CN105811586B - 一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压断路器，尤其涉及一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法。包括断路器壳体，所述的断路器壳体中设有电源模块、传感器模组、电磁操纵机构、触头系统和嵌入式控制芯片，所述的电源模块分别与传感器模组、嵌入式控制芯片相连接。一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法，结构紧凑，实现远程自动化控制，提高操作精度。

Description

一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种低压断路器，尤其涉及一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法。

背景技术

断路器是电力系统中最重要的开关电器设备之一,主要用于线路的接通、分断和对系统中各种故障进行保护,在供电和配电系统中起着开断和闭合正常线路或故障线路的作用。现今,随着我国电力工业的发展和用电量的猛增,低压电网对断路器的要求也越来越高，传统断路器对电路的检测精度不够、智能化程度不高、不具有网络化功能、无法进行远程监控与控制等问题越发凸显。

目前市场上常见的低压断路器属于第二代断路器产品，断路器的保护功能的实现是利用了某些物理效应，通过机械系统的动作来实现的，不仅体积较大而且效果也不够理想。为了防止用电设备发生故障时影响整个供电线路,以及在供电网络出现异常时损坏用电设备,在传统断路器的基础上逐步开发出更可靠的和具有更多保护功能的断路器。例如,具有短路保护、热保护、漏电保护、缺相保护等功能的断路器。早期的低压断路器脱扣器是电磁式过电流脱扣器,该脱扣器功能简单,只能完成瞬时保护,在此基础上又逐步出现了带有过载延时、短路延时功能的脱扣器。虽然我国低压断路器领域新产品众多，但市场上现有的各种断路器仍无法满足现今我国电网建设的需求。

随着微电子技术的发展，现今高精密传感器已可做到模块化，传感器模块可实时获取电路中各种参数，各种参数可以通过统一的数据总线传输至嵌入式处理系统。嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术，可以将数据总线传来的信息进行处理，或经由物联网系统传输至上位控制中心。物联网技术是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种新兴网络技术，通过物联网技术可以实现对物体的实时管理和控制，实时连接任何需要监控、互动的物体，采集各种需要的信息，通过多种方法实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，低压断路器既有更优秀的电路保护功能,又可实现配电系统对区域联锁、远方控制、在线调试等功能，是一种集保护、测量、监控等多功能于一体的智能化模块化网络化断路器设备的一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于物联网的智能模块化低压断路器，包括断路器壳体，所述的断路器壳体中设有电源模块、传感器模组、电磁操纵机构、触头系统和嵌入式控制芯片，所述的电源模块分别与传感器模组、嵌入式控制芯片相连接；

所述的传感器模组的一端设在断路器壳体的插槽内，传感器模组的一端设与嵌入式控制芯片相连接；所述的传感器模组包括过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块和热传感器模块，所述的过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块和热传感器模块呈并联分布；

所述的电磁操纵机构随导轨滑动控制触头系统。

作为优选，所述的断路器壳体中设有与嵌入式控制芯片相连接的空传感器接口，所述的空传感器接口的数量为4个。

一种基于物联网的智能模块化低压断路器的操作方法，按以下步骤进行：

（1）、组装：

将电源模块、传感器模组、电磁操纵机构、触头系统和嵌入式控制芯片装至断路器壳体中，传感器模组中的过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块和热传感器模块呈并联分布，传感器模组的一端通过传感器电源线与嵌入式控制芯片相连接，传感器模组的另一端通过IIC线与嵌入式控制芯片相连接，嵌入式控制芯片与区域物联网网关相连接，区域物联网网关通过控制中心控制，嵌入式控制芯片与电磁操纵机构相连接；

（2）、分析控制：

使用由继电器控制的电磁操纵机构控制断路器触头系统触点的通断，针对发生不同电路故障设置了对应的传感器模块，分别为过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块、热传感器模块，当发生相应的电路故障时，传感器模组接收信号，并将信号通过IIC总线传输至嵌入式控制芯片，信号经由嵌入式系统软件进行处理并将电路的实时信息经由区域物联网网关传输至控制中心，电磁操纵机构在接收指令后进行动作，动作完毕后向嵌入式控制系统发送反馈信号，以确认动作是否顺利完成，实现保护功能；

并且还预设了4个传感器模块插槽，一方面可以实现当其他插槽损坏后作为备选之用，提高了可靠性要求；另一方面这几个预设传感器模块插槽还可以根据用户的需求实现其他的控制、保护的功能，应用性更强；

嵌入式控制芯片对断路器各种功能的控制参数经由物联网远程设定和修改；物联网技术利用局部网络或互联网等通信技术把传感器模组、控制中心以及机器、人员和物通过联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化，用户根据自己的需求在嵌入式控制芯片中写入程序，并经由物联网在控制中心远程操控，方便快捷，灵活性变通性更强；

电源模块内部内置蓄电池，当电子设备在电路正常时，会自动使用电路上的交流电经电源模块变压整流后供电，当电路出现故障时，启动蓄电池进行供电，防止断路器在电路突发故障情况下因供电不足而无法工作；

（3）、指令操作：

嵌入式控制芯片通过4G或WIFI把传感器模组的信号向区域物联网网关传递，同时发出让电磁操纵机构工作的指令；区域物联网网关传递信号给控制中心；嵌入式控制芯片与传感器模组的电源由电源模块提供，电源模块内置有蓄电池，当且仅当电源断电时，蓄电池工作，其余情况蓄电池不工作，电由大电源提供；当工作线路出现过电流、欠电压、过热现象时，信号通过信号线传递给相应的传感器模块，相应的传感器模块将信号通过IIC总线传给嵌入式控制芯片，嵌入式控制芯片将指令传递给具有独立电源的电磁操纵机构，电磁操纵机构工作使触头系统分离，起到断路保护的作用；

所有区域的物联网网关都可以传递信号给控制中心，每个区域的物联网网关通过WIFI或4G监控这各个工位的断路器节点，每个断路器节点以嵌入式芯片为中心，通过各式传感器在前方监测反馈信号来自动控制电磁操纵机构的动作。

本发明解决了现有断路器对电路的检测精度不够、智能化程度不高、不具备网络化功能的问题。采用多传感器模块技术、嵌入式系统技术、物联网技术共同工作，每个低压断路作为一个物联网节点，实现了电路信息高精度检测，电路故障快速响应，电路信息实时传输，电路故障远程诊断、电路节点远距离操作等功能。提高了断路器的响应速度与可靠性，并可以实现断路器的远程、智能化控制。当装备有该断路器的低压电路系统出现故障时,各断路器节点间配合动作,以快速切除系统中的故障部分，防止故障扩大,保证设备与人身的安全。

因此，本发明一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法，结构紧凑，实现远程自动化控制，提高操作精度。

附图说明

图1是本发明的结构简图；

图2是本发明的控制原理简图；

图3是本发明作为物联网节点的物联网结构简图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图1、图2和图3所示，一种基于物联网的智能模块化低压断路器，包括断路器壳体1，所述的断路器壳体1中设有电源模块2、传感器模组、电磁操纵机构3、触头系统4和嵌入式控制芯片5，所述的电源模块2分别与传感器模组、嵌入式控制芯片5相连接；

所述的传感器模组的一端设在断路器壳体1的插槽内，传感器模组的一端设与嵌入式控制芯片5相连接；所述的传感器模组包括过电流传感器模块6、欠电压传感器模块7、分励传感器模块8和热传感器模块9，所述的过电流传感器模块6、欠电压传感器模块7、分励传感器模块8和热传感器模块9，呈并联分布；

所述的电磁操纵机构3随导轨滑动控制触头系统4。

所述的断路器壳体1中设有与嵌入式控制芯片5相连接的空传感器接口10，所述的空传感器接口10的数量为4个。

一种基于物联网的智能模块化低压断路器及其操作方法，按以下步骤进行：

（1）、组装：

将电源模块、传感器模组、电磁操纵机构、触头系统和嵌入式控制芯片装至断路器壳体中，传感器模组中的过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块和热传感器模块呈并联分布，传感器模组的一端通过传感器电源线与嵌入式控制芯片相连接，传感器模组的另一端通过IIC线与嵌入式控制芯片相连接，嵌入式控制芯片与区域物联网网关相连接，区域物联网网关通过控制中心控制，嵌入式控制芯片与电磁操纵机构相连接；

（2）、分析控制：

使用由继电器控制的电磁操纵机构控制断路器触头系统触点的通断，针对发生不同电路故障设置了对应的传感器模块，分别为过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块、热传感器模块，当发生相应的电路故障时，传感器模组接收信号，并将信号通过IIC总线传输至嵌入式控制芯片，信号经由嵌入式系统软件进行处理并将电路的实时信息经由区域物联网网关传输至控制中心，电磁操纵机构在接收指令后进行动作，动作完毕后向嵌入式控制系统发送反馈信号，以确认动作是否顺利完成，实现保护功能；

并且还预设了4个传感器模块插槽，一方面可以实现当其他插槽损坏后作为备选之用，提高了可靠性要求；另一方面这几个预设传感器模块插槽还可以根据用户的需求实现其他的控制、保护的功能，应用性更强；

嵌入式控制芯片对断路器各种功能的控制参数经由物联网远程设定和修改；物联网技术利用局部网络或互联网等通信技术把传感器模组、控制中心以及机器、人员和物通过联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化，用户根据自己的需求在嵌入式控制芯片中写入程序，并经由物联网在控制中心远程操控，方便快捷，灵活性变通性更强；

电源模块内部内置蓄电池，当电子设备在电路正常时，会自动使用电路上的交流电经电源模块变压整流后供电，当电路出现故障时，启动蓄电池进行供电，防止断路器在电路突发故障情况下因供电不足而无法工作；

（3）、指令操作：

嵌入式控制芯片通过4G或WIFI把传感器模组的信号向区域物联网网关传递，同时发出让电磁操纵机构工作的指令；区域物联网网关传递信号给控制中心；嵌入式控制芯片与传感器模组的电源由电源模块提供，电源模块内置有蓄电池，当且仅当电源断电时，蓄电池工作，其余情况蓄电池不工作，电由大电源提供；当工作线路出现过电流、欠电压、过热现象时，信号通过信号线传递给相应的传感器模块，相应的传感器模块将信号通过IIC总线传给嵌入式控制芯片，嵌入式控制芯片将指令传递给具有独立电源的电磁操纵机构，电磁操纵机构工作使触头系统分离，起到断路保护的作用；

所有区域的物联网网关都可以传递信号给控制中心，每个区域的物联网网关通过WIFI或4G监控这各个工位的断路器节点，每个断路器节点以嵌入式芯片为中心，通过各式传感器在前方监测反馈信号来自动控制电磁操纵机构的动作。

Claims (3)

1.一种基于物联网的智能模块化低压断路器，其特征在于：包括断路器壳体(1)，所述的断路器壳体(1)中设有电源模块(2)、传感器模组、电磁操纵机构(3)、触头系统(4)和嵌入式控制芯片(5)，所述的电源模块(2)分别与传感器模组、嵌入式控制芯片(5)相连接；

所述的传感器模组的一端设在断路器壳体(1)的插槽内，传感器模组的一端设与嵌入式控制芯片(5)相连接；所述的传感器模组包括过电流传感器模块(6)、欠电压传感器模块(7)、分励传感器模块(8)和热传感器模块(9)，所述的过电流传感器模块(6)、欠电压传感器模块(7)、分励传感器模块(8)和热传感器模块(9)，呈并联分布；

所述的电磁操纵机构(3)随导轨滑动控制触头系统(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能模块化低压断路器，其特征在于：所述的断路器壳体(1)中设有与嵌入式控制芯片(5)相连接的空传感器接口(10)，所述的空传感器接口(10)的数量为4个。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的智能模块化低压断路器的操作方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)、组装：

将电源模块、传感器模组、电磁操纵机构、触头系统和嵌入式控制芯片装至断路器壳体中，传感器模组中的过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块和热传感器模块呈并联分布，传感器模组的一端通过传感器电源线与嵌入式控制芯片相连接，传感器模组的另一端通过IIC线与嵌入式控制芯片相连接，嵌入式控制芯片与区域物联网网关相连接，区域物联网网关通过控制中心控制，嵌入式控制芯片与电磁操纵机构相连接；

(2)、分析控制：

使用由继电器控制的电磁操纵机构控制断路器触头系统触点的通断，针对发生不同电路故障设置了对应的传感器模块，分别为过电流传感器模块、欠电压传感器模块、分励传感器模块、热传感器模块，当发生相应的电路故障时，传感器模组接收信号，并将信号通过IIC总线传输至嵌入式控制芯片，信号经由嵌入式系统软件进行处理并将电路的实时信息经由区域物联网网关传输至控制中心，电磁操纵机构在接收指令后进行动作，动作完毕后向嵌入式控制系统发送反馈信号，以确认动作是否顺利完成，实现保护功能；

嵌入式控制芯片对断路器各种功能的控制参数经由物联网远程设定和修改；

电源模块内部内置蓄电池，当电子设备在电路正常时，会自动使用电路上的交流电经电源模块变压整流后供电，当电路出现故障时，启动蓄电池进行供电，防止断路器在电路突发故障情况下因供电不足而无法工作；

(3)、指令操作：

嵌入式控制芯片通过4G或WIFI把传感器模组的信号向区域物联网网关传递，同时发出让电磁操纵机构工作的指令；区域物联网网关传递信号给控制中心；嵌入式控制芯片与传感器模组的电源由电源模块提供，电源模块内置有蓄电池，当且仅当电源断电时，蓄电池工作，其余情况蓄电池不工作，电由大电源提供；当工作线路出现过电流、欠电压、过热现象时，信号通过信号线传递给相应的传感器模块，相应的传感器模块将信号通过IIC总线传给嵌入式控制芯片，嵌入式控制芯片将指令传递给具有独立电源的电磁操纵机构，电磁操纵机构工作使触头系统分离，起到断路保护的作用；

所有区域的物联网网关都可以传递信号给控制中心，每个区域的物联网网关通过WIFI或4G监控这各个工位的断路器节点，每个断路器节点以嵌入式芯片为中心，通过各式传感器在前方监测反馈信号来自动控制电磁操纵机构的动作。