專利名稱：一種智能通信斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斷路器，尤其涉及一種智能微網(wǎng)運行環(huán)境中的可進(jìn)行運行參數(shù)、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(wǎng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在智能微網(wǎng)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(wǎng)斷路器斷開時，下級網(wǎng)絡(luò)還會存在電能，當(dāng)線路需要維護(hù)時，會帶來很大的安全隱患。在智能微電網(wǎng)中，需要經(jīng)常了解斷路器的參數(shù)情況，以便能夠預(yù)防性的作出相關(guān)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(yīng)智能微網(wǎng)運行環(huán)境，微網(wǎng)中各部分根據(jù)不同條件選擇合適的通信方式并進(jìn)行分級通信后傳輸?shù)奖O(jiān)控終端。
發(fā)明內(nèi)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(shù)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時監(jiān)控終端實現(xiàn)對相關(guān)智能通信斷路器進(jìn)行遙控，下級網(wǎng)斷路器對上級網(wǎng)斷路器配合實行相應(yīng)的動作。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)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(shù)據(jù)采集前端(I)、控制單元(2)、數(shù)據(jù)接收和處理單元(3)、執(zhí)行單元(4)四個部分并依次相連。進(jìn)一步，所述斷路器本體包括觸頭，所述數(shù)據(jù)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(jìn)行檢測。進(jìn)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(zhuǎn)換接口電路，實現(xiàn)有線和/或無線通信方式，與智能微網(wǎng)和上/下級網(wǎng)的斷路器進(jìn)行通信。進(jìn)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(diào)度指令通過控制單元經(jīng)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(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)接收和處理單元的下級網(wǎng)斷路器接收上級網(wǎng)斷路器合、分閘信號，使其進(jìn)行相應(yīng)的動作。所述數(shù)據(jù)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(jìn)行檢測，通過采集處理成標(biāo)準(zhǔn)信號后送入微電腦芯片上，再經(jīng)預(yù)處理、通信及命令處理等相關(guān)處理之后再選擇相應(yīng)的通信模塊及對應(yīng)的接口與外部監(jiān)控終端通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、處理和遠(yuǎn)程監(jiān)控及調(diào)度，外部監(jiān)控終端通過發(fā)送指令給控制單元相應(yīng)的通信模塊，經(jīng)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(jìn)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(jīng)通信處理后的標(biāo)準(zhǔn)信號，通過相應(yīng)的通信模塊，同時與下一級斷路器進(jìn)行通信，下一級斷路器接收信號后，根據(jù)上一級斷路器的合、分閘狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的動作。前述智能斷路器，其中數(shù)據(jù)采集單元I設(shè)置的通過數(shù)字溫度傳感器檢測的斷路器觸頭的溫度1\±、1'0、13±、1'0、1'?！馈?'0直接與微電腦芯片相連；通過進(jìn)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(guān)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(jīng)光耦后送入微電腦芯片上，通過控制單元的相應(yīng)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(shè)置的微電腦芯片采用ATMAL公司的8位單片機(jī)AT89C51，內(nèi)含128KFLASH，SKARM，開發(fā)中充分利用AT89C51集成度高、模塊功能強(qiáng)的優(yōu)點，裝置的軟件存放在片內(nèi)大容量FLASHEEPR0M，片內(nèi)RAM存放實時數(shù)據(jù)、程序中變量等，EEPROM內(nèi)存放定值。數(shù)據(jù)、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(kuò)展并行接口的設(shè)備。PO 口作為開關(guān)量I的接口，P3.4和P3.5 口驅(qū)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(yuǎn)方對定值修改和對回路巡檢。增強(qiáng)的定時器模塊可用來產(chǎn)生能精確到微秒級的中斷，同時使用內(nèi)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(shè)置的TCP/IP協(xié)議模塊是一個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議套件，可以用分層模型來描述。數(shù)據(jù)打包處理數(shù)據(jù)時，每一層把自己的信息添加到一個數(shù)據(jù)頭中，而這個數(shù)據(jù)頭又被下一層中的協(xié)議包裝到數(shù)據(jù)體中。數(shù)據(jù)解包處理程序接收到通信數(shù)據(jù)時，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)頭剝離，并把數(shù)據(jù)包的其余部分當(dāng)作數(shù)據(jù)體對待。使用EEPROM可以將IP地址、PPP協(xié)議等參數(shù)保存在里面。單片機(jī)復(fù)位后首先調(diào)取這些數(shù)據(jù)以初始化網(wǎng)絡(luò)。單片機(jī)主要完成采集數(shù)據(jù)的打包，通過通信模塊，將數(shù)據(jù)輸出到網(wǎng)絡(luò)中。前述智能斷路器，其中控制單元2設(shè)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(nèi)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(shù)據(jù)傳輸，同時相應(yīng)的接口還可實現(xiàn)通過電話線和光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GPRS無線Modem連入GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)并和監(jiān)控終端建立連接后，監(jiān)控終端發(fā)送數(shù)據(jù)處理命令給GPRS/3G數(shù)據(jù)采集終端，GPRS/3G數(shù)據(jù)采集終端接收到命令后，通過RS232數(shù)據(jù)總線對斷路器進(jìn)行通信，采集微電腦芯片中存儲的數(shù)據(jù)信息，通過GPRS無線Modem內(nèi)置的協(xié)議處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝，然后實時發(fā)送到GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包經(jīng)由GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳遞到Internet，再通過ADSL或撥號網(wǎng)絡(luò)或固定網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控終端。該系統(tǒng)還可通過短消息的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)系統(tǒng)信號不好、網(wǎng)絡(luò)連接不暢通或者不在GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)，不能進(jìn)行GPRS/3G傳輸時，采用短消息的方式，作為GPRS/3G數(shù)據(jù)傳輸?shù)难a(bǔ)充。另外當(dāng)監(jiān)控終端主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(IP地址或端口號)改變，GPRS/3G模塊無法找到數(shù)據(jù)處理下機(jī)時，以短消息的方式通知數(shù)據(jù)采集終端修改GPRS/3G模塊的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，重新建立新的連接。前述智能斷路器，其中控制單元2設(shè)置的載波通信模塊采用AT89C51作為微控制器，電力線載波調(diào)制解調(diào)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(wǎng)絡(luò)的通信，通過兩總線實現(xiàn)模塊與其它設(shè)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(shè)備通信與控制。所有的數(shù)據(jù)幀均采用CRC校驗。AT89C51和ST7536均采用外部硬件上電復(fù)位，同時使用AT89C51的內(nèi)部看門狗功能，對AT89C51和ST7536進(jìn)行必要的復(fù)位，以防止系統(tǒng)死機(jī)造成網(wǎng)絡(luò)通信中斷。多路選擇開關(guān)采用CD4052，通過其進(jìn)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(zhuǎn)換接口電路與RS232/RS485總線相連進(jìn)行傳輸。前述智能斷路器，其中控制單元2設(shè)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(guān)信號經(jīng)光耦合放大后，通過繼電器來驅(qū)動斷路器合、分閘動作。本發(fā)明主要適應(yīng)于智能微網(wǎng)運行，在智能微網(wǎng)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(wǎng)斷路器斷開時，下級網(wǎng)絡(luò)還會存在電能，當(dāng)線路需要維護(hù)時，會帶來很大的安全隱患；同時智能微網(wǎng)運行中需知其各斷路器的合、分閘狀態(tài)和運行參數(shù)；本智能通信斷路器是在斷路器上增加了參數(shù)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(shù)狀態(tài)信息和地址發(fā)送出去，使微網(wǎng)中的終端知其各參數(shù)狀態(tài)和地址，同時通過終端發(fā)送調(diào)度指令給相關(guān)智能通信斷路器，使其做出相應(yīng)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(yīng)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(shù)據(jù)采集前端示意圖。圖3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)采集前端(I)、控制單元(2)、數(shù)據(jù)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(wǎng)的調(diào)度和智能微電網(wǎng)并、離網(wǎng)運行，同明方便對線路的維護(hù)，須知其各級相關(guān)斷路器的參數(shù)和狀態(tài)，因此需對斷路器的數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)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(dǎo)體公司的DS18B20智能數(shù)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(jīng)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(dāng)選用GPRS/3G通信時，數(shù)據(jù)采集前端采集的數(shù)據(jù)通過AT89C51芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后存儲，GPRS/3G通信模塊采集芯片的存儲數(shù)據(jù)信息，通過GPRS無線Modem內(nèi)置的協(xié)議處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝，然后通過SGSN實時發(fā)送到GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包經(jīng)由GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳遞到Internet，再通過ADSL或撥號網(wǎng)絡(luò)或固定網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控終端；經(jīng)數(shù)據(jù)接收、處理后，監(jiān)控終端發(fā)送數(shù)據(jù)處理命令給GPRS/3G數(shù)據(jù)采集終端，GPRS/3G數(shù)據(jù)采集終端接收到命令后，數(shù)據(jù)解包處理程序?qū)邮盏臄?shù)據(jù)進(jìn)行剝離處理后，通過RS232數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)紸T89C51芯片進(jìn)行預(yù)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(guān)信號經(jīng)光耦Gl和運算放大G2處理后通過繼電器J驅(qū)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(shù)據(jù)處理命令通過GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较录壘W(wǎng)斷路器的接收模塊，使其下級網(wǎng)斷路器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)處理命令進(jìn)行相關(guān)分、合閘動作。當(dāng)系統(tǒng)信號不好、網(wǎng)絡(luò)連接不暢通或者不在GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)，不能進(jìn)行GPRS/3G傳輸時，該系統(tǒng)還可通過短消息的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，作為GPRS/3G數(shù)據(jù)傳輸?shù)难a(bǔ)充。另外當(dāng)監(jiān)控終端主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(IP地址或端口號)改變，GPRS/3G模塊無法找到數(shù)據(jù)處理下機(jī)時，以短消息的方式通知數(shù)據(jù)采集終端修改GPRS/3G模塊的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，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(dāng)選用載波通信時，采用專用芯片ST7536的調(diào)制解調(diào)器通過型號為TLP521光耦隔離經(jīng)美信公司的MAX232驅(qū)動芯片驅(qū)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(shù)據(jù)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(diào)制到電力線上(如圖六)，通過電力線把調(diào)制好的信號傳輸?shù)奖O(jiān)控終端的載波通信模塊上。經(jīng)監(jiān)控終端對數(shù)據(jù)處理后，發(fā)送數(shù)據(jù)處理命令，經(jīng)終端的電力接口電路處理后，載波信號通過電力線傳輸?shù)较嚓P(guān)智能通信斷路器的載波通信模塊上，再經(jīng)耦合電路隔離和預(yù)放大后傳輸?shù)絊T7536芯片的接收端(RAI)。然后通過RS232串口通信至AT89C51芯片，經(jīng)預(yù)處理后傳輸一個開關(guān)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(qū)動斷路器本體進(jìn)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?shù)较录壘W(wǎng)斷路器的載波通信模塊上，同上原理對其進(jìn)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(guān)進(jìn)行對RS232/RS485總線通信的選擇，使其通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換接口電路進(jìn)行與其它設(shè)備的通信。通過電力載波實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的通信，通過兩總線實現(xiàn)模塊與其它設(shè)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收。同時，還提供了 RS485總線接口方便與相應(yīng)的通信模塊接口相連。實現(xiàn)了多種方式通信和整個網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)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(chǎn)品。本發(fā)明的智能通信斷路器具有:在微電網(wǎng)運行環(huán)境中，安全可靠，使斷路器內(nèi)各項參數(shù)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(nèi)觸頭磨損程度等所有參數(shù)均處于監(jiān)控之中，只要各項參數(shù)變化超過設(shè)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(nèi)部故障的發(fā)生給用戶所造成的具大的經(jīng)濟(jì)損失。同時，上級網(wǎng)斷開時，下級網(wǎng)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(hù)時，線路的安全。
權(quán)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(shù)據(jù)采集前端(I)、控制單元(2)、數(shù)據(jù)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(quán)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(zhuǎn)換接口電路，實現(xiàn)有線和/或無線通信方式，與智能微網(wǎng)和上/下級網(wǎng)的斷路器進(jìn)行通信。
3.如權(quán)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(shù)據(jù)采集前端、控制單元、數(shù)據(jù)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(shù)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時監(jiān)控終端實現(xiàn)對相關(guān)智能通信斷路器進(jìn)行遙控，下級網(wǎng)斷路器對上級網(wǎng)斷路器配合實行相應(yīng)的動作。應(yīng)用于智能電網(wǎng)，特別是智能微網(wǎng)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(quán)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