一種智能斷路器通信組網系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能斷路器領域，具體地涉及一種基于Modbus總線的智能斷路器通信 組網系統。
【背景技術】
[0002] 斷路器作為低壓配電的基礎元件，負責電能的分配、傳輸以及用電設備的保護控 制等，對電力系統的可靠運行起著舉足重輕的作用；隨著智能電網及工業自動化應用的深 入，斷路器除了具備傳統功能之外，還需實現實時電能質量監測、運行狀態監控、動態配置 及分級保護等功能，因此對智能斷路器通信功能提出了高速、雙向、實時、集成的技術要求， 而當前智能斷路器在長期的實際運行中表現出傳輸速度低、實時性差、配置擴展性不好等 缺點，制約了斷路器的監控與保護功能及應用范圍。
[0003] 智能型電器的通信功能好壞直接關系到整個配電與控制系統能否穩定、可靠運 行，Modbus協議是一種工業控制系統串行通信協議，由于其簡單可靠，得到了眾多硬件廠商 的支持。雖然現在也出現一些采用Modbus總線進行通信的新型智能斷路器，如公開專利： CN202102988U，其可以通過Modbus總線實現多個智能斷路器聯網通信，組成智能供配電系 統，使低壓配電、控制系統的調度、操作和維護實現遠程監控。但其通信系統的傳輸速度、穩 定性、實時性差、配置擴展性還是不夠理想，影響了斷路器的監控與保護功能及應用范圍。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在于為解決上述問題而提供一種通信穩定、傳輸速度快、數據交互實 時性好、抗干擾能力強、置擴展性好的智能斷路器通信組網系統。
[0005] 為此，本發明公開了一種智能斷路器通信組網系統，包括遠程監控端、RS485/232 轉換器、Modbus通信模塊、Modbus總線和智能斷路器，所述RS485/232轉換器作為遠程監控 端與Modbus總線的接口，完成Modbus總線數據電平與RS232接口電平的轉換，所述智能斷路 器包括斷路器本體和智能控制器，負責現場線路狀態的監測和進行分斷或閉合操作，并通 過通信接口與所述Modbus通信模塊進行數據交互，所述Modbus通信模塊通過Modbus總線經 RS485/232轉換器與遠程監控端通信連接。
[0006] 進一步的，所述智能控制器包括微控制器、變換器、模擬信號調理電路、A/D轉換 器、數字量測量隔離電路、數字接口電路、時鐘電路、人機接口管理單元、鍵盤電路、顯示與 報警電路、打印接口電路、數字輸出及驅動與隔離電路和RS232/RS485接口電路，所述變換 器的輸入端接電信號，輸出端依次通過模擬信號調理電路和A/D轉換器與微控制器連接，所 述數字量測量隔離電路的輸入端接數字信號，輸出端通過數字接口電路與微控制器連接， 所述鍵盤電路、顯示與報警電路和打印接口電路分別通過人機接口管理單元與微控制器連 接，所述時鐘電路、數字輸出及驅動與隔離電路和RS232/RS485接口電路分別與微控制器連 接，所述數字輸出及驅動與隔離電路的輸出端接斷路器本體的控制輸入端。
[0007]進一步的，所述Modbus通信模塊與智能控制器的接口采用帶屏蔽的RJ45接頭，其 接口電路包括RS485收發器、共模扼流圈、TVS二極管D6、D7和D8、電阻R4和電阻R5,所述 RS485收發器的型號為SN65HVD22,所述RS485收發器的端口 A和力通過共模扼流圈與485總線 連接，所述TVS二極管D6、D7和D8接在485總線與地之間，所述RS485收發器的端口 D和R與智 能控制器的微控制器的通信端連接，所述RS485收發器的端口 DE和愈與智能控制器中的微 控制器的控制輸出端連接，所述電阻R4接在RS485收發器的端口 A和電源之間，所述電阻R5 接在RS485收發器的端口 J與地之間。
[0008] 更進一步的，所述電阻R4和R5的阻值均為560 Q。
[0009]進一步的，所述Modbus通信模塊包括電源轉換電路、RS485通信接口電路、地址編 碼器、狀態指示燈和M⑶處理器，所述電源轉換電路實現24V至5V的直流供電轉換，為M⑶處 理器和其它外圍芯片提供穩定的電源，所述地址編碼器提供Modbus通信模塊硬件地址，所 述MCU處理器通過RS485通信接口電路分別與遠程監控端和智能斷路器進行通信連接，所述 狀態指示燈用于Modbus通信模塊的電源、網絡通信狀態和故障指示。
[0010] 更進一步的，所述RS485通信接口電路包括型號為SN75176AD的通訊片和光電耦合 元器件，所述通訊片的端口 A和5與485總線連接，所述通訊片的端口 D和R分別通過光電耦 合元器件與MCU處理器的通信端連接，所述通訊片的端口 DE和朋通過光電耦合元器件與 MCU處理器的控制輸出端連接。
[0011] 本發明有益技術效果：
[0012]本發明采用Modbus總線作為通信網絡組成智能斷路器通信組網系統，能實現各個 節點智能斷路器的分散化，通過與遠程監控主機的數據交互，實現對現場智能斷路器的遙 測、遙控、遙訊、遙調。本發明在小于l〇ms的極限應答時間內能保證90 %的可靠信息交互，在 50~200ms應答時間內能保證100 %的可靠通信率，長時間組網測試和試運行表明，本發明 通信穩定、傳輸速度快、數據交互實時性好、抗干擾能力強并具有廣泛的通用性，完全能滿 足實際應用中對實時性和可靠性的要求。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明實施例的系統結構框架圖；
[0014] 圖2為本發明實施例的智能控制器的結構示意圖；
[0015]圖3為本發明實施例的Modbus通信模塊與智能控制器的接口電路原理圖；
[0016]圖4為本發明實施例的RS485通信接口電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]現結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0018]如圖1所示，一種智能斷路器通信組網系統，包括遠程監控端1(本實施例中，為計 算機）、RS485/232轉換器2、Modbus通信模塊4、Modbus總線3和智能斷路器7,所述遠程監控 端1負責對系統各節點智能斷路器7整定值的遠程設置，實時電力參數和智能斷路器7狀態 的顯示、管理和分析，智能斷路器7分斷或閉合的控制等，所述RS485/232轉換器2作為遠程 監控端1與Modbus總線3的接口，完成Modbus總線3數據電平與RS232接口電平的轉換，所述 智能斷路器7包括斷路器本體5和智能控制器6,用于負責現場線路狀態的監測和進行分斷 或閉合操作，并通過通信接口與Modbus通信模塊4進行數據交互，所述Modbus通信模塊4通 過Modbus總線3經RS485/232轉換器2與遠程監控端通信1連接。遠程監控端1通過Modbus總 線3與智能控制器6進行數據傳輸，實現對多個智能控制器節點的集中控制和管理。
[0019]具體的，如圖2所示，智能控制器6包括微控制器61、變換器(本實施例中，包括電流 變換器63和電壓變換器64)、模擬信號調理電路65、A/D轉換器66、數字量測量隔離電路67、 數字接口電路68、時鐘電路62、人機接口管理單元64、鍵盤電路70、顯示與報警電路71、打印 接口電路72、數字輸出及驅動與隔離電路73和RS232/RS485接口電路75,電流變換器63和電 壓變換器64的輸入端分別接采集到的電流信號和電壓信號，其輸出端依次通過模擬信號調 理電路65和A/D轉換器66與微控制器61連接，數字量測量隔離電路67的輸入端接數字信號， 輸出端通過數字接口電路68與微控制器61連接，數字信號經過隔離、處理后傳輸給微控制 器61，鍵盤電路70、顯示與報警電路71和打印接口電路72分別通過人機接口管理單元64與 微控制器61連接，所述時鐘電路62、數字輸出及驅動與隔離電路73和RS232/RS485接口電路 75分別與微控制器61連接，所述數字輸出及驅動與隔離電路73的輸出端接斷路器本體5的 控制輸入端。現場線路的電流信號和電壓信號經采樣后通過電流變換器63和電壓變換器64 以及模擬信號調理電路65進行變換、處理后經過A/D轉換器66轉成數字信號傳給微控制器 61，微控制器61對采樣數據進行計算處理、分析判斷，當出現異常時，輸出報警信號給顯示 與報警電路71進行報警顯示，同時，根據異常的類型，輸出相應的預設在微控制器61內的保 護動作信號經數字輸出及驅動與隔離電路73給斷路器本體5的執行機構，以控制執行機構 執行相應的動作，如閉合或分斷等，以保護現場線路和設備不被損壞，微控制器61通過 RS232/RS485接口電路75與Modbus通信模塊4保持通信，將接收到的采樣數據、處理結果和 智能斷路器狀態通過Modbus總線傳輸給遠程監控端1，并接收遠程監控端1傳輸過來的控制 信號，時鐘電路62提供時鐘信號，以實現外部故障和內部故障的記憶或事件記錄功能。 [0020]具體的，現場線路的電流信號采樣時，每周期20ms采樣40點，采用0.5ms的定時器， 實現非失真采樣，而線路的三段保護，即電流速斷、限時電流速斷、定時過電流均依據一定 的算法在這些采