断路器智能控制器设计及实现
摘要：断路器用于监控电源，保护电源电网系统的，当电网系统的负荷在一个设定的时间内持续超载时便发出拉闸脱扣命令，断路器的机械执行机构立即拉闸切断电源从而保护电源电网系统。其实保险丝也是这样的，一个极短暂的脉冲式的超载是不可能熔断保险丝的，只有当负荷在一定时间内持续超载时，才会被熔断。断路器与保险丝不同之处在于它的“智能”性，负荷的阈值不是固定不变，而是可以设定的；允许负荷持续超载的时间也是可以设定的。除此之外，智能断路器还有其它一些智能功能。
关键词：断路器电网超载脱扣
Abstract：The breaker is used to protect the electric power grid system by controlling the power supply. As the electric power grid system is overloaded continuously within a set period of time, it will give a detaching command so that the mechanical actuator of the breaker will act immediately to cut off the power supply and hence protect the electric power grid system. It works the same way as a fuse. It is not possible to blow a fuse with a very short pulse like overload. Only when the overload lasts a certain period, can the fuse be blown. However the breaker differs from a fuse because of its intelligence. The overload threshold is not fixed, which can be set. We can also set the overload time that the system allows. Besides, the intelligent breaker has some other intelligent functions.
Keywords: breaker, electric power grid, overload, detaching
1．概述
断路器的智能功能是靠它的智能控制器来实现的。智能控制器通过采集三相电源的电压、电流信号，自动监测电网系统的负荷是否持续超载。三相电压信号经其各自的电压互感器（即变压器）变换成小信号的电压信号，经模拟电路调整成一定带宽，一定动态范围的电压信号送AD采样。三相电流、中线电流、接地电流信号，经其各自的电流互感器变换成电压形式，经模拟电路调整成一定带宽，一定动态范围的信号送AD采样。每隔一定时间监测三相电流、中线电流、接地电流有无超载。若超载了，即对其作倒计时；倒计时时间到即发出脱扣拉闸信号。
断路器关键的性能要求是：快速、可靠。快速——当负荷“超载超时”时必须立即实现脱扣拉闸，从发现“超载超时”开始至拉闸的时间误差不超过±40ms；可靠——不该脱扣拉闸的绝对不可发生脱扣的误动作，该脱扣拉闸的必须及时脱扣拉闸，绝对不可延误。否则，会造成用户电源电网或电器设备损坏而承担赔偿责任。
2 智能控制器设计
智能控制器，配用万能式断路器，壳架电流设计为4000A，额定电流具体有多个规格。智能控制器具有长延时、短延时、瞬时、接地故障等四段任意组合的保护功能；电动机断相、MCR、越限跳闸、负载监控保护功能；以及谐波分析、分断脱扣前的波形录制、功率因数测量、电度表、通信等各项功能。断路器极限短路分断能力为75KA。
2.1 功能设计
2.1.1 过载长延时保护
过载长延时保护输入电流范围为0.4～1.0倍整定电流或关闭长延时保护，整定时间值15～480秒，对于配电网、发电机、电动机的脱扣保护动作特性有所差异。此外，过载长延时保护具有热记忆功能。
2.1.2 短路短延时保护
短路短延时保护输入电流范围为1～15倍整定电流或关闭短延时保护，当电网电流小于0.9倍的整定电流时，智能控制器不发脱扣保护命令，当电网电流大于1.1倍的整定电流时，智能控制器发脱扣保护命令。短路短延时保护的延时时间整定为0.1～0.4秒，脱扣时间精度±40ms。
2.1.3 短路瞬时保护
短路瞬时保护输入电流范围为1倍整定电流～最大75KA，或关闭短延时保护，当电网电流小于0.85倍的整定电流时，智能控制器不发脱扣保护命令，当电网电流大于1.15
倍的整定电流时，智能控制器发脱扣保护命令。短路瞬时保护脱扣时间精度<50ms。
智能断路器的设计方案 一． 系统的整体框架 二． 智能断路器各个模块映射的通信协议栈及通信特点 断路器位置 刀闸位置 弹簧状态 合闸控制信号 开关位置信息 分合闸命令 断路器 遥控 储能电机操作电流 刀闸电机操作电流 分闸线圈操作电流 合闸线圈操作电流 开关触头的温升 灭弧室真空度 分闸速度 合闸速度 保 护电流 测量电流 保护电压 测量电压
从图中可以瞧出:MMS映射了全部的A协议集与T协议集,复杂程度最高。但就是该模块主要实现的就是断路器参数的在线检测与远程控制,因此对通信的实时性要求并不高,基本上就是以人的反映时间为准。 GOOSE模块直接映射到了以太网,其目的就是保证分合闸GOOSE报文的快速传递,因此它的特点就是:通信映射简单,但就是实时性要求高,GOOSE报文的时延必须小于2ms。 SMV也直接映射到了以太网,其特点就是:实现简单,但就是实时性要求最高,SMV的时延必须控制在微秒级。 三．具体的实现方案 1.方案一
图中所示为南瑞的开关设备智能装置实现方案。CPU采用Freescale公司高性能32位微处理器,考虑到GOOSE与SMV的强实时性要求,在系统中嵌入Vxworks专业硬实时操作系统。MMS,GOOSE,SMV全部在嵌入式单系统中实现。 其优点就是:结构紧凑,硬件平台比较简单,实现起来相对容易; 缺点就是:①采用专业的实时操作系统直接提高了研发经费,个人觉得仅仅为了满足GOOSE与SMV的实时性而采用Vxworks有点浪费; ②由于该系统只采用了61850定义的逻辑节点进行建模,因此系统在线检测的信息种类相对偏少。应该按照62271-3标准进行建模,个别的检测参数如果在标准中没有对应的数据对象,可以考虑扩展建模。 ③由于CPU的IO口有限,该方案中的电流互感器与电压互感器采样信号只能以QSPI(同步队列串行接口)方式通过CPU的IO口送入CPU中。这种方式下将不可避免的会造成采样值的巨大时延,产生很大的相位偏移。这种 时延在电子式互感器的设计规范中将不可容忍。 2.方案二
1低压断路器及智能化脱扣器概述 1.1 低压断路器 随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 1．2 脱扣器的发展过程 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该脱扣器只能实现瞬时保护功能。随着断路器的发展，其额定工作电压，电流以及分段能哭和保护功能不断发展，脱扣器也随之发展起来。在采用油阻尼，空气阻尼，钟表结构等作为延时元件后，脱扣器实现了过载延时和短路延时等功能。采用热双金属片的热
式脱扣器也逐步出现，到20世纪60年代初，由于电子技术的普及和应用，出现了半导体脱扣器。现用的脱扣器出来热式脱扣器，电磁式脱扣器外，还有半导体是脱扣器。进入20世纪90年代初依赖，低压断路器的保护紧跟国际发展趋势，由电子式向数字智能化方向发展，脱扣器的过流脱扣系统由微处理器控制。它除了保持了电子式脱扣器的各种优点外，还具有保护精度高，调节范围广，操作方便等特点。特脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
一概述 智能控制器是框架式空气断路器的核心部件，适用于50~60Hz电网，主要用作配电、馈电或发电保护，使线路和电源设备免受过载、短路、接地/漏电、电流不平衡、过压、欠压、电压不平衡、过频、欠频、逆功率等故障的危害；通过负载监控，需量保护，区域连锁等功能实现电网的合理运行。同时也用作电网节点的电流、电压、功率、频率、电能、需量、谐波等电网参量的测量；故障、报警、操作、电流历史最大值、开关触头磨损情况等运行维护参数的记录；当电力网络进行通讯组网时，智能控制器可用为电力自动化网络的远程终端实现遥测，遥信，遥控，遥调等，智能控制器支持多种协议以适用不同的组网要求。 二基本功能 对于M型无任何可选功能（加*的项目）时其功能配置为基本功能，如表1所示： 表1 基本功能配置 2.1.3 通讯功能 通讯功能为可选项，对于M型没有通讯功能，对于H型通讯协议可根据需要选择为Modbus,Profibus-DP,Device net. 2.1.4增选功能选择 增选功能为可选项，M型，H型都可以选择增选功能配置，不同增选功能代号与增选功能内容如表2所示。
2.1.5 区域连锁及信号单元的选择 “区域连锁及信号单元”为可选项，M型、H型都可以选择信号单元的功能配置，当信号单元选择为S2，S3时，控制器具备区域连锁功能。 2.2 技术性能 2.2.1 适用环境 工作温度：－10℃～＋70℃（24h?内平均值不超过+35℃） 储存温度：－25℃～＋85℃ 安装地点最湿月的月平均最大相对湿度不超过90%，同时该月的月平均最低温度不超过+25℃，允许由于温度变化产生在产品表面的凝露。 污染等级：3级。 (在和断路器装配在一起的情况下) 安装类别：Ⅲ。 (在和断路器装配在一起的情况下) 2.2.2工作电源 由辅助电源和电源互感器同时供电，保证负载很小和短路情况下控制都可以可靠工作。控制器的供电方式有下面3种方式： a.电源CT供电 额定电流大于等于400A时，一次电流单相不低于0.4In，三相不低于0.2In时控制器正常工作。额定电流小于400A时，单相不低于0.8倍，三相不低于0.4倍In时控制器正常工作。 b. 辅助电源供电 额定电压：DC24V （ST450-3仅支持此种方式），允许变动范围：±5%；
ZW32-12系列户外高压真空断路器 一、户外高压真空断路器 1.1产品型号及名称 ZW32-12型户外高压真空断路器 1.2主要用途 ZW32-12系列户外高压真空断路器（以下简称“断路器”）用于交流50Hz、额定电压12kV的三相电力系统中，作为分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用。断路器可配置重合控制器能识别电流特性并实现多次自动重合闸或永久故障的隔离；自备PT作为电源，成为有电压、电流信号输出并可控制的智能断路器；由电子PT提供电源并可完成过流延时、涌流延时、短路速断的三段复合保护。 1.3功能特点 可配用弹簧操动机构，具有开断关合负荷电流、过载电流及短路 电流等基本功能，是ZW32-12系列的基本型。断路器与隔离开关配合使用可组成具有明显断口的“组合断路器”（以下简称“组合断路器”）。在隔离开关上可供用户选择使用硅橡胶绝缘护套，该护套具 有防雨雪风沙、抗污秽腐蚀的特点，可有效避免隔离开关的冰冻和氧化。断路器可以加装避雷器，避雷器可根据用户要求装在进、出线任意侧；断路器可配装涌流控制器，使其具有躲涌流和过流速断的功能；
断路器可加装2～3个测量或计量互感器。可配重合控制器构成重合 器型智能断路器。基本型与重合控制器配合适用于易取电源的场合， PT型与重合控制器配合适用于无电源的场合，智能断路器适用于辐 射型供电及环网供电系统，帮助系统消除瞬时故障，自动恢复供电， 也可隔离永久故障，实现配网自动化。使断路器具备1～3次重合闸功能，且重合器参数可以整定。智能断路器具备合闸涌流控制、过流保护和短路速断三段复合保护的功能，且参数可以连续整定；智能断路器具备小电流接地保护功能，且参数可以连续整定；智能断路器既可以实现有线远方控制，也可在杆下无线遥控。可配有电压互感器， 电压互感器从线路高压侧取电，可根据需要提供给自身或其它控制设备220V、110V、100V的电压；该断路器（小水电型）可用于线路 电压的监测，当过电压或欠电压时，控制器自动断开断路器，可广泛用于小水电支路与主电网的并网分支处，实现网络的监控和故障的自动隔离；该断路器（计量型）可输出0.2级精度的电压、电流信号，是农网变电所、站外散点开关和简单计量开关的理想选择。可配用电子PT，从CT取电为电池充电，在失压状态下可进行多次储能和分 合闸操作，并可提供外部设备的工作电压；具备合闸涌流控制、过流保护和短路速断三段复合保护的功能，保护参数可以由用户连续整 定；既可以实现有线远方控制，也可在杆下无线遥控。 1. 使用环境条件 a. 周围空气温度：上限+45℃，下限-30℃。
灯光控制系统方案
一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行实时监控，或接入以太网进行远程实时监控。因此在设计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成
诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。
系统结构图
二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有
智能控制开关设计 智能控制开关设计电源，单从对电源输出的控制来说，可以有几种控制方式。其一是单片机输出一个电压（经DA芯片或PWM方式），用作电源的基准电压。这种方式仅仅是用单片机代替了原来的基准电压，可以用按键输入电源的输出电压值，单片机并没有加入电源的反馈环，电源电路并没有什么改动。这种方式最简单。其二是单片机扩展AD，不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，调整DA的输出，控制PWM芯片，间接控制电源 的工作。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中，代替原来的比较放大环节，单片机的程序要采用比较复杂的PID算法。其三是单片机扩展AD，不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，输出PWM波，直接控制电源的工作。这种方式单片机介入电源工作最多。第三种方式是最彻底的单片机控制智能控制开关，但对单片机的要求也最高。要求单片机运算速度快，而且能够输出足够高频率的PWM波。这样的单片机显然价格也高。DSP类单片机速度够高，但目前价格也很高，从成本考虑，占电源成本的比例太大，不宜采用。廉价单片机中，AVR系列最快，具有PWM输出，可以考虑采用。但AVR单片机的工作频率仍不够高，只能是勉强使用。下面我们具体计算一 下AVR单片机直接控制开关电源工作可以达到什么水平。AVR单片机中，时钟频率最高为16MHz。如果PWM分辨率为10位，那么PWM波的频率也 就是开关电源的工作频率为16000000/1024=15625(Hz)，开关电源工作在这个 频率下显然不够(在音频范围内)。那么取PWM分辨率为9位，这次开关电源 的工作频率为16000000/512=32768(Hz)，在音频范围外，可以用，但距离现代开关电源的工作频率还有一定距离。不过必须注意，9位分辨率是说功率管导通－关断这个周期中，可以分成512份，单就导通而言，假定占空比为0.5，
智能型万能式断路器使用说明书 1．概述 1.1适用范围 HJW1系列空气断路器（以卜简称断路器）主要适用于交流50Hz，额定工作电压为400V、690V，额定电流为400A-6300A的配电网络中，用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路取和接地等故障的危害。断路器核心部件采用智能型控制器，具有精确的选择性保护，可避免不必要的停电，提高供电系统的可靠性、连续性和安全性。 1.2型导及其舍义 1 3正常的使用，安装和运输条件 1.3.1正常使用条件 a)周围空气温度上限不超U+40℃，下限不低于-5℃，24h的平均值不超过+35℃， 注：在周围空气温度高于+40℃或低-5℃的条件下使用的断路器应与制造厂协商。 b)安装地点的海拔不超过2000m， c)大气的相对湿度在周围最高温度+40℃时不超过50%，在较低在温度下可以有较高的相对湿度（侧如 20℃时的90%），并考虑到因温度变化发生在产品表面上的凝露。 1.3.2正常安装条件 a)安装位置应垂直、各方向的倾斜度不超过5℃； b)污染等缎：3级 c)安装类别：断路器主电路及欠电压脱扣器线圈、电源变压器初级线圈为Ⅳ级，辅助电路、控制电路为 Ⅲ级。 1 3 3正常贮存和运输条件 a)温度下限不低于-25℃，上限小超过十55℃， b)相对湿度(25℃时)不超过95%， c)产品在运输过程中，应轻搬轻放，小应倒放，应尽量避免剧烈碰撞。 2．技术特征 21分类 2.1.1按安装方式分：固定式、抽屉式。 2 1 2按操作方式分：电动操作、手动操作。 2 1 3按脱扣器种类：具有智能型控制器、欠电压瞬时（或延时）脱扣器和分励脱扣器。 2 1 4智能型控制器分娄： a) Perfection-L(简称L)型（经济型，光柱显示）， h) Perfection-M（简称M）型（普通型，LED数码显示）， c) Perfection-H (简称H)型（增强型，LCD液晶显示）。
智能家居照明控制无线开关系统设计与实现 1 系统设计方案 随着电子技术的不断发展，无线技术在智能化中扮演着越来越重要的角色。本设计是一种能实现远距离照明控制的无线遥控开关系统，由发射系统和接收系统两部分组成。系统使用无线收发模块构成射频发射和接收电路，发射部分主要由按键编址电路、编码电路和发射模块组成；接收部分主要由接收模块、单片机控制电路和负载电路组成。 发射系统采用1 节12 V 干电池供电，接收系统采用3 节1.5 V 干电池供电，单片机采用5 V 直流电源供电，电源系统节能、简便。 2 系统实现 2.1 元件选取及系统框考虑到系统的兼容性、实用性、低成本和节能性，选用AT89S52 单片机，用PT2262/2272 无线收发模块实现315 MHz 的无线通信。AT89S52 单片机是ATMEL 公司生产的一种非易失性存储技术制造的低功耗、高密度CMOS8 位单片机，片内含8 KB ISP （In -system programmable）的可反复擦写1 000 次的Flash 只读程序存储器，兼容标准MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 PT2262/PT2272 是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗、低价位通用编解码电路；PT2262/PT2272最多可有12 bit（A0-A11）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），12 bit（A0-A11）三态地址端管脚任意组合可提供531 441 地址码，PT2262 最多可有6 bit （D0-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17 脚串行输出［2］。 电路的系统框
低压断路器智能脱扣器的设计与实现 黄绍平,李永坚(湖南工程学院,411101) 摘要:智能化开关设备是在传统开关设备中引入计算机技术、数字处理技术和通信技术而形成的新一代开关设备。本文介绍了低压断路器智能脱扣器的设计方案和具体实现方法,这种智能脱扣器具有测量、保护、通信和断路器状态在线监测等功能。文中着重阐述了硬件系统的原理和具体电路,并对软件设计要点进行了介绍。 关键词:低压断路器;智能脱扣器;测量;保护 中图分类号:TM561文献标识码:B文章编号:1004-0420(2004)03-0008-03 Design and implement on intellectualized release of low voltage circuit breaker HUANG Shao-ping,LI Yong-jian (Hunan Institute of Engineering,411101) Abstr act:Intellectualized switchgear is a new generation switchgears,which syncretizes microco mputer technology,digi2 tal processing technology,and communication technolo gy.In this paper,a design project and the implement methods for the in2 tellectualized release of low voltage circuit br eaker are introduced.This kind of intellectualized r elease have some functions, such as measurement,protection,co mmunication and on-line monitor ing fo r the status of cir cuit breaker.The principle of its hardware system and the detailed circuits ar e explained,and the design points of software are o ffered. Key wor ds:low v oltage cir cuit breaker;intellectualized r elease;measurement;protection 0引言 低压断路器(又称自动空气开关)是低压电网中一种重要的控制电器和保护电器,应用非常广泛。低压断路器一般由触头系统、灭弧装置、脱扣器和操动机构等4部分组成。其中,脱扣器是低压断路器的检测和故障处理单元,它对被保护电路进行电参数的检测和判断,决定断路器是否动作和如何动作。传统的低压断路器采用电磁式和热式脱扣器,其动作精度低,动作值整定困难;而且,为了获得不同的保护特性,要配置不同的脱扣器。随着配电自动化的发展,使用传统脱扣器的低压断路器已不能适应新的要求。于是,运用计算机技术、数字信号处理技术和通信技术的智能脱扣器成为国内外开关电器行业的研究开发热点。 智能脱扣器也叫做智能控制器或智能控制/保护单元,它一般具有以下功能: a.保护包括电流三段保护(长延时过电流、短延时过电流、瞬时短路)、单相接地故障保护、欠压保护等,而且保护参数可设定; b1测量可测量电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电能等各种电量,并可以显示; c1断路器状态在线监测例如:1断路器操作次数统计)))监测断路器是否达到规定机械寿命次数或达到需要进行维修的次数;o开断电流加权值)))间接监测断路器触头的电磨损,预测其剩余电寿命; d1通信智能脱扣器与配电自动化系统的主控计算机(上位机)进行通信,一方面,上传电参数测量值、断路器工作状态(断开还是闭合)、故障信号、断路器自诊断信息等;另一方面,上位机可对断路器进行遥控(断路器分、合闸)、遥测、遥调(调整保护整定值)、遥信的/四遥0功能。目前,世界上各大开关电器制造商均推出了智能型低压断路器(装有智能脱扣器的断路器),如ABB公司的F 系列,施耐德公司的M系列,西门子公司的3W N 系列和3VF系列,三菱公司的AE系列等,这些产品均在国内有所应用。国内一些电器厂家也推出 ) 8 ) 机床电器2004.3研究#开发)))低压断路器智能脱扣器的设计与实现
长春工业大学 课程设计说明书 — 课程设计名称单片机原理课程设计（）专业电气工程及其自动化 班级100308 学生姓名闫富裕 指导教师侯云海 ; 2013年1月7日
课程设计任务书
智能控制开关的设计 1.设计内容 智能化开关电源的主要功率变换电路仍然采用与传统开关电源相同的拓扑结构,但其反馈控制环路不采用传统的模拟控制方式,而是采用数字控制方式,即误差采样,脉冲宽度调制(PWM)的调制信号的计算、生成,遥感信号的接收、处理等控制部分电路均使用数字控制技术。通过智能化的数字控制技术,力求解决环路的稳定性、抗干扰性、电源远程控制性等问题。本开关电源主要技术指标:①交流输入电压85～265 V AC宽范围输入;②直流输出电压5～15 V连续可调;③输出电压调整率≤%;④具有输出短路控制;⑤具有电压显示功能及故障报警指示。 双控开关又叫双联开关,分为一位、二位或多位,其中两位或多位的双控开关内部由两组或多组一位双控开关组成。一位双控开关实际上是一个单刀双掷开关,每一只开关分别控制相应的灯组。如图l所示两地控制开关电路。图中的两只开关(S1和S2)均为一位双联开关,两只开关都能单独地、任意地控制照明电路的通和断。从线路中,不难看出,无论电路初始状态如何,只要改动任一只开关状态,照明电路将由断电状态变为通电状态或者相反。并由此电路图可看出,整个电路比较安全,符合安全规范,且线路简单明了,检修容易。 2.设计要求 》 1.密码保护和设置； 2.实时显示和定时控制显示； 3.密码和定时断电保护； 4.准时对开关进行控制（开和关）。 3.设计方案 时间显示采用LCD1602，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时间控制电路和键盘输入以及掉电存储都通过89C2051的I/O口控制。 电源部分：电源部分由整流、滤波和集成稳压器组成，以保证系统稳定工作。
KFW2系列智能型万能式断路器智能控制器 基本功能 过载长延时、短路短延时、短路瞬时保护 电流不平衡保护 接地报警 中性相保护 四相电流及接地电流测量 故障记录 报警记录 自诊断 触头磨损及机械寿命指示 热记忆 故障时钟 中文人机界面、液晶显示、LED状态指示、键盘操作 可选功能 接地保护 漏电保护 功率测量 区域联锁
电压测量 谐波测量 欠压保护 过压保护 电压不平衡保护 频率测量 电能测量 相序检测 过频保护 欠频保护 相序保护 逆功率保护 其他功能（Unit6为基本功能，Unit4没有此功能） 通信功能（可以实现遥测，遥调，遥控，遥信“四遥”功能） 控制器状态设别 如控制面板所示，控制器在运行中有如下状态； 1、设置状态：“设置”灯恒亮。可查看或修改各种保护特性整定值。
2、查寻状态：查询灯恒亮，可查看历史故障信息。 3、试验状态：试验灯恒亮可进行跳闸试验。 4、故障状态：故障灯恒亮，指示故障类别，循环显示故障电流和时间。 5、报警状态：报警灯恒亮，表示处于故障延时过程中。 6、贮存状态：贮存灯亮，表示发生一次数据更改。 7、自诊断状态：T灯亮，表示控制器有自诊断故障 KFW2智能型万能式断路器（KFW2—1600） Ig::接地保护 Isd:短路短延时 Ii:短路瞬时保护 Ir:过载长延时保护 MCR和越线跳闸保护 储能操作 手动储能 1.储能时将储能手柄上下反复扳动适当次数（约6-7次），当手感觉不到反力时就完成储能2储能完毕后，“贮能、释能”指示器在“贮能”位置 电动储能 控制回路通电后，电动储能即自动进行（控制电路已接成自动预贮能形式时） 分合闸操作 手动分合闸操作 1合闸 当断路器处于贮能、断开状态，推压绿色“I”按钮，断路器合闸，指示器由红色“0”转换成绿色 2分闸 当断路器处于闭合状态，推压红色“0”按钮，断路器分闸，指示器由绿色“1”转换成红色“0” 电动分合闸储能 合闸 当断路器处于储能、断开状态时，将额定电压施加于合闸电磁铁上能使断路器合闸
基于单片机的智能化断路器设计Design of Intelligent Circuit Breaker Based on MCU 学生： 所在学院： 所在专业： 指导教师： 职称： 所在单位： 论文提交日期： 论文答辩日期： 学位授予单位：
目录 摘要………………………………………………………………………………………I ABSTRACT…………………………………………………………………………………II 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 国外现状和发展趋势 (1) 1.2.1 发展现状 (1) 1.2.2 发展趋势 (2) 1.3 智能断路器的基本原理 (2) 1.4 本文的主要容 (3) 第2章控制器的硬件设计 (4) 2.1 单片机系统 (5) 2.2 电压、电流互感器 (6) 2.3 AD转换模块 (7) 2.3 人机交互模块 (8) 2.4 温度检测与时钟电路 (8) 2.5 通信模块 (9) 2.6 本章小结 (10) 第3章控制器的软件设计 (11) 3.1 主程序 (11) 3.2 保护模块软件设计 (12) 3.2.1 三段电流保护软件设计 (13) 3.2.2 接地故障保护软件设计 (15) 3.2.3 过电压、欠电压保护设计 (16) 3.3 通信模块软件设计 (16) 3.4 本章小结 (17) 第4章控制器的仿真及分析 (18) 4.1 基于Proteus的保护仿真模块 (18) 4.2 过载长延时保护性能测试 (21) 4.3 短路延时保护性能测试 (21) 4.3 单相接地保护性能测试 (22) 4.3 过压保护性能测试 (22) 4.4 本章小结 (23)
第23卷第6期2007年6月 甘肃科技 Gansu Science and T echnolo gy Vol.23N o.6 J un.2007 基于单片机控制的智能开关的设计与实现 贺登天,甘重斗,夏春水 (兰州大学信息科学与工程学院电路研究所,甘肃兰州730000) 摘要:文章根据开关控制的要求,提出了基于单片机控制的智能开关的总体设计思路,并以单片机、交流互感器和固态继电路为主要器件,从硬件电路和软件两方面实现了对电路的设计。经过实际测试,电路达到了最初的设计要求。 关键词:智能开关;单片机;电流互感器;固态继电器;控制 中图分类号:TP319 在铁路系统、各种工业现场及用电场所,大量使用到交流断路器(即断路开关)。实际使用的断路器没有自动恢复功能,一旦断开,必须人工手动接通开关提供电源。在一些特殊场所(如铁路信号管控室)不希望人员频繁出入,由此,希望开发一种具有自动恢复功能的电流控制智能开关来替代现有的开关。 1设计要求及总体设计思路 1.1设计要求 由此以上需要提出设计总体要求: (1)可以自动恢复工作:对出现频繁的干扰性故障,智能开关能通过测试电流大小,判断是否接通电源或断开电源,控制开关动作,并在开关断开(保护)电源一定时间后能自动恢复开通状态,避免人工参与控制。 (2)具有自动保护功能:当出现大的损坏性故障时,能迅速停止自动控制,并发出报警信号,由人工参预维修设备。维修完成后,再启动自动控制功能。 (3)开关控制灵活性高:对一定范围内的不同的控制电流,开关不需改动硬件,由参数设置调节完成控制。 (4)开关灵敏度好:开关能迅速对电流的大小变化做出反应,其反应时间至少不慢于普通的断路器。 1.2电路总体设计的思路 基于以上要求,在设计思路上考虑以单片机为核心,通过采样并判断回路电流大小,来控制开关动作,以达到智能化控制的目的。电路的总体设计思路如图1所示,电路主要由电源电路、电流采样电路、单片机及其外围电路以及部、开关控制电路以及报警电路五部分构成。下面对开关各部分电路分别做出设计。2硬件电路设计 硬件电路设计的要求是:(1)能够采样流过该开关的电流大小;(2)能够判断该电流大小是否超负荷,并控制开关动作;(3)具有现实弱电控制强电的转换电路。 基于以上要求,决定选用LPC935做为控制开关的核心器件,LPC933/934/935/936系列是一款单片封装的微控制器,内部集成有看门狗电路及2个四路A/D转换器,适合于许多要求高集成度、低成本的场合,可以满足多方面的性能要求。 另外,用电流互感器来实现对电流的采样,用固态继电器来做为最后的控制开关。下面分几个部分来做详细介绍。 2.1电源电路 电源电路如图2所示。由于LPC935工作电压为+ 3.2V,因此,电源电路设计输入为~220V,输出为直流+ 3.2V电压。 为减小电路板的面积,这里采用上海恒率电源科技有限公司生产的AC-DC电源模块AC220S05DC)6W,其输出电压为+5V,功率6W,再经DC/DC转换成直流+ 3.2V输出,做为整个控制电路的电源。 恒率AC220S05DC-6W为隔离式高效开关电源模块,85VAC~265VAC宽压输入,具有体积小,电磁兼容性好,输出纹波噪声小,输出电压精度高及瞬变响应快等优点。 三端稳压器LM317L及其外围元件构成DC/ DC转换电路,通过调节电位器RV2,使电源输出电压为+ 3.2V,满足电路要求。
题目：基于MCS-51单片机的智能控制开关的设计
目录 摘要…………………………………………………………………………………I Abstract………………………………………………………………………………II 1 绪论 (1) 2 设计原理和方法 (2) 2.1 系统的硬件构成及功能 (2) 2.2 AT89C51单片机及其引脚说明 (2) 2.3 键盘控制电路 (3) 2.4 实时显示电路 (3) 2.5 电源电路 (5) 2.6开关控制电路 (6) 3系统的设计 (7) 3.1 总电路设计 (7) 3.2 系统的软件设计 (7) 4 系统各模块的仿真 (8) 4.1 键盘控制模块仿真 (8) 4.2掉电储存电路的仿真 (8) 5 心得体会 (10) 参考文献 (11) 附录一 (12) 附录二 (13)
摘要 单片机发展到今天已经是一项很成熟的技术，使用单片机控制能实现长达几小时的定时操作，有较好的市场发展前景和技术应用价值。针对自动测控系统的要求，设计了一种基于MCS-51单片机控制的智能控制开关, 可以满足长时间无人值守的测控系统的要求。设计电路主要由单片机89C51控制电路、掉电存储电路、按键与LCD显示电路以及电源电路组成。系统能实现实时显示和定时控制显示、定时断电保护、准时对开关进行控制等的功能，是一款比较实用的智能开关。 关键词：智能控制；开关；单片机；定时
Abstract SCM has been developed to a very mature technology, using SCM to achieve up to a few hours of regular operation, there are good prospects for market development and technology application. The requirements for the automatic control system, designed based on MCS-51 MCU intelligent control switch, to meet long unattended measurement and control systems. Circuit design is composed of 89C51 control circuit, power-down memory circuit, buttons and LCD display circuit and power circuit. System that can display real-time display and timing control, timing power-off protection time of the switch control function, is a more practical intelligent switch. Key words: Intelligent Control; Switch; SCM; Timing
智能断路器的设计方案一．系统的整体框架 断路器位置刀 闸 位 置 弹 簧 状 态 合 闸 控 制 信 号 开关位置信息分合闸命令断路器遥控 储能电机操作电流刀 闸 电 机 操 作 电 流 分 闸 线 圈 操 作 电 流 合 闸 线 圈 操 作 电 流 开 关 触 头 的 温 升 灭 弧 室 真 空 度 分 闸 速 度 合 闸 速 度 保护电流测 量 电 流 保 护 电 压 测 量 电 压
二．智能断路器各个模块映射的通信协议栈及通信特点 从图中可以看出：MMS映射了全部的A协议集和T协议集，复杂程度最高。但是该模块主要实现的是断路器参数的在线检测和远程控制，因此对通信的实时性要求并不高，基本上是以人的反映时间为准。 GOOSE模块直接映射到了以太网，其目的是保证分合闸GOOSE报文的快速传递，因此它的特点是：通信映射简单，但是实时性要求高，GOOSE报文的时延必须小于2ms。 SMV也直接映射到了以太网，其特点是：实现简单，但是实时性要求最高，SMV的时延必须控制在微秒级。
三．具体的实现方案 1.方案一 图中所示为南瑞的开关设备智能装置实现方案。CPU采用Freescale公司高性能32位微处理器，考虑到GOOSE和SMV的强实时性要求，在系统中嵌入Vxworks专业硬实时操作系统。MMS,GOOSE,SMV全部在嵌入式单系统中实现。其优点是：结构紧凑，硬件平台比较简单，实现起来相对容易； 缺点是：①采用专业的实时操作系统直接提高了研发经费，个人觉得仅仅为了满足GOOSE和SMV的实时性而采用Vxworks有点浪费； ②由于该系统只采用了61850定义的逻辑节点进行建模，因此系统在线检测的信息种类相对偏少。应该按照62271-3标准进行建模，个别的检测参数如果在标准中没有对应的数据对象，可以考虑扩展建模。 ③由于CPU的IO口有限，该方案中的电流互感器和电压互感器采样信号只能以QSPI（同步队列串行接口）方式通过CPU的IO口送入CPU中。这种方式下将不可避免的会造成采样值的巨大时延，产生很大的相位偏移。
. . 基于Zigbee的智能开关的设计与实现 摘要 近年来，智能家居是不断被人们提到的热点话题，其能够提升家居的安全性和舒适性，同时为用户提供了生活便利。除了其出色的用户体验，智能家居还有助于实现居住环境的节能环保，因此成为未来家居的发展方向。 本文首先提出了一种基于Zigbee技术的智能家居系统，该系统由用户手机、网络服务器、网关和若干功能性子节点组成。在此系统架构下，本文针对功能性子节点中的智能开关节点部分，从其硬件电路和软件程序两个角度分析了该类节点实现自动联网、断线自检、无线通讯等功能的原理，并设计了一个具有以上功能的智能开关节点设备。通过对节点的调试，该设备成功实现了用户对智能开关的本地、远程控制。 该智能开关节点便于安装、使用简单、出现故障后能够完成自检，经过长期的测试证明，该节点在整个智能开关系统中能够正常稳定地运行。 关键词：智能家居远程控制ZigbeeCC2530
. . Design and Implementation of Smart Switch Based on Zigbee Abstract Smart Home is a hot topic in recent years, which can enhance home security and comfort, while providing convenient life. In addition to its excellent user experience, smart home also contributes to energy saving and environmental protection of the living environment, thus becoming the future direction of home. This paper presents a technique based on Zigbee smart home system, the system consists of mobile phone users, network servers, gateways, and several functional temper nodes. In this system architecture, this paper function temper intelligent switching node section, from hardware and software program analyzes the class two node network automatically, breaking the principle of self-test, wireless communications and other functions, and design of the intelligent switching node apparatus having the above functions. By node debugging, the successful implementation of the local device, remote control user intelligent switches. The intelligent switch node is easy to install, simple to use, after a failure to complete the self-test, after a long test proved that the node can be normal and stable operation throughout the intelligent switch system.
目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)
有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。