智能電器的發(fā)展狀況及趨勢

1、電器學期末考核論文報告智能電器的發(fā)展狀況及趨勢院 系：題 目：班 級：姓 名：學 號：指導老師： 提 交 日 期： 目錄目錄1智能電器的發(fā)展狀況及趨勢21 引言32 智能電器的定義33 智能電器的組成34 智能電器的基本特點44.1 現(xiàn)場參量處理數(shù)字化44.2 電器設備的多功能化54.3 電氣設備的網(wǎng)絡化54.4真正實現(xiàn)分布式管理和控制54.5 可以組成真正的全開放式系統(tǒng)55 智能電器的發(fā)展狀況55.1 傳統(tǒng)電器的發(fā)展狀況55.2 智能電器的發(fā)展狀況66 智能電器發(fā)展趨勢76.1 智能電器產(chǎn)品化86.2 智能電器電子化86.3 智能和通信化86.4 模塊化97 智能電器技術的新發(fā)展及應用97.

2、1 微機普通串口通信技術107.2 現(xiàn)場總線技術107.3以太網(wǎng)技術128 結論12參考文獻12智能電器的發(fā)展狀況及趨勢摘要：這些年，在電子電子，信息，計算機技術發(fā)展的帶動下，智能電器技術得到了較大的發(fā)展和運用，本文首先介紹了智能電器的定義、組成和主要特點，概括了智能電器的的發(fā)展狀況，闡述了智能電器的發(fā)展趨勢，最后重點闡述了智能電器技術的新發(fā)展和運用。關鍵詞：智能電器 發(fā)展狀況 趨勢abstract: in recent years,electronicelectronic, information,development of computer technology, driven, int

3、elligentelectricaltechnologyhas been a greaterdevelopment and use of,this paper introduces thedefinition ofintelligentappliances, composition andmain characteristics ofintelligentappliancesingeneraldevelopment,describedthe trendcan only beelectrical, and finallyfocuses on thedevelopment ofsmartappli

4、ancesand the use ofnewtechnology.key words:developmenttrends ofsmartappliances1 引言如今用戶對電器的期望值越來越高，促使電器制造商全力開發(fā)新型的、自動化、智能化的產(chǎn)品來滿足用戶的需求,搶占市場的份額。而控制技術和信息技術的飛速發(fā)展，為電器的自動化和智能化提供了可能。所以，智能化是電器發(fā)展的必然趨勢。2 智能電器的定義智能電器是以微控制器、微處理器為核心，除具有傳統(tǒng)電器的切換、控制、保護、檢測、變換和調節(jié)功能外，還具有顯示、外部故障和內部故障診斷與記憶、運算與處理以及與外界通信等功能的電子裝置。智能電器的核心部件為微

5、控制器、微處理器，與傳統(tǒng)電器相比，智能電器的功能有“質”的飛躍；智能電器是電子裝置，而傳統(tǒng)電器是電氣設備。具有現(xiàn)場總線接口以實現(xiàn)可通信、網(wǎng)絡化是現(xiàn)代智能電器的重要特征和主要發(fā)展趨勢。3 智能電器的組成圖（1）給出了典型智能電器的組成。由圖（1）可見，典型智能電器的輸入可以是電壓信號、電流信號(模擬信號)，也可以是數(shù)字信號，(對于非電輸入信號須轉換成電信號)；模擬信號經(jīng)變換器和調理電路變換、處理后送給a/d 轉換器，數(shù)字信號一般須經(jīng)過隔離、處理后再送給微控制器/微處理器；微控制器/微處理器是智能電器的核心部件(如上所述)；為實現(xiàn)人機交互，須有鍵盤電路、打印接口電路、顯示與報警電路，這些電路受人機

6、接口管理單元的管理/控制；為實現(xiàn)外部故障和內部故障的記憶或事件記錄功能須有時鐘電路(一般應有電池備用供電，圖中未畫出)；電平信號、觸點信號/動作信號均為由微控制器/微處理器控制的輸出數(shù)字信號；rs232/rs485 總線接口是簡單的串行通信接口，也是多數(shù)智能電器配置的信息交換接口，現(xiàn)場總線接口是通過總線控制器和總線收發(fā)器提供的，總線控制器和總線收發(fā)器之間一般有光電隔離電路(圖中未畫出)。圖（1）智能電器的原理圖有些微控制器/微處理器中集成了a/d 轉換器、大容量的ram、rom 乃至總線控制器，則此時圖（1）框圖可得到簡化；當人機交互功能比較強大時， 圖（1）的人機接口管理單元即為一個單獨的微

7、控制器/微處理器(這也是智能電器的一種比較典型的配置)，此時該微控制器/微處理器也可能會承擔現(xiàn)場總線通信任務。4 智能電器的基本特點4.1 現(xiàn)場參量處理數(shù)字化這是智能電器區(qū)別其他采用集成電路實現(xiàn)控制功能的電器設備的最重要標志。由于采用危機處理和控制技術，電器設備運行現(xiàn)場的各種被測參量全部采用數(shù)字處理，不僅大大提高了測量和保護精度，減小產(chǎn)品保護特性的分散性，而且可以通過軟件改變處理算法，不需要修改硬件結構設計，就可以實現(xiàn)不同的保護功能。4.2 電器設備的多功能化采用微處理器或單片微機對電器設備運行現(xiàn)場的各種參量進行采樣和處理，自能電器可以集成用戶需要的各種功能。4.3 電氣設備的網(wǎng)絡化只能電器監(jiān)

8、控單元以微處理器為核心，實際上就是獨立的計算機控制設備，可以把他們當做計算機通訊網(wǎng)絡中的通訊節(jié)點，采用數(shù)字通訊技術，組成電器智能通信網(wǎng)絡，完成信息的傳輸，實現(xiàn)網(wǎng)絡化的管理、設備資源的共享。4.4真正實現(xiàn)分布式管理和控制現(xiàn)場設備具有完善的、獨立額處理事故和完成不同操作的能力，可以組建成完全不同于集中控制或集散控制系統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)。4.5 可以組成真正的全開放式系統(tǒng)采用計算通信網(wǎng)絡中的分層模型建立起來的電器智能化通信網(wǎng)絡，可以把不同生產(chǎn)廠商、不同類型但具有相同通訊協(xié)議的自能電器互聯(lián)，實現(xiàn)資源共享。5 智能電器的發(fā)展狀況5.1 傳統(tǒng)電器的發(fā)展狀況電器是伴隨著電能生產(chǎn)而出現(xiàn)和發(fā)展的。20世紀60年

9、代是電器發(fā)展的傳統(tǒng)時期，產(chǎn)品以電磁類保護電器為主，主要為電能生產(chǎn)、傳輸、分配和應用所需提供支持。我國在仿制的基礎上設計開發(fā)的第一代統(tǒng)一設計的產(chǎn)品以cj10、dw10、dz10、jr16b等為代表，這些產(chǎn)品尺寸大、耗材多、性能指標不理想、品種規(guī)格也不齊全。那時的電器產(chǎn)品只是簡單的電磁裝置，毫無智能化概念，隨著電網(wǎng)及電動機容量的日益增大，原始的電器很難適應越來越高的要求。5.2 智能電器的發(fā)展狀況從20世紀70年代開始，隨著微電子技術的進一步發(fā)展，出現(xiàn)了電子電器及裝置。由于包括晶閘管在內的電力電子器件具有體積小、重量輕、功耗小、效率高和響應快等特點，由它構成的變流裝置具有可靠性高、壽命長、容易維護

10、等優(yōu)點。它的“以弱控強”的特點，能在強電與弱電間起到橋梁、紐帶作用，實現(xiàn)了應用微電子技術控制電力系統(tǒng)和電器設備的夢想，拓展了微電子技術在電器控制方面的應用空間，使微電子技術在電器智能化控制方面的應用日趨廣闊。到了20世紀80年代，隨著微處理器的廣泛應用，使電器及其裝置具備了自診斷和記憶功能，自動化程度及可靠性有了較大提高。智能化電器對微處理器的基本要求是硬件通用化，應用靈活化，具有記憶、計算、查表能力，指令系統(tǒng)適合實時控制，執(zhí)行速度快等。目前，微處理器已形成多系列、多品種的局面,我國所使用的微處理器有mcs251、p ic、msp430、dsp等幾十種系列，為智能化電器的發(fā)展提供了有利條件。接

11、口技術指微處理器與外圍設備之間聯(lián)系的技術，包括硬、軟件技術。接口電路多種多樣，常用的有微處理器通用接口，鍵盤、顯示器接口，打印機接口和a/d、d/a接口等。軟件技術是智能元件的靈魂，微處理器與數(shù)字電路的本質區(qū)別就在于它具有軟件系統(tǒng)，很多硬件電路能實現(xiàn)的，軟件也能做到，因此在硬件電路設計時，可以考慮用軟件來部分或全部實現(xiàn)。在硬件不變的情況下，應用微處理器開發(fā)的智能化電器系統(tǒng)具備較大的適用性和升級能力。因此，微處理器的應用為智能電器的發(fā)展奠定了基礎。我國第一代智能電器誕生于20世紀90年代。西安交通大學電器教研室在1987年采用mcs-48單片機開發(fā)出了國內第一臺同類型保護裝置。隨著單片機功能日益

12、完善、傳感器技術、計算機網(wǎng)絡和數(shù)字通信技術的高速發(fā)展，在短短20多年內，智能電器已經(jīng)從簡單的采用微機控制取代傳統(tǒng)機電控制功能的單一封閉式裝置，發(fā)展到具有比較完整的理論體系和多學科交叉的電器智能化系統(tǒng)，成為電器工程領域中電力開關設備、電力系統(tǒng)繼電保護、工業(yè)供配電系統(tǒng)級工業(yè)控制網(wǎng)技術新的發(fā)展方向。從本世紀初開始全面進行可通信低壓電器的研制。相關標準制訂包括總線通訊協(xié)議、低壓電器通信規(guī)約、通信適配器等系統(tǒng)配套產(chǎn)品標準、可通信低壓電器標準。第三代低壓電器全面實現(xiàn)可通信產(chǎn)品包括：可通信萬能式斷路器、可通信塑殼斷路器等，這些產(chǎn)品均能與多種現(xiàn)場總線連接。其系統(tǒng)的主要特點是具有開放性、允許多主站、多總線配置；

13、支持多廠商設備、方便用戶選擇；全漢化、專用工程組態(tài)軟件，組態(tài)方便、快捷、正確；適合國內大部分開關柜；第三方設備接入方便；系統(tǒng)配套件、附件齊全等。我國第三代低壓電器已基本實現(xiàn)智能化、可通信、網(wǎng)絡化。我國可通信、網(wǎng)絡化電器發(fā)展基本跟上世界發(fā)展潮流。可通信、網(wǎng)絡化電器的應用剛剛起步，智能電器功能尚未全面發(fā)揮，系統(tǒng)配套性尚有差距。部分關鍵技術、產(chǎn)品核心技術，總線協(xié)議等與國外有較大差距。 低壓電器功能的進一步完善與擴展-綜合智能化。低壓電器使用與維護帶來全新的概念，給成套設備帶來革命性變化，設計、選用程序發(fā)生了根本性變化。6 智能電器發(fā)展趨勢根據(jù)國內外電器發(fā)展狀況來看，智能電器具有以下發(fā)展趨勢：6.1

14、智能電器產(chǎn)品化將智能電器制成相對獨立的通用性產(chǎn)品，使其適用范圍不僅限于開關、保護作用。20 世紀末,國際上一些著名的大公司基于cpu 技術不斷進步和發(fā)展,紛紛推出新一代的智能型可通信的低壓斷路器,比如施耐德公司的m、mt 開關,西門子公司的3wl/3vl斷路器,abb 公司的f、emax 等系列低壓斷路器。西門子公司推出的新一代斷路器sentron wl/vl 較以前產(chǎn)品有了很大的提高。特別是在網(wǎng)絡連接方面,具有profibus-dp、cubicle bus、以太網(wǎng)、rs-232c 等多種總線接口(cubicle bus 為斷路器內部數(shù)據(jù)總線)。西門子通過模塊化結構和內部數(shù)據(jù)總線使sentro

15、n 可以方便靈活地配置和減少內部接線。施耐德公司的masterpct 系列斷路器支持modbus 和batibus,同時還提供用于連接profibus 和以太網(wǎng)的外置網(wǎng)絡模塊。6.2 智能電器電子化隨著半導體集成技術、微電子和計算機技術的迅猛發(fā)展，智能電器的控制能力越來越強，將從常規(guī)的電壓、電流、功率等電參數(shù)的智能化監(jiān)測與控制方面， 發(fā)展到對諸如觸頭材料磨損、滅弧室溫升等非參數(shù)的監(jiān)測lj 控制等方面。6.3 智能和通信化電器中采用微處理器，從而具有應用軟件，這樣在硬件不變的情況下具備較大的適用性和升級能力，在電器中加入相關的監(jiān)測、判斷和通信等芯片或電路，使電器的各種狀態(tài)和工作參數(shù)能通過傳輸媒質

16、(如現(xiàn)場總線、串口線等)與線路的其他電器設備進行信息交流，以適應當前電器設備智能及網(wǎng)絡化的發(fā)展趨勢。目前一些主要斷路器廠商雖然尚未在自己的產(chǎn)品中支持以太網(wǎng)技術,但都為用戶提供連接以太網(wǎng)的解決方案,大多采用協(xié)議轉接方法對以太網(wǎng)進行支持。西門子公司主推profibus 現(xiàn)場總線,斷路器產(chǎn)品通過通信模塊連接至profibus 總線,然后通過profibus 網(wǎng)絡的主站連接至以太網(wǎng)。斷路器附件bda(斷路器數(shù)據(jù)適配器)則起到遠程/就地調校工作,不用于現(xiàn)場監(jiān)控通信場合。施耐德公司通過egx 或cm4000+ecc 實現(xiàn)modbus協(xié)議與tcp/ip 協(xié)議的轉換。在我國，電器通信的要求可體現(xiàn)為遙測、遙控、

17、遙訊和遙調，這距離網(wǎng)絡化還有很大的差距。我國低壓斷路器的可通信技術這幾年也有了長足的發(fā)展,以上海電器科學研究所(集團)有限公司為主的研究機構正致力于現(xiàn)場總線技術的研究和開發(fā)。常熟開關制造有限公司成功地運用modbus、profibus、devicenet等總線技術實現(xiàn)了低壓cw1 萬能式斷路器、cm1z 智能型可通信塑殼斷路器的可通信。我國自行研制的第3 代萬能式斷路器dw45 系列中, 常熟開關制造有限公司生產(chǎn)的cw1 智能型萬能式斷路器是典型產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品以智能型控制器為核心,具有三段保護功能,并可通過rs-485 進行通信,實現(xiàn)“遙測、遙控、遙調、通信”等4 大功能。6.4 模塊化模塊

18、式結構給產(chǎn)品設計、制造及市場適應能力帶來了許多好處，諸如降低產(chǎn)品設計、制造和新產(chǎn)品開發(fā)的復雜性，增強了功能擴展，維護更加方便。智能電器具有的這些功能和特點，一方面可以在同一臺電器上實現(xiàn)多種功能；另一方面，使電器實現(xiàn)與中央控制計算機雙向通訊，構成智能化的監(jiān)控、保護、信息網(wǎng)絡系統(tǒng)，使電器從基本保護功能發(fā)展到智能化的保護功能。7 智能電器技術的新發(fā)展及應用智能電器從傳統(tǒng)電器發(fā)展而來，隨著微電子技術、微處理器技術的發(fā)展，智能電器的發(fā)展也進入了一個嶄新的階段，同時智能電器概念也得到了全新的發(fā)展。進入20世紀90年代，因電網(wǎng)自動化要求，電氣操作人員希望能采用遠程控制方式了解和控制電網(wǎng)的電氣狀態(tài)和參數(shù)，便于

19、集成管理，同時實現(xiàn)終端控制以及工廠辦公自動化的發(fā)展，于是迫切需要智能型可通信電器的不斷發(fā)展和完善。隨著微機通信技術的發(fā)展，出現(xiàn)了兼有監(jiān)測、保護、控制和通信功能的智能化開關電器及裝置，能與中央控制計算機進行雙向通信，組成監(jiān)控、保護與信息傳遞的網(wǎng)絡系統(tǒng)。這時的智能電器概念可定義為具有自動監(jiān)測自身故障、自動測量、自動控制、自動調節(jié)與遠方控制中心通信功能的電器設備。此時的智能化電器及裝置應包括信號檢測的隨機性、靈敏性和精確性；信號的處理、邏輯思維及準確的判斷性；有效、靈敏的執(zhí)行功能及指令、信息的可通信性。隨著信息、網(wǎng)絡技術的發(fā)展，智能電器的概念也將賦予新的內涵，進入可通信、網(wǎng)絡化的新時代。智能電器的可

20、通信技術主要有普通串口通信技術、現(xiàn)場總線技術和以太網(wǎng)技術。7.1 微機普通串口通信技術微機串口通信可以分為同步和異步通信兩種。同步通信是按照軟件識別同步字符來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的；異步通信則是一種利用字符的再同步技術的通信方式。在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為半雙工（half dup lex） 和全雙工（full dup lex）兩種制式，普通串口通信是目前應用最為廣泛的方式之一。優(yōu)點是使用簡單、廉價、靈活性好，在許多通信費用不大的場合得到了廣泛的應用。但信息的傳送速度較慢，且底層缺乏可靠性保證和組網(wǎng)機制。串口通信在智能電器中的廣泛應用更加充實了智能電

21、器的概念。7.2 現(xiàn)場總線技術現(xiàn)場總線以數(shù)字信號取代模擬信號，在3c即計算機（computer）、控制（control）和通信（communication）技術的基礎上，大量現(xiàn)場檢測與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設備，一大批數(shù)字化、智能化的高新技術產(chǎn)品應運而生，自動化儀表與控制系統(tǒng)以嶄新的面貌呈現(xiàn)在廣大用戶面前?，F(xiàn)場總線是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是用于工業(yè)控制的計算機系統(tǒng)的工業(yè)總線。國際電工委員會iec 61158對現(xiàn)場總線的定義為：“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線?！爆F(xiàn)場總線能使

22、現(xiàn)場設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信，被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡和全分布式現(xiàn)場控制系統(tǒng)。與普通串口通信相比，現(xiàn)場總線技術在帶寬、實時性等方面具有突出的優(yōu)點，其代表是由西門子為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的profibus現(xiàn)場總線技術。can是一個最有影響的現(xiàn)場總線，由德國robert basch 以及幾個集成電路制造商一起開發(fā)，最初專為汽車工業(yè)設計，后來推廣到各個領域。目前已由iso/tc22 技術委員會批準為iso11898（通信速率1 mb/s）和iso 11519（通信速率125kb/s）。can是現(xiàn)場總線中惟一被批準為國際標準的現(xiàn)場總線。modbus協(xié)議是mo

23、dicon公司于1979年開發(fā)的一種通信協(xié)議。它是一種在工業(yè)領域被廣為應用的真正開放、標準的網(wǎng)絡通信協(xié)議。scada和hmi通過modbus協(xié)議可以很容易地將帶串行通信口的設備集成在一起。通過modbus協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其他設備間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。profibus現(xiàn)場總線于1996年3月15日被批準為歐洲標準，即d in 50170 v. 2。profibus產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，市場份額占歐洲首位，年增長率25 %。目前，在世界范圍內支持profibus標準的產(chǎn)品已超過1500多種，已安裝運行的profibus設備已超過200萬臺。devicenet是由allen2bradley公司（rockwell自動化）開發(fā)的一種基于can的開放的現(xiàn)場總線標準。devicenet協(xié)議最基本的功能是在設備及其相應的控制器之間進行數(shù)據(jù)交換。因此，這種通信是基于面向連接的（點對點或多點傳送）通信模型建立的。這樣，devicenet既可以工作在主從模式，也可以工作在多主模式。2002年12月，devicenet規(guī)范被