一种开关远程控制系统及方法与流程

1.本发明涉及开关控制技术领域，特别涉及一种开关远程控制系统及方法。


背景技术：

2.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，输出开关串联在控制电路中，起到分断电路的作用。在机房中手动操作这些输出开关存在一定的安全隐患，如何实现开关的远程控制以及如何远程获知开关状态成为亟待解决的技术问题。
3.当远程获知开关出现故障时，通常需要安排维修人员对开关进行检修。我国电气设备的检修方式先后经历了故障后检修和定期检修两个阶段，故障后检修是指当设备发生故障退出运行时，才开展检修；定期检修是指定期制定检修计划，按照检修计划定期对设备进行停电并开展检修工作。故障后检修和定期检修方式使得设备的陪试率和陪修率高，增加了不必要的生产成本，且重复停电次数多，检修工作量大，随着电气技术快速发展和社会的进步，传统的检修模式已不能满足生产的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供一种开关远程控制系统及方法，可以实现开关的远程控制以及开关状态监测，实现了开关状态检修功能，确保开关安全可靠运行，保证开关检修合理高效。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种开关远程控制系统，包括电源模块、主控模块、通信模块、驱动输出模块、输出检测模块以及检修控制模块，所述电源模块用于对所述主控模块、所述通信模块、所述驱动输出模块、所述输出检测模块以及所述检修控制模块提供电源，所述主控模块分别与所述通信模块、所述驱动输出模块、所述输出检测模块以及所述检修控制模块连接，所述通信模块用于连接远程主机，所述驱动输出模块和所述输出检测模块用于连接开关；
6.所述检修控制模块包括模式手动选择开关和模式自动生成模块，所述模式手动选择开关和所述模式自动生成模块均与所述主控模块连接，所述模式手动选择开关用于手动选择工作模式或检修模式，所述模式自动生成模块用于根据预设开关检修模型自动生成检修模式或工作模式；
7.所述通信模块，用于接收远程主机发送的远程控制指令信息，并将所述远程控制指令信息传输至所述主控模块；
8.所述检修控制模块，用于生成工作模式或检修模式，在所述检修控制模块生成工作模式时，所述驱动输出模块导通，在所述检修控制模块生成检修模式时，所述驱动输出模块断开；
9.所述主控模块，用于在所述检修控制模块生成工作模式时，根据所述远程控制指
令信息生成开关控制信息；
10.所述驱动输出模块，用于根据所述开关控制信息控制开关断开或者闭合；
11.所述输出检测模块，用于检测所述开关的状态，并将检测结果发送至所述主控模块；
12.所述主控模块，还用于根据所述检测结果生成开关状态反馈信息并传输至所述通信模块；
13.所述通信模块，还用于将所述开关状态反馈信息发送至所述远程主机。
14.进一步地，还包括手动控制模块，所述手动控制模块与所述开关连接，用于控制所述开关闭合或者断开。
15.进一步地，还包括应急供电模块，所述应急供电模块分别与所述主控模块、所述通信模块、所述检修控制模块、所述驱动输出模块以及所述输出检测模块连接。
16.此外，本发明还提供一种开关远程控制方法，所述方法包括以下步骤：
17.s1，检修控制模块初始状态默认为工作模式，通信模块接收远程主机发送的远程控制指令信息，并传输至主控模块；
18.s2，所述主控模块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输出模块；
19.s3，驱动输出模块根据所述开关控制信息控制开关断开或闭合；
20.s4，输出检测模块检测开关的状态，并将检测结果发送至所述主控模块；
21.s5，所述主控模块根据所述检测结果生成开关状态反馈信息，并通过所述通信模块将所述开关状态反馈信息发送至所述远程主机。
22.s6，在模式自动生成模块根据预设开关检修模型生成检修模式时，所述驱动输出模块断开，所述主控模块运行预设的检修模式程序。
23.进一步地，所述s6中模式自动生成模块根据预设开关检修模型生成检修模式的步骤具体包括：
24.s61，收集开关的历史运行信息和历史故障信息，构建预设开关检修模型；
25.s62，基于所述预设开关检修模型，预测开关在一段时间内出现故障的概率，计算并获得故障率，当所述故障率超过预设阈值时，自动生成检修模式。
26.进一步地，在所述步骤s61之后，所述方法还包括：
27.s611，获取开关全生命周期的运行数据，构建开关健康状态评估模型；
28.s612，采集开关本体的状态量，根据所述开关健康状态评估模型获取开关的健康状态；
29.s613，采集驱动输出模块的状态量，根据所述驱动输出模块的状态量和所述开关的健康状态，采用加权算法对所述预设开关检修模型进行修正，获得修正后的开关检修模型。
30.进一步地，所述步骤s62具体包括：基于所述修正后的开关检修模型，预测并计算开关在一段时间内出现故障的概率，在所述故障率超过预设阈值时，自动生成检修模式。
31.进一步地，所述步骤s611具体包括：
32.获取开关全生命周期的运行数据，根据所述运行数据获得开关状态量和开关健康值；
33.基于所述开关状态量和所述开关健康值，构建初始开关健康状态评估模型；
34.采集大量的开关状态量和健康值作为样本集，根据所述样本集对所述初始开关健康状态评估模型进行训练，获得优化后的开关健康状态评估模型。
35.进一步地，所述基于所述开关状态量和所述开关健康值，构建初始开关健康状态评估模型的步骤具体包括：
36.对所述开关状态量进行归一化处理，获得处理后的开关状态量；
37.获取每个所述处理后的开关状态量的权重；
38.基于所述权重，将各个所述处理后的开关状态量作为自变量，将所述开关健康值作为因变量，构建初始开关健康状态评估模型。
39.进一步地，所述开关状态量是指与所述开关健康状态相关的特征量，所述开关状态量包括但不限于开关型号、累计动作次数、投运时间、断开时间、运行时间、输入电压电流值、输出电压电流值、开关温度、运行环境温湿度以及散热条件参数。
40.本发明的有益效果是：
41.1、本实发明开关远程控制系统可应对需要远程控制开关的通断，可对主机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，在主机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机进行远程控制开关的通断并监测开关状态；在检修模式下驱动输出模块断开，主机无法进行远程控制，从而保护了现场检修人员的安全。
42.2、本发明的开关远程控制系统，可以根据实际需求或在开关发生故障后，手动选择进入检修模式，对开关进行检修作业，满足开关故障后检修的需求；也可以根据预设开关检修模型对开关的运行状态和健康状态进行监测，为开关是否需要检修提供了数据依据，提高了远程智能化监测水平，简化了运维工作量，保证了开关的安全稳定运行，提高了开关运行使用寿命，同时也降低了检修成本。
43.3、本发明的开关远程控制方法，通过监测开关本体状态，对开关的健康状态进行预测，通过监测驱动输出回路状态，结合开关的健康状态对开关检修模型进行修正，根据修正后的检修模型预测开关在一段时间内出现故障的概率，从而判断开关是否需要检修，提高了故障率计算的精确度，使开关的故障率计算更符合工程实际，同时完整监视了开关和驱动输出系统的状态，为开关是否需要检修提供了数据依据，实现了开关状态检修功能，确保开关安全可靠运行，保证开关检修合理、高效。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1是本发明一种开关远程控制系统第一实施例的结构示意图；
46.图2是本发明一种开关远程控制系统第二实施例的结构示意图；
47.图3是本发明一种开关远程控制方法第一实施例的结构示意图；
48.图4是本发明一种开关远程控制方法第二实施例的结构示意图；
49.图5是本发明一种开关远程控制方法第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
50.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
51.参见图1，图1所示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。本实施例中开关远程控制系统，包括电源模块100、主控模块200、通信模块300、驱动输出模块400、输出检测模块500以及检修控制模块600，电源模块100用于对主控模块200、通信模块300、驱动输出模块400、输出检测模块500以及检修控制模块600提供电源，主控模块200分别与通信模块300、驱动输出模块400、输出检测模块500以及检修控制模块600连接，通信模块300用于连接远程主机(图中未示出)，驱动输出模块400和输出检测模块500用于连接开关(图中未示出)。
52.其中，检修控制模块600包括模式手动选择开关和模式自动生成模块，模式手动选择开关和模式自动生成模块均与主控模块200连接，模式手动选择开关用于手动选择工作模式或检修模式，模式自动生成模块用于根据预设开关检修模型自动生成检修模式或工作模式。通信模块300用于接收远程主机发送的远程控制指令信息，并将远程控制指令信息传输至主控模块200。检修控制模块600用于生成工作模式或检修模式，在检修控制模块600生成工作模式时，驱动输出模块400导通，在检修控制模块600生成检修模式时，驱动输出模块400断开。主控模块200用于在检修控制模块600生成工作模式时，根据远程控制指令信息生成开关控制信息。驱动输出模块400用于根据开关控制信息控制开关断开或者闭合。输出检测模块500用于检测开关的状态，并将检测结果发送至主控模块200。主控模块200还用于根据检测结果生成开关状态反馈信息并传输至通信模块300。通信模块300还用于将开关状态反馈信息发送至远程主机。
53.需要说明的是，本实施例的开关远程控制系统通过远程主机下达远程控制指令信息给主控模块200，主控模块200控制其相应的驱动输出模块400，驱动输出模块400进而控制开关动作，实现远程控制；同时，由输出检测模块500采集开关的状态后，并将检测结果发送给主控模块200，主控模块200根据检测结果生成开关状态反馈信息，并经由通信模块300发送给主机，由此在主机显示开关的状态，实现开关状态的远程监测。
54.远程控制开关的工作原理为：用户通过远程主机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，网络交换机再把命令转发至规约转换器，规约转换器再通过网口下达给主控模块200，主控模块200获得命令后，再控制其相应的驱动输出模块400，驱动输出模块400控制继电器(即开关)以及接触器动作，实现远程控制。
55.远程开关状态监测的工作原理为：由输出检测模块500采集开关的状态后，将检测结果发送给主控模块200，主控模块200根据检测结果生成开关状态反馈信息，并经由通信模块300、规约转换器以及网络交换机发送给主机，由此在主机上显示开关的状态，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。
56.应理解的是，检修控制模块600包括模式手动选择开关和模式自动生成模块，通过模式手动选择开关，可以根据实际需求随时选择进入检修模式，对开关进行检修作业，同时通过模式自动生成模块，可以根据预设的开关检修模型判断开关是否需要检修，当需要检修时自动生成检修模式，从而断开驱动输出模块400，进入检修模式作业。优选地，输出检测模块500主要用来检测开关的分合状态并反馈给主控模块200和主机，当检测到开关的分合状态与实际的控制状态不相符时，说明开关可能出现故障，可以发出告警提醒，运维人员收到告警信息后可以通过模式手动选择开关进入检修模式，对开关进行检修。
57.在具体实现中，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，可对主机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，在主机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机进行远程控制开关的通断并监测开关状态；在检修模式下驱动输出模块400断开，主机无法进行远程控制，从而保护了现场检修人员的安全。本实施例的开关远程控制系统，可以根据实际需求或在开关发生故障后，手动选择进入检修模式，对开关进行检修作业，满足开关故障后检修的需求；也可以根据预设开关检修模型对开关的运行状态和健康状态进行监测，为开关是否需要检修提供了数据依据，提高了远程智能化监测水平，简化了运维工作量，保证了开关的安全稳定运行，提高了开关运行使用寿命，同时也降低了检修成本。
58.参见图2，图2所示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。基于上述第一实施例，本实施中开关远程控制系统还包括手动控制模块700、应急供电模块800和输出指示模块，手动控制模块700与开关连接，用于控制开关闭合或者断开。应急供电模块800分别与主控模块200、通信模块300、检修控制模块600、驱动输出模块400以及输出检测模块500连接。输出指示模块分别与主控模块200和开关连接，用于显示开关当前的状态。
59.需要说明的是，在检修模式下想要控制开关的通断可以通过手动控制模块700进行操作，以对每一路开关进行操作，当启用手控控制后，开关不受主控模块200控制，只有关闭手动控制模块700后，才可以再使用远程控制。应急供电模块800可以防止因主控模块200受使用环境以及不可预测的风险，导致主控模块200无法正常工作或开关不可控。
60.参见图3，图3所示为本发明一种开关远程控制方法第一实施例的结构示意图。在本实施例中，所述方法包括以下步骤：
61.s1，检修控制模块600初始状态默认为工作模式，通信模块300接收远程主机发送的远程控制指令信息，并传输至主控模块200；
62.s2，主控模块200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输出模块400；
63.s3，驱动输出模块400根据开关控制信息控制开关断开或闭合；
64.s4，输出检测模块500检测开关的状态，并将检测结果发送至主控模块200；
65.s5，主控模块200根据检测结果生成开关状态反馈信息，并通过通信模块300将开关状态反馈信息发送至远程主机。
66.s6，在模式自动生成模块根据预设开关检修模型生成检修模式时，驱动输出模块
400断开，主控模块200运行预设的检修模式程序。
67.需要说明的是，本实施例的开关远程控制方法，在工作模式下通过远程主机下达远程控制指令信息给主控模块200，主控模块200控制其相应的驱动输出模块400，驱动输出模块400进而控制开关动作，实现远程控制；同时，由输出检测模块500采集开关的状态后，并将检测结果发送给主控模块200，主控模块200根据检测结果生成开关状态反馈信息，并经由通信模块300发送给主机，由此在主机显示开关的状态，实现开关状态的远程监测。模式自动生成模块可以根据预设开关检修模型对开关的运行状态和健康状态进行监测，为开关是否需要检修提供数据依据，提高了远程智能化监测水平，简化了运维工作量，保证了开关的安全稳定运行，提高了开关运行使用寿命，同时也降低了检修成本，当判断开关需要检修时自动生成检修模式，现场检修人员可以对开关进行检修作业，此时驱动输出模块400断开，主机无法进行远程控制，保护了现场检修人员的安全。
68.参见图4，图4所示为本发明一种开关远程控制方法第二实施例的结构示意图。基于上述远程控制方法的第一实施例，在本实施例中，步骤s6模式自动生成模块根据预设开关检修模型生成检修模式的步骤具体包括：
69.s61，收集开关的历史运行信息和历史故障信息，构建预设开关检修模型；
70.s62，基于预设开关检修模型，预测开关在一段时间内出现故障的概率，计算并获得故障率，当故障率超过预设阈值时，自动生成检修模式。
71.应理解的是，模式自动生成模块内置有预设开关检修模型，这里的预设开关检修模型实际上是根据收集的开关历史运行信息和历史故障信息所建立的开关故障率模型。在电气设备服役期间，会有多次的故障检修，在这些相当长的检修时间里，运维人员可以对该设备发生故障的频次进行数据统计，通过分析设备的运行数据和这些故障数据，可以从宏观上掌握电气设备故障发生的内在规律。根据这一规律可以构建开关检修模型，基于建立起来的开关检修模型，可以预测开关在一段时间内出现故障的概率，当计算所得的故障率超过预设阈值时，就可以自动生成检修模式，以便运维人员对开关进行检修。
72.在具体实现中，可以将预设阈值分为第一预设阈值和第二预设阈值，当计算获得的开关故障率达到第一预设阈值时，可以通过主控模块200发出告警提醒，以使运维人员对该开关进行重点关注，此时仍然处于工作模式，可以远程控制开关的断开或闭合；当计算获得的开关故障率达到第二预设阈值时，自动生成检修模式，断开远程控制，以便运维人员对开关进行现场检修作业。本实施例的开关远程控制方法，利用开关检修模型的计算结果，对开关的检修提供数据支撑，将开关的检修方式由故障后检修转变为有理论基础的预防性检修，避免开关因故障损坏导致无法使用，有利于延长开关的使用寿命。
73.参见图5，图5所示为本发明一种开关远程控制方法第三实施例的结构示意图。基于上述远程控制方法的第二实施例，在本实施例中，所述步骤s6之后，所述方法还包括：
74.s611，获取开关全生命周期的运行数据，构建开关健康状态评估模型；
75.s612，采集开关本体的状态量，根据开关健康状态评估模型获取开关的健康状态；
76.s613，采集驱动输出模块400的状态量，根据驱动输出模块400的状态量和开关的健康状态，采用加权算法对预设开关检修模型进行修正，获得修正后的开关检修模型。
77.需要说明的是，上述预设开关检修模型主要是基于开关的故障信息所推导出来的，但开关在实际运行过程中存在不良工况等外界因素干扰，而且在状态较差时会进行保
养维护，存在不良因素干扰时，会导致开关的健康状态较差，容易出现故障，从而使得开关故障率升高；对开关进行保养维护后，可以使开关因故障丧失的一些功能得到恢复，而且还可以改善开关的整体性能，相当于降低了开关的故障率。由此可见，开关的故障率并不仅仅只与时间相关，还与当前时刻开关的健康状态相关。此外，在对开关进行远程控制时，是通过驱动输出模块400输出的高低电平来实现开关的断开或闭合的，因此驱动输出模块400的运行稳定性也会影响开关的健康状态，本实施例的开关远程控制方法通过开关的健康状态和驱动输出模块400的状态量对开关检修模型进行修正，可以提高模型的精度，从而使计算获得的开关故障率结果更精确，对开关检修的把控也更精准。
78.应理解的是，开关的健康状态不能直接采集获得，需要依据开关的各种状态量来进行判断，本实施例中通过大量收集以往开关全生命周期的运行数据，基于这些运行数据可以构建开关状态量与开关健康状态之间的关系模型，从而获得开关健康状态评估模型，在开关实际投入运行过程中，通过辅助设备监测采集开关本体的状态量，将此状态量作为输入，根据开关健康状态评估模型即可获得开关当前的健康状态，结合采集的驱动输出模块400的状态量，采用加权算法对预设开关检修模型进行修正，获得了修正后的开关检修模型。这里采集的驱动输出模块400的状态量主要是指会影响开关健康状态的一些特征量。基于修正后的开关检修模型，可以预测并计算开关在一段时间内出现故障的概率，根据所计算的故障率判断开关是否需要检修，从而提高故障率计算的精确度，使开关的故障率计算更符合工程实际。
79.本实施例的开关远程控制方法，通过监测开关本体状态，对开关的健康状态进行预测，通过监测驱动输出回路状态，结合开关的健康状态对开关检修模型进行修正，根据修正后的检修模型预测开关在一段时间内出现故障的概率，从而判断开关是否需要检修，完整监视了开关和驱动输出系统的状态，为开关是否需要检修提供了数据依据，实现了开关状态检修功能，提高了智能化监测水平，简化了运维工作量，确保开关安全可靠运行，保证开关检修合理、高效。与定期检修相比，本实施例中开关远程控制方法对开关的检修可以延长每两次检修之间的间隔，缩短每次检修所耗费的时间，降低检修成本，避免出现过修、欠修和盲目检修的现象。
80.进一步地，步骤s611获取开关全生命周期的运行数据，构建开关健康状态评估模型具体包括：获取开关全生命周期的运行数据，根据运行数据获得开关状态量和开关健康值，基于开关状态量和开关健康值，构建初始开关健康状态评估模型，采集大量的开关状态量和健康值作为样本集，根据样本集对初始开关健康状态评估模型进行训练，获得优化后的开关健康状态评估模型。
81.需要说明的是，在构建完开关健康状态评估模型后，为提高模型计算结果的精度，可以通过机器学习的方法对模型进行训练，在对模型进行训练时，可采用误差逆传播算法，通过训练得到样本集上的累积误差最小，最终达到通过开关状态量来估计开关的健康状态。样本集训练指的是通过机器学习的方法将样本集划分为训练集和测试集，通过训练测试找到局部最优模型。
82.在具体实现中，从设备投入使用开始就建立该设备的性能、健康状态以及运维数据等方面的数据库，以便能够方便、及时高效地了解与设备健康运行方面的数据，建立了这些数据库后，就可以方便地对这些设备数据采用数理统计的方式进行数据的处理。本实施
例通过采集开关状态量，根据预先通过大量样本数据学习得到的开关健康状态评估模型，获取开关健康状态，根据开关健康状态对关检修模型进行修正，从而根据检修模型对开关进行状态检修，为开关是否需要检修提供了数据依据，提高运维能力。
83.进一步地，基于开关状态量和开关健康值，构建初始开关健康状态评估模型的步骤具体包括：对开关状态量进行归一化处理，获得处理后的开关状态量，获取每个处理后的开关状态量的权重，基于权重，将各个处理后的开关状态量作为自变量，将开关健康值作为因变量，构建初始开关健康状态评估模型。
84.需要说明的是，开关状态量是指与开关健康状态相关的特征量，开关状态量包括但不限于开关型号、累计动作次数、投运时间、断开时间、运行时间、输入电压电流值、输出电压电流值、开关温度、运行环境温湿度以及散热条件参数。
85.在具体实现中，开关状态量包括很多个，通过对开关状态量进行归一化处理，便于不同单位或量级的指标能够进行加权，在采用加权算法前，需要确定每一个开关状态量的权重。本实施例中采用模糊层次分析法获取各个处理后的开关状态量的权重，具体步骤包括：收集多专家判断的模糊偏好信息，建立模糊判断矩阵，将模糊判断矩阵归一化，获得归一化的综合判断矩阵，计算各指标的可能度，构建可能度矩阵，根据可能度矩阵，求取各指标的相对权重，取其最小值，从而获得各开关状态量对应的权重。在获得各个状态量的权重后，将各个开关状态量作为自变量，将开关健康值作为因变量，基于加权灰靶理论构建初始开关健康状态评估模型。在建立初始开关健康状态评估模型后，通过机器学习的方法对模型进行训练，获得最优模型，提高对开关健康状态评估的结果，从而提高开关故障率计算结果的精度，为开关检修提供可靠的参考。