远距离监测控制系统的制作方法

专利名称:远距离监测控制系统的制作方法
本发明涉及包括一个单独的主控站和若干个终端站的远距离监测控制系统，具体地说，涉及用于在短时间内检测所监视的对象的状态变化的一种远距离监测控制系统。
下面将介绍这种类型的远距离监测控制系统的电力线载波系统。这种电力载波系统应用零一相载波系统，用一条配电线在主站和终端站之间进行信号传输。
图1是说明这种类型的零一相载波传输系统原理的电路图。其中，参考数字1表示为发信机，数字2为一同步电路，数字3为一个控制命令产生器，数字4为三相接地静电电容，数字5为电容器，数字6为接收机，数字7为矢量合成器，数字8为同步检测器，数字9为三相电容分压器。参考字符Eab，Ebc，Eca表示电源，图中的a，b，c为三相配电线，而L1，L2，L3则为负载数字10表示主站，它包括一个发信机1，接收机6，它们均受一处理器的控制。而处理器则包括一个控制处理器11，输入/输出单元12，及一个存储器单元14。数字20表示一个终端站，它包括一个接收机6和一个发信机1，它们均受包括一个过程控制单元15和一个输出单元16的处理器的控制。
现在参阅附图2介绍这种采用零-相载波传输线系统的监控系统。在IEEE Transactions on Power Delivery，Vol.PwRD-1，NO.3，July 1986，发表的署名为Akira miyahara等的题为“Development and Field Test on a Distribution line Carrier Communication System”(配电线载波通讯系统的研制和现场试验)的文章中，公开了一种零一相位载波传输型的监控系统。
通过控制命令发生器3，将来自控制处理器11的、相应于一个传输码(见图2(A))的输出信号加至同步电路2。用三相中的其中一相作为基准(例如第三相)，将此基准相加和上述输出信号的频率送至同步电路2，并由这些信号形成同步电路2的输出信号，由它通过开关装置将接在三相配电线中的C相线和地之间的小电容器5接通或断开。电容器5的通断产生了三相对地静电电容4的不平衡，从而在整个配电系统中产生了一个相应于传输码的零-相电压(见图2(B))。此零相电压(图2(B))于是可基本无损耗地传输到配电系统的末端。
另一方面，在接收机中，由矢量合成器7将来自三相分压器9的每个电压合成为一个零相电压输出。矢量合成器7的输出和C相电容分压器的输出被送至同步检测器8。同步检测器8实行积分运算，然后从图2(C)所示的积分运算后的输出信号中取出其直流成分，由此再生出发送码，其波形如图(2D)。
用于数据传输的远距离监测控制系统中，包括包含发信机1和接收机6的主站10，还包括若干装在配电线上的用来实行状态监测和控制开关操作等的终端站20，在上述这种远距离监控系统中，用以使主站10捕捉所有开关的状态的通常做法是用一个终端查询系统发送数据。终端查询系统是这样一种系统，它在主站的控制下与所有的终端站一个接着一个地建立通讯，以便进行与诸开关状况等有关的数据传输。
然而，在终端查询系统的情况下，如图3所示，主站10向终端站20-1，20-2，20-3，……20-n依次进行询问，这些终端站根据从主站10收到的信号，回答上述查询。如果要掌握所有开关的状态，例如，所有的终端站20-1，20-2，20-3，……，20-n的状况，则要求有一个正比于终端站20的数目的传输时间，但问题是，这样便要求需较长的时间才能掌握在一给定开关中可能发生的状况变化。
现在来计算一下在终端站查询系统中与具有数目为n的终端站20通讯所需的时间。与给定的终端站20的通讯时间t是由主站10至终端站20的传输时间(见图3(tA))和由特定的终端站20至主站的响应时间(见图3(tB))的总和。因此，为完成与n个终端站进行通讯所需的时间为T＝n×t(1)由此可知，通讯时间是与终端站的数目成正比的。
图4为传输格式的一个例子。
除了这种通讯系统以外，对于这种一根配电线作为信号传输通道的电力线载波系统，其通讯还要求有一种如下所述的技术来提高传输可靠性。
(Ⅰ)双传输系统在这个系统中，二个具有相同内容的“字”要传输二次以改进其可靠性(有时用一反码作为第二个字)。
(Ⅱ)nCr码系统该系统中，用以组成每个字的“1”码和“0”码的数目是预定的。
(Ⅲ)奇偶检验码在该系统中，组成一个字的“1”码的数目预先确定为偶数或奇数。
如要改进中传输的可靠性，都要求采用上述提到的各种措施。其结果是，要求为进行通讯所必需的传输量增加到了一个可观的程度(例如如图4A和4B所示，就要求有三个终端站地址)。
假设，每个字包括八个码，并采用上述传输系统。采用在图4中所示的传输格式所需的传输量是这样的，即从主站至终端站得以产生如下格式的信号(共72比特)同步信号 8位指令码 8比特×2(双传输)＝168位地址 (8×2(双传输))×3(数字)＝48码并从终端站到主站 传输如下格式的信号(共72比特)同步信号 8位开关状态 8比特×2(双传输)＝16码地址 (8×2)×3＝48码于是，我们由此可看到，为与每个终端站进行通讯，总共要求传输144比特，其中包括从主站至终端站的72比特传输码，和包括72比特的应答码。如果系统的频率为传输速度(50或60BPS)，则为与一个终端站建立通讯要用2.9秒(对50BPS)或2.4秒(对60BPS)的时间。
另一方面，如果为每条配电线装10个开关，在每一组(bank)中装10条配电线，则在正常情况下就有必要让主站监测100个开关的状况。这意味需要用可观的时间进行监测。
一般说来，配电系统的开关状态并不经常发生改变，而是每天或几天变化一次。然而终端站的开关的状态的变化，应该尽可能早地检测到，以便及早检测出电源故障或用户的故障。因此为了不断地监测很少发生的状态的改变，要求有一种能在短时间内分别监测所有终端站的状态变化的技术。
本发明的目的是要提供一种利用配电线作为信号传输通道、依靠在主站和若干终端站之间的同时进行通讯交换，而能在早期检测出系统状态变化的远距离监测控制系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种远距离监控系统，它包括一个主站，此主站具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以便产生各种为监测和控制所必需的各种命令，和包括若干终端站。这些终端站具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以便同时接收所监测的对象的状态及控制所控制的对象，其中只有所监测的对象发生变化的那些终端站，才以预定的次序给出响应，以便允许以单一数据交换的方式检测出所监测对象的状态的变化，以主站指令结束时间作为系统的同步点，由主站和终端站同时对通讯时钟进行计数，而如果在一预定的响应时间内没有来自终端站的响应，则每个终端站的响应时间被提前一个预定长度(预定的时钟脉冲数)。
对主站和终端站所言，都要以公共通讯时钟作为整个系统的基准，以主站的传输信号作为起点，同时对主站传输完成时起的时钟数进行计数。
每个终端站有不同的地址，在来自主站的发送完成之后，以其地址作为时间函数的参数来确定其响应的具体时刻。这些地址又连续地分配给所有的终端站，并由主站贮存其末地址。
主站用这样的方式向所有的终端站发布命令，以便只引起其开关状态的变化已经检测出来的那些站的响应，在命令发送之后，主站设定在来自末地址的终端站的响应之前出现的时钟数。
另一方面，每个终端站设定用作为在响应开始前的等待时间的时钟数，并通过系统频率监视时钟，一个一个地减去那样设定的时钟。上述响应发生以前的时间为一时间段，在该时间段内，其他终端站作出响应。当识别到没有响应信号时，特定的终端站的响应起始时刻被缩短一个安排用于非响应终端站的发送时钟的个数(固定值)，而主站完全一样地执行同样的过程。
用这种方式，根据已经作出响应的终端站的位置(主站发送完毕后的时钟数)，在短时间内主站能够掌握其状态发生变化的每个终端站的情况。
图1是说明零相载波传输系统原理的方框图。
图2是常规用于零相位载波传输系统的信号波形。
图3是用来解释常规终端查询监控系统的时序图。
图4是说明终端查询监视系统传输格式的示意图。
图5A，5B，5C是说明一个把本发明的实施用于一个配电系统的例子的系统示意图。
图6为先有技术中采用的用于监测开关状态变化的系统的时序图。
图7A，7B是用来解释用于监测开关状态变化的发送信号的格式例子的示意图。
图8是用来解释本发明的实施例的时序图。
图9是用来解释本发明实施例的主站工作的流程图。
图10是用来解释本发明实施例的终端站工作的流程图。
图11是本发明另一实施例的分组图。
图12是说明本发明的与图8相似的一个远距离监控系统工作的时序图。
现在参照附图详细说明本发明的实施例。
图5A为用到一个配电系统的本发明的实施例的方框图。
在图5A中，参考数字21表示一配电变压器，变压器的次级配有一个主站10，主站10具有与用作为一条信号传输通道的配电线22进行零-相载波传输系统通讯的功能。
配电系统装有多组开关23，还有许多用于接收每个开关的工作状况和从而产生工作控制命令的终端站20-1，20-2，20-3，……20-n。终端站20-1，20-2，20-3，……20-n也具有进行零-相载波传输系统通讯的功能。
图5B是说明主站10的结构的方框图。
主站10包括一个发讯机1，一个接收机6，一个控制处理器11，一个输入/输出单元12，一个通讯控制单元13，一个存储单元14。输入/输出单元12与主计算机30相连。
来自主计算机30的命令等通过通讯控制单元13加至控制处理器11。
图5C是说明终端站20的结构的方框图。
终端站20包括一台发信机1，一台接收机6，一台控制处理器15，和一个输入/输出单元16，输入/输出单元16适应于接受来自开关23的数据，由上述数据则要加到控制处理器15。
现参照图5，7，8，9和10说明具有上述结构的实施例的工作过程。
图9示出了主站的工作过程，而图10则示出了终端站的工作。主站10根据零-相载波传输系统的原理向所有的终端站20-1，20-2，20-3……20-n，发送这样一个命令即只从终端站中其所监视的开关23-1，23-2，……，23-n中产生了状态变化(图9的步骤100)的相应的终端站中才能接收到对上述命令的响应。已再生和接收到零-相电压的终端站20设定从来自主站10的命令接收完毕到响应开始的时间，将此时间作为基于系统频率的数据交换时钟脉冲数，这里还把特定的终端站的地址作为确定脉冲数的一个参数(图10的步骤200，201)。下面参阅图6和8研究接收到响应前的时间。在图6或图8中，Tc表示在响应以前的等待时间(时钟脉冲数)，△Tc为用于来自一个终端站的响应所需的时钟脉冲数，而NA则表示特定的终端站的地址。在具有地址NA的终端站20的响应起始前的等待时间由下式给出TC＝△TC×(NA-1) (2)根据特定的终端站的地址NA，每一个终端站20-1，20-2，20-3，……，20-n中都设定了由式(2)确定的响应起始时间TC。
另一方面，主站10存贮末地址NM，在产生了用于检测状态变化的命令之后，主站10把它贮存起来作为来自终端站20的响应时间的最大值((时钟脉冲数)，见图9步骤101)。
现在，参照图6和8，解释如何确定响应时间的最大值。假设，NA为终端站20-n的最大地址，TMAx为来自终端站20-n的最大响应时间，来自终端站20-n的响应时间TMAx可表示为TMAX＝△Tc×NM(3)由主站10设定此时间TMAX。于是在来自主站目的用来检测状态变化的命令完毕之后，主站10和终端站20都监视与系统载频同相的发送/接收(数据交换)的时钟脉冲，同时再生零-相电压以便监视来自终端站20的响应信号(图9的步骤103等，和图10的步骤202等)。
图7A和7B示出了本发明实施例的用来监视开关状态变化过程的传输格式的一个例子。假设一具有每个字为八个代码的双传输系统，在图7A中所示的格式是从主站10至终端站20的信号中的一个。字符Ds表示同步信号，DD表示命令码(也就是说是一个开关状态改变监视命令)。另一方面，图7B所示的格式是从终端站20至主站10的信号中的一个，其中DS是一同步信号，DM是指示开关状态的信号。同步信号DS用八码表示，而命令码DD则以16码(＝8×2)表示，开关状态信号DM用16码(＝8×2)表示。即使所有的终端站20都作出响应，在传输中的总码数N为N＝24+(24×NM) (4)在上式(4)中，第一项代表主站10的发送时间，第二项代表终端站20的总的响应时间。
现在，主站10监测来自终端站20的响应信号(图9的步骤103至106)。另一方面，每个终端站20也都监测来自其它终端站20的响应信号，直到该特定的终端站给出响应时为止(图10步骤203至206)。具体地说，发送/收信时钟都受到监测(图9步骤103和图10步骤203)，主站从“终端站20的最大响应时间”中一个脉冲一个脉冲地减掉(图9步骤104)。同样，该终端站20从“存贮响应前的等待时间”中逐个减去脉冲(图10步骤204)。对发送和接收两种方式都要确定一下是否已经收到一个码(图9的步骤105和图10步骤205)，然后再确定8个码是否都已经收到。如果回答“否”，则程序返回步骤103，如果回答“是”，则进到步骤107。检查8个码是否已收到的目的是检测某一给定终端站是否已设定了准备好响应的位置(时间)。
如果主站10和其余的终端站20判别出了来自设定了响应位置的给定终端站20的响应信号不存在(包括没有从给定终端站来响应信号的情况)(图9步骤107的“否”和图10步骤207的“否”)，则确定该特定终端站无状态变化，于是主站10从“该终端站的最大响应时间Tc(＝TMAX)”中减去由该特定终端站20预定的开关状态的响应时间(本实施例中为一固定的16码信号)(图9步骤108)，同时终端站20从“响应开始以前的等待时间Tc”中也减去由该特定终端站20预定的开关状态响应时间(图10步骤208)，由此缩短了开关状态变化监测所需的传输时间(见图8)。
具体地说，由图9步骤103至106和图10步骤202至204监测图8中区域A以内的时间(8比特)。因此，举例说，假设如果步骤214检测到状态有变化，则步骤212传送一个同步信号，而如果步骤214没有检测到开关状态有变化，则这种传输就不进行，主站10和终端站20-2等重复步骤103至106和203至206以监测该同步信号。如果在收到8个码以后未发出图7B的数据DM，则程序进入步骤108和步骤208。在步骤108和208中，作减法Tc＝Tc-16，于是主站10进入步骤114，终端站20-2等进入步骤202。在本程序中，终端站20-2进入步骤214，在开关状态变化不存在时，程序结束不发送数据部分DM。终端站20-3就此作出立即响应。
终端站20-3在步骤212产生一个同步信号，并在任何开关状态变化的情况下，在步骤213传送一个相关的信号。在这个响应信号存在时，主站程序移到步骤107、109，监测一周期的时钟钟，将响应信号时间Ts减1(步骤110)，接收一个码(步骤111)，确认16个时钟脉冲(也就是该接收信号)是否已经结束。如果已经结束，进入步骤109，如果未结束，到步骤113。步骤113捕捉到地址N的终端站20的任何状态变化，然后到步骤114去更新终端站地址N。在确定该终端站地址是否是最后的一个以后，如果不是最后一个，则程序进入步骤103。另一方面，终端站进入步骤207，209，在209步监测时钟周期，以计数16个时钟脉冲。
在相同的时间内发生多个开关状态的变化是非常罕见的，因此假定一个给定开关状态变化了。发信码的总数N′按下式给出N′＝24+｛8×(NM-1)+24｝ (5)在公式(5)中，右边第一项表示主站发送时间(Tp)，右边第二项的左项表示确定终端站有无响应所需的时间(A)，右边第二项的右项表示终端站响应时间(A+B)。
如果有100个终端站，在该系统频率下的传输速度是60比特/秒，就检测一个状态变化所需的时间在现有技术的系统与根据本发明的系统之间进行如下比较(1)查询系统根据公式(1)(72(比特)×2)/(60(比特/秒)) ×100(终端站个数)＝240(秒) (6)(2)未缩短非响应终端站响应时间的总监测系统根据公式(3)(24+(24×100(终端站个数))/(60(比特/秒))＝40.4(秒) (7)(3)本发明系统根据公式(5)(24+(8×99+24))/(60(比特/秒)) ＝14.0(秒) (8)
由此可见，本发明系统具有能在短时间内检测开关状态变化的宝贵的优点。
根据本实施例，在主站10的开关状态变化监测过程之后，设定主站10和终端站20的(假定所有的终端站都响应)等待时间(时钟数)，于是发送/接收的时钟脉冲都被监测，并且逐个减去，在确认终端站20的响应不存在以后，减去预定的时钟个数。也可采用替代这种方法的另一种方法，那种方法可用于，假定在配电系统内无状态变化的情况，确认终端站响应不存在的时钟个数可提前预置，如果终端站20的响应存在，则对该响应剩余的时钟个数可加上这个预定值。
本发明的另一实施例示于图11和12。
在涉及许多终端站的情况下，可将终端站20分为若干组，可使一个组内的终端站在同一时间作出响应，由此在该具体组内作为一个整体检测开关状态变化。在这种情况下，虽然响应信号可从不同的终端站“冲出”，但是如果该具体组的终端站由于各终端站对开关状态变化产生的各自不同的响应而受到监测，则有可能分别捕捉到终端站各自的状态。
对于状态变化的监测过程所需时间在本发明系统与前述实施例之间进行如下比较假定有100个终端站，并将其分为10组，在其中一组内检测状态变化。如果传输速度假设为60比特/秒，在前述实施例中，根据公式(5)，(24+(8×99+24))/60 ＝14(秒) (9)
而在本实施例的情况下，根据公式(5)，(24+(8×9+24))/60 + (24+(8×9+24))/60＝4(秒) (10)因此该实施例的时间能得到进一步缩减。这个益处是在终端站分的组数比产生状态变化的终端站的个数多的情况下取得的。
因此必需将终端站有效地分组，以便按照这个实施例的系统简化处理。实现这个目的有几种方法，这些方法包括一种这样的方法，在这种方法中，如果将终端站按照地址顺序分组，例如分成10组，其地址由供电户指定，或这样一种方法，在这种方法中，如果一给定组的状态变化是按离子站母线的距离来捕捉的，则地址要按离子站母线距离的增长次序来指定。
当然，地址还可用任何其它的方法来指定，包括(Ⅰ)利用电气工作而机械固定的方法，或者搭接的等等;
(Ⅱ)开关装置是手动可变的;
(Ⅲ)允许由主站用一个非易失可装入存贮器编辑的方法。
具体地说，在包括许多终端站20的情况下，如果同时监测所有的终端站，那末通讯所需的时间将会按照与终端站个数成正比的延长。
为了解决这个问题，每个终端站不用序列地址号来指定，而用两个或多个独立的地址号来指定，这样，一个给定的终端站可由这些地址号的组合来规定。如果每个地址组的终端站都被监测，则有可能减少监测所需的处理时间。
例如，100个终端站用包括X1至X10和Y0至Y9的两个地址X和Y来规定，那未利用这些号码的组合，可以识别100个终端站(见图11)。在终端站的地址号以这种方式确定以后，对于具有状态变化的终端站组X1至X10的一个总的监测指令用图8的方法发出。所得到的结果如图12所示。
具体地说，如果终端站1、11、……、81、91中的任一个产生状态变化，则组X1中就显出有状态变化的响应。反之，如果在这个10个终端站中无状态变化，则不作出响应。包括终端站2、12 22、……、82、92的下一组X2只当它们中的任一个产生状态变化时才作出响应。
如果这些组中的任一个终端站无状态变化，则下一组X3在预定的逐次提前的时刻作出响应。按照这种方式，对于10个X组的状态变化的监测反复进行，如果检测出任一站的状态变化，则要规定对属于这一个特定的、所涉及的Xn组的Y0至Y9进行同样的监测。因此，在短时间内，只通过两次全面的监测操作就可有效地识别出产生状态变化的那个终端站。
假设将100个终端站分为10个组，每组有10个站，监测各终端站状态变化的传输速度为60比特/秒。
正如由公式(5)得出的公式(10)所示，所需时间为4秒。
很明显，如果多个X组在监测状态时作出响应，则对Y组也得进行多次监测。
除了上述实施例(其中终端站分为X和Y两种组)以外，本发明同样地可用于这种情况，即终端站可分为X、Y、Z三种组或更多组。
以上说明涉及到一种装置，用以与监测和控制开关为目的终端站及早通讯。当然，在利用电力线载波系统使整个系统同步的1对N的通讯系统中，装置还限于开关状态的变化(此外如电负荷量的变化等)。
本发明不限于配电系统的电力线载波方法的通讯系统，但通过使整个系统的通讯时钟同步，可能使本发明在1对N的通讯系统中具有同样的效果。
因此，从以上说明可以理解，根据本发明，一个主站与多个终端站在同时间内以通讯为目的交换数据，主站与终端站同步操作，以缩短与非响应的终端站的传输时间，借此，有可能及早检测该系统的状态变化。
权利要求
1.一种远距离遥测控制系统，包括一个主站，该主站具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以产生监测和控制所需的各种指令；还包括多个具有与通讯时钟同步进行通讯的功能的终端站，以接收与监测对象状态有关的数据和控制被控对象，其特征在于每个终端站在预定的不同的时间点上对来自主站的传输依次作出响应；该系统还包括一个装置，当一个信号在预定时间段内未收到时，该装置能缩短为一个特定终端站设备的所述预定时间。
2.根据权利要求
1所述的系统，其中从主站至所述终端站的通讯信号包括一个同步信号和一个命令码，从终端站至主站的通讯信号包括一个同步信号和一个状态信号;所述系统还包括一个装置，当所述同步信号在主站和终端站都未收到时，该装置按照相应于为该特定站所设置的命令码和状态信号将时间缩短一定长度。
3.根据权利要求
2所述的系统，其中由主站和终端站各自产生的通讯信号和同步信号具有相同的比特数，命令码具有与状态信号相同的比特数。
4.一种远距离监测控制系统，它包括一个主站，该主站具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以产生监测和控制所需的各种指令;还包括多个终端站，该终端站都具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以接收与监测对象状态有关的数据和控制被控对象;其特征在于，主站发出一个只要求监测对象状态变化了的那些终端站响应的指令，这些终端站根据规定的顺序作出响应，允许在单个数据交换中检测监测对象的状态变化，通讯时钟由主站和终端站同时计数，于是，如果一个特定的终端站在预定的响应时间内未响应，则每个终端站的响应时间提前一个预定的时间段。
5.根据权利要求
4所述的系统，其中从主站至所述终端站的通讯信号包括一个同步信号和一个指令码，从终端站至主站的通讯信号包括一个同步信号和一个状态信号;所述系统还包括一个装置，当所述同步信号在主站和终端站都未收到时，该装置按照相应于为该特定站所设置的指令码和状态信号将时间缩短一定的长度。
6.根据权利要求
5所述的远距离监测控制系统，其中由主站和终端站产生的各自通讯信号的同步信号具有相同的比特数，命令码具有与状态信号相同的特数。
7.一种远距离监测控制系统，它包括一个单一的主站，该主站具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以产生监测和控制所需的各种指令;还包括多个终端站，该终端站都具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以接收与监测对象状态有关的数据和控制被控对象，这些终端站被分为多个组，每组包括几个终端站;该系统还包括一个装置，当信号在预定的时间段内未收到时，该装置能缩短为主站和终端站组设置的预定时间。
8.根据权利要求
7的系统，其中从主站至终端站的通讯信号包括一个同步信号和一个命令码，从终端站至主站的通讯信号包括一个同步信号和一个状态信号，所述系统还包括一个装置，当同步信号在主站和终端站都未收到时，该装置可按照相应于为特定站设定的命令码和状态信号将时间缩短一定的长度。
9.根据权利要求
8所述的系统，其中由主站和终端站产生的通讯信号的同步信号具有相同的比特数，而指令码具有与状态信号相同的比特数。
专利摘要
一种远距离监测控制系统包括一个单一的主站，它具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以产生监测和控制所需的各种指令；还包括多个终端站。这些终端站具有与通讯时钟同步进行通讯的功能，以接收与监测对象有关的数据和控制被控对象。主站传输后，这些终端站在不同的时间点依次在预定的不同时间内作出响应。当同步信号在预定时间段内未收到时，可缩短为具体站设定的预定时间。
文档编号H04Q9/00GK87102420SQ87102420
公开日1987年11月4日 申请日期1987年3月31日
发明者西岛一夫, 宫崎照信, 酒勾荣三郎 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan