专利名称：照明节电远程监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由微电脑控制的智能节能设备，应用于大功率节能领域，具体地说是一种照明节电远程监控系统。
背景技术：
城市建设的高度现代化和人们生活品味的提高，对城市的灯光设施建设提出了更高的要求。目前，道路照明路灯，装饰彩灯，音乐灯光喷泉，草坪彩灯，树丛彩灯，大厦射灯，大厦轮廓灯光等各有特色的灯光构成了美丽的城市灯光夜景系统。同时在市容、市貌、环境、交通安全和社会治安等方面，创造一个良好的环境，对一个城市的建设和发展及招商引资等方面都有着非常重要的意义，然而，城市道路亮化、美化工程的快速发展，使得这部分的用电量也大幅度上升，财政电费开支也面临着巨大的压力，这些灯光设备的维护工作也成为路灯管理部门的沉重负担。因此，科学、合理的用电，减少不必要的能源浪费，减轻路灯设施的维护工作，越来越受到政府和财政部门的高度重视。
路灯节能的话题早在九十年代初期，有的城市就采取了路灯节能措施，最早的方法是“半夜灯”，即在车流量较少的后半夜，在确保基本照明的同时关闭部分路灯，不同地区采取了不同时段的方法。此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通安全问题，也不利于城市形象，后来又采用功率因数补偿的方法，节电率小于5％，十分有限，而且对后半夜电网电压过高造成灯具寿命降低的问题也无能为力。到了九十年代中期，出现了采用降低电压的方法来节电，如可控硅降压和自耦降压器。但由于可控硅降压采用移相控制，输出电压波形出现缺口，导致正弦波畸变，产生谐波，一方面造成电网污染，另一方面对灯具的补偿电容器造成极大的危害，同时也极易导致灯闪和自熄，影响灯具的工作寿命。正是因为这种原因，可控硅降压装置的输出电压不能太低(波形缺口不能太大)，节电效果也不是太理想。然而，自耦降压器虽然节电效果比可控硅降压稍好些，却没有稳压功能，在切换过程中极易造成灯的自熄，即过压节电不到位、欠压工作时灯闪灯灭。近几年人们发明了智能型节能器，主要结构是单片机与可控硅降压和自耦降压器两种降压方式的组合，但还不具备无级调节、有稳压功能、有远程数据接口、环保、高效等特点，大幅度节约电费开支还没有从根本上解决。
发明内容
为了克服日益增加的电费开资的不足，本发明的目的是提供一种具有调压步长小、稳压功能、可远程控制、环保、高效特点，特别是可大大节省电费开资的照明节电远程监控系统。
为了实现上述目的，本发明技术方案是采用智能节电器与GSM遥控模块连接、并经GSM网络至上一端与工控机相连的GSM遥控模块结构；其中所述智能节电器由调压稳压电路、触发控制电路、PLC控制电路、输入开关、输出开关、旁路开关、电参数变换器组成，所述电参数变换器、输入开关、调压稳压电路及输出开关构成主回路，并联设置一旁路开关于输入开关的输入端与输出开关的输出端；所述调压稳压电路输入端经开关接市电，其控制信号来自触发控制电路；触发控制电路与PLC控制电路相连，PLC控制电路模拟量输入端接电参数变换器，I/O口与参数显示、参数设定键相连；所述PLC控制电路中的中央处理器经串口接GSM遥控模块，GSM遥控模块经GSM网络至上一端与工控机相连的GSM遥控模块；输出开关与路灯供电线路相连；所述调压稳压电路由电流互感器、电参数变换器、第一～三调压、稳压线圈及无触点开关组组成，第一～三调压、稳压线圈的初级串联在输入开关及输出开关的回路中，次级接至第一～六双向可控硅两两串联的节点上，输入开关另一端经电流互感器与输入电压市电相接；所述无触点开关组采用第一～六双向可控硅，第一～六双向可控硅的触发端的控制信号来自触发控制电路中的第一～三双路MOS继电器的输出端，旁路开关的另一端与输出开关的输出端相连；所述电参数变换器分为电压参数变换器、电流参数变换器两种，电流参数变换器并联在电流互感器两端，第一电压参数变换器设于输入开关、旁路开关、电流互感器的节点处与地之间，第二电压参数变换器接于旁路开关与输出开关的连接处；所述触发控制电路由发光二极管及第一～三双路MOS继电器组成，其中第一～六发光二极管输入端分别接至PLC控制电路中输出扩展模块的输出端，输出端分别经第一～三双路MOS继电器接调压稳压电路中第一～六双向可控硅TR1～TR6的触发端；所述PLC控制电路由中央处理器、模数转换模块及输出扩展模块组成，所述中央处理器存有系统控制程序，具有参数显示和参数设定的I/O端口，其输出经总线与模数转换模块、输出扩展模块相连；输出扩展模块输出信号接至数码显示器，模数转换模块与电参数变换器相连；所述系统控制程序流程为上电后发送相应AT命令初始化模块，实现通信模块的初始化，初始化成功后，GSM遥控模块的嵌入式CPU进入工作状态等待，等待中心控制室工控机的控制命令，当有数据从串口进入通信模块时，首先判断是什么事件(收到数据还是用户操作)，收到数据时，要判断数据类型，如果是报警数据，触发报警并把数据写入数据库，如果是有效数据把数据写入数据库；当用户操作时，分为查询操作，控制操作，查询操作按操作条件，进行查询并显示结果，控制操作按操作发送控制令，控制节能柜。
本发明系统弥补了以往节能产品的不足，更具有如下特点1.具有领先的调压技术。本发明采用非相控技术，即采用无触点开关过零切换技术，突破性地解决了调压过程中对系统所造成的共态电流冲击和过电压所造成的损害，实现零间歇切换，使其具有调压平稳、调节步长小、过渡平缓等特点，其节电时间与节电率均可调节。
2.节电效果显著。本发明节电系统进行了优化设计，具体表现在电磁元件采用进口低耗铁芯，自身损耗特别小，所以工作效率可高达98％以上，节电率可高达20％～30％。
3.具有环保特点。本发明输出为纯正弦波，节电系统主回路不含任何电子器件，也不含有任何旋转机构和碳刷，可靠性高，对电网不产生谐波干扰，同时对电网产生的瞬流、谐波等干扰也起到抑制作用，彻底实现了节电效果与输电质量的完美结合，可使用在有电容器补偿的回路中，是真正的环保节能产品。
4.同时具备降低和提升电压两种调节功能。由于本发明采用双向可切换电路结构，使其不仅可以降压而且可以升压，当线路电压高时，在一定范围内的合理降压是为了节省电能，为用户带来经济效益；当线路电压过低时，为了不影响灯具的正常发光，本发明节电系统可以提升输出电压，满足用户的特殊要求，提高用电设备的使用寿命。
5.全系统可实现就地或远程配置。本发明节电系统的参数是可以由用户设定的，设定方式为就地设定和远程设定。就地设定是通过节电器上的按键来实现的，设定内容为起始输出电压、节能输出电压、节能时间、及系统的万年历。远程设定是通过远程监控系统对上述参数进行远程设定。
6.具有实时监控、自动调节功能。本发明对国内外的节电技术和交流稳压技术进行了大量的调查研究，采用PID算法通过对系统电流电压的实时监测自动调节输出电压。
7.可实现多数据测量和监控。本发明可以测量输入电压、输出电压、输入电流、输出电流及电量等多种电参数，本发明具有远程通信接口，通过远程通讯模块进行远传，可方便地与中心控制室组成计算机管理系统，实现远程监测；这样当系统组网时就不用另外安装模拟量采集装置，为用户节约了大量资金。
8.本发明安装方法，操作、维护简单。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是系统的外壳结构图。
图2是电路系统框图。
图3是图2的主回路电路原理图。
图4是触发控制电路原理图。
图5是PLC控制电路原理图。
图6是远程系统框图。
图7是控制程序流程图。
图8是本发明一个实施例电压输出示意图。
具体实施例方式
如图1所示，为本发明外壳结构示意图，其中1是显示屏，2是指示灯，3是设定按键，4是电流、电压表，5是熔断器，6是输入开关，6′是旁路开关，7是输出开关，8是电流互感器，9是调压、稳压线圈，10GSM遥控模块。
如图6所示，本发明为智能节电器与GSM遥控模块连接，并经GSM网络至上一端与工控机相连的GSM遥控模块结构；如图2所示，所述智能节电器由调压稳压电路、触发控制电路、PLC控制电路、输入开关K1、输出开关CJ1、旁路开关K2、电参数变换器组成，其中电参数变换器、输入开关K1、调压稳压电路及输出开关CJ1构成主回路，并联设置一旁路开关K2于输入开关K1的输入端与输出开关CJ1的输出端；市电经输入开关K1至调压稳压电路的输入端；所述调压稳压电路的控制信号来自触发控制电路；触发控制电路与PLC控制电路相连，PLC控制电路模拟量输入端接电参数变换器，PLC控制电路经串口接GSM遥控模块，其I/O口与参数显示、参数设定键相连；参见图5、6所示，PLC控制电路中的中央处理器CPU还可经串口(RS485)接GSM遥控模块(本实施例采用TC35型号)，用于远程控制，GSM遥控模块经GSM网络再至上一端与工控机相连的GSM遥控模块(参见图6)，由工控机在中心控制室控制，经大屏幕显示器显示系统工作参数及工作状态。
如图2、3所示，调压稳压电路由电流互感器LH、电参数变换器、第一～三调压、稳压线圈TB 1～TB3及无触点开关组组成，第一～三调压、稳压线圈TB1～TB3的初级串联在输入开关K1及输出开关CJ1的回路中，次级接至第一～六双向可控硅TR1～TR6两两串联的节点上，输入开关K1另一端经电流互感器LH与输入电压市电相接；所述无触点开关组采用第一～六双向可控硅TR1～TR6，第一～六双向可控硅TR1～TR6的触发端AG1～AG12的控制信号来自触发控制电路中的第一～六光电隔离管的输出端；所述电参数变换器分为电压参数变换器、电流参数变换器两种，电流参数变换器VZA并联在电流互感器LH两端，第一电压参数变换器VZV1设于输入开关K1、旁路开关K2、电流互感器LH的节点处与地之间，旁路开关K2的另一端与输出开关CJ1的输出端相连，并对地接有第二电压参数变换器VZV2；如图4所示，所述触发控制电路由发光二极管及第一～三双路MOS继电器(第一双路MOS继电器IC1B、IC1A，第二双路MOS继电器IC2B、IC2A，第三双路MOS继电器IC3B、IC3A)组成，其中第一～六发光二极管(LED1～6)输入端分别接至PLC控制电路中输出扩展模块的输出端G1～G6，输出端分别经第一～三双路MOS继电器(IC1B及IC1A、IC2B及IC2A、IC3B及IC3A、)接调压稳压电路中第一～六双向可控硅TR1～TR6的触发端(AG1～AG12)。
如图示2、5所示，所述PLC控制电路由中央处理器CPU(采用222)、模数转换模块A/D(采用EM231)及输出扩展模块(EM222)组成，所述中央处理器CPU存有系统控制程序，具有参数显示和参数设定的I/O端口(本实施例中，设定端口XH1用于“设定参数/正常工作”方式的选择，设定项AN1用于选择输出电压值、节电时间、系统时间，设定数端口AN2用于改变设定数的大小，确定键AN3用于确认参数的修改，节能输出XH2用于节能的选择)，其输出经总线与模数转换模块A/D、输出扩展模块U1(采用EM222)相连；输出扩展模块U1作为本地控制，将输出信号接至数码显示器PLCDIS，模数转换模块A/D输入端VZA接至电流参数变换器，VZV1及VZV2端分别与电参数变换器、电压参数变换器相连；所述系统控制程序流程(参见图7)上电后发送相应AT命令初始化模块，实现通信模块的初始化，初始化成功后，GSM遥控模块的嵌入式CPU(MSP430)进入工作状态等待，等待中心控制室工控机的控制命令，当有数据从串口进入通信模块时，首先判断是什么事件(收到数据还是用户操作)，收到数据时，要判断数据类型，如果是报警数据，触发报警并把数据写入数据库，如果是有效数据把数据写入数据库；当用户操作时，分为查询操作，控制操作，查询操作按操作条件，进行查询并显示结果，控制操作按操作发送控制令，控制节能柜。
调压稳压电路通过面板设置工作方式，由PLC控制电路协调进行工作，本发明提供两种调节方法1)通过面板进行设置操作；2)由工控机在中心控制室通过进行远程控制，PLC控制电路通过各种参数变换器将数据采集并通过GSM遥控模块传到中心控制室的工控机进行分类汇总。
工作过程说明1)正常工作市电经输入开关K1加到调压、稳压线圈时，输入电压经A/D转换后传给PLC控制电路，PLC控制电路按用户设定的起始输出电压值来控制无触点开关组的通断，由无触点开关组控制调压、稳压线圈的输出电压值，并把电压稳定在该值。调压时不是一步调到位，而是一步步调，调节步长在5V左右，以此为满足钠灯负载的工作要求，从而保证在调节过程中钠灯不自熄，不频闪。无触点开关组采用电压过零触发，来减小转换过程中的暂态过电流对电路的冲击。当用户设定的节电时刻到时，PLC控制电路按用户设定的节能输出电压值来控制无触点开关组的通断，来调节输出电压值，并稳压于该值(参见图8，其中Ui为起始输出电压，Uo为节能输出电压)。有故障时，打开输入开关K1、闭合旁路开关K2检修，不影响系统正常工作。
2)设定参数设定方式为就地设定和远程设定。就地设定是通过按键来实现的，设定内容为起始输出电压、节能输出电压、节能时间、及系统的万年历。远程设定是通过远程遥控系统对上述参数进行远程设定。在设定过程中不影响系统的正常工作。
综上所述，本发明远程传输采用GSM/GPRS网络传输突破了以往监控数据传输距离近的限制，传输距离远，可跨市、跨省操作。通过软件遥控，实现远程控制节能装置功能，工作人员可不到现场在控制中心就可操作节能装置；亦可通过软件遥测，实现远程采集节能装置的一系列电参数，根据测得的电压可知终端是否停电、缺相等情况，电流和电器状态参数，就可判断配电箱运行是否正常，根据测得的电量参数就可以及时了解各路灯变压器的用电情况。
本发明采用非相控技术，具有调压平稳、调节步长小、过渡平缓、采用无触点开关过零切换技术突破性地解决了调压过程中对系统所造成的共态电流冲击和过电压所造成的损害，实现零间歇切换。本发明的电磁元件采用进口低耗铁芯，调压元件在空间分布上做了精心的设计，确保能量达到最佳耦合，自身损耗特别小，效率达98％以上，节电率达20％～30％。本发明主回路不含任何电子器件，也不含有任何旋转机构和碳刷，可靠性高，对电网不产生谐波干扰，同时对电网产生的瞬流、谐波等干扰也起到抑制作用，彻底实现了节电效果与输电质量的完美结合，可使用在有电容器补偿的回路中，是真正的环保节能产品。
由于采用GSM/GPRS网络传输突破了以往监控数据传输距离近的限制，传输距离远(可跨市，跨省操作)。
本发明通过软件技术进行遥控、遥测，可实现远程控制节能装置功能，工作人员可不到现场在控制中心就可操作节能装置；亦可实现远程采集节能装置的一系列电参数，根据测得的电压可知终端是否停电、缺相等情况，电流和电器状态参数，就可判断配电箱运行是否正常，根据测得的电量参数就可以及时了解各路灯变压器的用电情况。
权利要求
1.一种照明节电远程监控系统，其特征在于采用智能节电器与GSM遥控模块连接、并经GSM网络至上一端与工控机相连的GSM遥控模块结构；其中所述智能节电器由调压稳压电路、触发控制电路、PLC控制电路、输入开关(K1)、输出开关(CJ1)、旁路开关(K2)、电参数变换器组成，所述电参数变换器、输入开关(K1)、调压稳压电路及输出开关(CJ1)构成主回路，并联设置一旁路开关(K2)于输入开关(K1)的输入端与输出开关(CJ1)的输出端；所述调压稳压电路输入端经开关(K1)接市电，其控制信号来自触发控制电路；触发控制电路与PLC控制电路相连，PLC控制电路模拟量输入端接电参数变换器，I/O口与参数显示、参数设定键相连；所述PLC控制电路中的中央处理器(CPU)经串口接GSM遥控模块，GSM遥控模块经GSM网络至上一端与工控机相连的GSM遥控模块；输出开关(CJ1)与路灯供电线路相连。
2.按权利要求1所述照明节电远程监控系统，其特征在于所述调压稳压电路由电流互感器(LH)、电参数变换器、第一～三调压、稳压线圈(TB1～TB3)及无触点开关组组成，第一～三调压、稳压线圈(TB1～TB3)的初级串联在输入开关(K1)及输出开关(CJ1)的回路中，次级接至第一～六双向可控硅(TR1～TR6)两两串联的节点上，输入开关(K1)另一端经电流互感器(LH)与输入电压市电相接；所述无触点开关组采用第一～六双向可控硅(TR1～TR6)，第一～六双向可控硅(TR1～TR6)的触发端的控制信号来自触发控制电路中的第一～三双路MOS继电器的输出端，旁路开关(K2)的另一端与输出开关(CJ1)的输出端相连。
3.按权利要求2所述照明节电远程监控系统，其特征在于所述电参数变换器分为电压参数变换器、电流参数变换器两种，电流参数变换器(VZA)并联在电流互感器(LH)两端，第一电压参数变换器(VZV1)设于输入开关(K1)、旁路开关(K2)、电流互感器(LH)的节点处与地之间，第二电压参数变换器(ZV2)接于旁路开关(K2)与输出开关(CJ1)的连接处。
4.按权利要求1所述照明节电远程监控系统，其特征在于所述触发控制电路由发光二极管及第一～三双路MOS继电器组成，其中第一～六发光二极管(LED1～6)输入端分别接至PLC控制电路中输出扩展模块的输出端G1～G6，输出端分别经第一～三双路MOS继电器接调压稳压电路中第一～六双向可控硅(TR1～TR6)的触发端。
5.按权利要求1所述照明节电远程监控系统，其特征在于所述PLC控制电路由中央处理器(CPU)、模数转换模块(A/D)及输出扩展模块组成，所述中央处理器(CPU)存有系统控制程序，具有参数显示和参数设定的I/O端口，其输出经总线与模数转换模块(A/D)、输出扩展模块(U1)相连；输出扩展模块(U1)输出信号接至数码显示器(PLCDIS)，模数转换模块(A/D)与电参数变换器相连。
6.按权利要求5所述照明节电远程监控系统，其特征在于所述系统控制程序流程为上电后发送相应AT命令初始化模块，实现通信模块的初始化，初始化成功后，GSM遥控模块的嵌入式CPU进入工作状态等待，等待中心控制室工控机的控制命令，当有数据从串口进入通信模块时，首先判断是什么事件，是收到数据时，要判断数据类型，如果是报警数据，触发报警并把数据写入数据库，如果是有效数据把数据写入数据库；当用户操作时，分为查询操作，控制操作，查询操作按操作条件，进行查询并显示结果，控制操作按操作发送控制令，控制节能柜。
全文摘要
本发明公开一种照明节电远程监控系统。它采用智能节电器与GSM遥控模块连接、并经GSM网络至上一端与工控机相连的GSM遥控模块结构；其中智能节电器中电参数变换器、输入开关、调压稳压电路及输出开关构成主回路，设旁路开关于输入开关输入端与输出开关输出端；调压稳压电路输入端经输入开关接市电，其控制信号来自触发控制电路；触发控制电路与PLC控制电路相连，PLC控制电路输入端接电参数变换器，其I/O口与参数显示、参数设定键相连；PLC控制电路还经串口接GSM遥控模块，GSM遥控模块经GSM网络至上一端与工控机相连的GSM遥控模块；输出开关与路灯供电线路相连。它具有调压步长小、稳压功能、可远程控制、环保、高效，特别是节省开资的特点。
文档编号H05B37/02GK1691863SQ20041002043
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月21日 优先权日2004年4月21日
发明者邓庆绪, 杨传利, 李继宏, 邓建军, 李应贵, 刘昌福, 孙伟, 张吉昱, 陈宏伟 申请人:沈阳市嵌入式技术工程研究中心