一种通用型电气自控系统及方法与流程

本发明涉及电气自控领域，特别涉及一种通用型电气自控系统及方法。

背景技术：

传统的电气控制系统通常由继电器、各种开关、定时器、各种保护元器件等根据控制逻辑接线构成。传统的电气控制系统具有明显的缺点：接线复杂、设备体积大、可靠性低、故障查找困难、维护不方便、不能实现自动化智能化控制等。

目前电气控制系统的自动化智能化是主流方向，对于传统的电气控制系统往往采用升级换代的方式，让其实现电气自动化。升级过程中一般采用可编程控制器plc、直接数字控制器ddc等作为核心，采集信息及控制设备运行，上位机通常采用工业计算机、工业触摸屏等，并采用组态软件提供了一个形象、直观的人机界面，还可利用互联网技术实现远程监控，从而形成一个自动化智能化的电气控制系统，克服了传统的电气控制系统的缺点，并且性能跨越性地提升。

但升级过程比较复杂，需要重新安装原有的设备、重新接线，实施的周期较长，改造成本较高。另外升级过程所采用的plc、ddc、工业计算机、工业触摸屏、组态软件等，硬件与软件成本也较高。

本发明就是为了解决以上传统电气控制系统的问题以及升级换代所带来的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种通用型电气自控系统。

本发明的另一目的在于提供一种通用型电气自控方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种通用型电气自控系统，包括上位机、微型电脑树莓派、io组件、快速插头、快速插座、被控电路；其中，上位机通过网络连接微型电脑树莓派，微型电脑树莓派的io口通过导线连接io组件，io组件通过导线连接快速插头，快速插头通过插接方式连接快速插座，快速插座通过导线连接被控电路；

所述微型电脑树莓派作为控制器，运行被控电路对应的程序，实现电路的控制及电路信息的采集，同时又作为服务器，把监控网站部署进来，监控网站后台与运行的程序对接；

所述上位机通过网络连接微型电脑树莓派后，用浏览器访问其部署的网站，进入监控状态。

所述上位机为个人计算机或智能手机。

所述微型电脑树莓派、io组件、快速插头安装在专用配电箱内。

所述io组件包括继电器模块、接线端子、电阻r1～r5、温度传感器，其中

继电器模块的端子in1、in2、in3、in4、in5、in6、in7、in8分别通过导线连接微型电脑树莓派的io口端子21、23、27、29、31、33、35、37；继电器模块的端子dc+、dc-分别通过导线连接微型电脑树莓派的io口端子5v、gnd；继电器模块的端子no1、com1、no2、com2、no3、com3、no4、com4、no5、com5、no6、com6、no7、com7、no8、com8分别通过导线连接快速插头的端子b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9、b10、b11、b12、b13、b14、b15、b16；

接线端子的端子a1导线连接微型电脑树莓派io口端子3.3v、电阻r1的第一端子、电阻r2的第一端子、电阻r3的第一端子、电阻r4的第一端子、电阻r5的第一端子、温度传感器的端子3；端子a2导线连接微型电脑树莓派io口端子4、电阻r5的第二端子、温度传感器的端子2；端子a3导线连接微型电脑树莓派io口端子gnd、温度传感器的端子1；端子a4导线连接微型电脑树莓派io口端子gnd、快速插头端子b17；端子a5导线连接微型电脑树莓派io口端子11、电阻r1的第二端子、快速插头端子b18；端子a6导线连接微型电脑树莓派io口端子13、电阻r2的第二端子、快速插头端子b19；端子a7导线连接微型电脑树莓派io口端子15、电阻r3的第二端子、快速插头端子b20；端子a8导线连接微型电脑树莓派io口端子19、电阻r4的第二端子、快速插头端子b21。

所述电阻r1、r2、r3、r4的阻值均为10千欧，电阻r5的阻值为4.7千欧。

所述温度传感器的型号为ds18b20。

所述被控电路为制冷设备的部分电路(实际上本发明通用型电气自控系统的被控电路不仅仅局限于制冷设备，在此只是以制冷设备为例进行说明，本领域的一般技术人员在阅读本发明的技术方案时，能够清楚地知晓当被控电路为其他电路时，如何实现电连接/电联接)，所述被控电路包括常开点动开关sb1、sb3、sb5、sb7，常闭点动开关sb2、sb4、sb6、sb8，还包括冷却风机继电器km1、冷却泵继电器km2、冷冻泵继电器km3、压缩机继电器km4；其中

所述快速插座的端子c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c10、c11、c12、c13、c14、c15、c16分别通过导线连接被控电路的常开点动开关sb1第一端子、常开点动开关sb1第二端子、常闭点动开关sb2第二端子、冷却风机继电器km1的线圈第一端子、常开点动开关sb3第一端子、常开点动开关sb3第二端子、常闭点动开关sb4第二端子、冷却泵继电器km2的线圈第一端子、常开点动开关sb5第一端子、常开点动开关sb5第二端子、常闭点动开关sb6第二端子、冷冻泵继电器km3的线圈第一端子、常开点动开关sb7第一端子、常开点动开关sb7第二端子、常闭点动开关sb8第二端子、压缩机继电器km4的线圈第一端子；所述快速插座的端子c17分别连接冷却风机继电器km1的第一常开触点第一端子、冷却泵继电器km2的第一常开触点第一端子、冷冻泵继电器km3的第一常开触点第一端子、压缩机继电器km4的第一常开触点第一端子；所述快速插座的端子c18通过导线连接被控电路冷却风机继电器km1的第一常开触点第二端子，所述快速插座的端子c19通过导线连接被控电路冷却泵继电器km2的第一常开触点第二端子，所述快速插座的端子c20通过导线连接被控电路冷冻泵继电器km3的第一常开触点第二端子，所述快速插座的端子c21通过导线连接被控电路压缩机继电器km4的第一常开触点第二端子。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

一种通用型电气自控方法，包括以下步骤：

系统的控制原理以控制被控电路中冷却风机继电器km1的线圈为例：

在上位机的网页上点击冷却风机启动按钮，网站后台与微型电脑树莓派运行的程序交互，程序向微型电脑树莓派的io口端子21输出指令，该指令传达至io组件的继电器模块端子in1，从而控制继电器模块端子no1与com1接通1秒后断开，该通、断信息经过快速插头端子b1、b2、快速插座端子c1、c2传达至被控电路，令冷却风机继电器km1的线圈通电1秒，其常开触点也闭合1秒，控制回路构成自锁，冷却风机继电器km1的线圈继续保持通电状态；

在上位机的网页上点击冷却风机停止按钮，网站后台与微型电脑树莓派运行的程序交互，程序向微型电脑树莓派io口端子23输出指令，该指令传达至io组件的继电器模块端子in2，从而控制继电器模块端子nc2与com2断开1秒后接通，该断、通信息经过快速插头端子b3、b4、快速插座端子c3、c4传达至被控电路，令冷却风机继电器km1的线圈断电1秒，其常开触点也断开1秒，控制回路的自锁被撤销，冷却风机继电器km1的线圈继续保持断电状态；

被控电路中冷却泵继电器km2的线圈、冷冻泵继电器km3的线圈、压缩机继电器km4的线圈的控制与冷却风机继电器km1的线圈的控制类似；

系统的采集信息原理以采集被控电路中冷却风机继电器km1的第一常开触点信息为例：

被控电路中冷却风机继电器km1的第一常开触点接通、断开信息传达至快速插座端子c17、c18，再经快速插头端子b17、b18传达至io组件的接线端子的端子a4、a5，最后传达至微型电脑树莓派io口端子11、gnd，微型电脑树莓派运行的程序读取该信息后，通过与网站后台交互，在网页上显示出该信息；

被控电路中冷却泵继电器km2、冷冻泵继电器km3、压缩机继电器km4的第一常开触点信息采集与冷却风机继电器km1的第一常开触点信息采集类似；

温度传感器ds18b20检测制冷设备的温度，并通过接线端子的端子a2将温度值传至微型电脑树莓派io口端子4，经过微型电脑树莓派运行的程序运算后，再通过与网站后台交互，在网页上显示出该温度值。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明所述通用型电气自控系统与传统的电气控制电路对接后，就可实现升级换代，让其实现电气自动化，克服了传统的电气控制系统的缺点。

采用本发明所述通用型电气自控系统来升级传统的电气控制系统，具体有以下优点：

(1)通用型电气自控系统与被控电路简单对接，并将监控界面、后台程序与被控电路对应起来，就可达到升级换代的目的，无须重新安装原有的设备，也无须重新接线，只需简单增加一些辅助线路即可，大大缩短了改造周期，也降低了改造成本。

(2)用微型电脑树莓派替代plc或ddc作为电气系统控制器，同时替代计算机作为网站服务器，降低了硬件成本，也节省了场地空间，还可以降低功耗。

(3)采用个人计算机或智能手机替代工业计算机、工业触摸屏作为监控上位机，减免了上位机的硬件成本。智能手机作为人们日常生活用品，一般会随身携带，兼用于电气控制系统的监控十分方便，无须固定位置，只需在微型电脑树莓派wifi信号范围内即可，并且可以多台手机多点同时监控，解决了工业触摸屏不能随意移动、只能单点监控的问题。

(4)个人计算机或智能手机无须安装电脑组态软件或手机app，只需通过浏览网页的形式就可实现电气控制系统的监控功能，减免了组态等监控软件的购买成本。

附图说明

图1为本发明所述一种通用型电气自控系统的结构示意图。

图2为本发明所述io组件与微型电脑树莓派的io口、快速插头连接的电路图。

图3为本发明所述快速插座与被控电路连接的电路图。

其中，附图标记含义如下：

101-冷却风机继电器km1的线圈、102-冷却风机继电器km1的第一常开触点、103-冷却风机继电器km1的的第二常开触点；201-冷却泵继电器km2的线圈、202-冷却泵继电器km2的第一常开触点、203-冷却泵继电器km2的第二常开触点；

301-冷冻泵继电器km3的线圈、302-冷冻泵继电器km3的第一常开触点、303-冷冻泵继电器km3的第二常开触点；

401-压缩机继电器km4的线圈、402-压缩机继电器km4的第一常开触点、403-压缩机继电器km4的第二常开触点。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

通用型电气自控系统如图1所示，由上位机、微型电脑树莓派、io组件、快速插头、快速插座、被控电路组成。上位机通过网络连接微型电脑树莓派，微型电脑树莓派io口通过导线连接io组件，io组件通过导线连接快速插头，快速插头通过插接方式连接快速插座，快速插座通过导线连接被控电路。

上位机为个人计算机或智能手机。

微型电脑树莓派、io组件、快速插头安装在专用配电箱内。

io组件内部结构以及与微型电脑树莓派io口、快速插头连接如图2所示，io组件由继电器模块、接线端子、电阻、温度传感器ds18b20组成。

继电器模块端子in1导线连接微型电脑树莓派io口端子21、端子in2导线连接微型电脑树莓派io口端子23、端子in3导线连接微型电脑树莓派io口端子27、端子in4导线连接微型电脑树莓派io口端子29、端子in5导线连接微型电脑树莓派io口端子31、端子in6导线连接微型电脑树莓派io口端子33、端子in7导线连接微型电脑树莓派io口端子35、端子in8导线连接微型电脑树莓派io口端子37、端子dc+导线连接微型电脑树莓派io口端子5v、端子dc-导线连接微型电脑树莓派io口端子gnd、端子no1导线连接快速插头端子b1、端子com1导线连接快速插头端子b2、端子nc2导线连接快速插头端子b3、端子com2导线连接快速插头端子b4、端子no3导线连接快速插头端子b、端子com3导线连接快速插头端子b6、端子nc4导线连接快速插头端子b7、端子com4导线连接快速插头端子b8、端子no5导线连接快速插头端子b9、端子com5导线连接快速插头端子b10、端子nc6导线连接快速插头端子b11、端子com6导线连接快速插头端子b12、端子no7导线连接快速插头端子b13、端子com7导线连接快速插头端子b14、端子nc8导线连接快速插头端子b15、端子com8导线连接快速插头端子b16。

接线端子的端子a1导线连接微型电脑树莓派io口端子3.3v、电阻r1的第一端子、电阻r2的第一端子、电阻r3的第一端子、电阻r4的第一端子、电阻r5的第一端子、温度传感器ds18b20的端子3；端子a2导线连接微型电脑树莓派io口端子4、电阻r5的第二端子、温度传感器ds18b20的端子2；端子a3导线连接微型电脑树莓派io口端子gnd、温度传感器ds18b20的端子1；端子a4导线连接微型电脑树莓派io口端子gnd、快速插头端子b17；端子a5导线连接微型电脑树莓派io口端子11、电阻r1的第二端子、快速插头端子b18；端子a6导线连接微型电脑树莓派io口端子13、电阻r2的第二端子、快速插头端子b19；端子a7导线连接微型电脑树莓派io口端子15、电阻r3的第二端子、快速插头端子b20；端子a8导线连接微型电脑树莓派io口端子19、电阻r4的第二端子、快速插头端子b21。

电阻r1、r2、r3、r4为10千欧，r5为4.7千欧。

快速插座与被控电路连接如图3所示，被控电路以制冷设备部分电路为例。

快速插座端子c1导线连接被控电路常开点动开关sb1第一端子、端子c2导线连接被控电路常开点动开关sb1第二端子、端子c3导线连接被控电路常闭点动开关sb2第二端子、端子c4导线连接被控电路冷却风机继电器km1的线圈第一端子、端子c5导线连接被控电路常开点动开关sb3第一端子、端子c6导线连接被控电路常开点动开关sb3第二端子、端子c7导线连接被控电路常闭点动开关sb4第二端子、端子c8导线连接被控电路冷却泵继电器km2的线圈第一端子、端子c9导线连接被控电路常开点动开关sb5第一端子、端子c10导线连接被控电路常开点动开关sb5第二端子、端子c11导线连接被控电路常闭点动开关sb6第二端子、端子c12导线连接被控电路冷冻泵继电器km3的线圈第一端子、端子c13导线连接被控电路常开点动开关sb7第一端子、端子c14导线连接被控电路常开点动开关sb7第二端子、端子c15导线连接被控电路常闭点动开关sb8第二端子、端子c16导线连接被控电路压缩机继电器km4的线圈第一端子、端子c17导线连接被控电路冷却风机继电器km1的第一常开触点第一端子、冷却泵继电器km2的第一常开触点第一端子、冷冻泵继电器km3的第一常开触点第一端子、压缩机继电器km4的第一常开触点第一端子、端子c18导线连接被控电路冷却风机继电器km1的第一常开触点第二端子、端子c19导线连接被控电路冷却泵继电器km2的第一常开触点第二端子、端子c20导线连接被控电路冷冻泵继电器km3的第一常开触点第二端子、端子c21导线连接被控电路压缩机继电器km4的第一常开触点第二端子。

通用型电气自控系统的工作原理如下：

微型电脑树莓派作为控制器，运行被控电路对应的程序，实现电路的控制及电路信息的采集，同时又作为服务器，把监控网站部署进来，监控网站后台与运行的程序对接。上位机通过网络连接微型电脑树莓派后，用浏览器访问其部署的网站，就可以进入监控状态。

系统的控制原理以控制被控电路中冷却风机继电器km1的线圈为例：

在网页上点击冷却风机启动按钮，网站后台与微型电脑树莓派运行的程序交互，程序向微型电脑树莓派io口端子21输出指令，该指令传达至io组件的继电器模块端子in1，从而控制继电器模块端子no1与com1接通1秒后断开，该通、断信息经过快速插头端子b1、b2、快速插座端子c1、c2传达至被控电路，令冷却风机继电器km1的线圈通电1秒，其常开触点也闭合1秒，控制回路构成自锁，冷却风机继电器km1的线圈继续保持通电状态。

在网页上点击冷却风机停止按钮，网站后台与微型电脑树莓派运行的程序交互，程序向微型电脑树莓派io口端子23输出指令，该指令传达至io组件的继电器模块端子in2，从而控制继电器模块端子nc2与com2断开1秒后接通，该断、通信息经过快速插头端子b3、b4、快速插座端子c3、c4传达至被控电路，令冷却风机继电器km1的线圈断电1秒，其常开触点也断开1秒，控制回路的自锁被撤销，冷却风机继电器km1的线圈继续保持断电状态。

被控电路中冷却泵继电器km2的线圈、冷冻泵继电器km3的线圈、压缩机继电器km4的线圈的控制与冷却风机继电器km1的线圈的控制类同。

系统的采集信息原理以采集被控电路中冷却风机继电器km1的第一常开触点信息为例：

被控电路中冷却风机继电器km1的第一常开触点接通、断开信息传达至快速插座端子c17、c18，再经快速插头端子b17、b18传达至io组件的接线端子的端子a4、a5，最后传达至微型电脑树莓派io口端子11、gnd，微型电脑树莓派运行的程序读取该信息后，通过与网站后台交互，在网页上显示出该信息。

被控电路中冷却泵继电器km2、冷冻泵继电器km3、压缩机继电器km4的第一常开触点信息采集与冷却风机继电器km1的第一常开触点信息采集类同。

温度传感器ds18b20检测制冷设备的温度，并通过接线端子的端子a2将温度值传至微型电脑树莓派io口端子4，经过微型电脑树莓派运行的程序运算后，再通过与网站后台交互，在网页上显示出该温度值。

通用型电气自控系统的使用如下：

用计算机或智能手机作为监控上位机，通过网络连接微型电脑树莓派，用浏览器访问其内部部署的网站，成功访问后进入网站主页面，出于安全考虑，需要经过用户登录后才能监控被控电路。在主页面进行用户登录，登录成功后就可进入监控页面。

在监控页面上可以远程控制被控电路中冷却风机继电器km1、冷却泵继电器km2、冷冻泵继电器km3、压缩机继电器km4的线圈的通、断电，被控电路也可以手动模式按下电路中的点动开关来控制冷却风机、冷却泵、冷冻泵、压缩机继电器线圈。

在监控页面还可以远程查看被控电路中的冷却风机继电器km1、冷却泵继电器km2、冷冻泵继电器km3、压缩机继电器km4的第一常开触点信息，页面以动画的形式来表示这些信息情况，另外还可查看制冷设备的温度值。

如图3，对于冷却风机继电器km1、冷却泵继电器km2、冷冻泵继电器km3、压缩机继电器km4的第二常开触点的两端，分别连接常开点动开关sb1、sb3、sb5、sb7的两端。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。