專利名稱：一種智能通信斷路器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種斷路器，尤其涉及一種智能微網運行環(huán)境中的可進行運行參數、狀態(tài)檢測和多種通信、控制的智能通信斷路器，屬于微電網設備技術領域。
背景技術：
在智能微網中，能源的輸送方向不再是確定的、單一方向的能源輸送，上級網斷路器斷開時，下級網絡還會存在電能，當線路需要維護時，會帶來很大的安全隱患。在智能微電網中，需要經常了解斷路器的參數情況，以便能夠預防性的作出相關處理；同時在斷路器發(fā)生故障時，能夠及時發(fā)現(xiàn)。為適應智能微網運行環(huán)境，微網中各部分根據不同條件選擇合適的通信方式并進行分級通信后傳輸到監(jiān)控終端。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種智能通信斷路器，實現(xiàn)運行參數和狀態(tài)檢測以及各斷路器位置的顯示并實現(xiàn)與外部監(jiān)控終端進行數據傳輸和遠程監(jiān)控，同時監(jiān)控終端實現(xiàn)對相關智能通信斷路器進行遙控，下級網斷路器對上級網斷路器配合實行相應的動作。本發(fā)明的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn):包括斷路器本體、智能模塊，智能模塊包括數據采集前端(I)、控制單元(2)、數據接收和處理單元(3)、執(zhí)行單元(4)四個部分并依次相連。進一步，所述斷路器本體包括觸頭，所述數據采集前端對斷路器所述觸頭的溫度、電壓、動觸頭插入深度、真空滅弧室觸頭的電磨損量和開閉狀態(tài)進行檢測。進一步，所述控制單元采用微電腦芯片并嵌入GPRS/3G模塊、TCP/IP協(xié)議模塊、短消息處理模塊、載波通信模塊和RS232/RS485轉換接口電路，實現(xiàn)有線和/或無線通信方式，與智能微網和上/下級網的斷路器進行通信。進一步，所述執(zhí)行單元一端連控制單元的光電隔離、放大電路，另一端連斷路器本體的繼電器；執(zhí)行單元采用終端調度指令通過控制單元經光電隔離、放大電路后，通過繼電器對斷路器本體執(zhí)行合、分閘動作。進一步，所述數據接收和處理單元的下級網斷路器接收上級網斷路器合、分閘信號，使其進行相應的動作。所述數據采集前端對斷路器觸頭的溫度T、電壓U、動觸頭插入深度TH、真空滅弧室觸頭的電磨損量S和開閉狀態(tài)Q進行檢測，通過采集處理成標準信號后送入微電腦芯片上，再經預處理、通信及命令處理等相關處理之后再選擇相應的通信模塊及對應的接口與外部監(jiān)控終端通信，進行數據傳輸、處理和遠程監(jiān)控及調度，外部監(jiān)控終端通過發(fā)送指令給控制單元相應的通信模塊，經通信模塊接收處理后，通過控制中心微電腦芯片的處理與執(zhí)行單元相連接，執(zhí)行單元對處理的信號進行光電隔離G1、放大G2后通過繼電器J對斷路器本體執(zhí)行合、分閘動作；經通信處理后的標準信號，通過相應的通信模塊，同時與下一級斷路器進行通信，下一級斷路器接收信號后，根據上一級斷路器的合、分閘狀態(tài)進行相應的動作。前述智能斷路器，其中數據采集單元I設置的通過數字溫度傳感器檢測的斷路器觸頭的溫度1\±、1'0、13±、1'0、1'?！?、1'0直接與微電腦芯片相連；通過進出線兩個三相觸頭電壓采集信號輸出電路檢測斷路器觸頭的電壓Ua ±、Ua T、Ub ±、Ub T、Uc ±、Uc τ變成開關量Κ3、Κ4，直接與微電腦芯片相連；通過動觸頭插入深度檢測元件檢測的動觸頭插入深度Th和通過真空來弧室磨損觸頭元件檢測的電磨損量SA、SB、Sc和通過光電隔離后送至微電腦芯片；分合閘狀態(tài)經光耦后送入微電腦芯片上，通過控制單元的相應通信模塊傳輸至監(jiān)控終端。前述智能斷路器，其中控制單元2設置的微電腦芯片采用ATMAL公司的8位單片機AT89C51，內含128KFLASH，SKARM，開發(fā)中充分利用AT89C51集成度高、模塊功能強的優(yōu)點，裝置的軟件存放在片內大容量FLASHEEPR0M，片內RAM存放實時數據、程序中變量等，EEPROM內存放定值。數據、地址總線不引出控制單元，具有良好的抗干擾性能，而且Pl 口、P2 口可用來擴展并行接口的設備。PO 口作為開關量I的接口，P3.4和P3.5 口驅動時鐘芯片，時鐘芯片帶有后備電池，供CPU讀取日期、時間。P3.0、P3.1和P3.2、P3.3 口適合于作通訊使用，通過通訊功能可實現(xiàn)遠方對定值修改和對回路巡檢。增強的定時器模塊可用來產生能精確到微秒級的中斷，同時使用內部和外部兩級看門狗，確保裝置正常運行。前述智能斷路器，其中控制單元2設置的TCP/IP協(xié)議模塊是一個標準協(xié)議套件，可以用分層模型來描述。數據打包處理數據時，每一層把自己的信息添加到一個數據頭中，而這個數據頭又被下一層中的協(xié)議包裝到數據體中。數據解包處理程序接收到通信數據時，把相應的數據頭剝離，并把數據包的其余部分當作數據體對待。使用EEPROM可以將IP地址、PPP協(xié)議等參數保存在里面。單片機復位后首先調取這些數據以初始化網絡。單片機主要完成采集數據的打包，通過通信模塊，將數據輸出到網絡中。前述智能斷路器，其中控制單元2設置的GPRS/3G通信模塊，是采用自帶TCP/IP協(xié)議處理功能的GPRS無線Modem和內置3G模塊化芯片Sim5210，即支持消息收發(fā)模式，又支持GPRS/3G無線數據傳輸，同時相應的接口還可實現(xiàn)通過電話線和光纖進行數據傳輸。GPRS無線Modem連入GPRS/3G網絡并和監(jiān)控終端建立連接后，監(jiān)控終端發(fā)送數據處理命令給GPRS/3G數據采集終端，GPRS/3G數據采集終端接收到命令后，通過RS232數據總線對斷路器進行通信，采集微電腦芯片中存儲的數據信息，通過GPRS無線Modem內置的協(xié)議處理器對數據進行處理、協(xié)議封裝，然后實時發(fā)送到GPRS/3G網絡，數據包經由GPRS/3G網絡傳遞到Internet，再通過ADSL或撥號網絡或固定網絡傳送到監(jiān)控終端。該系統(tǒng)還可通過短消息的方式進行數據傳輸。當系統(tǒng)信號不好、網絡連接不暢通或者不在GPRS/3G網絡覆蓋區(qū)，不能進行GPRS/3G傳輸時，采用短消息的方式，作為GPRS/3G數據傳輸的補充。另外當監(jiān)控終端主機的網絡參數(IP地址或端口號)改變，GPRS/3G模塊無法找到數據處理下機時，以短消息的方式通知數據采集終端修改GPRS/3G模塊的網絡參數，重新建立新的連接。前述智能斷路器，其中控制單元2設置的載波通信模塊采用AT89C51作為微控制器，電力線載波調制解調器采用專用芯片ST7536。AT89C51和ST7536之間采用通用串行通信接口，用I2C總線和串行EEPROM通信，EEPROM采用鐵電的24C02，此芯片具有無限次可擦寫功能。通過電力載波實現(xiàn)整個網絡的通信，通過兩總線實現(xiàn)模塊與其它設備的通信。這樣，通信模塊就可以通過軟件及通信協(xié)議實現(xiàn)對多個實際設備通信與控制。所有的數據幀均采用CRC校驗。AT89C51和ST7536均采用外部硬件上電復位，同時使用AT89C51的內部看門狗功能，對AT89C51和ST7536進行必要的復位，以防止系統(tǒng)死機造成網絡通信中斷。多路選擇開關采用CD4052，通過其進行電力載波和兩總線的選擇，以實現(xiàn)電力載波通信和兩總線通信的分時控制。然后分別通過電力線接口電路與電力線相連和RS232/RS485轉換接口電路與RS232/RS485總線相連進行傳輸。前述智能斷路器，其中控制單元2設置的執(zhí)行單元電路是由一個光耦器Gl和放大器G2和繼電器J組成，由微電腦芯片傳送的開關信號經光耦合放大后，通過繼電器來驅動斷路器合、分閘動作。本發(fā)明主要適應于智能微網運行，在智能微網中，能源的輸送方向不再是確定的、單一方向的能源輸送，上級網斷路器斷開時，下級網絡還會存在電能，當線路需要維護時，會帶來很大的安全隱患；同時智能微網運行中需知其各斷路器的合、分閘狀態(tài)和運行參數；本智能通信斷路器是在斷路器上增加了參數狀態(tài)檢測元件和實際地址與IP的綁定功能，并通過多通信方式將參數狀態(tài)信息和地址發(fā)送出去，使微網中的終端知其各參數狀態(tài)和地址，同時通過終端發(fā)送調度指令給相關智能通信斷路器，使其做出相應的動作。保障需要斷開的線路完全處于斷開狀態(tài)。同時下級斷路器接收上級斷路器的信息，配合上級斷路器做出相應的動作。
圖1為本發(fā)明智能通信斷路器的系統(tǒng)框架圖。圖2為本發(fā)明的數據采集前端示意圖。圖3為本發(fā)明的數據采集和串行總線通信示意圖。圖4為本發(fā)明的GPRS/3G通信系統(tǒng)框圖。圖5為本發(fā)明的載波通信模塊框圖。圖6為本發(fā)明的電力線接口電路框圖。圖7為本發(fā)明的RS232/RS485轉換接口電路示意圖。圖8為本發(fā)明的執(zhí)行單元電路示意圖。圖9為本發(fā)明的三相觸頭電壓采集信號輸出電路示意圖。
具體實施方式
參照圖1、圖2和圖8、圖9，本發(fā)明包括斷路器本體、智能模塊，智能模塊包括數據采集前端(I)、控制單元(2)、數據接收和處理單元(3)、執(zhí)行單元(4)四個部分并依次相連。因方便大電網的調度和智能微電網并、離網運行，同明方便對線路的維護，須知其各級相關斷路器的參數和狀態(tài)，因此需對斷路器的數據進行采集。通過兩個三相觸頭電壓采集信號輸出電路(圖9)檢測的斷路器A、B、C三相上、下觸頭的電壓Ua上、Ua下、Ub上、Ub下、Uc上、Uc下變成開關量K3、K4，分別與型號AT89C51微電腦芯片的P2.3、P2.4腳相連；通過美國DALLAS半導體公司的DS18B20智能數字溫度傳感器檢測的斷路器A、B、C三相上、下觸頭的溫度Ta±、Tat, Tb±、Tbt, Tc±、Tct直接通過傳感器的一條口線與型號AT89C51微電腦芯片的P2.2腳相連；通過動觸頭插入深度檢測元件檢測的動觸頭插入深度Th和通過真空滅弧室磨損觸頭元件檢測的A、B、C三相電磨損量SA、SB、Sc通過型號TLP521光耦后送至AT89C51芯片的PO 口 ；合分閘狀態(tài)經同型號的TLP521光耦后與AT89C51芯片的P2.0腳相連。參照圖1、圖3和圖4、圖8，本發(fā)明智能通信斷路器當選用GPRS/3G通信時，數據采集前端采集的數據通過AT89C51芯片進行數據預處理后存儲，GPRS/3G通信模塊采集芯片的存儲數據信息，通過GPRS無線Modem內置的協(xié)議處理器對數據進行處理、協(xié)議封裝，然后通過SGSN實時發(fā)送到GPRS/3G網絡，數據包經由GPRS/3G網絡傳遞到Internet，再通過ADSL或撥號網絡或固定網絡傳送到監(jiān)控終端；經數據接收、處理后，監(jiān)控終端發(fā)送數據處理命令給GPRS/3G數據采集終端，GPRS/3G數據采集終端接收到命令后，數據解包處理程序對接收的數據進行剝離處理后，通過RS232數據總線傳輸到AT89C51芯片進行預處理，而后AT89C51芯片的P2.1腳與執(zhí)行單元電路相連，處理后的開關信號經光耦Gl和運算放大G2處理后通過繼電器J驅動斷路器本體執(zhí)行分、合閘動作。同時GPRS/3G通信模塊從監(jiān)控終端接收的數據處理命令通過GPRS/3G網絡傳輸到下級網斷路器的接收模塊，使其下級網斷路器根據接收的數據處理命令進行相關分、合閘動作。當系統(tǒng)信號不好、網絡連接不暢通或者不在GPRS/3G網絡覆蓋區(qū)，不能進行GPRS/3G傳輸時，該系統(tǒng)還可通過短消息的方式進行數據傳輸，作為GPRS/3G數據傳輸的補充。另外當監(jiān)控終端主機的網絡參數(IP地址或端口號)改變，GPRS/3G模塊無法找到數據處理下機時，以短消息的方式通知數據采集終端修改GPRS/3G模塊的網絡參數，重新建立新的連接。參照圖1、圖3和圖5至圖9，本發(fā)明智能通信斷路器當選用載波通信時，采用專用芯片ST7536的調制解調器通過型號為TLP521光耦隔離經美信公司的MAX232驅動芯片驅動RS232串口與型號為AT89C51芯片相連，來采集型號為AT89C51芯片中存儲的數據信息，采集的信號通過ST7536輸出端(ATO)輸出，以放大和濾波(濾波器采用72KHZ載頻)，然后通過耦合電路將信號調制到電力線上(如圖六)，通過電力線把調制好的信號傳輸到監(jiān)控終端的載波通信模塊上。經監(jiān)控終端對數據處理后，發(fā)送數據處理命令，經終端的電力接口電路處理后，載波信號通過電力線傳輸到相關智能通信斷路器的載波通信模塊上，再經耦合電路隔離和預放大后傳輸到ST7536芯片的接收端(RAI)。然后通過RS232串口通信至AT89C51芯片，經預處理后傳輸一個開關信號給執(zhí)行單元電路(圖8)，通過執(zhí)行單元電路的繼電器(J)驅動斷路器本體進行分、合閘動作。同時，從終端接收的載波信號通過電力線傳輸到下級網斷路器的載波通信模塊上，同上原理對其進行分、合閘動作。另外，從AT89C51芯片中采集的信息通過⑶4052多路選擇開關進行對RS232/RS485總線通信的選擇，使其通過RS232/RS485轉換接口電路進行與其它設備的通信。通過電力載波實現(xiàn)整個網絡的通信，通過兩總線實現(xiàn)模塊與其它設備的通信。參照圖1，本發(fā)明的智能通信控制器的通信模塊還提供了 GPRS/3G接口和Internet接口分別通過電話線和光纖進行數據傳輸和接收。同時，還提供了 RS485總線接口方便與相應的通信模塊接口相連。實現(xiàn)了多種方式通信和整個網絡的通信。本發(fā)明的智能通信斷路器所采用的元、器件易得，溫度檢測元件、真空滅弧室觸頭磨損檢測元件、動觸頭插入深度檢測元件均為市售產品。其中智能控制中心2和執(zhí)行單元電路、三相觸頭電壓采集信號輸出電路的元、器件也均為市售產品。本發(fā)明的智能通信斷路器具有:在微電網運行環(huán)境中，安全可靠，使斷路器內各項參數均處于監(jiān)控狀態(tài)，無論是斷路器觸頭溫度還是真空滅弧室內觸頭磨損程度等所有參數均處于監(jiān)控之中，只要各項參數變化超過設定值，終端就會通知操作人員，從而避免了只有在斷路器發(fā)生故障后在維修或更換現(xiàn)象，杜絕了因斷路器內部故障的發(fā)生給用戶所造成的具大的經濟損失。同時，上級網斷開時，下級網還會存在電能，通過本發(fā)明的智能通信斷路器可通過多種通信方式使各級斷路器分閘，保障了斷開的線路完全處于斷開狀態(tài)，保障了維護時，線路的安全。
權利要求1.一種智能通信斷路器，其特征是，包括斷路器本體、智能模塊，智能模塊包括數據采集前端(I)、控制單元(2)、數據接收和處理單元(3)、執(zhí)行單元(4)四個部分并依次相連。
2.如權利要求1所述的一種智能斷路器，其特征在于，所述控制單元采用微電腦芯片并嵌入GPRS/3G模塊、TCP/IP協(xié)議模塊、短消息處理模塊、載波通信模塊和RS232/RS485轉換接口電路，實現(xiàn)有線和/或無線通信方式，與智能微網和上/下級網的斷路器進行通信。
3.如權利要求1所述的一種智能斷路器，其特征在于，所述執(zhí)行單元一端連控制單元的光電隔離、放大電路，另一端連斷路器本體的繼電器。
專利摘要一種智能通信斷路器，主要包括斷路器本體、智能模塊，智能模塊包括數據采集前端、控制單元、數據接收和處理單元、執(zhí)行單元四個部分并依次相連。實現(xiàn)運行參數和狀態(tài)檢測以及各斷路器位置的顯示并實現(xiàn)與外部監(jiān)控終端進行數據傳輸和遠程監(jiān)控，同時監(jiān)控終端實現(xiàn)對相關智能通信斷路器進行遙控，下級網斷路器對上級網斷路器配合實行相應的動作。應用于智能電網，特別是智能微網運行環(huán)境。
文檔編號H02J13/00GK202978424SQ20122057381
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月4日 優(yōu)先權日2012年11月4日
發(fā)明者張恩理, 婁志林, 賀雪平 申請人:湖南天利恩澤太陽能科技有限公司