1? 概述

 

智能型斷路器是把微處理機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息通信技術(shù)與現(xiàn)代機(jī)電一體化集成在一起的高新技術(shù)產(chǎn)品，其主要特征是內(nèi)置智能脫扣器。目前，隨著我國現(xiàn)代化配電工業(yè)的迅速發(fā)展，智能斷路器的應(yīng)用有逐年增長的趨勢。目前在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品有西門子公司的3WN系列產(chǎn)品、ABB公司的F系列產(chǎn)品及國產(chǎn)的CWI系列產(chǎn)品。由智能斷路器構(gòu)成的智能型開關(guān)柜與現(xiàn)場總線技術(shù)及上位機(jī)構(gòu)成的自動(dòng)化配電系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、系統(tǒng)完善、可靠性更高、編程簡易、控制簡便、通信協(xié)議開放等特點(diǎn)。研制、應(yīng)用和推廣智能型斷路器及其相適應(yīng)的現(xiàn)場總線技術(shù)是我國配電自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)，也是適應(yīng)我國現(xiàn)代化配電工業(yè)發(fā)展的需求。

 

2? 智能型斷路器

 

智能型斷路器的核心技術(shù)是智能脫扣器，它是利用微處理機(jī)芯片，對各極電流分對采樣，把各電路信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，用軟件模擬電流的發(fā)熱效應(yīng)，并應(yīng)用存儲(chǔ)器積累電流的“電能量”。當(dāng)積累量超過設(shè)定能量時(shí)，微處理器發(fā)出控制指令，控制相應(yīng)的硬件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，其主要功能有三段過電流保護(hù)，欠壓、接地保護(hù)及智能控制功能。

 

2.1? 三段過電流保護(hù)

 

該功能包括過載長延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)和接地故障延時(shí)保護(hù)功能。過載長延時(shí)保護(hù)整定范圍為1.05～1.3倍的額定電流。為了使電網(wǎng)中的保護(hù)功能匹配，過載長延時(shí)的時(shí)間調(diào)整范圍為15s～480s，短路短延時(shí)保護(hù)整定范圍為1.3～10倍額定電流，其時(shí)間調(diào)整范圍為0.1s～0.4s。短路短延時(shí)保護(hù)一般在大于10倍額定電流，接地保護(hù)功能的整定范圍在0.2～0.8倍的額定電流，接地延時(shí)故障時(shí)間整定范圍為0.1s～0.4s。這些時(shí)間的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)主開關(guān)與各級分支開關(guān)之間保護(hù)的配合，以提高系統(tǒng)的可靠性和縮小系統(tǒng)的故障范圍。

 

2.2? 通信功能

 

具有標(biāo)準(zhǔn)的RS—485接口電路，可與上位計(jì)算機(jī)機(jī)型數(shù)據(jù)交換，并可接受上位機(jī)命令，由上位機(jī)進(jìn)行遙控操作，也可由上位機(jī)對斷路器的設(shè)備參數(shù)和保護(hù)定值進(jìn)行遙調(diào)，向上位機(jī)傳送斷路器的工作參數(shù)、故障參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對斷路器運(yùn)行的系統(tǒng)遙測。

 

2.3? 顯示及故障記憶功能

 

在斷路器運(yùn)行時(shí)，適時(shí)顯示主電路電流，故障發(fā)生時(shí)顯示其保護(hù)特性規(guī)定的區(qū)段，并在分?jǐn)嗪箧i存故障，顯示故障電流。在整定時(shí)，顯示整定區(qū)段的電流、時(shí)間及區(qū)段類別，試驗(yàn)時(shí)顯示試驗(yàn)電流、延時(shí)時(shí)間、試驗(yàn)指示及動(dòng)作區(qū)段。

2.4? MCR功能

 

具有低倍數(shù)故障電流瞬時(shí)分段功能，即斷路器在合閘時(shí)遇到短路短延時(shí)故障電流時(shí)，能立即轉(zhuǎn)為瞬時(shí)分閘。

 

2.5? 其它功能

 

智能斷路器還具有自診斷功能及熱模擬功能，為斷路器自檢及自試驗(yàn)建立完備的手段。

 

3? 現(xiàn)場總線技術(shù)

 

現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化雙向多站的通信系統(tǒng)，其以數(shù)字信號代模擬信號，在3C技術(shù)的基礎(chǔ)上大量現(xiàn)場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移到現(xiàn)場設(shè)備，使得一大批數(shù)字化、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。由于現(xiàn)場總線的應(yīng)用，使得由其構(gòu)成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有高性能及高可靠性。由其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把帶有通信接口的智能設(shè)備與主計(jì)算機(jī)連接起來。在配電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線枝術(shù)構(gòu)成的分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中處理、監(jiān)控、分析及優(yōu)化調(diào)度。通信網(wǎng)絡(luò)的通信介質(zhì)可用光纖、同軸電纜及屏蔽雙絞線。目前在配電系統(tǒng)應(yīng)用較廣泛的是屏蔽雙絞線，其硬件接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS—485接口，網(wǎng)絡(luò)接口為一點(diǎn)對多點(diǎn)的由上位機(jī)主呼的主從網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通信方式為廣播應(yīng)答方式、半雙工型，系統(tǒng)的通信協(xié)議向著標(biāo)準(zhǔn)化、開放性發(fā)展。

目前國際上應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場總線協(xié)議有Profibus總線、基金會(huì)總線、CANbus總線。而在統(tǒng)一協(xié)議的同時(shí)，更注重于開發(fā)互聯(lián)性的網(wǎng)絡(luò)接口產(chǎn)品，以增強(qiáng)各公司產(chǎn)品的通用性，是今后現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的方向?；谖覈F(xiàn)場總線技術(shù)處于發(fā)展起步階段，并因我國應(yīng)用的智能設(shè)備是以引進(jìn)為主導(dǎo)地位，使得配電系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)場總線在今后幾年內(nèi)將不得不面對幾種現(xiàn)場總線，給這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和推廣帶來一定影響，為此移植和開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線，是今后我國從事現(xiàn)場總線技術(shù)研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用工作的重點(diǎn)。根據(jù)我國目前現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用的實(shí)況及國家政策扶植的現(xiàn)場總線類型，本文對具有代表性的現(xiàn)場總線簡介如下：

 

3.1 Profibus現(xiàn)場總線

 

1987年德國聯(lián)邦科技部集中了Siemens等13家公司的5個(gè)研究所成立了一個(gè)專門委員會(huì)開始制定Profibus，1991年4月完成制定工作，由于各方面性能比較好，在DIN19245中發(fā)表，對其進(jìn)行論述，從而正式成為德國現(xiàn)場總線的國家標(biāo)準(zhǔn)。1994年推出PA(Process Automation)通過總線供電，提供本質(zhì)安全。Profibus在歐洲市場占有率為41％，德國占有率為43％，在各國工業(yè)控制方面應(yīng)用也很廣泛，并有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。Profibus是一種不依賴廠家的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，采用Profibus標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)后，不同廠商所生產(chǎn)的設(shè)備不需對其接口進(jìn)行特別調(diào)整就可通信。Profibus為主從結(jié)構(gòu)；可方便地構(gòu)成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)。

3.2? FF(Fieldbus Foundation)現(xiàn)場總線

 

FF現(xiàn)場總線是由ISP和World FIP合作成立的一個(gè)非商業(yè)化公正的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和協(xié)會(huì)組織，無專利許可證要求，可供任何人使用。在我國得到國家的強(qiáng)有力的支持，并投入相當(dāng)?shù)娜肆?、物力和?cái)力用于基礎(chǔ)研究，在我國是一個(gè)具有發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)場總線。FF總線提供了H1和H2兩種物理層標(biāo)準(zhǔn)。H1是用于過程控制的低速總線，傳輸速率為31.25Kbps，傳輸距離為200m，450m、1200m，1900m四種(加中繼器可以延長)，可用總線供電，支持本質(zhì)安全設(shè)備和非本質(zhì)安全總線設(shè)備，H2為高速總線，其傳輸速率為1Mbps(此時(shí)傳輸距離為750m)或2.5Mbps(此時(shí)傳輸距離為500m)。H1和H2每段節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32個(gè)，使用中繼器后可達(dá)240個(gè)，H1和H2可通過網(wǎng)橋互聯(lián)。FF的突出特點(diǎn)在于設(shè)備的互操作性、改善過程數(shù)據(jù)、更早的預(yù)測維護(hù)及可靠的安全性。

 

3.3 CANbus現(xiàn)場總線

 

CAN總線簡稱為控制器局部網(wǎng)，是由德國Robert Basch以及幾個(gè)集成電路制造商一起開發(fā)的。目前已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為IS011898(通信速率小于1Mbps)和ISO11519(通信速率小于等于125Kbps)，CAN是現(xiàn)場總線中唯一被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。值得注意的是一些微處理器的生產(chǎn)商也在微處理器芯片中附加CAN接口，這樣CAN在低成本方面優(yōu)勢明顯，并且有較強(qiáng)的抗干擾性能，是低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)推廣應(yīng)用的一種低成本現(xiàn)場總線。CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的組幀處理。

 

4智能配電系統(tǒng)

 

智能配電系統(tǒng)是由智能開關(guān)柜、現(xiàn)場總線、上位機(jī)三部分構(gòu)成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

 

4.1? 上位計(jì)算機(jī)用來實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的監(jiān)控通信，其運(yùn)行的軟件分為兩類：一是系統(tǒng)軟件，即系統(tǒng)平臺(tái)，如MS—DOS6.22或Windows95等；另一部分是監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件又分為兩部分：一是監(jiān)控的應(yīng)用軟件，對整個(gè)配電系統(tǒng)進(jìn)行管理、監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)輸出及通信3處理等，監(jiān)控軟件不僅能使上位計(jì)算機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)對整個(gè)配電系統(tǒng)各回路運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行采集，還能對所采集的數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行處理，并引入專家系統(tǒng)進(jìn)行分析判斷和協(xié)調(diào)控制。另一部分是應(yīng)用軟件的運(yùn)行環(huán)境或稱為軟件平臺(tái)，這種平臺(tái)因采用的產(chǎn)品不同而有所不同，有的公司是直接應(yīng)用C語言，有些公司是采用專門開發(fā)的組態(tài)圖形軟件。

4.2? 現(xiàn)場總線

 

現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展非常迅速，在現(xiàn)場總線領(lǐng)域競爭也非常激烈。而近年來IEC的SC17B對用于電力系統(tǒng)方面的現(xiàn)場總線開發(fā)有了較大的進(jìn)展，有了一個(gè)62026文件給出了6種現(xiàn)場總線。在智能配電系統(tǒng)的現(xiàn)場總線完成智能開關(guān)柜與上位計(jì)算機(jī)之間的雙向通信。

 

4.2.1? 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為一點(diǎn)對多點(diǎn)的由位計(jì)算機(jī)主呼的主從網(wǎng)絡(luò)；

4.2.2? 通信介質(zhì)，為屏蔽雙絞線(UTP雙絞線，8芯/4對，5類)；

4.2.3? 通信規(guī)約，為OAR.584.001《低壓電器數(shù)據(jù)通信規(guī)約(版本號V1.0》；

4.2.4? 通信方式，廣播應(yīng)答方式；

4.2.5? 類型，半雙工類型；

4.2.6? 硬件接口，RS—485接口電路(具有瞬態(tài)保護(hù)或隔離型)。

 

4．3智能開關(guān)柜

 

智能型開關(guān)柜是指高性能、高可靠性，具有一定自診斷和自動(dòng)控制性能，并具有網(wǎng)絡(luò)通信能力。智能型開關(guān)柜從形式上可分為配電型、電動(dòng)機(jī)控制型及其它控制功能型。配電型以智能斷路器為核心器件，由上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對配電回路的遙控、遙測、遙信及遙調(diào)，而電動(dòng)機(jī)控制型是以變頻器、智能電動(dòng)機(jī)控制器為核心器件，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行、停止的優(yōu)化控制。其它控制型的智能開關(guān)柜是以PLC(可編程控制器)為核心的控制型開關(guān)柜，完成生產(chǎn)過程中的各類控制功能，也是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制發(fā)展最有潛力的產(chǎn)品，將PLC技術(shù)與傳統(tǒng)的開關(guān)柜有機(jī)結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)對普通型開關(guān)柜智能化改造的一種投入少、見效快的有效措施。