CN115808899A - 一种基于三相线路的plc全双工通讯控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，包括：三相PLC电力线路，包括ABC三相电力线、第一零线和第二零线；保护隔离模块，串联接入到所述三相PLC电力线路中；三相用电负载，并联接入到所述三相PLC电力线路中；线路选择控制器，与所述三相用电负载电性连接并接入到所述三相PLC电力线路中；三相PLC网关，与线路选择控制器连接并接入到三相PLC电力线路中。本发明通过保护隔离模块、三相PLC网关、线路选择控制器的相互作用，可实现三相线路的电量参数的采集、线路的通断控制，并且可以实现三相电力线载波的全双工通讯，可以解决传统PLC通讯只能实现半双工通讯问题，同时避免了相线之间高频信号的相互影响。
Description
技术领域
本发明涉及电力载波通讯控制技术领域，特别是一种基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统。
背景技术
在传统的交流供电系统中，三相用电负载一般由A、B、C三条相线加上一条零线控制。这种控制方式简单方便，并且在发生故障时可以有效快速切断用电负载和电网的连接。同时，这种控制方式可以简单快捷实现电力线载波通讯，实现用电负载的数据通讯和智能控制。全双工载波通信是指在电力线载波通讯中可以实现数据上行和下行的双向传输，而在已有的全双工载波通信中，通常是采用通过时分双工(time division duplex，TDD)或者频分双工(frequency division duplex，FDD)实现全双工通信，不论是通过时分双工或者频分双工实现全双工通信，并不能完全实现全双工可靠通信。TDD是通过不同时隙来传输上行和下行数据来实现全双工通信，不仅不能同时传输上行和下行数据，而且不能满足低时延应用的要求；FDD则是通过不同高频率来区分上行和下行数据，但是并不是所有频率的载波信号都适合在电力线上传输，频率越高，信号损耗越大，而低频传输又不能满足某些低时延要求的应用。因此，现有全双工载波通信系统及方式还有待优化。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在的技术问题，提供一种基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统。本发明的技术方案为：
一种基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，包括：
三相PLC电力线路，包括ABC三相电力线、第一零线和第二零线，用于构成PLC全双工通讯控制系统的基本线路；
保护隔离模块，串联接入到所述三相PLC电力线路中，并形成对所述三相PLC电力线路的保护和信号隔离；
三相用电负载，并联接入到所述三相PLC电力线路中，为所述PLC全双工通讯控制系统的通讯及控制对象；
线路选择控制器，与所述三相用电负载电性连接并接入到所述三相PLC电力线路中，用于控制所述三相用电负载上行和下行数据的传输；
三相PLC网关，与所述线路选择控制器连接并接入到所述三相PLC电力线路中，用于收发和处理所述PLC全双工通讯控制系统的各种数据。
作为本发明的进一步说明，所述线路选择控制器包括微处理器模块、电源模块、交流信号采集模块、温湿度采集模块、指示灯模块、继电输出模块和三相PLC通讯模块；所述微处理器模块用于所述线路选择控制器的数据处理以及所述指示灯模块、继电输出模块和三相PLC通讯模块的控制驱动；所述电源模块给所述线路选择控制器提供工作电源；所述交流信号采集模块用于采集所述三相PLC电力线路的电流电压各种电能参数；所述温湿度采集模块用于采集所述线路选择控制器的环境温湿度；所述三相PLC通讯模块用于收发PLC信号。
更进一步地，所述微处理器模块采用HT7032系列三相计量芯片作为主控芯片。
更进一步地，所述微处理器模块通过ADC引脚与所述交流信号采集模块和温湿度采集模块连接进行数据采集，通过GPIO串口与所述指示灯模块和继电输出模块连接进行输出控制，通过UART串口与所述三相PLC通讯模块连接进行三相数据传输线路的选择。
更进一步地，所述三相PLC通讯模块包括A相PLC通讯模块、B相PLC通讯模块和C相PLC通讯模块；其中所述A相PLC通讯模块和B相PLC通讯模块与所述第一零线连接，用于所述三相PLC网关与所述微处理器模块之间的上行数据通讯；所述C相PLC通讯模块与所述第二零线连接，用于所述三相PLC网关与所述微处理器模块之间的下行数据通讯。
更进一步地，所述A相PLC通讯模块和B相PLC通讯模块的上行数据通讯与所述C相PLC通讯模块的下行数据通讯相互独立运行。
更进一步地，所述保护隔离模块包括智能断路器和PLC信号隔离器，所述智能断路器用于控制所述PLC全双工通讯控制系统与外部供电线路之间的通断连接，所述PLC信号隔离器用于隔离外部供电线路上高频载波信号对所述PLC全双工通讯控制系统的干扰。
更进一步地，所述PLC全双工通讯控制系统内部采用固定工作频率的通信频段进行通信。
更进一步地，所述通信频段的频率为12.5MHz。
更进一步地，所述PLC全双工通讯控制系统通过所述三相PLC网关与云平台和或移动终端通讯连接，通过云平台和或移动终端进行远程控制和各种电能参数的采集。
本发明的有益效果：
本发明通过保护隔离模块、三相PLC网关、线路选择控制器的相互作用，可实现三相线路的电量参数的采集、线路的通断控制，并且可以实现三相电力线载波真正意义上的全双工通讯，不仅可以实现本地控制，还能上报数据到云平台和移动终端实现远程控制、各种电能参数的采集等，既保证了通讯数据的效率和稳定性，又可以快捷方便地实现三相线路的数字化、信息化和智能化，有效解决了现有PLC通讯存在的半双工通讯效率低下问题，同时避免了相线之间高频信号的相互影响，并且极大地简化了路线布置施工以及线路调试等方面的工作。
附图说明
图1为本发明基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统结构框图；
图2为本发明实施例线路选择控制器结构原理图。
具体实施方式
实施例：
下面结合附图对本发明实施例详细的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如附图1所示，一种基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，具有：三相PLC电力线路，包括ABC三相电力线、第一零线N1和第二零线N2，用于构成PLC全双工通讯控制系统的基本线路；保护隔离模块，串联接入到所述三相PLC电力线路中，并形成对所述三相PLC电力线路的保护和信号隔离；三相用电负载，并联接入到所述三相PLC电力线路中，为所述PLC全双工通讯控制系统的通讯及控制对象；线路选择控制器，与所述三相用电负载电性连接并接入到所述三相PLC电力线路中，用于控制所述三相用电负载上行和下行数据的传输；三相PLC网关，与所述线路选择控制器连接并接入到所述三相PLC电力线路中，用于收发和处理所述PLC全双工通讯控制系统的各种数据。通过保护隔离模块、三相PLC网关、线路选择控制器的相互作用，可实现三相线路的电量参数的采集、线路的通断控制，并且可以实现三相电力线载波的全双工通讯，可以解决传统PLC通讯只能实现半双工通讯问题，同时避免了相线之间高频信号的相互影响。
参见附图2所示，所述线路选择控制器包括微处理器模块、电源模块、交流信号采集模块、温湿度采集模块、指示灯模块、继电输出模块和三相PLC通讯模块；所述微处理器模块用于所述线路选择控制器的数据处理以及所述指示灯模块、继电输出模块和三相PLC通讯模块的控制驱动；所述电源模块给所述线路选择控制器提供工作电源；所述交流信号采集模块用于采集所述三相PLC电力线路的电流电压各种电能参数；所述温湿度采集模块用于采集所述线路选择控制器的环境温湿度；所述三相PLC通讯模块用于收发PLC信号。
具体的，微处理器模块是线路选择控制器的核心部件，本发明实施例采用的是三相计量芯片HT7032系列。微处理器通过ADC采集交流信号和温湿度，并通过分析计算实现三相线路的电压、电流以及功率等电量的数字化；通过GPIO控制指示灯模块和继电输出模块进行相应的输出；通过UART来选择三相线路进行数据传输。
电源模块可以将AC220转行成DC3.3V/5V，为MCU模块、继电输出模块、指示灯模块和PLC通讯模块提供工作电源。
交流信号采集模块主要用于三相线路的电压、电流信号的接入，电压信号通过相线和零线接入到采集模块，电流信号则通过电流互感器之后将小信号量接入到采集模块。采集模块将采集到的信息经过滤波电路后接入到微处理器模块(MCU)的ADC引脚。
温湿度采集模块采用热电偶的方式将继电开关触点的温度信号转换成电信号，并通过温湿度采集模块处理后与MCU的ADC引脚连接进行数字量的通讯。
指示灯模块用来指示线路选择控制器的工作情况。
继电输出模块通过GPIO与MCU连接，接收来自MCU的指令来控制继电器开关的通断，从而达到控制三相线路通断的目的。
三相PLC通讯模块通过UART与MCU连接，三相PLC通讯模块包括A相PLC通讯模块、B相PLC通讯模块和C相PLC通讯模块；其中所述A相PLC通讯模块和B相PLC通讯模块与所述第一零线N1连接，用于所述三相PLC网关与所述微处理器模块之间的上行数据通讯，接收来自上行网关的信号，将接收到的网关信号发送给MCU，MCU根据指令做出相应的动作；所述C相PLC通讯模块与所述第二零线N2连接，用于所述三相PLC网关与所述微处理器模块之间的下行数据通讯，接收下行MCU的信号，并将信号向上发送给网关。本实施例中，所述A相PLC通讯模块和B相PLC通讯模块的上行数据通讯与所述C相PLC通讯模块的下行数据通讯相互独立运行，即本实施例的A相和C相、B相和C相之间可以同步收发信号，从而达到PLC全双工通讯的功能。
作为优选的，本实施例的保护隔离模块包括智能断路器和PLC信号隔离器，所述智能断路器用于控制所述PLC全双工通讯控制系统与外部供电线路之间的通断连接，例如需要的时候可以切断市政供电、工业用电或者家庭用电与本发明PLC全双工通讯控制系统的连接通断；所述PLC信号隔离器用于隔离外部供电线路上高频载波信号对所述PLC全双工通讯控制系统的干扰。
更进一步地，所述PLC全双工通讯控制系统内部采用固定工作频率的通信频段进行通信，本实施例所述通信频段的频率具体为12.5MHz，通过实施例的测试表明，采用固定工作频率12.5MHz可以避免高频信号损耗大、低频信号时延高的问题。
本发明中，通过三相PLC网关可以实现对PLC全双工通讯控制系统的本地控制，作为拓展的，在一些实施例中，所述PLC全双工通讯控制系统通过所述三相PLC网关与云平台和或移动终端通讯连接，上报数据到云平台和移动终端，通过云平台和或移动终端进行远程控制和各种电能参数的采集，既保证了通讯数据的效率和稳定性，又可以快捷方便地实现三相线路的数字化、信息化和智能化。
在上述本发明基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统中，三相PLC网关通过线路选择控制器，将下行数据选择A/B/C其中的某一相和第一零线N1下发，三相用电负载接收来自网关的下行数据，并标记来自哪一相，待处理完成之后，三相用电负载同样的通过线路选择控制器，将上行数据通过剩余的两相中的某一相和第二零线N2进行上传。在PLC全双工通讯控制系统工作中，固定工作频率12.5MHz可以避免高频信号损耗大、低频信号时延高的问题，同时增加一条零线，可以避免上行和下行数据同时传输时信号干扰的问题，保证数据的可靠和稳定传输，提高通信效率。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于，包括：
三相PLC电力线路，包括ABC三相电力线、第一零线和第二零线，用于构成PLC全双工通讯控制系统的基本线路；
保护隔离模块，串联接入到所述三相PLC电力线路中，并形成对所述三相PLC电力线路的保护和信号隔离；
三相用电负载，并联接入到所述三相PLC电力线路中，为所述PLC全双工通讯控制系统的通讯及控制对象；
线路选择控制器，与所述三相用电负载电性连接并接入到所述三相PLC电力线路中，用于控制所述三相用电负载上行和下行数据的传输；
三相PLC网关，与所述线路选择控制器连接并接入到所述三相PLC电力线路中，用于收发和处理所述PLC全双工通讯控制系统的各种数据。
2.根据权利要求1所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述线路选择控制器包括微处理器模块、电源模块、交流信号采集模块、温湿度采集模块、指示灯模块、继电输出模块和三相PLC通讯模块；所述微处理器模块用于所述线路选择控制器的数据处理以及所述指示灯模块、继电输出模块和三相PLC通讯模块的控制驱动；所述电源模块给所述线路选择控制器提供工作电源；所述交流信号采集模块用于采集所述三相PLC电力线路的电能参数；所述温湿度采集模块用于采集所述线路选择控制器的环境温湿度；所述三相PLC通讯模块用于收发PLC信号。
3.根据权利要求2所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述微处理器模块采用HT7032系列三相计量芯片作为主控芯片。
4.根据权利要求2所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述微处理器模块通过ADC引脚与所述交流信号采集模块和温湿度采集模块连接进行数据采集，通过GPIO串口与所述指示灯模块和继电输出模块连接进行输出控制，通过UART串口与所述三相PLC通讯模块连接进行三相数据传输线路的选择。
5.根据权利要求2所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述三相PLC通讯模块包括A相PLC通讯模块、B相PLC通讯模块和C相PLC通讯模块；其中所述A相PLC通讯模块和B相PLC通讯模块与所述第一零线连接，用于所述三相PLC网关与所述微处理器模块之间的上行数据通讯；所述C相PLC通讯模块与所述第二零线连接，用于所述三相PLC网关与所述微处理器模块之间的下行数据通讯。
6.根据权利要求5所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述A相PLC通讯模块和B相PLC通讯模块的上行数据通讯与所述C相PLC通讯模块的下行数据通讯相互独立运行。
7.根据权利要求1所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述保护隔离模块包括智能断路器和PLC信号隔离器，所述智能断路器用于控制所述PLC全双工通讯控制系统与外部供电线路之间的通断连接，所述PLC信号隔离器用于隔离外部供电线路上高频载波信号对所述PLC全双工通讯控制系统的干扰。
8.根据权利要求1所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述PLC全双工通讯控制系统内部采用固定工作频率的通信频段进行通信。
9.根据权利要求8所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述通信频段的频率为12.5MHz。
10.根据权利要求1所述基于三相线路的PLC全双工通讯控制系统，其特征在于：所述PLC全双工通讯控制系统通过所述三相PLC网关与云平台和或移动终端通讯连接，通过云平台和或移动终端进行远程控制和电能参数的采集。
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