开关远程控制系统及方法与流程

本发明涉及开关控制领域，特别涉及一种开关远程控制系统及方法。

背景技术：

随着互联网技术的普及，各种高性能计算中心得到了迅猛的发展。通信运营商、银行金融系统、政府及各大型企业等都建设了大型数据中心机房，在这些大型数据中心机房中一般都部署有大量的服务器机柜。而机柜中有大量的输出开关，输出开关的作用是用来分断电路，连接方式是串联在控制电路中。在机房中手动操作这些输出开关存在一定的安全隐患。

因此如何实现远程控制开关以及远程获知开关状态成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种开关远程控制系统以及方法，以实现远程控制开关以及远程获知开关状态。

根据本发明的第一方面，一种开关远程控制系统，包括：至少一个开关控制系统，每一个开关控制系统包括：主供电系统、核心控制系统以及与所述主供电系统及核心控制系统均连接的消息收发系统、检修模式系统、驱动控制系统以及输出检测系统；所述消息收发系统用于连接远程主站，以及所述驱动控制系统用于连接开关；

所述消息收发系统用于接收远程主站发送的远程控制指令信息以及向所述远程主站发送开关状态反馈信息；

所述检修模式系统用于生成检修模式信息或者工作模式信息；在所述检修模式系统生成检修模式信息时，所述驱动控制系统断开；在所述检修模式系统生成工作模式信息时，所述驱动控制系统导通；

所述核心控制系统用于在所述检修模式系统生成工作模式信息时，根据所述远程控制指令信息生成开关控制信息，所述驱动控制系统用于根据所述开关控制信息控制开关断开或者闭合；

所述输出检测系统用于检测所述开关的状态，并将检测结果发送给所述核心控制系统，所述核心控制系统用于根据所述检测结果生成所述开关状态反馈信息。

进一步地，所述至少一个开关控制系统包括依次连接的一个主开关控制系统以及多个子开关控制系统，每一开关控制系统还包括通讯扩展系统，所述主开关控制系统的通讯扩展系统与相连接的所述子开关控制系统的消息收发系统连接，每一所述子开关控制系统的的通讯扩展系统与相连接的另一所述子开关控制系统的消息收发系统连接。

进一步地，每一开关控制系统还包括手动控制系统，所述手动控制系统用于与开关连接，控制所述开关的闭合或者断开。

进一步地，每一开关控制系统还包括应急供电系统，所述应急供电系统与所述核心控制系统、消息收发系统、检修模式系统、驱动控制系统以及输出检测系统分别连接。

进一步地，所述开关的数量为十个，十个所述开关并联连接。

进一步地，所述子开关控制系统的数量为256个。

进一步地，所述通讯扩展系统包括两个rs485接口。

进一步地，所述消息收发系统两个以太网端口。

根据本发明的第二方面，一种开关远程控制方法应用于所述的开关远程控制系统，所述开关远程控制方法包括：

消息收发系统接收远程主站发送的远程控制指令信息；

核心控制系统在检修模式系统生成工作模式信息时，根据所述远程控制指令信息生成开关控制信息，并将所述开关控制信息发送至驱动控制系统；

驱动控制系统在检修模式系统生成工作模式信息时导通，并根据所述开关控制信息控制开关断开或者闭合；

输出检测系统检测开关的状态，并将检测结果发送给所述核心控制系统；

所述核心控制系统用于根据所述检测结果生成所述开关状态反馈信息，并通过所述消息收发系统向所述远程主站发送开关状态反馈信息。

进一步地，所述开关远程控制方法还包括：在所述检修模式系统生成检修模式信息时，所述驱动控制系统断开，所述核心控制系统运行预设的检修模式程序。

本发明开关远程控制系统及方法通过主站下达远程控制指令信息给核心控制系统，核心控制器控制其相应的驱动控制系统，驱动控制系统进而控制即开关动作，实现远程控制；同时，由输出检测系统采集开关的状态后，并将检测结果发送给核心控制系统，核心控制系统根据检测结果生成开关状态反馈信息，并经由消息收发系统发送给主站，由此在主站显示开关的状态，实现开关状态的远程监测。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种开关远程控制系统第一实施例的结构示意图；

图2为本发明一种开关远程控制系统第二实施例的结构示意图；

图3为本发明一种开关远程控制系统第三实施例的结构示意图；

图4为本发明一种开关远程控制系统第四实施例中消息收发系统的电路图；

图5为本发明一种开关远程控制系统第四实施例中主供电系统的电路图；

图6为本发明一种开关远程控制系统第四实施例中应急供电系统的电路图；

图7为本发明一种开关远程控制系统第四实施例中通讯扩展系统的电路图；

图8为本发明一种开关远程控制系统第四实施例中检修模式系统、驱动控制系统以及手动控制系统的电路图；

图9为本发明一种开关远程控制系统第四实施例中输出检测系统的电路图；

图10为本发明一种开关远程控制系统第四实施例中核心控制系统的电路图。

图11为本发明一种开关远程控制方法实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本发明一种开关远程控制系统第一实施例的结构示意图，如图1所示，本发明一种开关远程控制系统，包括：至少一个开关控制系统，每一个开关控制系统包括：主供电系统101、核心控制系统102以及与主供电系统101及核心控制系统102均连接的消息收发系统103、检修模式系统104、驱动控制系统105以及输出检测系统106；消息收发系统103用于连接远程主站(图中未示出)，以及驱动控制系统105用于连接开关(图中未示出)。

其中，消息收发系统103用于接收远程主站发送的远程控制指令信息以及向远程主站发送开关状态反馈信息。检修模式系统104用于生成检修模式信息或者工作模式信息；在检修模式系统104生成检修模式信息时，驱动控制系统105断开；在检修模式系统104生成检修模式信息时，驱动控制系统105导通。核心控制系统102用于在检修模式系统104生成工作模式信息时，根据远程控制指令信息生成开关控制信息，驱动控制系统105用于根据开关控制信息控制开关断开或者闭合。输出检测系统106用于检测开关的状态，并将检测结果发送给核心控制系统102，核心控制系统102用于根据检测结果生成开关状态反馈信息。

本实施例开关远程控制系统通过主站下达远程控制指令信息给核心控制系统，核心控制器控制其相应的驱动控制系统，驱动控制系统进而控制即开关动作，实现远程控制；同时，由输出检测系统采集开关的状态后，并将检测结果发送给核心控制系统，核心控制系统根据检测结果生成开关状态反馈信息，并经由消息收发系统发送给主站，由此在主站显示开关的状态，实现开关状态的远程监测。

图2为本发明一种开关远程控制系统第二实施例的结构示意图。图2为图1所示实施例的优选实施方式。具体如图2所示，相较于图1所示实施例，本实施例开关远程控制系统除了包括上述的主供电系统101、核心控制系统102以及与主供电系统101及核心控制系统102均连接的消息收发系统103、检修模式系统104、驱动控制系统105以及输出检测系统106以外，每一开关控制系统还包括通讯扩展系统201、手动控制系统202以及应急供电系统203，应急供电系统203与核心控制系统102、消息收发系统103、检修模式系统104、驱动控制系统105以及输出检测系统106分别连接。手动控制系统202用于与开关连接，控制开关的闭合或者断开。通讯扩展系统201用于扩展开关控制系统的数量，各个开关控制系统通过通讯扩展系统201实现信息传输，多个开关控制系统的具体连接方式可以参见图3所示实施例。此外，本实施例还示出了十路开关(即动作继电器1-动作继电器10)。

图3为本发明一种开关远程控制系统第三实施例的结构示意图。图3为图1以及图2所示实施例的优选实施方式。具体如图3所示，相较于图2所示实施例，本实施例开关远程控制系统显示了多个开关控制系统的具体连接方式。具体地，至少一个开关控制系统包括依次连接的一个主开关控制系统以及多个子开关控制系统，主开关控制系统的通讯扩展系统与相连接的子开关控制系统的消息收发系统连接，每一子开关控制系统的的通讯扩展系统与相连接的另一子开关控制系统的消息收发系统连接。具体操作时，子开关控制系统的数量为256个，在开关数量比较多的环境下实用性极强。

本实施例采用集中控制的方式进行控制，即对于每个开关控制系统，一个驱动控制板(即驱动控制系统105)控制十路开关，主开关控制系统采用104规约网口通信，预留rs485接口，可拓展多路。

远程控制开关的工作原理为：用户控制层通过主站的用户界面下达远程控制指令信息，通过光纤或网线把远程控制指令信息传递给网络交换机，网络交换机再把iec61850命令转发至规约转换器，规约转换器把iec61850协议转成成iec104协议，再通过网口下达给核心控制器(即核心控制系统102)，核心控制板获得iec104协议后，再通过核心控制板来控制其相应的驱动控制板，驱动控制板控制继电器(即开关)以及接触器动作，实现远程控制。

远程开关状态监测的工作原理为：由输出检测系统采集开关的状态后，并将检测结果发送给核心控制器，核心控制器根据检测结果生成开关状态反馈信息，并经由消息收发系统、规约转换器以及网络交换机发送给主站，由此在主站显示开关的状态，具体地，开关的状态获取是通过采集被控制电路的高低电平来进行判断的。

其中，消息收发系统103的具体电路结构如图4所示，消息收发系统103是以太网通信接口，它承载着接收主站发送过来的指令信息和向主站反馈发送信息的任务。消息收发系统103包括：隔离网线接收和发送的信号的以太网隔离收发接口1031以及以太网控制通讯转换芯片1032，

其中，以太网控制通讯转换芯片1032用于对从以太网隔离收发接口1031过来的信号进行协商和转换，转换成核心控制系统102可以处理的信号，同时也作为将核心控制系统102发出的信号转换成网口可以发送的信号。

消息收发系统103的电路的整体信号流向分为发送和接收，发送是指主站发送信息给发给主开关控制系统，通过以太网接口，网线作为传输媒介；接收是指主开关控制系统发送信息给主站，也是通过以太网接口，网线作为传输媒介。其中，主开关控制系统接收主站信号流向为：主站发送过来的信号经网线媒介传递到以太网隔离收发接口1031进行接收，以太网隔离收发接口1031将经过隔离的信号传递给以太网控制通讯转换芯片1032，经以太网控制通讯转换芯片1032对信号进行转换和处理传递给核心控制系统102的信号收发接口1021，信号收发接口1021再把信号传递给核心控制系统102进行解析和执行。

主开关控制系统发送主站信号流向为：核心控制系统102将要发送的信号传输到信号收发接口1021，信号收发接口1021把信号传递给以太网控制通讯转换芯片1032，经以太网控制通讯转换芯片1032对信号进行转换和处理传递给以太网隔离收发接口1031，以太网隔离收发接口1031再将转换和处理的信号经过隔离传递给网线媒介，网线媒介再将信号传递给主站。

主供电系统101用是将市电ac220v或变电站dc220v电压转换为设备可使用的各类工作电压，为设备提供动力。主供电系统101的具体电路结构如图5所示。其中，电源输入端1011是直流110v-220v和或交流85v-220v电源输入端，其作用是给整个设备进行供电。电源滤波电路1012是共模扼流电路，其作用是：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。电源转换模块1013为变压模块，其作用是将直流110v-220v或交流85v-220v电源转变为直流12v，为整个设备提供电所需的各类电压。两路电压输出口1014的作用是输出两路12v直流电源，其中一路为开关控制系统供电，另外一路给开关进行供电。此外，辅助电源12v的直流电源输入口1015、5v直流辅助电源的输出口1017、控制系统电源12v的直流电源输入口1018、3.3v直流主电源的输出口1010如图5所示。辅助电源降压模块1016的作用是对12v直流电源进行降压处理后输出5v直流辅助电源，辅助设备进行正常工作。主电源降压模块1019是对12v直流电源进行降压处理后输出3.3v直流主电源，为核心控制系统102和其外围设备(以太网模块、rs485模块)提供主电源。

主供电系统101整体运行流向为直流110v-220v和或交流85v-220v电源从电源输入端1011进入，经过电源滤波电路1012对电源进行滤波等处理，将相对干净的电压传输到电源转换模块1013，电源转换模块1013将电源电压转换为直流12v传输给电压输出口1014，电压输出口1014再将控制系统直流12v电源传输给辅助电源直流电源输入口1015和控制系统直流电源输入口1018，分别经过辅助电源降压模块1016和主电源降压模块1019，进行降压，分别输出直流5v辅助电源和直流3.3v主电源，然后分别传输到直流辅助电源输出口1017和直流主电源输出口1010。

应急供电系统203的作用为当设备自身寿命或外界未知因素，导致设备本身供电系统失效，无法为开合匝提供动作电压，则此时可外接入外界电压，为手动开合匝提供动作电压。应急供电系统203的具体电路结构可以如图6所示，二极管d18为电压单向输入器件，其作用为只允许外界电压输入，不为外界提供电压，可有效防止电压倒流，减轻设备能耗。该部分信号流向为，紧急电压接在二极管d18左边的紧急电压输入口，紧急电压经二极管d18，将电压并入继电器执行系统，为继电器执行系统提供动作电压，以此来紧急开合匝。

通讯扩展系统201为设备主机(即主开关控制系统)和各个子机(即子开关控制系统)提供专用的抗干扰通讯通道，主机通过该扩展接口发送和接收各个子机所发送的信息，同理子机通过该接口和主机进行通讯。如图7所示，rs485主通信接口2011是插接rs485通信接口做通信指令发送和接收。主rs485电平转换控制芯片2012是将主rs485通信指令电平进行转换，转换为核心控制系统102可以处理的信号，同时也作为将核心控制系统102发出的信号转换为主rs485通信信号发送至核心控制系统102的原始主信号接口1022。rs485辅助通信接口2013是插接rs485辅助通信接口做通信指令发送和接收的。模式切换模块2014是将2个rs485通信接口切换为并连模式或独立模式用的，并联模式指主rs485通讯接口2011并联到辅助rs485接口2012，信号的接收和发送全由主端口控制，独立模式指两个rs485通信端口单独使用，相互之间互不干扰。辅助rs485电平转换控制芯片2015是将辅助rs485通信指令电平进行转换，转换为核心控制系统102可以处理的信号，同时也作为将核心控制系统102发出的信号转换为辅助rs485通信信号输送至核心控制系统102的原始辅助信号接口1023。

通讯扩展系统201整体流程走向分为发送和接收信号流向，具体如下：

接收信号流向：输入信号经传输媒介双绞线，将信号由主rs485通信接口输入2011将信号传递到达主rs485电平转换控制芯片2012，主rs485电平转换控制芯片2012对信号做转换处理后传输给原始主信号接口1022，再将原始主信号接口1022传输给核心控制系统102，核心控制系统102对该信号进行处理。

发送信号流向：核心控制系统102将需要发送的原始信号传递到原始主信号接口1022，原始主信号接口1022把信号传递到主rs485电平转换控制芯片2012，主rs485电平转换控制芯片2012将原始信号电平经过转换，把转换过后的信号传递到主rs485通信接口2011，再由主rs485通信接口2011经过双绞线传输媒介把信号发送出去。

手动控制系统202、检修模式系统104以及驱动控制系统105的具体电路结构如图8所示。其中，检修模式系统104是为了方便现场进行维护，当开关处于检修状态时远程无法操作，只能进行本地操作，保护现场人员的安全。当开关处于工作状态时，可以进行远程操作和监测状态。如图8所示，检修模式系统104包括模式选择开关1041以及光电耦合芯片1042。模式选择开关1041作用是选择检修模式和工作模式的，当开关处在图中所示的位置时开关处于检修模式，这时驱动控制系统105的电路被断开，无法进行远程遥控，光电耦合芯片1042就会导通，输出端会向核心控制器102的信号接收端1024传递一个信号，核心控制器102接收到检修状态信号，程序中会启动检修状态程序设置。当模式选择开关1041处在工作模式时光电耦合芯片1042就会被断开，信号接收端1024无法给核心控制器传递信号，程序中的检修状态程序设置就会被取消，程序进入工作程序，同时驱动控制系统105的电路就会导通，可以进行远程控制。

手动控制系统202可以包括十路拨码开关、十路led指示灯组成，手动控制系统202的优先等级是最高的，它是直接由电路进行控制，每一个拨码开关对应一路继电器开关，当闭合第一路拨码开关时第一路电磁继电器就会闭合，第一路的led指示灯就会亮。

驱动控制系统105的作用是实现远程指令控制的电路，可以远程遥控开关的分合。驱动控制系统105的控制信号接收端1050是接收来自核心控制系统(也称核心控制器)102的开关控制信息，从核心控制器102发送到控制信号接收端1050的电压是3.3v的，经过电平转换芯片1051、升压电路105a及105b转换后会输出一个5v的电压。光电耦合芯片1052、1053和光电耦合电路1054、1055的作用都是做光电耦合控制的，其输入端有5v电压输入后，输出端就会导通。驱动芯片1056及1057的作用是当输入端输入的是高电平时，输出端输出的就是低电平，当输入端输入的是低电平时，输出端输出的就是高电平。电磁继电器1058是控制输出端1059的通断。

驱动控制系统105控制流程如下，核心控制器给控制信号接收端1050发送一个低电平，传输到电平转换芯片1051进行电平转换，会输出一个5v的电源，低电平端传输到光电耦合芯片1052，光电耦合芯片1052动作，输出端导通传递给驱动芯片1056一个高电平，驱动芯片1056的输出端输出一个低电平，电磁继电器1058两端形成电压差，线圈导通，继电器闭合，输出端1059两个端口导通。当核心控制器102给控制信号接收端1050发送一个高电平，传输到电平转换芯片1051进行电平转换，会输出一个5v的电源，高电平端传输到光电耦合芯片1052，光电耦合芯片1052无动作，驱动芯片1056的输入端会是一个低电平，驱动芯片1056的输出端输出一个高电平，电磁继电器1058两端无法形成电压差，线圈不导通，继电器断开，输出端1059两个端口断开。

输出检测系统106的电路结构如图9所示，输出检测系统106的主要作用是检测输出开关的分合状态并反馈给核心控制器102，输出检测系统106采用的状态检测原理是依据输出开关所带的电压来进行判断的。输出检测系统106具体包括出线端的零线连接点1061、火线连接点1062、整流桥1063、光电耦合芯片1064以及信号输出端1065。

输出检测系统106整体运行流程如下，当开关闭合时零线连接点1061会导通与火线连接点1062形成电压差形成交流电源，经过整流桥1063转换成直流电，然后传递给光电耦合芯片1064，光电耦合芯片1064的输出端会导通然后传递一个信号给信号输出端1065，信号输出端1065再将信号传递给核心控制器102，核心控制器102会识别出开关已经闭合。当开关断开时，火线连接点1062、整流桥1063、光电耦合芯片1064以及信号输出端1065都无法收到电信号，核心控制器102没有接收到信号就会判定开关已经分闸。

核心控制器102的主要功能有接收并识别来自网口的指令信息，存储和执行控制程序，输出运算后的控制信号，向子机下发控制指令，接收来自开关的状态信息，采集子机通信状态和开关状态信息，向网口输出开关状态和子机通信状态信息，核心控制器就是设备的大脑承担起了接收指令、运算、存储、识别、控制、采集等功能。其具体电路如图10所示。

本实施例开关远程控制系统可应对需要远程控制开关的通断，可对主站发出的指令进行快速响应并保持状态，高效且稳定。同时可以将开关实时的状态进行反馈，在主站就可以掌握现场控制线路的通断情况，有助于合理的安排与开关连接的功能设备的启停。同时产品具备工作和检修两种模式，在工作状态下可以从主站进行远程控制开关的通断。在检修模式下主站无法进行远程控制，从而保护了现场检修人员的安全。在检修状态下想要控制开关的通断可以通过手动控制系统进行操作，以对每一路进行操作，当启用手控控制后，开关不受核心控制器控制，只有关闭手控控制开关后，才可以再使用远程控制，其控制优先级为：检修开关＝手控开关>远程控制开关，远程控制开关为最低优先等级。应急供电系统可以防止因核心控制器受使用环境以及不可预测的风险，导致核心控制器无法正常工作开关不可控。

图11为本发明一种开关远程控制方法实施例的流程图，该开关远程控制方法应用于图1-图10所示的开关远程控制系统，开关远程控制方法包括：

步骤1101：消息收发系统接收远程主站发送的远程控制指令信息；

步骤1101：核心控制系统在检修模式系统生成工作模式信息时，根据远程控制指令信息生成开关控制信息，并将开关控制信息发送至驱动控制系统；

步骤1101：驱动控制系统在检修模式系统生成工作模式信息时导通，并根据开关控制信息控制开关断开或者闭合；

步骤1101：输出检测系统检测开关的状态，并将检测结果发送给核心控制系统；

步骤1101：核心控制系统用于根据检测结果生成开关状态反馈信息，并通过消息收发系统向远程主站发送开关状态反馈信息。

优选地，开关远程控制方法还包括：在检修模式系统生成检修模式信息时，驱动控制系统断开，核心控制系统运行预设的检修模式程序。

本实施例通过主站下达远程控制指令信息给核心控制系统，核心控制器控制其相应的驱动控制系统，驱动控制系统进而控制即开关动作，实现远程控制；同时，由输出检测系统采集开关的状态后，并将检测结果发送给核心控制系统，核心控制系统根据检测结果生成开关状态反馈信息，并经由消息收发系统发送给主站，由此在主站显示开关的状态，实现开关状态的远程监测。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。