CN101710737A

CN101710737A - 母线智能控制系统

Info

Publication number: CN101710737A
Application number: CN200910232788A
Authority: CN
Inventors: 李飞; 陈晓艳
Original assignee: Zhenjiang Siemens Bus Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Siemens Bus Co Ltd
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2010-05-19

Abstract

本发明涉及一种母线智能控制系统，属于配电自动控制技术领域。该系统由母线干线系统和智能型成套设备组成，母线干线系统由一组母线干线单元以及母线分接单元构成，母线分接单元通过母排桩头与相应的母线干线单元电连接；智能型成套设备主要由监测传感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收发器组成；监测传感器件包括电流互感器、电压测量仪、温度传感器；电流互感器、电压测试仪以及温度传感器的输出端分别接CPU的对应信号输入端，CPU的通讯端通过CAN控制器、CAN收发器接与上位机相连通的CAN总线，控制输出端接所述电动开关的受控端。本发明将母线槽技术和智能电网相有机结合，实现了对配电系统进行自动控制的功能。

Description

母线智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种母线控制系统，尤其是一种母线智能控制系统，属于配电自动控制技术领域。

背景技术

智能建筑的概念上世纪末诞生于美国。第一幢智能大厦于1984年在美国哈特福德(Hartford)市建成。我国于90年代才起步，但迅猛发展的势头令世人瞩目。

智能建筑是信息时代的必然产物，其智能化的程度随科学技术的发展而逐步提高。作为智能建筑物中最重要的能源——电，智能化电气管理系统的开发与应用必不可少。现代工业技术的发展对配电系统运行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微处理器技术的广泛应用及计算机系统可靠性的大幅度提高，使智能化电器元件得到快速发展，智能化电气管理系统应运而生。相对于6kV及以上中高压系统的综合保护及系统监控(SCADA系统)的发展及其在电力系统中的应用，作为直接面向终端用户的开关设备，其智能化研究与应用起步较晚。现有不少应用于低压的智能化监控系统基本上是在SCADA系统基础上进行修改，可以满足基本的监控功能，但不能充分体现低压电气系统的特点及要求。上世纪80年代以来，国际上的知名大公司先后推出了几种工业现场总线和现场通讯协议，这为智能化配电系统的发展提供了更高级的技术平台。

母线槽作为变压器与配电柜之间的输电设备或配电柜与负载之间的配电设备而被广泛使用。随着我国经济建设的飞速发展，对母线槽的需求在不断加大。母线槽行业的发展特别迅速，母线槽产品正朝着高性能、高质量、多品种的方向发展。如何将母线槽技术和智能电网相有机结合，已成为目前该行业需要解决的关键问题。

检索发现，申请号为200710043495.6的中国专利申请公开了一种用于楼宇智能控制系统的总线电缆，采用四芯结构，缆芯是由红-黑、黄-白的两对线，对绞线绞合而成；两对线中一线对既用于传输系统直流24V电源，又传递数字信号，另一线对作备用线对；该专利申请虽然提及了总线电缆用于楼宇通断、控制、监测和信号信息的传输，但并未给出具体的实现方案。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种通过对母线槽的监测实现对配电系统自动控制的母线智能控制系统，从而保证电网运行安全。

为了达到以上目的，本发明的母线智能控制系统由母线干线系统和智能型成套设备组成，所述母线干线系统由一组相互之间通过母线槽连接器电连接的母线干线单元以及由各母线干线单元分支的母线分接单元构成，所述母线分接单元通过其中受控于电动开关的母排桩头与相应的母线干线单元电连接；其特征在于：所述智能型成套设备主要由监测传感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收发器组成；所述监测传感器件包括与所述母排桩头耦合的电流互感器、与所述母排桩头并联的电压测量仪，以及安置在邻近母线槽连接器(节点)的温度传感器；所述电流互感器、电压测试仪以及温度传感器的输出端分别接CPU的对应信号输入端，用以分别将相应母线分接单元的供电电流、电压以及邻近母线槽连接器(节点)的温度监测信息传递给CPU；所述CPU的通讯端通过CAN控制器以及CAN收发器接与上位机相连通的CAN总线，用以实现远程集中监控；所述CPU的控制输出端接所述电动开关的受控端，用以根据接收到的上位机指令，控制相应分接单元母排桩头的通断。

由于本发明根据现场情况在母线槽节点处安装温度传感器，在分接单元母排桩头上耦合连接电流互感器、以及电压测试仪(也可以采用多功能电表)，并通过CPU与CAN总线实现数据交换，因此上位机可实时采集处理各母线干线单元和分接单元的数据，并将控制信号反馈给分接单元的单片机，以控制相应部位的电动开关设备动作，从而起到在线故障监控的作用。由此可见，本发明将母线槽技术和智能电网相有机结合，实现了对配电系统进行自动控制的功能。此外，与现有技术相比，本发明还具有以下显著优点：

1、节省硬件投资。与总线通讯的各智能型成套设备合理分布在现场，能直接执行控制和运算功能，减少了大量的变送器、调节器、计算单元等，节省了可观的硬件投资。

2、节省安装费用。现场总线系统的接线十分简单，一条通信总线上可挂接几个甚至上百个智能型成套设备，因此节省了安装附件，安装工作量以及设计及接线校对的工作量也大大减少。

3、减少维护费用。由于现场智能型成套设备具有自诊断及一定的故障处理能力，并通过数字通信将相关信息送往总控制室，因此用户可实时监测及查询所有设备的运行状况，及时了解维护信息，便于早期分析与排除故障，缩短维护停工时间

4、提高了测量数据的准确性和可靠性。现场智能型成套设备的智能化和数字化，从根本上提高了测量与控制的精确度。

5、对现场环境有良好的适应性。工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境工作而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的原理框图。

图2为图1实施例的电流电压监测部分电路原理图。

图3为图1实施例的温度传感电路原理图。

图4为图1实施例的监控通讯装置电路原理图。

具体实施方式

本实施例的母线智能控制系统如图1、图2、图3、图4所示，由母线干线系统和智能型成套设备组成。母线干线系统如图2所示，由一组相互之间通过母线槽连接器电连接的母线干线单元L1\L2\L3\N以及由各母线干线单元分支的母线分接单元U\V\W构成。母线分接单元通过其中受控于电动开关QF的母排桩头与相应的母线干线单元电连接。

如图1所示，智能型成套设备主要由监测传感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收发器组成。如图2所示，监测传感器件包括与母排桩头耦合的三项电流互感器1TA\2TA\3TA、与母排桩头通过1A601\1B601\1C601并联的带电压测量仪的多功能电表PM，以及安置在邻近母线槽连接器节点的温度传感器(参见图3)。

本实施例中，电流互感器接多功能电表PM(SENTRON PAC3200)，因此电流测量值和各相间电压值可以数字形式显示在多功能电表的显示屏上。同时该多功能表通过其PROFIBUS接口，以串行通讯方式与智能型成套设备中的CPU通讯交换，从而实现所述电流互感器、电压测试仪的输出端分别接CPU的对应信号输入端，用以分别将相应母线分接单元的供电电流、电压监测信息传递给CPU。

本实施例中的温度传感器采用数字式温度传感器(型号DS18B20)，该传感器遵循单线协议，可以与CPU进行双向通信，出厂时具有唯一的64位序列号，因此一条总线上可同时挂接多个DS18B20。本实施例通过挂接多个温度传感器的74LS244驱动器(参见图3)实现各温度传感器的输出端接CPU的对应信号输入端，用以分别将母线槽连接器各节点的温度监测信息传递给CPU。

如图4所示，本实施例智能型成套设备的CPU采用具有64KB的寻址空间AT89C51型单片机，其本身不带CAN控制器。所以要实现与CAN总线之间的通信需外加CAN控制器和CAN驱动器。本实施例中采用SJA1000型CAN总线通信控制器和AT82C250型CAN总线驱动器。

AT89C51的通讯端通过SJA1000CAN控制器以及AT82C250CAN收发器接与上位机相连通的CAN总线，用以实现远程集中监控。CPU的控制输出端接所述电动开关的受控端，用以根据接收到的上位机指令，控制相应分接单元母排桩头的通断。

AT89C51负责SJA1000的初始化，控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。SJA1000的AD0-AD7连接到AT89C51的P0口，CS连接到AT89C51的P2.7。P2.7为0时，CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的RD、WR、ALE分别与AT89C51的相应引脚相连，SJA1000的INT接AT89C51的INT1，AT89C51也可通过中断方式访问SJA1000。

CAN总线可以使用多种物理介质，例如双绞线和光纤等。该发明采用双绞线。信号以差分电压传送，2条信号线为CAN_H和CAN_L，静态时为2.5V，此时状态表示逻辑″1″，也叫做″隐性″。CAN_H比CAN_L高，表示逻辑″0″，称为″显性″，此时CAN_H＝3.5V，CAN_L＝1.5V。为了增强总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不直接与82C250的TXD和RXD相接，而是通过6N137与AT82C250相接，即CAN控制器和CAN收发器之间通过高速光电耦合器耦合连接，这样很好地实现了总线上各节点间的电气隔离，使其具有良好的抗干扰性。此外，光电耦合器的2个电源VCC和VDD也相互隔离。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块实现。这虽然增加了接口电路的复杂性，但却提高了节点的稳定性和安全性。

本实施例智能型成套设备中AT82C250与CAN总线之间也采取了一定的安全和抗干扰措施，其CANH引脚和CANL引脚各自通过1只5Ω的限流电阻与总线相连，电阻器可起到一定的限流作用，保护AT82C250免受过电流冲击。CANH和CANL与地之间并联了2只30pF的滤波小电容，可以滤除总线上的高频干扰并具有一定的防电磁辐射能力。另外，在2条CAN总线输入端与地之间分别接了1个防雷击管，当2个输入端与地之间出现瞬变干扰时，防雷击管的放电起到一定的保护作用。AT82C250的RS引脚接1只斜率电阻器，其阻值的大小可根据总线通信速度适当调整，一般在16kΩ-140kΩ之间。

CPU的控制输出端接电动开关QF的受控端，因此可以根据接收到的上位机指令，控制相应分接单元母排桩头的通断。

PLC控制模块作为上位机通过CAN接口适配卡与CAN总线相连，进行数据交换。通过双绞线把PLC和各智能型成套设备中AT82C250挂接在一条总线上，构成低层通信网络。总线允许其上各节点平等争用总线，从而构成具有多主节点的冗余网络结构。本实施例中，上位机采用S7-300可编程控制器，位于总控室，负责对各个下位机(AT89C51)的通信调度，将现场状态显示于触摸屏上，并可独立作出报警决策。下位机通过传感器测量监测范围(该范围视现场母线安装情况，分配各节点监控范围)内的温度、电流和各相间电压值，并同参考阈值比较，做出正常还是异常的判断。如果监测站点的数据异常，则下位机将命令该站点继续检测并上报上位机。上位机发出报警警示，同时收集每个子站的运行情况，综合分析做出最终判断(超载或传感器是否有故障)。并将控制信号反馈给子站的单片机，以控制相应部位的电动开关设备动作。这样上位机可实时处理各点数据，起到在线故障监测的作用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种母线智能控制系统，由母线干线系统和智能型成套设备组成，所述母线干线系统由一组相互之间通过母线槽连接器电连接的母线干线单元以及由各母线干线单元分支的母线分接单元构成，所述母线分接单元通过其中受控于电动开关的母排桩头与相应的母线干线单元电连接；其特征在于：所述智能型成套设备主要由监测传感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收发器组成；所述监测传感器件包括与所述母排桩头耦合的电流互感器、与所述母排桩头并联的电压测量仪，以及安置在邻近母线槽连接器的温度传感器；所述电流互感器、电压测试仪以及温度传感器的输出端分别接CPU的对应信号输入端，用以分别将相应母线分接单元的供电电流、电压以及邻近母线槽连接器的温度监测信息传递给CPU；所述CPU的通讯端通过CAN控制器以及CAN收发器接与上位机相连通的CAN总线，用以实现远程集中监控；所述CPU的控制输出端接所述电动开关的受控端，用以根据接收到的上位机指令，控制相应分接单元母排桩头的通断。

2.根据权利要求1所述的母线智能控制系统，其特征在于：所述CAN控制器和CAN收发器之间通过光电耦合器耦合连接。

3.根据权利要求2所述的母线智能控制系统，其特征在于：所述电压测量仪位于多功能电表中，所述电流互感器和电压测量仪通过多功能电表与所述CPU的对应信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的母线智能控制系统，其特征在于：所述温度传感器具有一组，通过挂接的驱动器接CPU的对应信号输入端。

5.根据权利要求4所述的母线智能控制系统，其特征在于：所述智能型成套设备通过限流电阻接入CAN总线，所述CAN总线与地之间并联有滤波电容器。

6.根据权利要求5所述的母线智能控制系统，其特征在于：所述CAN总线的输入端与地之间接有防雷击管。