線載波;

2、遠(yuǎn)程監(jiān)控;主機(jī);從機(jī)RealizationStudyoftheRemoteSupervisorySystemofthePublicStreetLampsbyPower-lineCarrierTechniqueWUJia2zhou1,YAO2,G1(1.DepartmentofMechanicalandElectronical,China;2.InstituteofT,)Abstract:Workingprocess,partsandthesoftwaredesignoftheprincipalandsub2ordinatemachineofsystemofpublicstreetlampsar

3、eintroducedinthispaper.Throughaprintedtableillustratingconditionsofthestreetlampssuchasvoltage,current,andworkingornot,aneasyaccesstosupervisoryandmaintenanceisgained.Thuswecanremotelysupervisepublicstreetlamps.Keywords:power-linecarrier;remotesupervisory;principalmachine;subordinatemachine公共路燈是公共事業(yè)

4、建設(shè)的一個(gè)重要部分。傳統(tǒng)的路燈總控室只能實(shí)現(xiàn)每天路燈的開和關(guān),無法實(shí)時(shí)了解在線路燈的狀況,比如,電壓高低、電流大小、路燈的好壞,這就導(dǎo)致路燈維護(hù)遲緩,給市民造成生活上的不便。隨著人民生活水平的提高,公共路燈的監(jiān)控越來越重要。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)一般采用無線通訊,無線通訊的方式存在設(shè)備成本高、無線頻率有限、鄰近城市間易互相干擾等問題。電力線載波通訊技術(shù)的產(chǎn)生克服了上面的缺點(diǎn),它利用已有的路燈供電系統(tǒng),通過電力線載波通訊技術(shù)來傳輸控制路燈的信號(hào),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)控制、及時(shí)維護(hù)的公共路燈照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通訊模塊等外圍設(shè)備組成。從機(jī)安裝在各個(gè)路燈控制箱內(nèi),主機(jī)和從機(jī)以電力線載波通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。系

5、統(tǒng)組成框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)組成框圖1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和工作過程公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)主機(jī)模塊和若干個(gè)從機(jī)模塊組成,主機(jī)和從機(jī)通過電力線連接。主機(jī)模塊由主單片機(jī)系統(tǒng)、微型打印機(jī)、顯示模塊、鍵盤和通訊模塊等外圍設(shè)備組成,主機(jī)安裝在路燈的總控室內(nèi)。從機(jī)模塊是由從單片機(jī)系統(tǒng)、電流傳感器、電壓傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、地址編碼矩陣、繼電器開關(guān)和收稿日期:2001-08-13。作者簡(jiǎn)介:吳家洲(1973-),男,湖北省武漢市人,博士,主要從事CIMS、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方向的研究。根據(jù)操作者的要求,主單片機(jī)系統(tǒng)可將從機(jī)地址及開啟或關(guān)閉繼電器的命令,經(jīng)通訊模塊發(fā)往從機(jī),實(shí)現(xiàn)路燈的開啟。當(dāng)操作者已開啟所有的路燈后,再

6、次按照從機(jī)地址的大小,將巡檢命令經(jīng)通訊模塊發(fā)往從機(jī),從機(jī)就將檢測(cè)到的該路燈的相關(guān)信息返回給主機(jī),并打印出來。根據(jù)打印的報(bào)表情況,就可以知道各個(gè)從機(jī)的工作情況,進(jìn)而了解在線路燈的好壞,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)程監(jiān)控。2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)211主機(jī)系統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng)為8031單片機(jī)的應(yīng)用模式4。由微型40計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制第10卷打印機(jī)、4位半顯示單元、鍵盤單元組成。因?yàn)橹鳈C(jī)處理的數(shù)據(jù)量較大,所以需對(duì)主機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充。鍵盤單元直接用單片機(jī)的口線實(shí)現(xiàn),本系統(tǒng)定義了如下的功能鍵:(1)K1合上:啟動(dòng)所有的路燈,打印與顯示每一個(gè)從機(jī)采集的數(shù)據(jù);(2)K2合上:關(guān)閉所有的路燈;(3)K3合上:自動(dòng)巡檢所有路燈,打印與

7、顯示每一個(gè)從機(jī)采集的數(shù)據(jù)。212從機(jī)系統(tǒng)圖2是從機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。電流傳感器、電壓傳感器和自制的光電轉(zhuǎn)換單元將采集到圖2和電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),再輸入到A/D,最后傳送到AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)。電壓傳感器并接在路燈的接線端子上,電流傳感器串接在路燈的回路中,A/D轉(zhuǎn)換芯片采用TCL1543芯片。從機(jī)地址編碼單元由一組開關(guān)設(shè)置,利用了單片機(jī)的10條口線,所以從機(jī)地址有1024個(gè)編碼。如果路燈的個(gè)數(shù)較多,從機(jī)地址不夠,可以通過8255接口芯片對(duì)此擴(kuò)充。單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)單元(含光耦固態(tài)繼電器)來開啟和關(guān)閉路燈。通訊模塊由SSCP300和SSCP111電力線載波芯片組成,SSCP300和SSCP111是IN

8、TELLON公司的載波芯片,該芯片的工作原理與應(yīng)用情況參照芯片的使用手冊(cè)1-2。通訊模塊通過單片機(jī)的中斷過程與主從單片機(jī)交換信息。圖3是通訊模塊的電路原理框圖。SSCP300網(wǎng)絡(luò)控制器用來完成數(shù)據(jù)鏈路層功能及提供物理層服務(wù),具體的數(shù)據(jù)鏈路層功能包括數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收、發(fā)送字節(jié)到符號(hào)的轉(zhuǎn)換、接收符號(hào)到字節(jié)的轉(zhuǎn)換、傳輸通道的獲取、循環(huán)冗余碼的產(chǎn)生和校驗(yàn)等。SSC圖3通訊模塊的電路原理框圖PIII媒介接口和電力線耦合電路部分完成緩沖放大、低通濾波、將放大信號(hào)耦合到電力線上及對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波等工作。3系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)311主機(jī)與從機(jī)通訊的數(shù)據(jù)格式主機(jī)與從機(jī)通訊的數(shù)據(jù)格式,象WWW上的分組數(shù)據(jù)包5一樣,

9、主機(jī)發(fā)往從機(jī)的數(shù)據(jù)包中含有起始位、主機(jī)地址、從機(jī)地址、需求命令、奇偶校驗(yàn)位和結(jié)束位,從機(jī)發(fā)往主機(jī)的數(shù)據(jù)包中含有起始位、主機(jī)地址、從機(jī)地址、采樣的電壓值與電流值、奇偶校驗(yàn)位和結(jié)束位。主機(jī)的信息可以發(fā)往任意一個(gè)從機(jī),但從機(jī)的信息只能發(fā)往主機(jī),各個(gè)從機(jī)間互不通訊。由于本系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性無太高要求,且為了防止一起打,主機(jī)發(fā)往從機(jī)的。也就是說,每次發(fā)送。主機(jī)與從機(jī)數(shù)據(jù),當(dāng)所有從機(jī)收到主機(jī)發(fā)來的,立即解數(shù)據(jù)包并與本機(jī)地址比較,如果與本機(jī)地址相同,則將采樣的數(shù)據(jù)按照打包格式發(fā)往主機(jī);如果與本機(jī)地址不同,不發(fā)往主機(jī)任何數(shù)據(jù)。312主機(jī)與從機(jī)的軟件設(shè)計(jì)3系統(tǒng)的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu),主要有初始化模塊、電壓和電流采樣模塊

10、、輸出控制模塊、鍵盤處理模塊、顯示模塊、通訊模塊等。整個(gè)軟件分為主機(jī)軟件和從機(jī)軟件兩部分,主機(jī)和從機(jī)的主程序流程圖如圖4所示。主機(jī)軟件主要包括通訊程序(含數(shù)據(jù)打包)、實(shí)時(shí)顯示與打印程序。主機(jī)將所有的從機(jī)地址以表的方式存儲(chǔ)在主機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi),再根據(jù)操作者的需求,按照主機(jī)通訊數(shù)據(jù)包的格式,將數(shù)據(jù)包發(fā)往從機(jī)。主機(jī)收到從機(jī)的數(shù)據(jù)包后,將數(shù)據(jù)解包,打印從機(jī)地址、對(duì)應(yīng)從機(jī)的電壓值、電流值。如果從機(jī)的電流值接近零,表明此從機(jī)對(duì)圖4主程序流程圖應(yīng)的路燈已第1期吳家洲等:基于電力線載波通訊的公共路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的研究41特性、不同信號(hào)的耦合方式以及電力線本身固有的脈沖干擾等因素影響了通訊效果,可能使得監(jiān)控系統(tǒng)不

11、能正常工作,這是系統(tǒng)需要改進(jìn)的地方。參考文獻(xiàn):1INTELLONCORPORATION,SSCP300PLNetworkIn2terfaceControllerTechnicalDatashetR.1998.2INTELLONCORPORATION,SSCP111PLMediaInter2faceICTechnicalDatashetR.1998.3馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.4李華,等.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997.5熊桂喜.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第3版)M.北京:清華大學(xué)出版社,1998.壞,若收不到從

12、機(jī)的數(shù)據(jù)包,只打印出從機(jī)的地址,表明此路燈有問題,比如從機(jī)未工作等。從機(jī)的主要功能是按照主機(jī)的需求,開啟、關(guān)閉路燈或巡檢采樣路燈的電壓、電流值,并將采樣的數(shù)據(jù)打包發(fā)回主機(jī)。4結(jié)論基于電力線載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)的路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),經(jīng)過試運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠可靠地對(duì)公共路燈進(jìn)行有效地遠(yuǎn)程監(jiān)控,能避免繁重的布線工作,且具有造價(jià)低、傳輸線路牢固可靠、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù):(1)采用電力線載波通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸;(2)路燈采用逐漸開啟的方式,避免過大的電流沖擊。但由于電力線主要是用來傳送電能的,它在進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的時(shí)候,電網(wǎng)(上接第30頁(yè))統(tǒng)、統(tǒng)診斷的結(jié)果,保證爐子的正常運(yùn)行。

13、如需加料時(shí),自動(dòng)加料;需出灰時(shí),自動(dòng)出灰。若專家系統(tǒng)診斷出爐況不正常,則本系統(tǒng)報(bào)警,并給出故障原因及處理意見,并停止自動(dòng)過程,等待處理。其軟件運(yùn)作過程如圖4所示。其中,下料控制子系統(tǒng)采用自適應(yīng)模糊控制,其模糊邏輯規(guī)則為:如圖4控制軟件運(yùn)行過程圖果需要加料,且小車處于爐底并為空車,且設(shè)備正常,則啟動(dòng)加料。自適應(yīng)模糊系統(tǒng)是具有學(xué)習(xí)算法的模糊邏輯系統(tǒng)4,其學(xué)習(xí)算法是依靠數(shù)據(jù)型輸入輸出對(duì)來調(diào)整模糊邏輯系統(tǒng)的參數(shù),如頂溫上上限、上限、正常限、下限、下下限、石層高度上限、石層高度下限、灰溫上下限、產(chǎn)量設(shè)定等參數(shù)發(fā)生變化時(shí),模糊邏輯系統(tǒng)的參數(shù)也作出相應(yīng)調(diào)整。風(fēng)量控制子系統(tǒng)采用模糊PID控制,其模糊邏輯規(guī)則為

14、:如果產(chǎn)量恒定或偏低,灰溫較高,頂溫上升速度慢,且煅燒帶下移,則通過PID算法加風(fēng);反之,則減風(fēng)。出灰控制子系統(tǒng)的模糊邏輯規(guī)則為:如果灰溫較低,料層較高,且頂溫不高,皮帶有空,設(shè)備正常,灰倉(cāng)也同意,則啟動(dòng)出灰。由于在生產(chǎn)過程中不斷總結(jié)新的成功經(jīng)驗(yàn),用這,使得所建立的模2。6結(jié)論(1)利用模糊推理、自適應(yīng)模糊系統(tǒng)、模糊控制和專家理論建立了石灰爐爐況診斷及多模型集成智能控制系統(tǒng),專家系統(tǒng)能對(duì)爐況進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)地診斷,有效地指導(dǎo)生產(chǎn)人員的操作,還能提供許多關(guān)于生產(chǎn)過程的統(tǒng)計(jì)、歷史記錄和分析圖表,便于管理層隨時(shí)了解生產(chǎn)狀態(tài),分析影響生產(chǎn)指標(biāo)的因素,改進(jìn)生產(chǎn)工藝和加強(qiáng)考核。(2)系統(tǒng)投運(yùn)后,能大大提高石灰爐生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),有效提高出口CO2濃度、石灰石的分解率,降低焦比,提高石灰爐的產(chǎn)量。(3)大幅度提高石灰爐的自動(dòng)化水平,有效減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,即將獲得推廣。參考文獻(xiàn):1中南工業(yè)大學(xué).石灰爐計(jì)算機(jī)仿真與優(yōu)化技術(shù)研制報(bào)告R.1999.2彭小奇,周孑民,梅熾,等.煉鎳用礦熱電爐生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)輔助模糊自適應(yīng)控制J.中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào),1993,24(