智能電器現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　0 引言

　　電器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門(mén)和國(guó)防領(lǐng)域均占有非常重要的位置，起著不可或缺的作用。電器的主要發(fā)展趨勢(shì)是高性能、高可靠、小型化、電子化、數(shù)字化、組合化、集成化、多功能化、智能化及可通信化/網(wǎng)絡(luò)化，其核心是智能化和網(wǎng)絡(luò)化。隨著現(xiàn)代信息電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多學(xué)科交叉和融合，電器逐漸向智能化發(fā)展，出現(xiàn)了各種智能電器。

　　1 智能電器定義及組成

　　1.1 智能電器的定義

　　關(guān)于智能電器的定義或闡釋已有很多，如：智能電器是指能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)、環(huán)境及控制要求的變化，始終處于最佳運(yùn)行工況的電器。這里從構(gòu)成智能電器的核心部件及其功能出發(fā)， 給出智能電器的定義：智能電器是以微控制器/微處理器為核心，除具有傳統(tǒng)電器的切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)功能外，還具有顯示、外部故障和內(nèi)部故障診斷與記憶、運(yùn)算與處理以及與外界通信等功能的電子裝置。

　　智能電器的核心部件為微控制器/微處理器，與傳統(tǒng)電器相比，智能電器的功能有“質(zhì)”的飛躍；智能電器是電子裝置，而傳統(tǒng)電器是電氣設(shè)備。具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口以實(shí)現(xiàn)可通信/網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代智能電器的重要特征和主要發(fā)展趨勢(shì)。

　　1.2 智能電器的組成

　　圖1 給出了典型智能電器的組成。由圖1 可見(jiàn)，典型智能電器的輸入可以是電壓信號(hào)、電流信號(hào)(模擬信號(hào))，也可以是數(shù)字信號(hào)，(對(duì)于非電輸入信號(hào)須轉(zhuǎn)換成電信號(hào))；模擬信號(hào)經(jīng)變換器和調(diào)理電路變換、處理后送給A/D 轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)一般須經(jīng)過(guò)隔離、處理后再送給微控制器/微處理器；微控制器/微處理器是智能電器的核心部件(如上所述)；為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，須有鍵盤(pán)電路、打印接口電路、顯示與報(bào)警電路，這些電路受人機(jī)接口管理單元的管理/控制；為實(shí)現(xiàn)外部故障和內(nèi)部故障的記憶或事件記錄功能須有時(shí)鐘電路(一般應(yīng)有電池備用供電，圖中未畫(huà)出)；電平信號(hào)、觸點(diǎn)信號(hào)/動(dòng)作信號(hào)均為由微控制器/微處理器控制的輸出數(shù)字信號(hào)；RS232/RS485 總線接口是簡(jiǎn)單的串行通信接口，也是多數(shù)智能電器配置的信息交換接口，現(xiàn)場(chǎng)總線接口是通過(guò)總線控制器和總線收發(fā)器提供的，總線控制器和總線收發(fā)器之間一般有光電隔離電路(圖中未畫(huà)出)。

　　有些微控制器/微處理器中集成了A/D 轉(zhuǎn)換器、大容量的RAM、ROM 乃至總線控制器，則此時(shí)圖1 框圖可得到簡(jiǎn)化；當(dāng)人機(jī)交互功能比較強(qiáng)大時(shí)， 圖1 的人機(jī)接口管理單元即為一個(gè)單獨(dú)的微控制器/微處理器(這也是智能電器的一種比較典型的配置)，此時(shí)該微控制器/微處理器也可能會(huì)承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)總線通信任務(wù)。

　　2 智能電器現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外電器產(chǎn)品和研究動(dòng)態(tài)來(lái)看，智能電器具有以下發(fā)展趨勢(shì)：

　　2．1 智能電器產(chǎn)品化：將智能電器制成相對(duì)獨(dú)立的通用性產(chǎn)品，使其適用范圍不僅限于開(kāi)關(guān)、保護(hù)作用。20 世紀(jì)末,國(guó)際上一些著名的大公司基于CPU 技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展,紛紛推出新一代的智能型可通信的低壓斷路器,比如施耐德公司的M、MT 開(kāi)關(guān),西門(mén)子公司的3WL/3VL斷路器,ABB 公司的F、Emax 等系列低壓斷路器。西門(mén)子公司推出的新一代斷路器SENTRON WL/VL 較以前產(chǎn)品有了很大的提高。特別是在網(wǎng)絡(luò)連接方面,具有Profibus-DP、Cubicle BUS、以太網(wǎng)、RS-232C 等多種總線接口(Cubicle BUS 為斷路器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線)。西門(mén)子通過(guò)模塊化結(jié)構(gòu)和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線使SENTRON 可以方便靈活地配置和減少內(nèi)部接線。施耐德公司的Masterpct 系列斷路器支持Modbus 和BatiBUS,同時(shí)還提供用于連接Profibus 和以太網(wǎng)的外置網(wǎng)絡(luò)模塊。

　　2．2 智能電器電子化：隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能電器的控制能力越來(lái)越強(qiáng)，將從常規(guī)的電壓、電流、功率等電參數(shù)的智能化監(jiān)測(cè)與控制方面， 發(fā)展到對(duì)諸如觸頭材料磨損、滅弧室溫升等非參數(shù)的監(jiān)測(cè)Lj 控制等方面。

[$page]　　2．3 智能和通信化：電器中采用微處理器，從而具有應(yīng)用軟件，這樣在硬件不變的情況下具備較大的適用性和升級(jí)能力，在電器中加入相關(guān)的監(jiān)測(cè)、判斷和通信等芯片或電路，使電器的各種狀態(tài)和工作參數(shù)能通過(guò)傳輸媒質(zhì)(如現(xiàn)場(chǎng)總線、串口線等)與線路的其他電器設(shè)備進(jìn)行信息交流，以適應(yīng)當(dāng)前電器設(shè)備智能及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)。目前一些主要斷路器廠商雖然尚未在自己的產(chǎn)品中支持以太網(wǎng)技術(shù),但都為用戶提供連接以太網(wǎng)的解決方案,大多采用協(xié)議轉(zhuǎn)接方法對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行支持。西門(mén)子公司主推Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線,斷路器產(chǎn)品通過(guò)通信模塊連接至Profibus 總線,然后通過(guò)Profibus 網(wǎng)絡(luò)的主站連接至以太網(wǎng)。斷路器附件BDA(斷路器數(shù)據(jù)適配器)則起到遠(yuǎn)程/就地調(diào)校工作,不用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控通信場(chǎng)合。施耐德公司通過(guò)EGX 或CM4000+ECC 實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議與TCP/IP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

　　在我國(guó)，電器通信的要求可體現(xiàn)為遙測(cè)、遙控、遙訊和遙調(diào)，這距離網(wǎng)絡(luò)化還有很大的差距。我國(guó)低壓斷路器的可通信技術(shù)這幾年也有了長(zhǎng)足的發(fā)展,以上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司為主的研究機(jī)構(gòu)正致力于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。常熟開(kāi)關(guān)制造有限公司成功地運(yùn)用Modbus、Profibus、DeviceNet等總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低壓CW