控制与保护开关智能控制器设计

控制与保护开关智能控制器设计

一作:杨辉,第二，李永方，第三作者：陈彦明

浙江欣灵智能电气有限公司 325600

欣灵电气股份有限公司

浙江人民电器有限公司

摘要：随着工业的发展,配电系统的自动化程度与保护的程度逐渐加深，传统的配电线路控制保护不能满足现实的需要。控制与保护开关的作用较大，可以起到断路器、接触器、热继电器、隔离电器等主要的价值。不仅解决分立器件之间的协调配合，还占据的空间较小，使用的成本较小。智能控制与保护开关即可在一体化的基础上，保持较高的稳定性和精度性。

关键词:控制与保护开关;智能控制器;设计

一、引言

   从一定的程度上看，电能在国家经济发展的历程中，起到了不可忽视的作用和价值，属于一种可以远距离传输的方便能源[1]。使用电器的方式，不仅可以达到电能的生产和传输、使用。还可以在一定的程度上，保持高压输电系统的安全性，合理的控制和加大继电保护的力度。也就是说，远方发电厂在输送高压电能的时候，就需要使用降压功能的配电系统，在系统的作用下，实现低电压的转化，最终为大家所服务。使用者需要按照特定的功能电器，才可以完成自己的需要完成的任务。传统理念下的低压配电或者控制系统中，需要和不同的功能电器配合到一起来使用，保护的稳定性不足，受到环境的影响较大[2]。很容易出现故障，安装起来比较的麻烦。控制与保护开关呈现到大家的面前以后，实现了功能和性能的调配，不仅占据的空间缩小，并且安装方便。尤其是智能电网得到发展以后，智能化的控制与保护开关就成为了核心器件，可以满足现代化的发展需要，保证较高的精度和数据参数，保证精准的识别，实现人机的友好交互，方便大家现场操作，为以后的可持续发展提供基础准备。

二、控制与保护开关智能控制器设计

（一）系统总体设计

    控制和保护开关的可以进行过载保护，短路保护，缺相保护，三相平衡保护等[3]。主要的程序在设计的时候，需要先实现系统的初始化，之后，对数据处理程序、故障保护程序等合理的落实和处理。电流有效值属于控制与保护开关实现各项保护功能的基础，可以在直接的影响下，提高过载保护动作的精准性[4]。在和谐的关系中，分析这些数据之间的逻辑关系，找到合适的计算方式。上位机由工控机或 PC 机组成，现场的总线分析中，主要是一类主站、二类主站、从站三个部分构建而成。并且按照系统构成、协议组成、协议层次结构、物理层、数据链路层、智能从站的基础上，完成控制器硬件/软件的设计和开发。

（二）控制器硬件电路设计

    从现代化的视角进行分析，控制与保护开关智能控制器在选择的时候，可以结合主控芯片IO引脚数量对多元化的因素进行综合考虑。在功能拓展的过程中，需要提高电参数的测量精度，进一步强化数据处理的能力，向着保护算法的视角实施延伸。也就是说，需要根据型号的丰富度，对相关的产品合理的开发和升级，并且保持标准化的发展路径。控制器电源模块在设计的时候，保持电压的电流是24V，信号采集电路或者是信号调整电路在设计的的时候，需要以电压互感器的方式来实现。这样不仅可以达到体积小和精度高的优势，还可以将电压信号转化为电流信号，实现电压信号的采集工作[5]。电流信号在采集的时候，使用铁芯电流互感器的方式存在的。信号调整电路的时候，电压需要控制在0到3.3V的范围之内。PROF I BUS通信模块硬件设备在设计的时候，根据VPC3+S所提供的单片机接口，分析外围的电路，探究数据同步转换的主要内容。接口设计的时候，使用的是RS485接口，一个可以隔离的电源。在人机交互模块设计的时候，就需要结合按键模块的内容，优化电路结构设计，引用更多的脚本。结合不同的电压识别按键，优化脚本资源，但是，容易出现抖动的问题。LCD显示模块中，根据需要的型号，分析并行的接口，建立触摸功能。从输出模块的设计看，主要是分析继电器的输出模块和故障报警模块部分。EEPROM属于可以变成的继电，在断了电以后，数据参数还可以自动的保存和记录下来。在这些内容得到保护以后，数据保存的时间也被设定为100年。

（三）控制器的软件设计

    需要在KEI MDK的语言环境中，使用C语言对系统进行编制，需要展现嵌入式的系统开发特点。主要的程序在初始化之后，就会可以结合循环的顺序，完成内容的建设和落实。数据处理程序在设计的过程中，可以通过ADC数据采集和计算的方法，将以上需要的保持程序参数合理的落实。在这里使用的是定时器触发ABC采样的方式，对采集的数据进行电流斜率的计算，按照一定的周期，分析电流和电压的有效值。为了实现短路故障的早期检测，就需要消除周围的噪音，并且保持较高的采样频率。采样信号需要保持2万个左右，时间需要达到参数的均值[6]。故障保护程序在设计的时候，需要按照一定的参数值，对不同保护子程序合理的判断，分析是不是出现了故障。一旦时间达到了2ms的水平，那么就会达到短路保护的程序的状态，以最终的电流倾斜值，分析是不是出现了短路故障。一旦出现故障，就需要满足保护的实时性需求。过载保护程序在设计的时候，数据处理程序可以在达到20ms的时候，分析过载保护电流的整定值。判断出发生过载的控制力度，落实控制与保护开关动作。在进行短路保护程序设计的时候，也是在2ms的时候，计算出三个电流斜率的绝对值，判断发生短路的故障情况。其他保护程序设计的时候，可以考虑的内容是启动、断相、三相不平衡等问题。PROF I BUS通信软件程序设计的时候，需要使用者根据自己的实际情况，合理的进行数据交换，明确数据采样的方式，分析控制的位置。微控制器初始化需要结合地址等参数据，分析缓冲的长度。根据PROF I BUS状态机的集成情况，建立一个有效的地址，完成数据处理。实时时钟程序设计的时候，可以保证断电情况下，有的部分还可以继续的运行。人机交互界面界面的程序设计中，要达到RS接口的作用，完成GSD文件的编写。

总结：随着社会的进步，智能电器的网络化发展的历程中，系统一方面需要能实现较好的控制与保护功能作用，另外一方面需要完成实时测量、现场总线通信等功能。也就是说，应该在远程的状态下，对控制器测量的数据功能进行落实，并且达到有效的数据交换，保证速度性，加大可靠性建设。在远程操作系统的编程过程中，还可以完成正常的控制器功能，最大限度达到各项设计指标要求。

参考文献：

[1]林毓梁, 贾俊刚, 王灏. 西门子SYNCO智能控制器在中央空调自动控制系统中的应用[J].  2022(2).

[2]王竞, 夏加富, 刘晓晖,等. 牵引变电站直流断路器机械状态监测与故障诊断研究[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48(1):8.

[3]矫莉, 曹云东. 基于嵌入式ARM与CAN总线的低压断路器智能控制器设计的研究[J]. 电气应用, 2019, 26(9):3.

[4]齐乃明, 张文辉, 马静,等. 空间微重力地面模拟试验系统智能控制器设计[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2019, 044(001):17-21.

[5]郑婷婷, 党乐, 任景龙,等. 基于风光功率动态寻优的风光储发电系统智能控制器设计[J]. 农村电气化, 2022(1):4.

[6]李松, 张毅. 集成智能控制器的汽车电源分配设计方法研究与应用[C]第十七届沈阳科学学术年会论文集. 2020.

第一作者:杨辉,男,1978.10.17,汉,湖北宜昌,本科,中级工程师.研究方向:,电器产品设计研发,

单位名称:浙江欣灵智能电气有限公司

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第二，李永方，欣灵电气股份有限公司，

第三作者：陈彦明，浙江人民电器有限公司