專利名稱：母線智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種母線控制系統(tǒng)，尤其是一種母線智能控制系統(tǒng)，屬于配電自動控
制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能建筑的概念上世紀末誕生于美國。第一幢智能大廈于1984年在美國哈特福 德(Hartford)市建成。我國于90年代才起步，但迅猛發(fā)展的勢頭令世人矚目。
智能建筑是信息時代的必然產(chǎn)物，其智能化的程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提 高。作為智能建筑物中最重要的能源——電，智能化電氣管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用必不可少。 現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展對配電系統(tǒng)運行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微處 理器技術(shù)的廣泛應(yīng)用及計算機系統(tǒng)可靠性的大幅度提高，使智能化電器元件得到快速發(fā) 展，智能化電氣管理系統(tǒng)應(yīng)運而生。相對于6kV及以上中高壓系統(tǒng)的綜合保護及系統(tǒng)監(jiān)控 (SCADA系統(tǒng))的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，作為直接面向終端用戶的開關(guān)設(shè)備，其智 能化研究與應(yīng)用起步較晚?，F(xiàn)有不少應(yīng)用于低壓的智能化監(jiān)控系統(tǒng)基本上是在SCADA系統(tǒng) 基礎(chǔ)上進行修改，可以滿足基本的監(jiān)控功能，但不能充分體現(xiàn)低壓電氣系統(tǒng)的特點及要求。 上世紀80年代以來，國際上的知名大公司先后推出了幾種工業(yè)現(xiàn)場總線和現(xiàn)場通訊協(xié)議， 這為智能化配電系統(tǒng)的發(fā)展提供了更高級的技術(shù)平臺。 母線槽作為變壓器與配電柜之間的輸電設(shè)備或配電柜與負載之間的配電設(shè)備而 被廣泛使用。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，對母線槽的需求在不斷加大。母線槽行業(yè)的 發(fā)展特別迅速，母線槽產(chǎn)品正朝著高性能、高質(zhì)量、多品種的方向發(fā)展。如何將母線槽技術(shù) 和智能電網(wǎng)相有機結(jié)合，已成為目前該行業(yè)需要解決的關(guān)鍵問題。 檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?00710043495. 6的中國專利申請公開了一種用于樓宇智能 控制系統(tǒng)的總線電纜，采用四芯結(jié)構(gòu)，纜芯是由紅-黑、黃_白的兩對線，對絞線絞合而成； 兩對線中一線對既用于傳輸系統(tǒng)直流24V電源，又傳遞數(shù)字信號，另一線對作備用線對；該 專利申請雖然提及了總線電纜用于樓宇通斷、控制、監(jiān)測和信號信息的傳輸，但并未給出具 體的實現(xiàn)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種通過對母線槽的監(jiān)測實現(xiàn)對配電系統(tǒng)自動控制的母 線智能控制系統(tǒng)，從而保證電網(wǎng)運行安全。 為了達到以上目的，本發(fā)明的母線智能控制系統(tǒng)由母線干線系統(tǒng)和智能型成套設(shè) 備組成，所述母線干線系統(tǒng)由一組相互之間通過母線槽連接器電連接的母線干線單元以及 由各母線干線單元分支的母線分接單元構(gòu)成，所述母線分接單元通過其中受控于電動開關(guān) 的母排樁頭與相應(yīng)的母線干線單元電連接；其特征在于所述智能型成套設(shè)備主要由監(jiān)測 傳感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收發(fā)器組成；所述監(jiān)測傳感器件包括與所述母排樁頭耦 合的電流互感器、與所述母排樁頭并聯(lián)的電壓測量儀，以及安置在鄰近母線槽連接器(節(jié)點)的溫度傳感器；所述電流互感器、電壓測試儀以及溫度傳感器的輸出端分別接CPU的
對應(yīng)信號輸入端，用以分別將相應(yīng)母線分接單元的供電電流、電壓以及鄰近母線槽連接器
(節(jié)點)的溫度監(jiān)測信息傳遞給CPU ;所述CPU的通訊端通過CAN控制器以及CAN收發(fā)器接
與上位機相連通的CAN總線，用以實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控；所述CPU的控制輸出端接所述電動開
關(guān)的受控端，用以根據(jù)接收到的上位機指令，控制相應(yīng)分接單元母排樁頭的通斷。 由于本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)場情況在母線槽節(jié)點處安裝溫度傳感器，在分接單元母排樁頭
上耦合連接電流互感器、以及電壓測試儀(也可以采用多功能電表)，并通過CPU與CAN總
線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，因此上位機可實時采集處理各母線干線單元和分接單元的數(shù)據(jù)，并將控
制信號反饋給分接單元的單片機，以控制相應(yīng)部位的電動開關(guān)設(shè)備動作，從而起到在線故
障監(jiān)控的作用。由此可見，本發(fā)明將母線槽技術(shù)和智能電網(wǎng)相有機結(jié)合，實現(xiàn)了對配電系統(tǒng)
進行自動控制的功能。此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下顯著優(yōu)點 1、節(jié)省硬件投資。與總線通訊的各智能型成套設(shè)備合理分布在現(xiàn)場，能直接執(zhí)行
控制和運算功能，減少了大量的變送器、調(diào)節(jié)器、計算單元等，節(jié)省了可觀的硬件投資。 2、節(jié)省安裝費用?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，一條通信總線上可掛接幾個甚
至上百個智能型成套設(shè)備，因此節(jié)省了安裝附件，安裝工作量以及設(shè)計及接線校對的工作
量也大大減少。 3、減少維護費用。由于現(xiàn)場智能型成套設(shè)備具有自診斷及一定的故障處理能力， 并通過數(shù)字通信將相關(guān)信息送往總控制室，因此用戶可實時監(jiān)測及查詢所有設(shè)備的運行狀 況，及時了解維護信息，便于早期分析與排除故障，縮短維護停工時間 4、提高了測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性?，F(xiàn)場智能型成套設(shè)備的智能化和數(shù)字化， 從根本上提高了測量與控制的精確度。 5、對現(xiàn)場環(huán)境有良好的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場
總線，是專為現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線
等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求 等。


圖1為本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的原理框圖。 圖2為圖1實施例的電流電壓監(jiān)測部分電路原理圖。 圖3為圖1實施例的溫度傳感電路原理圖。 圖4為圖1實施例的監(jiān)控通訊裝置電路原理圖。
具體實施例方式
本實施例的母線智能控制系統(tǒng)如圖1、圖2、圖3、圖4所示，由母線干線系統(tǒng)和智能 型成套設(shè)備組成。母線干線系統(tǒng)如圖2所示，由一組相互之間通過母線槽連接器電連接的 母線干線單元L1\L2\L3\N以及由各母線干線單元分支的母線分接單元U\V\W構(gòu)成。母線 分接單元通過其中受控于電動開關(guān)QF的母排樁頭與相應(yīng)的母線干線單元電連接。
如圖1所示，智能型成套設(shè)備主要由監(jiān)測傳感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收發(fā) 器組成。如圖2所示，監(jiān)測傳感器件包括與母排樁頭耦合的三項電流互感器1TA\2TA\3TA、
4與母排樁頭通過1A601\1B601\1C601并聯(lián)的帶電壓測量儀的多功能電表PM，以及安置在鄰 近母線槽連接器節(jié)點的溫度傳感器(參見圖3)。 本實施例中，電流互感器接多功能電表PM(SENTRON PAC3200)，因此電流測量值 和各相間電壓值可以數(shù)字形式顯示在多功能電表的顯示屏上。同時該多功能表通過其 PROFIBUS接口 ，以串行通訊方式與智能型成套設(shè)備中的CPU通訊交換，從而實現(xiàn)所述電流 互感器、電壓測試儀的輸出端分別接CPU的對應(yīng)信號輸入端，用以分別將相應(yīng)母線分接單 元的供電電流、電壓監(jiān)測信息傳遞給CPU。 本實施例中的溫度傳感器采用數(shù)字式溫度傳感器(型號DS18B20)，該傳感器遵循 單線協(xié)議，可以與CPU進行雙向通信，出廠時具有唯一的64位序列號，因此一條總線上可同 時掛接多個DS18B20。本實施例通過掛接多個溫度傳感器的74LS244驅(qū)動器(參見圖3)實 現(xiàn)各溫度傳感器的輸出端接CPU的對應(yīng)信號輸入端，用以分別將母線槽連接器各節(jié)點的溫 度監(jiān)測信息傳遞給CPU。 如圖4所示，本實施例智能型成套設(shè)備的CPU采用具有64KB的尋址空間AT89C51 型單片機，其本身不帶CAN控制器。所以要實現(xiàn)與CAN總線之間的通信需外加CAN控制器 和CAN驅(qū)動器。本實施例中采用SJA1000型CAN總線通信控制器和AT82C250型CAN總線 驅(qū)動器。 AT89C51的通訊端通過SJA1000CAN控制器以及AT82C250CAN收發(fā)器接與上位機相 連通的CAN總線，用以實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控。CPU的控制輸出端接所述電動開關(guān)的受控端，用 以根據(jù)接收到的上位機指令，控制相應(yīng)分接單元母排樁頭的通斷。 AT89C51負責(zé)SJA1000的初始化，控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任 務(wù)。SJA1000的AD0-AD7連接到AT89C51的P0 口 ， CS連接到AT89C51的P2. 7。 P2. 7為0 時，CPU片外存儲器地址可選中SJAIOOO， CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀/寫 操作。SJAIOOO的RD、WR、ALE分別與AT89C51的相應(yīng)引腳相連，SJAIOOO的INT接AT89C51 的INTl， AT89C51也可通過中斷方式訪問SJAIOOO。 CAN總線可以使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線和光纖等。該發(fā)明采用雙絞線。信號 以差分電壓傳送，2條信號線為CANJ1和CAN—L，靜態(tài)時為2.5V，此時狀態(tài)表示邏輯〃 1〃 ， 也叫做〃 隱性〃 。CANJ1比CAN—L高，表示邏輯〃 0〃 ，稱為〃 顯性〃 ，此時CANJ1二 3. 5V， CAN_L = 1. 5V。為了增強總線節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000的TXO和RXO并不直接與82C250 的TXD和RXD相接，而是通過6N137與AT82C250相接，即CAN控制器和CAN收發(fā)器之間通 過高速光電耦合器耦合連接，這樣很好地實現(xiàn)了總線上各節(jié)點間的電氣隔離，使其具有良 好的抗干擾性。此外，光電耦合器的2個電源VCC和VDD也相互隔離。電源的完全隔離可 采用小功率電源隔離模塊實現(xiàn)。這雖然增加了接口電路的復(fù)雜性，但卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定 性和安全性。 本實施例智能型成套設(shè)備中AT82C250與CAN總線之間也采取了一定的安全和抗 干擾措施，其CANH引腳和CANL引腳各自通過1只5Q的限流電阻與總線相連，電阻器可 起到一定的限流作用，保護AT82C250免受過電流沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了 2只 30pF的濾波小電容，可以濾除總線上的高頻干擾并具有一定的防電磁輻射能力。另外，在2 條CAN總線輸入端與地之間分別接了 1個防雷擊管，當(dāng)2個輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾 時，防雷擊管的放電起到一定的保護作用。AT82C250的RS引腳接1只斜率電阻器，其阻值的大小可根據(jù)總線通信速度適當(dāng)調(diào)整，一般在16kQ-140kQ之間。 CPU的控制輸出端接電動開關(guān)QF的受控端，因此可以根據(jù)接收到的上位機指令， 控制相應(yīng)分接單元母排樁頭的通斷。 PLC控制模塊作為上位機通過CAN接口適配卡與CAN總線相連，進行數(shù)據(jù)交換。 通過雙絞線把PLC和各智能型成套設(shè)備中AT82C250掛接在一條總線上，構(gòu)成低層通信網(wǎng) 絡(luò)?？偩€允許其上各節(jié)點平等爭用總線，從而構(gòu)成具有多主節(jié)點的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本實施 例中，上位機采用S7-300可編程控制器，位于總控室，負責(zé)對各個下位機(AT89C51)的通信 調(diào)度，將現(xiàn)場狀態(tài)顯示于觸摸屏上，并可獨立作出報警決策。下位機通過傳感器測量監(jiān)測范 圍(該范圍視現(xiàn)場母線安裝情況，分配各節(jié)點監(jiān)控范圍)內(nèi)的溫度、電流和各相間電壓值， 并同參考閾值比較，做出正常還是異常的判斷。如果監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)異常，則下位機將命令 該站點繼續(xù)檢測并上報上位機。上位機發(fā)出報警警示，同時收集每個子站的運行情況，綜合 分析做出最終判斷(超載或傳感器是否有故障)。并將控制信號反饋給子站的單片機，以控 制相應(yīng)部位的電動開關(guān)設(shè)備動作。這樣上位機可實時處理各點數(shù)據(jù)，起到在線故障監(jiān)測的 作用。 除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形 成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
一種母線智能控制系統(tǒng)，由母線干線系統(tǒng)和智能型成套設(shè)備組成，所述母線干線系統(tǒng)由一組相互之間通過母線槽連接器電連接的母線干線單元以及由各母線干線單元分支的母線分接單元構(gòu)成，所述母線分接單元通過其中受控于電動開關(guān)的母排樁頭與相應(yīng)的母線干線單元電連接；其特征在于所述智能型成套設(shè)備主要由監(jiān)測傳感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收發(fā)器組成；所述監(jiān)測傳感器件包括與所述母排樁頭耦合的電流互感器、與所述母排樁頭并聯(lián)的電壓測量儀，以及安置在鄰近母線槽連接器的溫度傳感器；所述電流互感器、電壓測試儀以及溫度傳感器的輸出端分別接CPU的對應(yīng)信號輸入端，用以分別將相應(yīng)母線分接單元的供電電流、電壓以及鄰近母線槽連接器的溫度監(jiān)測信息傳遞給CPU；所述CPU的通訊端通過CAN控制器以及CAN收發(fā)器接與上位機相連通的CAN總線，用以實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控；所述CPU的控制輸出端接所述電動開關(guān)的受控端，用以根據(jù)接收到的上位機指令，控制相應(yīng)分接單元母排樁頭的通斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的母線智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述CAN控制器和CAN收 發(fā)器之間通過光電耦合器耦合連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的母線智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述電壓測量儀位于多功 能電表中，所述電流互感器和電壓測量儀通過多功能電表與所述CPU的對應(yīng)信號輸入端連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的母線智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述溫度傳感器具有一組， 通過掛接的驅(qū)動器接CPU的對應(yīng)信號輸入端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的母線智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述智能型成套設(shè)備通過 限流電阻接入CAN總線，所述CAN總線與地之間并聯(lián)有濾波電容器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的母線智能控制系統(tǒng)，其特征在于所述CAN總線的輸入端與 地之間接有防雷擊管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種母線智能控制系統(tǒng)，屬于配電自動控制技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)由母線干線系統(tǒng)和智能型成套設(shè)備組成，母線干線系統(tǒng)由一組母線干線單元以及母線分接單元構(gòu)成，母線分接單元通過母排樁頭與相應(yīng)的母線干線單元電連接；智能型成套設(shè)備主要由監(jiān)測傳感器件、CPU、CAN控制器以及CAN收發(fā)器組成；監(jiān)測傳感器件包括電流互感器、電壓測量儀、溫度傳感器；電流互感器、電壓測試儀以及溫度傳感器的輸出端分別接CPU的對應(yīng)信號輸入端，CPU的通訊端通過CAN控制器、CAN收發(fā)器接與上位機相連通的CAN總線，控制輸出端接所述電動開關(guān)的受控端。本發(fā)明將母線槽技術(shù)和智能電網(wǎng)相有機結(jié)合，實現(xiàn)了對配電系統(tǒng)進行自動控制的功能。
文檔編號H02J13/00GK101710737SQ200910232788
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者李飛, 陳曉艷 申請人:鎮(zhèn)江西門子母線有限公司