低压电器远程智能控制系统设计与实现

低压电器远程智能控制系统设计与实现

王秀丽周永涛尹环环

山东省产品质量检验研究院山东济南250000

摘要：当前，信息化、智能化为低压电器产品升级提供了技术支撑。以数字化、网络化、智能化为标志的智能化低压电器制造，被认为是两化深度融合的切入点和主攻方向。

关键词：低压电器；智能化控制；设计

1.前言

在电器行业的未来发展中，低压电器的智能化技术发展是其必经之路，故而必须在低压电器的智能化技术发展的基础上，进行深入的探讨分析，进一步指出低压电器的智能化技术的发展趋势是在于同智能电网系统的匹配与建造上。

2.低压电器智能化概述

一直到现在为止，国内外的低压电器标准上都没有对低压电器智能化进行过具体的定义。可是，低压电器智能化的说法早已被低压电器的研发人员、设计人员、使用部门、工程设计人员以及制造商接受了。智能化的低压电器一般具有以下四个功能上的基本特征：（1）齐全的保护功能；（2）能够测量现实的电流参数；（3）能够记录并显示故障；（4）能够自行诊断内部的故障。

由于建筑电器的不断发展以及智能电网的不断建设，住宅配电系统的供应商越来越看重具有智能化技术功能的低压电器。曾被展出的FTB1带选择性保护的小型断路器，就是智能化低压电器的较为典型的代表，它是完全自主的知识产权的产物，又隶属于第四代的低压电器，使得我国的低压终端配电系统在选择性保护上面不再存在空白，而且它的分断能力比较高，体积又特别小，同时又具备了选择性保护以及通信功能智能化的特色，故而能够使智能楼宇与智能终端的配电回路系统的需求达到满足。除此之外，还有被研制出的VW60这一新的智能化低压框架的断路器。VW60万能式的低压断路器这一产品不仅仅体积小、断路的性能更为强大，而且具备了新颖的操作机构和现场的总线技术水平十分高的特点。由于该产品被成功地开发出来，使得智能化的低压配电同电控的成套开关设备有更好的发展，促进了配网的智能化进程。

3.低压电器与中央控制服务器之间通信协议

系统中，各系列产品通过ＲS－485总线连接为小型局域网，在局域网中使用Modbus通信协议是确保数据交换正确无误的条件与保证。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，各系列产品与工控机及其他设备之间得以通信。服务器与采集控制器及各系列产品之间需要频繁地交换数据，因此本系统选择标准的Modbus网络通信的ＲTU(远程终端单元)模式通信。在ＲTU模式中，采用典型的消息，消息帧的地址域包含8bit。单个设备的地址范围是1～247。地址域对每一个设备来说是唯一的，以此来标识不同的设备，如第一个FAＲ6L3设备的地址域为10，第二个FAＲ6L3设备的地址域为11;第一个FAＲ6U3设备的地址域为20，第二个FAＲ6U3设备的地址域为21;以此类推。

消息帧中的功能代码域包含了8bit。保证每一代码的唯一性。当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告诉从设备需要执行哪些行为，例如读取设备的开关状态，读取从设备的状态等。当从设备回应时，使用功能代码域来指示是正常回应(无误)，还是有某种错误发生(异议回应)。数据域是由两个十六进制数集合构成的，范围00～FF。对于不同的产品，数据域包含信息有所不同，比如MOT电操有电压值、欠费值、剩余电流值等工作参数，而FDQ5则不同，有常用电源A相、B相、C相电压值，备用电源也有A相、B相、C相电压值等参数。因此，为使数据域能够表示所有产品的功能参数，本系统定义的数据域集合较大，为11。

综上所述，在上述各系列产品组成的以太网中采用ＲS－485通信协议完成与局域网中设备之间的通信是一种适用的选择，试验证明这种通信协议在本系统中是安全、可靠的。

4.服务器数据管理与数据存储

因工控机具有高可靠性与多接口性，系统选用工控机作为服务器。工控机在本系统中具有两大作用，一为各系列产品的上位机;二为服务器。工控机端开发两套软件系统完成上述功能。

其中远程控制系统为基于B/S结构的软件系统，向本地或远程用户提供人机交互界面，用户可以通过移动终端、电脑终端、互联网终端等设备远程登录该系统。在该界面中，用户可以监控到各个低压电器的状态、实时参数等信息;同时用户可以通过界面更改其运行参数或运行状态，从而达到远程监测与遥控的目的。I/O(输入/输出)管理系统作为上位机软件管理各类数据，接收从低压电器发来的数据，并将其传递给人机交互界面，显示其运行状态等信息;同时将人机交互界面接收的远程命令通过ＲS－485接口发送至相应的低压电器。在服务器端软件开发中，数据管理是关键问题。在系统开发中，远程控制系统中的数据存取与I/O管理系统的数据存取均采用数据库(DB)实现。独立的数据管理机制保证了系统的可靠性和安全性。

5.试验系统的实现

以某公司的低压电器产品为从设备，以工控机(服务器)为主设备，采用了ＲS－485通信组建以太网，实现了远程智能控制系统。试验系统包含FAＲ6L3(三相自动重合闸保护器)，FAＲ6U3(三相自复式过欠压保护器)，FAＲ6W3(三相预付费电表断路器)，FDQ5(双电源自动转换开关)及MT3(三相微型断路器电操)等上述5个系列产品系统。服务器端软件采用VisualC#2010开发环境，数据存储采用SQLServer数据库。在服务器中人机交互界面中，显示了上述5个系列产品的操作界面，其中产品FAＲ6W3具有两种操作模式。通过每个系列产品的操作按钮，即可进入该电器的操作界面，进入低压电器FAＲ6W3的操作界面，在界面中可以控制FAＲ6U3的A相、B相与C相电压。当电压过低时，FAＲ6W3便会分闸;当电压恢复时，FAＲ6W3便会合闸。经测试，远程智能控制系统可以监测上述5个系列产品的电压、电流信号及运行状态;远程修改其参数或运行方式。各系列产品与服务器之间信号传输实时，通过互联网远程控制上述5个系列产品的效果良好。

6.低压电器智能化存在的发展机遇

由于整个电力系统之中，低压电器被用作电网能量链之中的最底层使用范围是相当广阔的，它不仅仅对用户起着控制与保护的作用，而且还是构建完整的智能电网系统的重要组成部分之一。如此来说，要构建十分完整的终端智能配电网络就必须要搭建智能化电网，这也会成为低压电器智能化发展创造的有利条件之一。智能化电器的研制开发能够对智能化电网所搭建的统一规范的平台进行有效合理的利用，同时要使用新建成的技术标准把自动化系统、监控系统以及管理应用系统一起进行技术的集成，用此来作为新一代的低压电器的智能化技术支撑；另外智能化电网所具有的远程遥感技术、诊断技术以及故障的快速定位技术，都是能够对全新的低压电器在早期的预警方面和快速地安全恢复的功能设计产生促进作用的。故而，智能化的电网建设能够为低压电器的智能化技术发展提供新的机遇，低压电器的智能化技术也能在智能化电网的完善上面提出新的发展需求。

7.结束语

虚拟仪器与Internet技术的结合为虚拟仪器网络化、工业现场远程测控提供了更好的实现平台。技术人员即使不在控制现场,也可以通过网络随时了解现场的设备运行情况和系统参数的实时变化,并可根据具体情况及时调整现场设备的运行状况,从而达到远程监控的目的。整个监控系统具有友好的交互界面。实际使用表明该系统运行可靠、具有一定的应用价值。

参考文献

［1］赵建利．低压电器的网络化技术［J］．低压电器，2016(7):1-6．

［2］孔莉．低压电器智能化技术发展趋势研究［J］．中国高新技术企业，2016(33):19-20．