智能光电技术范例

智能光电技术范文1

关键词：太阳能；光伏发电；并网控制

中图分类号： TK511 文献标识码： A

一、光伏发电系统简介

光伏发电系统（PV System）是将太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏打效应。光伏发电系统分为太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。

二、光伏电站并网

光伏电站并网运行必须在多个方面需要满足电网要求，其中包括电能质量、功率和电压调节功能、电网异常情况下的保护特性等，发送电能的质量，必须在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面应满足国家相关标准。并网逆变器在单机并网运行时，一般电流纹波较小，但在多机并联运行时，由于逆变器输出电流纹波的同相叠加，可能引起总电流谐波超标或电网谐振，造成电网供电质量的下降，因此必须对光伏逆变器的控制策略进行改进，并在电网合适节点位置配置阻抗滤波以改善电能质量。

调度部门对于不同规模的光伏电站有不同的要求，大型和中型光伏电站应具有有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对光伏电站有功功率的控制，光伏电站需要安装有功功率控制系统，要求能够接收并自动执行电网调度部门远方发送的有功出力控制信号，并根据电网频率值、电网调度部门指令等信号自动调节电站的有功功率输出，确保光伏电站最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值，维护电力系统的稳定性。

大中型并网光伏电站应具备一定的耐受电压异常和系统频率异常的能力，避免在电网电压或频率异常时脱离，引起电网电源进一步损失。对于小型光伏电站，根据国家电网公司光伏电站接人电网技术规定(试行)要求，当并网点处电压超出规定的电压范围时应停止向电网线路送电;当并网点频率在49.5~50.2Hz范围外时应在0.25内停止向电网线路送电。

三、并网技术的分类

（一）集中式并网发电

集中式并网发电指的是把大量并联在公共直流母线上的光伏直流组件发出的直流电能经同一台集中逆变器变换为交流电能，这种方式对于大型的光伏发电系统比较适用。通常集中式并网方式在大型光伏发电站的系统中较为常用，要求在建筑物上安装空间朝向和规格相同的光伏阵列。

（二）组串式并网发电

组串式并网发电是当前国际市场上十分流行的光伏并网发电方式，它主要基于模块化的概念，把多个光伏组件串成一列，再使每个光伏组串通过一个逆变器接入电网，组串逆变通过组串所接的逆变器跟踪最大功率输出。一般建筑物上会安装朝向不同或规格不同的光伏阵列，设计时通常使同一朝向和规格相同的光伏组件构成组串。组串式逆变的优势是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减小了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的现象，从而使发电量增加，这些优点不到那提升了系统经济性，同时还使系统的可靠性增加了。

（三）组串协调式并网发电

组串式并网发电是光伏建筑一体化发电系统中最常采用的，能适应不同的组件和逆变器安装条件，然而上文阐述的组串式光伏发电中，组串及其逆变器之间是各自依据最大功率控制输出。组串协制式并网发电方式，对多个电池进行串列并联，而且在组串的时候引入了相互协调的控制策略。当前其主要在组串式单相光伏逆变器中适用，这类产品有SolarMax公司的4200C和6000C等。

（四）多组串式并网发电

多组串式并网发电将集中并网和组串并网两者的优点结合到了一起，把不同特性的光伏进行组串与单独的具有功率峰值跟踪的直流电力电子变换器相接在，之后这些直流变换器通过一个普通的逆变器将直流电转换成交流电接入电网。多组串式逆变可三相或单相接入电网，其采用单个逆变器，成本比组串式逆变低，同时因为光伏组串先经直流环节后在统一逆变，针对不同额定值、不同方向的组串，或者不同的倾角或遮影的组件，它们由直流环节跟踪峰值功率，其MPPT直流电压不同，都能够被连在同一个逆变器上，能有效提高逆变效率。

（五）组件式并网发电

组件式并网发电指的是把每个光伏组件与一个逆变器进行连接，同时每个组件有一个的最大功率峰值跟踪，这样一来组件和逆变器就可以配合的更好，通常，组件式并网发电采用用的都是单相接线。它对于小容量的光伏发电系统比较适用，一般为50W到400W的光伏发电站，而且逆变效率也比组串逆变器要低。四、采用光伏发电并网技术应考虑的问题

1、电压波动问题。光照强度对于光伏发电装置的输出功率有很大影响。日照、季节、天气等自然因素会对光照强度产生影响，并且会造成输出功率丧失稳定性。《电网若干技术原则的规定》中规定了电压允许偏差值范围是-7%~+7%。光伏发电系统在具体的应用过程中，必须对瞬间从电网中脱离对系统电压的影响进行充分考虑。

2、谐波问题。在光伏发电系统中光伏电池主要是把太阳能转化为电能，这时候的电能是直流电，并网逆变器主要是把其转化为满足电网相频的正弦波电流，然而在直流电逆变成交流电的过程中大量谐波会产生。光伏发电并网系统通过并网逆变器把光伏电池产生的直流电转换为380V交流电，之后再升至10kV并入电网。大量资料表明，电压通过并网逆变器后，电压畸变率为3.3%~4.1%，基本上符合国家对电网电压谐波畸变率4.0%的要求。然而升压并入电网过程中与电网测接入点会形成背景谐波叠加，有可能会超过国家规定畸变率，因此在并入电网时进行实际检测是十分必要的。

3、无功平衡问题。光伏发电系统在安装适当的无功补偿装置后，可以实现较高的电力功率因数，大概在0.98以上，与纯有功输出接近。如果光伏发电系统经过逆变器并网升压至10kV入网，系统入网侧功率因数要求达到0.92~0.98，光伏发电系统应根据装机容量的60%对无功补偿装置进行配置。

五、光伏发电并网系统的发电量

并网光伏发电系统的发电量与太阳电池安装朝向、太阳电池的温升和通风、当地太阳辐射能量、太阳电池组件总功率、系统总效率等因素有关。

1、光伏电池安装方向。。

2、光伏电池的温升。美国太阳能学会通过研究表明由晶体硅组成的光伏电池，在高于27℃时，每升高1℃，功率损失5%。所以安置光伏发电并网系统中光伏电池应对通风问题进行考虑，防止由于温度太高造成发电工率减小。

3、辐射量。因为太阳光子分布具有不确定性，造成不同的时段，光伏发电系统的光伏电池组的太阳辐射量也不相同。应该依据光伏电池组的倾斜面角度参照气象台提供的水平面上的太阳辐射量来估算。

4、光伏发电并网系统的效率。系统输送给电网的实际发电量和系统理论发电量的比称作系统的效率。主要由光伏电池组效率、逆变器的效率、入网传输效率三部分组成。

结语

在太阳能光伏发电系统中，最基本的环节就是太阳能的店址，要想提高整个系统的效率，一定要先提高太阳能电池的转换效率，使其输出功率的效率达到最大。太阳能具有独特的优势，其开发利用在二十一世纪已经得到了长足的发展，而且在世界能源结构转移中将会承担重要的责任，成为二十一世纪后期的主导能源。

参考文献：

智能光电技术范文2

（国网山西省电力公司大同供电公司，大同 037000）

摘要： 根据国家电网公司“十二五”电力营销发展规划，大同供电公司加快营销现代化和计量科学化建设，积极推广应用智能电网技术，大力实施电能量采集和负荷管理系统的建设，实现由人工抄表到远程自动化抄表方式的转变，通过现代化技术将管理和服务落实到用电客户，基于现有的管理平台和技术条件，实现营销管理的数字化、精细化。对于提升公司电力营销自动化、智能化水平具有重要的战略意义。

关键词 ： 数据采集；主站建设；终端安装

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0082-03

。

0 引言

以电能量采集与负荷管理系统现有平台为核心，以电能量采集与负荷管理系统现有通道为依托，以电能量采集与负荷管理系统现有功能为基础，直接采集专变客户、公变等电能量远方采集数据，延续和拓展负荷管理系统对专变客户的各项管理功能，拓展对配电公用变台考核表计运行状态监测，拓展对低压客户用电状态监测等，实现客户用电与服务全过程自动化有序、闭环管理。

1 电能量采集和负荷管理系统概述

1.1 基本思路

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1.2 功能

①自动抄表：具有远程自动抄表功能，所有关于电费计费出账相关的数据都能够从中获取，特别是对于阶梯电价来说，意义更加重大；

②预购电控制：当电量到达一定程度时，用户可收到预购电信息提示，同时还可以快捷查询剩余电量，实现预购电有效控制；

③预购电管理和电费回收：系统可有效实现良好的预购电管理和电费回收，因为该系统具备用户负荷控制基础功能；

④客户增值服务：用户获取信息服务的渠道增加了，比如终端信息提示、网上、短信平台等，更加地便民利民；

⑤用电检查和计量管理：可对电能表实行实时监控，一旦发现异常情况，可及时发现并能够提供相关数据依据，有利于电能表的控制管理；

⑥有序用电控制：参考相关规范标准，有序控制电力用户的用户负荷；

⑦用电信息综合分析：系统可自动收集电力用户的各项信息，有利于电力企业和电力用户之间的关系增进，他同时也为电力企业销售市场分析提供了数据依据；

⑧配变运行管理：系统可自动采集配变相关的信息，比如负载率、电压、功率等，有利于配变运行管理和电能质量统计工作；

⑨线损管理：系统可实现对所有的电力用户的用电信息采集，做到对整个配电线路电能信息了如指掌，如此一来，电力企业可以从全局角度出发对整个电路实施管理，更有利于线损管理；

⑩数据开放服务：对于电力企业来说，用户的实时用电信息是非常宝贵的资源，而电力用户用户信息采集系统帮助其更方便的获取了该项信息，不仅如此，该系统还具有数据开放服务功能，即可以将收集到的实时用电信息实现信息共享。

1.3 指标体系

1.3.1 系统响应速度

①重要状态信息及总加功率和电能量，即主站巡检终端重要信息时间应小于十五分钟；

②遥控命令下达至终端响应的时间，即系统控制操作响应时间应小于等于五秒；

③主站发送召测命令到主站显示数据的时间，即常规数据召测和设置响应时间应小于十五秒；

④主站发送召测命令到主站显示数据的时间，即历史数据召测响应时间应小于三十秒；

⑤在三十分钟内完成系统对客户的侧事件；

⑥模糊查询响应时间小于十五秒；

⑦常规数据查询响应时间应小于十秒；

⑧90%界面切换响应时间应小于等于三秒，除此之外的小于等于五秒；

⑨在线热备用双机自动切换及功能恢复的时间应小于三十秒；

⑩可在五秒内实现前置主备通道自动切换；

?輥?輯?訛数据在计算机远程网络中的传输不应超过五秒。

1.3.2 系统可靠性指标

①遥控正确率不小于99.99%；

②主站年可用率不小于99.5%；

1）MTBF（主站各类设备的平均无故障时间）应不小于3×104h小时；

2）系统故障应在两小时内恢复正常；

3）因为偶发性故障导致的自动热启动的平均次数应小于1次/3600小时。

1.3.3 系统数据采集成功率

系统数据采集成功率分一次采集成功率和周期采集成功率，采用分级方式，见表1。

2 电能量采集和负荷管理系统主站建设方案

电能量采集系统主站采用三统一原则（统一平台、统一功能、统一规约）、三级管理（省、市、县）、系统数据地区集中管理的模式。系统主站作为一个规范的管理平台，兼容了多个厂家终端和多种通信方式，可有效实现电能量采集和负荷管理系统统一规范管理。

2.1 电能量采集与负荷管理系统物理结构图

电能量采集与负荷管理系统物理结构图如图1所示。

2.2 系统网络结构图

系统网络结构图如图2所示。

2.3 主站硬件设备配置

。利用各类通信信道，主站系统网络不仅可自动采集、存储和处理各类电能信息，还具有很多硬件设备功能。

主要硬件设备功能：数据库服务器：负责系统数据的存储；（容量估算：每个终端每天数据量按30K计算，每个终端一年数据量为109M，1万终端3年的数据量为(30K*365*1万*3年=328.5G）

Web服务器：提供Web服务。

应用服务器：负责后台的数据计算和处理、为客户端应用功能提供服务。

接口服务器：负责与其它系统的接口，与一级系统进行数据交换；

前置服务器集群：负责完成系统的采集、控制、通讯工作，由多台服务器共同组成。

3 电能量采集终端安装

3.1 定义

电能量采集和负荷管理终端是集配变检测、控制、脉冲采集、切窃电报警、远方抄表、远方通信等功能于一体的新型智能仪器，广泛用于城乡变电站、用户专用变、公用配变的运行监控与管理，是电力企业监控用户用电情况、提高需求侧管理水平的高性能执行单元。

3.2 安装方式

。

3.3 终端安装工作流程

终端安装工作流程如图3所示。

4 分析总结建设情况

经过近几年对智能电网新技术——电能量采集和负荷管理系统建设工程的大力实施推广，公司完成了所有50千伏安及以上用户的电能量采集工作，终端上线率和抄表成功率稳定在99.45%以上，系统建设各项指标位居省公司前列。系统的建设投运成功实现了对客户用电情况、计量装置管理、电能质量等一系列信息的实时采集，有效减少了工作人员的劳动强度，并推动了营销计量、抄表、收费模式标准化建设和公司信息化建设,已成为未来电力企业应用系统的趋势，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]电力行业.DL/T698，电能信息采集与管理系统[S].

[2]国家电网公司输变电工程典型设计220V～750kV电能计量装置分册.

[3]国家电网营销〔2007〕348号，国家电网公司有序用电管理办法（试行）[S].

智能光电技术范文3

目前，已有的规范和技术条件对相关部件进行要求，技术条件重点参考了相关的标准，主要有六个，包括《GB/T 985气焊、手工电弧焊及焊缝、坡口基本形式与尺寸》；规范性引用文件《GB/T 3098.1紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》；《GB/T 3098.2紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》；《GB 10395.1农林拖拉机和机械安全技术要求第1部分：总则》；《GB 10396农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械安全标志和危险图形总则》；《JB/T 5673农林拖拉机及机具涂漆通用技术条件》。

考虑卷帘机属于电动农業机械，在温室环境下的作業不但要保证人身安全，同时，产品的质量也必须保证，才能真正为农民服务，减轻劳动强度，同时提高效率和作業安全。

技术指标规范

产品的技术指标要求主要从性能指标、一般技术要求、总装技术要求、外观四个方面评价。

性能指标规范了设备作業的状态参数，这是设备最基本的属性。具体要求包括六条：卷帘时间应≤8min；放帘时间应≤8min；正常作業时电机输入功率应小于电机额定功率：最大输出扭矩应符合设计值；单机卷轴长度应符合设计值；首次故障前卷帘或放帘次数应≥90次。图2是卷帘机的电机传动机构。另外，电机侧置的设备需要考虑轴的受力，轴的远离电机的末端会松散，同时存在卷帘滞后一圈的现象（见图3）。

一般，技术要求对于非关键参数进行了规范，目的是进一步完善和细化设备的评判标准，在基本作業性能的基础上，提高设备的可靠性和稳定性。主要规范了九点要求：卷帘机应符合本技术条件的要求，并按经规定程序批准的产品图样和技术文件制造：减速箱在工作过程中不得漏油，电机应有防水装置：正常使用状态下，卷轴不应出现明显的扭曲变形或断裂等现象：卷帘机正反转均应具备自锁功能；铸件的表面应平整，不得有粘砂、气孔和缩松等缺陷；冲压件应平整，不应有影响质量和外观的裂纹、皱纹、飞边、毛刺等缺陷；焊接件的焊缝应牢固、连续均匀，不得有裂纹、夹渣、未焊透、漏焊及烧穿等缺陷，焊缝接头应符合GB/T 985的规定；紧固件、联结件均应进行表面防锈处理，电镀层和氧化处理层不得有剥落和生锈；减速箱、卷轴法兰紧固螺栓的机械性能等级应不低于GB/T 3098.1中的8.8级，螺母不低于GB/T 3098.2中的8级。

。因此，解决好装配问题是很重要的。总装的技术要求主要是两个方面：一是所有零部件应经检验合格，外购件、协作件应有合格证方可进行装配。二是卷帘机转速不得有明显的时高时低现象，不得有不正常的响声。

设备的外观属于辅助属性，但决定美观度以及防锈，因此进行规范。涂漆与外观质量从两个方面规范；卷帘机涂漆表面涂漆前应进行清洁及防锈处理；卷帘机涂漆应符合JB/T 5673的规定，表面光滑平整，颜色均匀，无明显漏漆、起皮、流痕等缺陷，油漆涂层附着力应不低于II级。

安全要求规范

由于受到作業人员自身培训不到位，露天户外作業，保温被质量和规格差异较大等诸多问题的影响，安全要求规范成为电动卷帘机非常重要的一环，是保证电动卷帘作業安全的保证，一定要按照有关的规范认真核查，才能避免隐患发生，做到100%安全。主要是两个方面：外露回转件应有安全防护罩，安全防护罩应符合GB 10395.1的规定：对操作人员有危险部位应有安全警示标志，安全警示标志应符合GB 10396的有关规定；卷帘机带电部分与外露金属表面之间的绝缘电阻应≥40MΩ。

试验方法

设备的测试方法是否科学、样本选取是否合理，数据分析是否可靠，都是衡量电动卷帘机质量的重要指标。抽取的试验样机样本首先需要科学合理。试验样机应符合制造厂提供的使用说明书要求，质量合格，技术状态良好。试验样机应安装在适用的日光温室上，保温覆盖物单位质量≤3.5kg/m2。另外，试验用仪器设备需要选择专業机构的送检仪器，或者邀请农業机械试验鉴定推广站等专業机构进行试验和委托检验，确保设备质量可靠。同时，试验用主要仪器设备应经过检定合格，并且送检的一定在有效期内。

性能试验

性能试验从卷帘时间、放帘时间、输入功率、最大输出扭矩等四个方面着手测试。卷帘时间的测量从卷帘开始到结束所用的时间，测量3次，计算平均卷帘时间。放帘时间的测量从放帘开始到结束所用的时间，测量3次，计算平均放帘时间。输入功率根据温室长度的不同有所差异，同时设计的时候也要考虑保温被的厚度、柔软度等参数，经过仔细计算后确定，测量在卷帘状态下的输入功率，测量3次，计算平均输入功率。最大输出扭矩也是决定卷帘是否顺畅的重要方面，可以在扭矩试验台上测量卷帘机最大输出扭矩。卷帘机安装在扭矩试验台上，连接牢固后启动卷帘机，逐渐给卷帘机增加负荷，图4是扭矩试验台。在试验台上使其功率消耗达到或接近配套电机额定功率，测量此时卷帘机产生的扭矩，测量3次，计算平均值。

生产试验

将设备在实际的应用环境安装后在正式使用前，首先必须进行生产试验，经过测试确实符合规范要求，才能投入使用。生产在使用说明书规定的最大卷轴长度下，卷帘机正常使用，连续卷或放不少于90次，记录首次故障前的卷帘或放帘次数。

检验规则

根据不同环节的检验，对于设备可能存在的隐患，应该分门别类地进行划分和筛选，以便确定整改或者报废的计划。不合格项目分类通过检测项目按其对作業质量的影响程度分为A类不合格、B类不合格和C类不合格。不合格分类见表1。

定量判定原则

采用逐项考核、按类判定原则。抽样方案及判定见表2，当样本中的不合格数小于不合格判定数时，评为合格，大干或等于不合格判定数时，评为不合格。各类全部合格时，则最终评为合格：任一类评为不合格时，则最终评为不合格。

智能农業装备

遥控保温被卷展系统由空气断路器、继电器、遥控收发模块、过载保护继电器、切换转换开关三相异步交流电机、减速机构等部分组成。具有手动控制和遥控器控制两种模式（见图5），遥控的实现采用PT2262/2272数字芯片作为控制核心，该数字化芯片为CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，稳定性好，安全可靠，适合农業温室环境。

应用

智能光电技术范文4

科学家们用射线―光极值这一理论最大捕光值来标识一种材料最多能捕获多少光线，但是，只有当材料具有一定的厚度时，才能达到这一峰值。目前，科学家们已经制造出了吸光层的厚度仅为0.1 nm的薄膜太阳能电池，但这样纤细的薄膜会漏掉很多光。

现在，加州理工学院应用物理和材料科学教授哈里・阿特沃特和同事在最新一期《纳米快报》杂志上指出，他们找到了一种巧妙的方法，使薄层能帮助太阳能电池超越射线―光极值。他们发现，当薄层的厚度小于可见光的波长（400～700 nm）时，薄层会同这些可见光的波特性相互作用而不是将可见光看成一条直直的射线。阿特沃特说：“当我们制造出的薄层厚度等于或小于可见光的波长时，一切规则都改变了。”这样，一种材料的吸光能力不再取决于厚度，而取决于光线和吸收材料之间的波作用。

通过计算和计算机模拟，阿特沃特团队证明，让一种材料对光更有“胃口”的技巧在于，制造出更多“光态”让光来占领，这些“光态”就像狭缝一样，能吸收特定波长的光。一种材料的“光态”数量部分取决于该材料的折射率，折射率越高，其能支持的“光态”就越多。

其实，早在2010年，斯坦福大学的教授范汕洄（音译）和同事就将“光态”数确定为一种材料能吸入多少光线的主要因素。他们用一种折射率较高的材料将一种折射率低的材料包围，结果发现，高折射率材料的出现能有效提高低折射率材料的折射率，增强其捕光能力。

阿特沃特团队对上述结论进行了延伸，最新研究表明，薄膜吸光器内挤满 “光态”会大大增强其捕光能力。而且，可通过几种方式（比如，用金属或晶体结构包住吸光层或将吸光器嵌入一个更复杂的三维阵列中）来提高吸收器的有效折射率。范汕洄表示：“最新研究表明，我们可以采用多种不同的方法有效地突破射线―光极值。”

智能光电技术范文5

Abstract： A method of Smart Home electric power information collecting and access system is discussed in this paper. Analyzed the characteristics of the Broadband Power Line Communication （BPLC） technology and Ethernet Passive Optical Network （EPON） communication technology， and the application way and technology in Smart Home access system. Furthermore， for the "Smart Home" concept， the integration of the two means of communication design was proposed， the optoelectronic integrated collection devices and routing devices have been designed. Applications and field-proven proved that the equipment achieved the intelligent access and electric power information collecting and many other functions.

关键词： EPON；BPLC；智能家居；接入技术；ONU；电力猫

Key words： EPON；BPLC；Smart Home；Access Technology；ONU；Power Modem

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）36-0180-03

0 引言

EPON（Ethernet Passive Optical Network）[1]技术的迅猛发展和电力线宽带通信（BPLC，Broadband Power Line Communication）技术的日新月异，使智能家居接入技术不会仅仅停留在理念的阶段，实用化和通用化成为发展的必然趋势。

本项目所采用的光电一体采集接入方案，是智能家居信息化实现和电力光纤到户的蓬勃发展趋势下，研究开发的一种综合应用系统，EPON技术和技术的综合应用，将实现光电通信的转换。本系统既具有电力用户用电信息采集的功能，同时具备宽带用户接入的功能，提供电力线+复合双绞线电缆接入方案，是配用电通信接入的一种解决方案。

1 用电信息采集及智能家居接入技术

1.1 用电信息采集 用电信息采集部分主体为复合型光电一体采集器，上行采用光纤通信方式，下行可选择两种通信方式：BPLC和RS485通信。光电一体采集器通过光纤从主站获取指令，对下行设备（智能电表或其他用电信息采集终端）下达指令进行用电信息采集，一方面将直接从电能表获取数据，另一方面，从其他的电力线宽带采集终端设备获取数据，行使集中器的职能，并将获取的数据通过光纤反馈给主站，从而实现了用电信息采集功能。用于用电信息采集部分的复合型光电一体采集器，具有用电信息采集功能，同时具备上传用电信息采集终端数据，下达主站指令，配变监测，计量和异常报警等多种功能。

1.2 智能家居接入 如要在用户家穿墙凿洞敷设光纤、五类线等，用户一般不同意而宁可选择利用已入户的双绞线采用ADSL方式实现宽带接入。利用BPLC接入模式便能有效地解决这个问题，将复合型光电一体采集器放置在楼宇配电间或电表箱内，通过放置在用户家中的电力猫将IP数据调制解调到入户电线上，用户在家中只需要将智能家电如PC或其他网络设备插入插座便可轻松实现宽带接入。本系统中光纤网络接入部分主体是由复合型光电一体采集器与电力猫（Power Modem）共同组成。

2 系统功能的实现技术

系统实现上述两大功能的主要设备是复合型光电一体采集器。复合型光电一体采集器是将电力光纤到户的有力条件充分融合到用电信息采集系统中的典型的应用。既具有光纤通信的传输速率快及可靠性高等特点，同时也兼具了标准宽带BPLC采集器的组网灵活、适应性强，应用范围广的优势。两者各取所长，为智能家居的用电信息采集及接入提供了必要的条件。

2.1 工作原理 复合型光电一体采集器复合了EPON接入技术和宽带BPLC技术进行通信和用电信息采集。

EPON采用无源光分路器和光纤放大器，利用时分复用、波分复用、副载波复用等传输方式将信息送至用户所在居民楼，复合型光电一体采集器在光纤网络中作为一个ONU[2]安装于居民楼电表箱内，既满足了国家电网用电信息采集规范，支持DLT 5-1997/2007规约的透传与Q/GDW 376.1-2009规约的处理，同时还兼容国际EPON通信标准IEEE802.3ah和IEEE802.3-2005标准。并兼容国内运营商EPON标准，如中国电信EPON技术要求V2.1等。

建立实时、可靠、高效、安全的通信信道是目前网络通信技术的目标，由于我国地域原因及历史原因，电力线信道存在干扰噪声大、环境恶劣等缺陷，为解决电力线信道环境恶劣带来的干扰，BPLC采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）调制技术，可以很好地对抗频率选择性衰落或窄带干扰。

OFDM技术是一种多载波的数字调制技术的基本原理是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。OFDM的子信道正交，具有极强的抗窄带干扰和抗信道间干扰能力。由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由信道的多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。并且可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令保护间隔大于信道的最大时延扩展，就可以最大限度地消除由于多径而带来的符号间干扰。而且，一般采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免由多径带来的信道间干扰。

2.2 功能模块 复合型光电一体采集器主要功能模块包括上行规约模块、下行规约模块、采集功能模块、存储功能模块、光通信功能模块、电力线通信功能模块、以太网、串口等驱动模块、以及通信转发功能模块6个模块组成，如下图1所示：

上行规约模块实现上行数据的通信，可以对QGDW376.1规约进行正常解析。

下行规约模块实现下行数据的通信可以对扩展QGDW376.2规约进行正常解析。

采集功能模块主要实现用电信息采集、数据冻结、透传等功能及国网规范[3]的标准型采集器具备的其他功能。

存储功能模块主要实现flash及EEPROM对程序及数据的存储功能。

光通信功能模块将光纤传输来的数据信号转换为电信号从而发送给CPU进行解析。EPON通信模块支持PON上行接口；卓越的QoS特性，端口级的网络带宽控制，充分利用网络资源，实现业务分级管理。

电力线通信功能模块实现数据通过宽带电力线进行通信和传输。

以太网、串口等驱动模块实现外部设备的接口及通信功能。

通信转发功能模块实现将电力线通信获取的数据转发给主控单元进行处理，并实现光纤信号与电信号的通信。

2.3 系统层次结构 复合型光电一体采集器系统采用4层结构，其系统层次图如图2所示。

2.3.1 硬件层 硬件层主要负责主芯片、EPON通信模块、BPLC模块的数据处理及通信，为系统提供基础的数据端设备传送数据的通道，并进行数据的一系列管理工作。

本方案中主芯片选用专用于EPON通信和数据处理的SoC芯片，该芯片采用ARM9处理器作为主控单元，完全兼容IEEE 802.3X标准，具备卓越的流量管理能力，非常适合关键业务的高速处理服务。

本方案中的EPON通信模块采用SFF ONU收发模块，适用于低功耗的点到多点（P2MP）FTTx（FTTH、FTTB、FTTC等）系统。采用时分复用技术（time-division 。TDM高速率突发模式即瞬时高速数据传输模式，数据传输速率比普通非突发模式高很多，下图3所示为高速突发模式的DDMI（Digital Diagnostic Monitor Interface）曲线图。

图3中说明了高速突发模式下功率变化。

2.3.2 驱动层 驱动层主要向以太网口、串口等接口提供驱动程序。

2.3.3 操作系统层 本系统采用ECOS[5]（Embedded Configurable Operating System）操作系统作为应用平台。

ECOS由Redhat公司推出的小型实时操作系统（Real-Time operating system，RTOS），最低编译核心可小至10K的级别，适合用于作bootloader增强，微小型系统。。同时，ECOS是一个开放源代码的系统，增强了开发设计的灵活性。

2.3.4 应用层 应用层主要由上行/下行通信管理模块、上行规约模块、下行规约模块、采集功能模块、存储功能模块、转发功能模块等组成。

3 应用实例

为了检验基于EPON技术和BPLC技术相融合的智能家居接入方案在实际应用中的性能，在某电力光纤小区某户家庭内部搭建试验点进行了评测。

；同时兼具抄表功能，能够准确反馈用户用电信息。

系统框图如图4所示。

本系统从功能上分主要由两大部分实现：

①用电信息采集；②智能家居接入；

主站通过光纤发送信号给光电一体采集器，采集器根据接收到的命令进行选择处理（抄表或反馈抄表数据）。同时通过BPLC将家庭网络接入internet，提供给家庭内部服务器、PC等进行网络通信终端设备。另外，智能家电通过内置PLC采集模块的智能插座将状态信息反馈回电力猫。从而实现远程网络对上述家电运行状态进行控制。

测试证明：在同一根电力线上同时插有工作中的电冰箱、洗衣机、空调、电灯以及电热水壶，在智能插座通过BPLC收发数据过程中，以上各用电器的开启和关闭没有造成BPLC之间的丢包。另外，通过智能插座对各智能家电进行用电信息采集和功率控制，均取得明显效果；电力猫与家庭内部PC机及服务器之间也可以正常进行网络通信，速率稳定，未见明显干扰发生。尽管PLC的电磁干扰是一个长期存在并且比较复杂的研究内容，但是测试结果在一定程度上说明常见的家用电器和PLC之间的电磁干扰现象并没有对双方工作产生明显可见的影响。

4 结论

。

。采用此技术与分别敷设光缆和电缆相比，能较大幅度降低建设成本，还避免了二次施工造成的资源浪费，是智能家居接入网目前集成度高、节省资源的优选技术。

参考文献：

[1]郎为民，郭东生，EPON/GPON从原理到实践[M].人民邮电出版社，2010.

[2]Q/GDW 541—2010电力光纤到户组网典型设计.国家电网公司，2011.03.02[S].

[3]Q/GDW 374.2—2009电力用户用电信息采集系统技术规范.第二部分：集中抄表终端技术规范[S].

智能光电技术范文6

【关键词】PLC；智能车库；管理系统

Design of PLC Smart Garage Management System

ZHOU Shi-qiang XING Chang-da

（Anhui University of Science & Technology，Huainan Anhui 232000，China）

【Abstract】The garage management system based on Mitsubishi FX2N Series PLC techniques is introduced in this paper.The PLC isused as core of control system that combined with advanced computer， information， intelligence and other technologies to design a stable， secure， advanced and highly intelligent vehicle out of storage management systems. The system can automatically detect vehicle parking barrier control， and real-time information display. The design can be applied to different parking management. This paper describes the system functional design， as well as hardware and software design.

【Key words】PLC； Smart Garage； Management Systems

0 引言

随着科技的进步和我国经济的飞速发展以及城镇化建设的加快，我国的车辆大量增加，对停车场的须求日趋增大、要求也越来越高，随之出现了车辆停放系统管理方式的落后、自动化和智能化程度低、安全可靠性能比较差、人性化和运行效率低下等一系列问题。。由于PLC可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，能耗低，系统的设计和建造相对简单易学，容易维护，容易改造等多方面的原因[1]，以PLC为核心的智能车辆出入库管理系统得到了很多专业人士的认可和使用，它不仅是智能控制系统中的高技术，更能解决许多普通停车场不能解决的问题和麻烦，也更加准确、安全和更加方便于汽车的停放。

本文在设计中也采用了PLC技术作为整个设计的核心，也就是以PLC为主体对停车场进行了系统设计。该系统最主要的是对停车场进行智能化和自动化的设计，不仅能实现车辆的自动检测、车位显示等功能，而且能够避免停车场混乱，为车主节约时间和避免交通意外，同时也减轻了停车场工作人员的工作量，提高工作效率，真正实现停车场的高效和智能化。以防计数出现不必要的错误，系统还添加了反复程序校验，以提高整个系统可靠性。

1 系统主要功能

为让读者更好的理解系统功能，下面给出图1车辆管理示意图。

1.1 汽车检测功能

该功能主要借助IC刷卡器、光电传感器和称重传感器实现检测车主信息以及车辆到位情况。当有车辆进出车库时，称重传感器会检测到车辆的到位情况，同时车主需要刷IC卡，PLC会将从传感器和刷卡器中接收的信息传送给上位机，上位机会从数据库中调出信息与之比较，并向PLC发出下一步指令，当信息正确时PLC会控制电机正转打开道闸放行，当信息错误时会通过蜂鸣器和上位机警示灯进行报警。

1.2 道闸开关功能

该功能主要是通过PLC驱动电动机的正反转，实现道闸的自动开与关。当有车辆触发1#称重传感器并且通过刷卡器刷卡，当信息检测通过后，PLC会控制电机正转，打开道闸放行，当车辆紧接着触动2#称重传感器后，PLC会控制电机反转关闭道闸；当有车辆出库时，触动3#称重传感器并且通过刷卡器刷卡，当信息检测通过后，PLC控制电机正转，道闸打开，当车辆紧接着触碰4#称重传感器时，PLC会控制电机反转关闭道闸。

1.3 车辆计数功能

数是PLC通过分析光电传感器采集的信号对寄存器数自动加减。当有车辆先触动1#光电传感器紧接着触动2#光电传感器时，PLC寄存器自动加1；当有车辆先触动3#光电传感器再触动4#光电传感器时，PLC寄存器自动减1。

1.4 车位显示功能

显示功能主要由出入口的LCD屏完成。主要用来显示车库的车位剩余量，通过PLC软件编程，用车库总车位数减去寄存器当前数值所得数即为车位剩余量。。

1.5 报警功能

该功能主要应用到蜂鸣器和上位机显示屏的警示灯。报警源主要是在车辆检测时检测到IC卡信息错误[2-3]。

2 系统硬件设计

由图2我们可以看到，系统由PLC、光电传感器、称重传感器、刷卡机、道闸、LCD显示屏和上位机等模块组成。

选用三菱公司的FX2N-48MR PLC作为下位机，该型号PLC不仅拥有满足特定需求的功能模块，而且每个基本单元都可以扩展至256I/O，另外，它的运行速度也是极快的。与三菱其他系列的PLC相比它是高速度、高性能、小型化最好选择。

图2 系统硬件图

光电传感器采用DYW-B80系列的慢反射传感器，最远检测距离为5米，电源所用电压范围很宽，直流范围是10V-36V ，交流范围是90V-250V，。。

称重传感器选用BWJ-CYB-605S-桥式称重传感器，该型号传感器具有可靠的密封结构，宽量程，高精度，性能比较稳定，并且具有很强的抗偏和抗扭能力。电压10～24V DC，输出灵敏度≈2.0mV/V、4～20mA、1～5V，工作温度范围-35～85℃，极限过载能力200%FS。

刷卡机采用捷顺的JSKT6022-LTIV型，该型号内置安装了1130读卡器，不用安装中远距离读头，自身拥有中远距离读卡的功能，而且具有双频特性，简洁、美观，可扩展外接低频触发器1131，扩大或控制有源卡的读卡范围。

道闸采用捷顺的JSDZ004，它具有双重机械自锁功能、断电手动开闸功能、时间保护功能、压力电波防砸车功能、遥控开关闸功能和工作温度控制功能等。

显示模块由15.6寸的优派显示屏完成，该屏的比例是现在主流的16：9，功率低，且分辨率高。

限于篇幅下面只给出上位监控系统图如图3，不做详细解释。

3 系统软件设计

图4为软件控制的流程图，上电以后系统处于复位状态，其他模块被初始化。由图可以看到，该系统可以选择自动和手动两种工作状态，当选用手动状态时，通过触摸屏控制道闸的开关。当有车辆进入时按下触摸键命令PLC带动电机正转打开道闸，车辆通过后再按下触摸键命令PLC带动电机反转关闭道闸，与此同时当车辆先后经过1#和2#光电传感器后PLC寄存器自动加1；当有车辆出库时按下触摸键命令PLC带动电机正转打开道闸，车辆通过后再按下触摸键命令PLC带动电机反转关闭道闸，与此同时当车辆先后经过3#和4#光电传感器后PLC寄存器自动减1。

图4 系统流程图

选择自动模式，当有车辆触动1#称重传感器准备进库，并且通过检测后，PLC会控制电机正转打开道闸，车辆进库，与此同时当车辆先后经过1#和2#光电传感器后PLC寄存器自动加1；有车辆触动3#称重传感器并通过检测，PLC将控制电机正转打开道闸，与此同时当车辆先后经过3#和4#光电传感器后PLC寄存器自动减1。

4 总结

本文以PLC作为系统的控制核心，并结合现在的高新技术，将先进的信息技术、计算机、通信、自动控制、人工智能以及电子技术等有效地结合运用在停车场智能管理体系中，建立起一种在全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系，具有高度的智能化和自动化，同时具有极高的安全可靠性。该系统实现了自动检测、自动收费、道闸自动控制和故障报警等功能，满足各种大中型停车场的智能化要求。

【参考文献】

[1]姚伟红.城市交通面临的问题及解决途径[J].山西交通科技，2007.