智能电器的发展状况及趋势

1、电器学期末考核论文报告智能电器的发展状况及趋势院 系：题 目：班 级：姓 名：学 号：指导老师： 提 交 日 期： 目录目录1智能电器的发展状况及趋势21 引言32 智能电器的定义33 智能电器的组成34 智能电器的基本特点44.1 现场参量处理数字化44.2 电器设备的多功能化54.3 电气设备的网络化54.4真正实现分布式管理和控制54.5 可以组成真正的全开放式系统55 智能电器的发展状况55.1 传统电器的发展状况55.2 智能电器的发展状况66 智能电器发展趋势76.1 智能电器产品化86.2 智能电器电子化86.3 智能和通信化86.4 模块化97 智能电器技术的新发展及应用97.

2、1 微机普通串口通信技术107.2 现场总线技术107.3以太网技术128 结论12参考文献12智能电器的发展状况及趋势摘要：这些年，在电子电子，信息，计算机技术发展的带动下，智能电器技术得到了较大的发展和运用，本文首先介绍了智能电器的定义、组成和主要特点，概括了智能电器的的发展状况，阐述了智能电器的发展趋势，最后重点阐述了智能电器技术的新发展和运用。关键词：智能电器 发展状况 趋势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 引言如今用户对电器的期望值越来越高，促使电器制造商全力开发新型的、自动化、智能化的产品来满足用户的需求,抢占市场的份额。而控制技术和信息技术的飞速发展，为电器的自动化和智能化提供了可能。所以，智能化是电器发展的必然趋势。2 智能电器的定义智能电器是以微控制器、微处理器为核心，除具有传统电器的切换、控制、保护、检测、变换和调节功能外，还具有显示、外部故障和内部故障诊断与记忆、运算与处理以及与外界通信等功能的电子装置。智能电器的核心部件为微

5、控制器、微处理器，与传统电器相比，智能电器的功能有“质”的飞跃；智能电器是电子装置，而传统电器是电气设备。具有现场总线接口以实现可通信、网络化是现代智能电器的重要特征和主要发展趋势。3 智能电器的组成图（1）给出了典型智能电器的组成。由图（1）可见，典型智能电器的输入可以是电压信号、电流信号(模拟信号)，也可以是数字信号，(对于非电输入信号须转换成电信号)；模拟信号经变换器和调理电路变换、处理后送给a/d 转换器，数字信号一般须经过隔离、处理后再送给微控制器/微处理器；微控制器/微处理器是智能电器的核心部件(如上所述)；为实现人机交互，须有键盘电路、打印接口电路、显示与报警电路，这些电路受人机

6、接口管理单元的管理/控制；为实现外部故障和内部故障的记忆或事件记录功能须有时钟电路(一般应有电池备用供电，图中未画出)；电平信号、触点信号/动作信号均为由微控制器/微处理器控制的输出数字信号；rs232/rs485 总线接口是简单的串行通信接口，也是多数智能电器配置的信息交换接口，现场总线接口是通过总线控制器和总线收发器提供的，总线控制器和总线收发器之间一般有光电隔离电路(图中未画出)。图（1）智能电器的原理图有些微控制器/微处理器中集成了a/d 转换器、大容量的ram、rom 乃至总线控制器，则此时图（1）框图可得到简化；当人机交互功能比较强大时， 图（1）的人机接口管理单元即为一个单独的微

7、控制器/微处理器(这也是智能电器的一种比较典型的配置)，此时该微控制器/微处理器也可能会承担现场总线通信任务。4 智能电器的基本特点4.1 现场参量处理数字化这是智能电器区别其他采用集成电路实现控制功能的电器设备的最重要标志。由于采用危机处理和控制技术，电器设备运行现场的各种被测参量全部采用数字处理，不仅大大提高了测量和保护精度，减小产品保护特性的分散性，而且可以通过软件改变处理算法，不需要修改硬件结构设计，就可以实现不同的保护功能。4.2 电器设备的多功能化采用微处理器或单片微机对电器设备运行现场的各种参量进行采样和处理，自能电器可以集成用户需要的各种功能。4.3 电气设备的网络化只能电器监

8、控单元以微处理器为核心，实际上就是独立的计算机控制设备，可以把他们当做计算机通讯网络中的通讯节点，采用数字通讯技术，组成电器智能通信网络，完成信息的传输，实现网络化的管理、设备资源的共享。4.4真正实现分布式管理和控制现场设备具有完善的、独立额处理事故和完成不同操作的能力，可以组建成完全不同于集中控制或集散控制系统的分布式控制系统。4.5 可以组成真正的全开放式系统采用计算通信网络中的分层模型建立起来的电器智能化通信网络，可以把不同生产厂商、不同类型但具有相同通讯协议的自能电器互联，实现资源共享。5 智能电器的发展状况5.1 传统电器的发展状况电器是伴随着电能生产而出现和发展的。20世纪60年

9、代是电器发展的传统时期，产品以电磁类保护电器为主，主要为电能生产、传输、分配和应用所需提供支持。我国在仿制的基础上设计开发的第一代统一设计的产品以cj10、dw10、dz10、jr16b等为代表，这些产品尺寸大、耗材多、性能指标不理想、品种规格也不齐全。那时的电器产品只是简单的电磁装置，毫无智能化概念，随着电网及电动机容量的日益增大，原始的电器很难适应越来越高的要求。5.2 智能电器的发展状况从20世纪70年代开始，随着微电子技术的进一步发展，出现了电子电器及装置。由于包括晶闸管在内的电力电子器件具有体积小、重量轻、功耗小、效率高和响应快等特点，由它构成的变流装置具有可靠性高、寿命长、容易维护

10、等优点。它的“以弱控强”的特点，能在强电与弱电间起到桥梁、纽带作用，实现了应用微电子技术控制电力系统和电器设备的梦想，拓展了微电子技术在电器控制方面的应用空间，使微电子技术在电器智能化控制方面的应用日趋广阔。到了20世纪80年代，随着微处理器的广泛应用，使电器及其装置具备了自诊断和记忆功能，自动化程度及可靠性有了较大提高。智能化电器对微处理器的基本要求是硬件通用化，应用灵活化，具有记忆、计算、查表能力，指令系统适合实时控制，执行速度快等。目前，微处理器已形成多系列、多品种的局面,我国所使用的微处理器有mcs251、p ic、msp430、dsp等几十种系列，为智能化电器的发展提供了有利条件。接

11、口技术指微处理器与外围设备之间联系的技术，包括硬、软件技术。接口电路多种多样，常用的有微处理器通用接口，键盘、显示器接口，打印机接口和a/d、d/a接口等。软件技术是智能元件的灵魂，微处理器与数字电路的本质区别就在于它具有软件系统，很多硬件电路能实现的，软件也能做到，因此在硬件电路设计时，可以考虑用软件来部分或全部实现。在硬件不变的情况下，应用微处理器开发的智能化电器系统具备较大的适用性和升级能力。因此，微处理器的应用为智能电器的发展奠定了基础。我国第一代智能电器诞生于20世纪90年代。西安交通大学电器教研室在1987年采用mcs-48单片机开发出了国内第一台同类型保护装置。随着单片机功能日益

12、完善、传感器技术、计算机网络和数字通信技术的高速发展，在短短20多年内，智能电器已经从简单的采用微机控制取代传统机电控制功能的单一封闭式装置，发展到具有比较完整的理论体系和多学科交叉的电器智能化系统，成为电器工程领域中电力开关设备、电力系统继电保护、工业供配电系统级工业控制网技术新的发展方向。从本世纪初开始全面进行可通信低压电器的研制。相关标准制订包括总线通讯协议、低压电器通信规约、通信适配器等系统配套产品标准、可通信低压电器标准。第三代低压电器全面实现可通信产品包括：可通信万能式断路器、可通信塑壳断路器等，这些产品均能与多种现场总线连接。其系统的主要特点是具有开放性、允许多主站、多总线配置；

13、支持多厂商设备、方便用户选择；全汉化、专用工程组态软件，组态方便、快捷、正确；适合国内大部分开关柜；第三方设备接入方便；系统配套件、附件齐全等。我国第三代低压电器已基本实现智能化、可通信、网络化。我国可通信、网络化电器发展基本跟上世界发展潮流。可通信、网络化电器的应用刚刚起步，智能电器功能尚未全面发挥，系统配套性尚有差距。部分关键技术、产品核心技术，总线协议等与国外有较大差距。 低压电器功能的进一步完善与扩展-综合智能化。低压电器使用与维护带来全新的概念，给成套设备带来革命性变化，设计、选用程序发生了根本性变化。6 智能电器发展趋势根据国内外电器发展状况来看，智能电器具有以下发展趋势：6.1

14、智能电器产品化将智能电器制成相对独立的通用性产品，使其适用范围不仅限于开关、保护作用。20 世纪末,国际上一些著名的大公司基于cpu 技术不断进步和发展,纷纷推出新一代的智能型可通信的低压断路器,比如施耐德公司的m、mt 开关,西门子公司的3wl/3vl断路器,abb 公司的f、emax 等系列低压断路器。西门子公司推出的新一代断路器sentron wl/vl 较以前产品有了很大的提高。特别是在网络连接方面,具有profibus-dp、cubicle bus、以太网、rs-232c 等多种总线接口(cubicle bus 为断路器内部数据总线)。西门子通过模块化结构和内部数据总线使sentro

15、n 可以方便灵活地配置和减少内部接线。施耐德公司的masterpct 系列断路器支持modbus 和batibus,同时还提供用于连接profibus 和以太网的外置网络模块。6.2 智能电器电子化随着半导体集成技术、微电子和计算机技术的迅猛发展，智能电器的控制能力越来越强，将从常规的电压、电流、功率等电参数的智能化监测与控制方面， 发展到对诸如触头材料磨损、灭弧室温升等非参数的监测lj 控制等方面。6.3 智能和通信化电器中采用微处理器，从而具有应用软件，这样在硬件不变的情况下具备较大的适用性和升级能力，在电器中加入相关的监测、判断和通信等芯片或电路，使电器的各种状态和工作参数能通过传输媒质

16、(如现场总线、串口线等)与线路的其他电器设备进行信息交流，以适应当前电器设备智能及网络化的发展趋势。目前一些主要断路器厂商虽然尚未在自己的产品中支持以太网技术,但都为用户提供连接以太网的解决方案,大多采用协议转接方法对以太网进行支持。西门子公司主推profibus 现场总线,断路器产品通过通信模块连接至profibus 总线,然后通过profibus 网络的主站连接至以太网。断路器附件bda(断路器数据适配器)则起到远程/就地调校工作,不用于现场监控通信场合。施耐德公司通过egx 或cm4000+ecc 实现modbus协议与tcp/ip 协议的转换。在我国，电器通信的要求可体现为遥测、遥控、

17、遥讯和遥调，这距离网络化还有很大的差距。我国低压断路器的可通信技术这几年也有了长足的发展,以上海电器科学研究所(集团)有限公司为主的研究机构正致力于现场总线技术的研究和开发。常熟开关制造有限公司成功地运用modbus、profibus、devicenet等总线技术实现了低压cw1 万能式断路器、cm1z 智能型可通信塑壳断路器的可通信。我国自行研制的第3 代万能式断路器dw45 系列中, 常熟开关制造有限公司生产的cw1 智能型万能式断路器是典型产品。该系列产品以智能型控制器为核心,具有三段保护功能,并可通过rs-485 进行通信,实现“遥测、遥控、遥调、通信”等4 大功能。6.4 模块化模块

18、式结构给产品设计、制造及市场适应能力带来了许多好处，诸如降低产品设计、制造和新产品开发的复杂性，增强了功能扩展，维护更加方便。智能电器具有的这些功能和特点，一方面可以在同一台电器上实现多种功能；另一方面，使电器实现与中央控制计算机双向通讯，构成智能化的监控、保护、信息网络系统，使电器从基本保护功能发展到智能化的保护功能。7 智能电器技术的新发展及应用智能电器从传统电器发展而来，随着微电子技术、微处理器技术的发展，智能电器的发展也进入了一个崭新的阶段，同时智能电器概念也得到了全新的发展。进入20世纪90年代，因电网自动化要求，电气操作人员希望能采用远程控制方式了解和控制电网的电气状态和参数，便于

19、集成管理，同时实现终端控制以及工厂办公自动化的发展，于是迫切需要智能型可通信电器的不断发展和完善。随着微机通信技术的发展，出现了兼有监测、保护、控制和通信功能的智能化开关电器及装置，能与中央控制计算机进行双向通信，组成监控、保护与信息传递的网络系统。这时的智能电器概念可定义为具有自动监测自身故障、自动测量、自动控制、自动调节与远方控制中心通信功能的电器设备。此时的智能化电器及装置应包括信号检测的随机性、灵敏性和精确性；信号的处理、逻辑思维及准确的判断性；有效、灵敏的执行功能及指令、信息的可通信性。随着信息、网络技术的发展，智能电器的概念也将赋予新的内涵，进入可通信、网络化的新时代。智能电器的可

20、通信技术主要有普通串口通信技术、现场总线技术和以太网技术。7.1 微机普通串口通信技术微机串口通信可以分为同步和异步通信两种。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收的；异步通信则是一种利用字符的再同步技术的通信方式。在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。按照数据传送方向，串行通信可分为半双工（half dup lex） 和全双工（full dup lex）两种制式，普通串口通信是目前应用最为广泛的方式之一。优点是使用简单、廉价、灵活性好，在许多通信费用不大的场合得到了广泛的应用。但信息的传送速度较慢，且底层缺乏可靠性保证和组网机制。串口通信在智能电器中的广泛应用更加充实了智能电

21、器的概念。7.2 现场总线技术现场总线以数字信号取代模拟信号，在3c即计算机（computer）、控制（control）和通信（communication）技术的基础上，大量现场检测与控制的信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备，一大批数字化、智能化的高新技术产品应运而生，自动化仪表与控制系统以崭新的面貌呈现在广大用户面前。现场总线是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是用于工业控制的计算机系统的工业总线。国际电工委员会iec 61158对现场总线的定义为：“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。”现场总线能使

22、现场设备之间实现双向串行多节点数字通信，被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络和全分布式现场控制系统。与普通串口通信相比，现场总线技术在带宽、实时性等方面具有突出的优点，其代表是由西门子为主的十几家德国公司、研究所共同推出的profibus现场总线技术。can是一个最有影响的现场总线，由德国robert basch 以及几个集成电路制造商一起开发，最初专为汽车工业设计，后来推广到各个领域。目前已由iso/tc22 技术委员会批准为iso11898（通信速率1 mb/s）和iso 11519（通信速率125kb/s）。can是现场总线中惟一被批准为国际标准的现场总线。modbus协议是mo

23、dicon公司于1979年开发的一种通信协议。它是一种在工业领域被广为应用的真正开放、标准的网络通信协议。scada和hmi通过modbus协议可以很容易地将带串行通信口的设备集成在一起。通过modbus协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其他设备间可以通信。它已经成为一通用工业标准。profibus现场总线于1996年3月15日被批准为欧洲标准，即d in 50170 v. 2。profibus产品在世界市场上已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，年增长率25 %。目前，在世界范围内支持profibus标准的产品已超过1500多种，已安装运行的profibus设备已超过200万台。devicenet是由allen2bradley公司（rockwell自动化）开发的一种基于can的开放的现场总线标准。devicenet协议最基本的功能是在设备及其相应的控制器之间进行数据交换。因此，这种通信是基于面向连接的（点对点或多点传送）通信模型建立的。这样，devicenet既可以工作在主从模式，也可以工作在多主模式。2002年12月，devicenet规范被