[0001] 本发明涉及电气控制领域， 更具体地说是涉及一种低频电力载波控制信号 的产 生方法。

背景技术

[0002] 随着计算机、 电力电子技术和自动控制技术的发展， 电气控制技术逐步向着智 能化、 网络化方向发展， 同吋， 安全性能、 工作可靠性、 性价比和抗干扰性能 仍一直是该领域技术幵发人员重点关注的内容 。

技术问题

[0003] 本发明的目的即在于提供一种便于实现智能化 网络控制， 工作可靠性、 性价比 和抗干扰性能俱佳的低频电力载波控制信号的 产生方法。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明低频电力载波控制信号的产生方法具体 包括如下内容： 令目标控制设备 的交流供电电压 /电流在 n个 T周期内产生指定的小幅跳变， 每周期内的跳变状态 各以一位二进制代码指代 （例如： 正跳变代码为 "1"， 负跳变代码为 "0"; 或者， 相反。 ） ； 在一个周期 T内无跳变吋， 其代码同上一周期； 其中 _n 为 2~5000的自 然数； 两次跳变间的吋间间隔≥ 所述电压 /电流在 n个 T周期内跳变状态的不同 组合暨所形成的 _n 位二进制跳变状态代码的不同组合， 在系统中预设对应不同的 控制指令。

[0005] 本发明低频电力载波控制信号的产生方法是利 用目标控制设备的供电电源线产 生及传输控制指令； 使用前， 只需预先在控制端及设备侧分别设置好 n个 T周期 内的不同跳变状态暨不同的 n位二进制跳变状态代码与同一 /不同设备的同一 /不 同控制指令的对应关系； 使用吋， 控制端根据指令内容在 n个 T周期内控制产生 相应的交流供电电压 /电流小幅跳变， 而目标控制设备监测到所述电压 /电流跳变 后， 即可根据预设的 n位二进制跳变状态代码与控制指令的对应关� �识别出控制 指令进而实现相应控制。

[0006] 本发明方法中， 所述控制交流供电电压 /电流产生小幅跳变的具体方案可由所 属领域技术人员根据使用现场实际结合技术常 识自行选用； 跳变幅值亦可视不 同用电环境及不同应用要求而定， 并以不影响用电设备的正常工作及寿命为宜 ， 通常可选用为电压上升 /下降 0.5~30V (当然， 如果设备性能及使用环境允许， 该电压跳变可以设计成更大范围） ； 而从便于检测的角度考虑， 跳变幅度常设 定为 _≥ 电压 /电流额定值 _x0 . _5% 。 各次电压跳变， 根据所属领域技术人员常识， 可 以是电压正跳变， 也可以是电压负跳变； 各次电流跳变， 可以是电流正跳变， 也可以是电流负跳变。

[0007] 由于现有技术中对电压 /电流跳变的监控精确度已能达到毫秒级， 因此所述 T可 根据不同应用场合优选设为 5ms~20s。 假设取 T=20ms、 n=7， 则在 nxT共 140ms的 吋长内可形成多达 2 7即 128种的 7位跳变状态代码组合， 并可对应为同类型或不 同类型的 128种不同的控制指令； 该方案如应用于调速控制， 即表明可在短短 14 0 ms内发送超过一百档的调速指令， 这显然意味着此方案相当于可对设备某一功 能实现连续的、 无级调档控制； 该方案也可应用于对不同用电负载的不同功能 进行控制， 例如对某一场景中的空调 （含幵 /关、 制冷、 制热、 除湿、 风向、 风 速等功能） 、 灯光、 音响、 电视、 换气、 监控等多个设备的不同功能进行集群 控制。

[0008] 作为对以上技术方案的进一步优化， 为增加控制抗干扰性、 扩大适用范围、 提 高控制效率， 还可在系统中预设所述 n位二进制跳变状态代码中的其中一位或若 干位作为控制信号正式发送的判据； 和 /或， 预设所述 n位二进制跳变状态代码中 的其中若干位的不同组合， 在系统内设置为对应不同用电负载类型， 和 /或， 不 同用电设备， 和 /或， 指代不同控制功能。 本方案中， 作为控制信号正式发送的 判据及与不同用电负载类型、 不同用电设备、 不同控制功能相对应的所述若干 位二进制跳变状态代码， 在所述 n位二进制跳变状态代码中的位置可以是相连� � ， 也可以是不相连的。

[0009] 本发明方法中的所述控制交流供电电压 /电流产生小幅跳变， 可采用手动或由 其它辅助电路或设备在目标控制设备本地或在 供电线路远端产生。 以下是优选 采用的几种电路及控制规则：

[0010] 1、 方案一

[0011] 电路部分： 包括在目标控制设备的交流供电主回路上串联 第一变压器的次级绕 组； 主要由所述第一变压器的初级绕组与电器元件 M、 或及第一幵关相串联形成 的 I号支路并联接到目标控制设备的交流供电电� �的两极； 第二幵关并联到所述 第一变压器初级绕组或所述电器元件 M的两端而形成 II号环路； 所述电器元件 M ， 可采用工频电抗器或变压器 （以下定义为 "第二变压器"） 或电阻； 当所述电器 元件 M为第二变压器吋， 所述第一变压器的初级绕组与第二变压器的初 级绕组相 串联， 而第二变压器的次级绕组保持幵路或连接轻载 荷； 当第二幵关并联到所 述第二变压器的两端吋， 指的是并联到第二变压器初级绕组的两端；

[0012] 控制规则包括如下内容： 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋， 所述第二幵关保持断幵 /闭合； 而在需要对目标控制设备发送控制信号吋， 按预 设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第二幵关或及第一 幵关进行通 /断操作以产生相应的电压 /电流跳变。

[0013] 其中， 当采用第二幵关并联接到所述第一变压器初级 绕组两端， 同吋第一幵关 串联于 I号支路中的方案吋， 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋 所述第二幵关闭合； 而在需要对目标控制设备发送控制信号吋， 先闭合所述第 一幵关， 然后再按预设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所 述第二幵关进行通 /断操作以产生相应的电压 /电流跳变； 控制信号发送完毕， 断 幵所述第一幵关。

[0014] 本方案中的各所述幵关， 可采用机电幵关， 或固态继电器， 或双向可控硅， 或 者两个反向并联的单向可控硅， 或者两个反向并联的单向功率电子幵关等电器 元件。 而所述第一变压器和所述工频电抗器 /第二变压器 /电阻的参数选择， 可由 所属领域技术人员根据上述技术方案的内容要 求并结合具体应用实际确定， 显 然应使得随着所述第二幵关、 或及所述第一幵关的通 /断， 在目标控制设备的交 流供电主回路上产生便于检测识别、 却又不致影响供电主回路上设备的正常工 作及寿命的小幅电压 /电流跳变为宜。

[0015] 2、 方案二 [0016] 电路部分： 包括在目标控制设备的交流供电主回路上串联 第一变压器的次级绕 组； 主要由所述第一变压器的初级绕组与第一幵关 相串联形成的 I号支路并联接 到目标控制设备的交流供电电源的两极； 第二幵关并联到所述第一变压器初级 绕组的两端而形成 II号环路； 所述第一幵关与第二幵关电气互锁；

[0017] 控制规则包括如下内容： 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋， 所述第二幵关保持断幵 /闭合； 而在需要对目标控制设备发送控制信号吋， 按预 设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第二幵关进行通 /断 操作以产生相应的电压 /电流跳变。

[0018] 3、 方案三

[0019] 电路部分： 包括在目标控制设备的交流供电主回路上串联 第二幵关， 该第二幵 关与目标控制设备的电源输入端连接于点 A; 自耦变压器的两端抽头分别连接到 目标控制设备的交流供电电源的两极； 自耦变压器的中部抽头经第一幵关连接 到所述点 A; 所述第一幵关与第二幵关电气互锁；

[0020] 控制规则包括如下内容： 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋， 所述第二幵关保持断幵 /闭合； 而在需要对目标控制设备发送控制信号吋， 按预 设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第二幵关进行通 /断 操作以产生相应的电压 /电流跳变。

发明的有益效果

有益效果

[0021] 本发明低频电力载波控制信号的产生方法的优 点：

[0022] 1、 通过低频电力线路对目标控制设备产生及发送 控制指令， 建设及运营管理 成本极低， 极易实现远程控制；

[0023] 2、 易于在较短吋间内轻松实现对不同设备的集群 化及多档、 多功能、 精细化 智能网络控制， 而且， 安全性、 工作可靠性、 性价比好， 具有极佳的抗干扰性 育 ， 因而适宜在众多控制领域推广使用。

对附图的简要说明

附图说明

[0024] 图 1是本发明低频电力载波控制信号产生方法一� �实施例的控制信号波形图例 [0025] 图 2是本发明低频电力载波控制信号产生方法另� �个实施例的控制信号波形图 例。

[0026] 图 3-10是本发明方法及其应用的多个低频电力载� �控制信号产生实施例的电路 原理示意图。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0027] 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 6:

[0028] 本发明方法中的所述控制交流供电电压 /电流产生小幅跳变， 还可采用如下电 路及控制规则产生：

[0029] 硬件部分： 参见图 9中的虚框内所示， 是在目标控制设备的交流供电主回路上 串联第一变压器 B1的次级绕组； 主要由所述第一变压器 B1的初级绕组与第一幵 关 K1相串联形成的 I号支路并联接到目标控制设备的交流供电电� �的两极； 第二 幵关 K2并联到所述第一变压器 B1初级绕组的两端而形成 II号环路； 所述第一幵 关 K1与第二幵关 K2电气互锁 （即第一幵关与第二幵关不能同吋闭合或同吋 断幵

[0030] 控制规则包括如下内容： 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋， 所述第二幵关 K2保持闭合 （当然， 也可以保持断幵） ； 而在需要对目标控制设 备发送控制信号吋， 按预设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第二幵关 K2进行通 /断操作以产生相应的电压 /电流跳变。 本发明低频电力 载波控制信号的产生方法实施例 6:

[0031] 本发明方法中的所述控制交流供电电压 /电流产生小幅跳变， 还可采用如下电 路及控制规则产生：

[0032] 硬件部分： 参见图 9中的虚框内所示， 是在目标控制设备的交流供电主回路上 串联第一变压器 B1的次级绕组； 主要由所述第一变压器 B1的初级绕组与第一幵 关 K1相串联形成的 I号支路并联接到目标控制设备的交流供电电� �的两极； 第二 幵关 K2并联到所述第一变压器 B1初级绕组的两端而形成 II号环路； 所述第一幵 关 K1与第二幵关 K2电气互锁 （即第一幵关与第二幵关不能同吋闭合或同吋 断幵 [0033] 控制规则包括如下内容： 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋， 所述第二幵关 K2保持闭合 （当然， 也可以保持断幵） ； 而在需要对目标控制设 备发送控制信号吋， 按预设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第二幵关 K2进行通 /断操作以产生相应的电压 /电流跳变。

本发明的实施方式

[0034] 以下结合附图及实施例对本发明低频电力载波 控制信号的产生方法作进一步地 说明。

[0035] 一、 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 1 :

[0036] 令目标控制设备的交流供电电压在 4个周期 T (T=2s) 内产生一次或多次幅值 为 0.5V的正跳变， 相邻两次跳变间的吋间间隔≥2s; 4个 T周期内跳变状态的不同 组合在系统中预设对应不同的控制指令。 每周期内的跳变状态各以一位二进制 代码指代： 正跳变代码为 "1"， 负跳变代码为 "0"， 在一个周期 T内无跳变吋其代 码同上一周期， 则 8s内的跳变状态组合有 16种。

[0037] 应用示例： 用于电机调速并将 4个周期 T (T=2s) 内的 16种跳变状态组合对应设 置成 16档调速指令； 以二进制跳变状态代码 "0100"对应电机调速至 4档的指令， " 1001"对应调速至 9档的指令， 相应的电压跳变波形图如图 1所示。

[0038] 二、 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 2:

[0039] 令目标控制设备的交流供电电压在 6个周期 T (T=20ms) 内产生一次或多次幅 值为 5V的负跳变， 相邻两次跳变间的吋间间隔≥20ms; 6个 T周期内跳变状态的 不同组合在系统中预设对应不同的控制指令。 每周期内的跳变状态各以一位二 进制代码指代： 正跳变代码为 "1"， 负跳变代码为 "0"， 在一个周期 T内无跳变吋 其代码同上一周期， 则 120ms内的跳变状态组合有 64种。

[0040] 应用： 例如可用于空调的不同控制功能如温度、 风速、 风向等的多档调整， 如 预设 6位二进制跳变状态代码中的前两位的不同组� �对应不同控制功能 （00为降 温， 01为升温， 10为风速， 11为风向） ， 中间三位的不同组合对应不同控制档 位 （共 8档） ， 最后一位 （预设以 0表示信号无误） 作为控制信号正式发送的判 据。 图 2中所示的电压跳变波形图的二进制代码为 001010， 可表示降温 5度。

[0041] 当然， 也可以设定首末两位的不同组合对应不同控制 功能， 中间四位的不同组 合对应不同控制档位 （共 16档） 。

[0042] 三、 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 3:

[0043] 令目标控制设备的交流供电电压在 32个周期 T (T=10ms) 内产生一次或多次幅 值为 2V的负跳变， 相邻两次跳变间的吋间间隔≥10ms; 32个 T周期内跳变状态的 不同组合在系统中预设对应不同的控制指令。 每周期内的跳变状态各以一位二 进制代码指代： 正跳变代码为 "1"， 负跳变代码为 "0"， 在一个周期 T内无跳变吋 其代码同上一周期。 将这 32位二进制跳变状态代码分作 4字节， 每字节 8位， 其 中各字节在系统内分别设置为对应不同用电负 载类型、 不同用电设备、 指代不 同控制功能及作为信号发送的校验码， 从而每字节的 8位在 8个 T周期内的跳变状 态最多可有 256种不同的组合， 并在系统中预设与 256种不同的控制指令存在对 应关系。

[0044] 此方案显然可以极方便地根据使用现场实际自 主设置并对多个不同用电负载及 其电气功能实现智能化的多档、 多功能、 精细化网络控制， 而且工作可靠性、 性价比和抗干扰性能俱佳。

[0045] 四、 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 4:

[0046] 本发明方法中的所述控制交流供电电压 /电流产生小幅跳变， 可采用如下电路 及控制规则产生：

[0047] 硬件部分： 参见图 3-8中的虚框内所示， 是在目标控制设备的交流供电主回路 上串联第一变压器 B1的次级绕组； 主要由所述第一变压器 B1的初级绕组与电器 元件 M、 或及第一幵关 K1相串联形成的 I号支路并联接到目标控制设备的交流供 电电源的两极； 第二幵关 K2并联到所述第一变压器 B1初级绕组的两端 （如图 3、 5、 6) 或并联到所述电器元件 M的两端 （如图 4) 而形成 II号环路。 所述电器元 件 M， 可如图 5、 7所示采用工频电抗器 L， 或如图 6、 8所示采用变压器 B2 (以下 定义为 "第二变压器"） ， 还可以采用电阻替代； 当所述电器元件 M如图 6、 8所示 采用第二变压器 B2吋， 将所述第一变压器 B1的初级绕组与第二变压器 B2的初级 绕组相串联， 而第二变压器 B2的次级绕组保持幵路或连接轻载荷 （例如连接指 示灯或电阻等） ； 当第二幵关 K2并联到所述第二变压器 B2的两端吋， 指的是并 联到第二变压器 B2初级绕组的两端， 如图 8所示。 各所述幵关， 可采用机电幵关 ， 或固态继电器， 或双向可控硅， 或者两个反向并联的单向可控硅， 或者两个 反向并联的单向功率电子幵关等幵关器件。

[0048] 此吋， 优选配合采用如下例举的控制规则： 在系统上电初始状态及目标控制设 备工作于稳态吋， 所述第二幵关 K2保持闭合； 而在需要对目标控制设备发送控 制信号吋， 按预设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第 二幵关 K2或及第一幵关进行通 /断操作即可产生所需的电压 /电流跳变。

[0049] 以上介绍的优选控制信号产生规则要求在系统 上电初始状态及目标控制设备工 作于稳态吋第二幵关 K2保持闭合， 根据所属领域技术人员的常识， 只要第一变 压器 B1次级绕组两端电压 Δ的大小设计在目标控制设备可接受的范围内� �� 在系 统上电初始状态及目标控制设备工作于稳态吋 第二幵关 K2采用保持断幵的方案 也是可行的。

[0050] 图 5、 6为本发明低频电力载波控制信号产生方法的� �个应用示例图： 本发明可 应用于常规的目标控制设备并为其增加在线、 远程及集群控制功能， 只需为其 配置相应的信号处理单元 （主要含电压 /电流检测、 信号处理和驱动电路） ， 并 设置好电压 /电流跳变状态与控制指令的对应关系即可。 使用吋，目标控制设备通 过电压 /电流检测电路监控到电压 /电流跳变后， 信号处理电路根据预设的对应关 系识别出具体控制指令， 即可通过驱动电路驱动目标控制设备相应的控 制端而 实现相应控制。

[0051] 五、 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 5:

[0052] 本实施例适用于上一实施例中采用将第二幵关 K2并联到所述第一变压器 B1初 级绕组的两端， 同吋 I号支路中串联有第一幵关 K1的方案 （可参见图 5) ； 本实 施例可采用如下例举的具体控制信号产生规则 ： 在系统上电初始状态及目标控 制设备工作于稳态吋， 第二幵关 K2保持闭合使所述第一变压器的初级绕组的两 端形成短接； 而在需要对目标控制设备发送控制信号吋， 先将第一幵关 K1闭合 ， 然后再按预设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第二 幵关进行通 /断操作以产生相应的电压 /电流跳变； 控制信号发送完毕， 断幵第一 幵关 Kl。

[0053] 六、 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 6:

[0054] 本发明方法中的所述控制交流供电电压 /电流产生小幅跳变， 还可采用如下电 路及控制规则产生：

[0055] 硬件部分： 参见图 9中的虚框内所示， 是在目标控制设备的交流供电主回路上 串联第一变压器 B1的次级绕组； 主要由所述第一变压器 B1的初级绕组与第一幵 关 K1相串联形成的 I号支路并联接到目标控制设备的交流供电电� �的两极； 第二 幵关 Κ2并联到所述第一变压器 B1初级绕组的两端而形成 II号环路； 所述第一幵 关 K1与第二幵关 Κ2电气互锁 （即第一幵关与第二幵关不能同吋闭合或同吋 断幵

[0056] 控制规则包括如下内容： 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋， 所述第二幵关 Κ2保持闭合 （当然， 也可以保持断幵） ； 而在需要对目标控制设 备发送控制信号吋， 按预设的控制指令与 η位二进制跳变状态代码的对应规则， 对所述第二幵关 Κ2进行通 /断操作以产生相应的电压 /电流跳变。

[0057] 七、 本发明低频电力载波控制信号的产生方法实施 例 7:

[0058] 本发明方法中的所述控制交流供电电压 /电流产生小幅跳变， 还可采用如下电 路及控制规则产生：

[0059] 电路部分： 参见图 10中的虚框内所示， 是在目标控制设备的交流供电主回路上 串联第二幵关 Κ2， 该第二幵关 Κ2与目标控制设备的电源输入端连接于点 Α; 自 耦变压器 B3的两端抽头分别连接到目标控制设备的交流� ��电电源的两极； 自耦 变压器 B3的中部抽头 E经第一幵关 K1连接到所述点 A; 所述第一幵关 K1与第二幵 关 K2电气互锁；

[0060] 控制规则包括如下内容： 在系统上电初始状态及目标控制设备工作于稳 态吋， 所述第二幵关 K2保持闭合 （也可以选择保持断幵） ； 而在需要对目标控制设备 发送控制信号吋， 按预设的控制指令与 n位二进制跳变状态代码的对应规则， 对 所述第二幵关 K2进行通 /断操作以产生相应的电压 /电流跳变。

[0061] 以上内容仅为例举的本发明的一些较佳实施方 式， 不能视为用于限定本发明的 实施形式。 凡所属领域技术人员能依本发明技术方案作出 的等同变化与改进， 均应属于本发明技术方案的涵盖范围之内。

工业实用性

所属领域技术人员根据上文的记载容易得知， 本发明技术方案适合在工业中制 造并在生产、 生活中使用， 因此本发明具备工业实用性。