电器原理与应用智能控制电器

1、 第七章 智能控制电器本章结构o7.1 概 论o7.2 智能接触器o7.3 智能继电器o7.4 智能断路器7.1.1 主要特点o 控制和保护的智能化控制和保护的智能化:智能控制电器可根据电网和被控对象的运行状态进行智能监护控制。智能化智能化是指电器具有灵敏准确的感知能力，准确的思维和判断功能，行之有效的执行功能。例如过电流保护的无级差配合装置和某些综合调节装置等。o系统网络化系统网络化: 采用一种或多种工业级总线形式，与工厂的DCS (Distributed Control System，集散型控制系统)和ERP (Enterprise Resource Planning，企业资源计划)进行融

2、合，成为一个独立的、完全分散的控制节点。 通信接口，能与现场总线连接，且采用网络标准化结构等，它不仅完成对现场的各种控制任务，肩负着各类信息的网络远程采集、传输和控制功能，即实现信息控制与管理的网络化。 智能电器是智能电网的基础 也是未来工业、生活智能化的基础特点o产品结构的模块化和标准化产品结构的模块化和标准化:通过“以软代硬”的构造方法和模块化的组合方式可大大提高智能控制电器的适应性，使产品形式标准化、模块化，同时减少了备件。o系统设计和应用简化系统设计和应用简化:一个具有计量、控制、保护、通信等全部功能的智能控制电器，其设计简单，连线少，用户仅需将所用电压、电流信号，断路器位置信号和出口

3、控制信号用少量电缆接通，即完成了布线工作，其各项功能便可通过软件实现。特点o可靠性增强可靠性增强:增强智能控制电器的可靠性主要通过三种方法:其一，功能一体化;其二，系统简化;其三，减少可能故障点。o具有自诊断功能具有自诊断功能:监测信息的增加和多种传感器的利用，对电、磁、热、机、光、液、气等多种物理量实行在线检测和优化监控，便可自动诊断其工况，监测其运作。o维护方便简化维护方便简化:具有计量、控制、保护、通信等全部功能的控制电器，因外连接线少，所以维护和校验工作就大为简化，而且方便。7.2.3智能接触器的典型产品oNC1系列智能接触器是十分典型的产品，如图所示，主要用于交流50Hz(或60Hz

4、)，电压220660V，电流35 95A的电路中，供远距离接通和分断电路、频繁启动和控制交流电动机之用，并可与适合的热继电器组成电磁启动器，以保护可能发生操作过负荷的电器设备。图7-3 NC1系列智能接触器7.2.4智能接触器的应用o智能接触器在许多控制电路中都有应用，此处仅举一个其用于双向通信与控制接口的例子。o智能接触器能够通过通信接口直接与自动控制系统的通信网络相连，通过数据总线可输出工作状态参数、负载数据和报警信息等，另一方面可接受上位控制计算机及PLC 的控制指令，其通信接口可以与当前工业上应用的大多数低压智能电器数据通信规约兼容7.3 智能继电器智能继电器是以微处理器为核心微处理器

5、为核心进行控制工作的数字化装置，具有强大的控制和数据处理功能，较高的智能化程度，使它在反应快速化、控制自动化、性能优越化以及高精度和高可靠性方面发生了巨大的变化。智能继电器把多种保护功能多种保护功能集中起来，将其固态设计方案制作成小型组件，使其具有高度的集成性和强大的功能性，不仅大大降低了安装成安装成本本，还能够为生产系统提供良好的运行环境。智能继电器通过通信接口与工业现场进行通信通信，方便地实现对用电设备运行状态的监视和远程控制，并能将其运作参数放到网络上实现信息共享。在控制过程中，智能继电器可以提前预测出被控对象的故障故障，并提供相应的预报警，在危急时刻用脱扣设施来保护用电设备。7.3.2

6、.智能继电器的组成原理1、硬件 图7-6 智能控制电器结构框图组成原理o脱扣行为的工作流程： 图7-5 智能继电器脱扣功能框图图7-7 典型的智能继电器硬件结构框图 图7-7所示的硬件框图表示一个智能继电器中的典型元件及其互联关系。硬件所包括的范围从微处理器、单独使用的继电器，到采用多通信通道组合成的综合监控和保护系统。尽管不同的智能继电器复杂程度相差非常大，但硬件的机理却是相似的。组成原理2、软件 智能继电器的软件就是存放在ROM、Flash中的系统程序，类似于计算机的操作系统。 监控程序主要执行两种运作:其一，接受并分析来自用户设置的各种功能、操作方式等程控操备的运行状态送给人机界面，以便

7、用户对设备的运行状态进行实时监控。逻辑处理程序o逻辑处理逻辑处理是整个软件的核心，主要对用户设置的参数和设备运行参数按照相应的功能要求进行逻辑处理。o例如，当微处理器接收到用户的复位信号后，微处理器将按照复位逻辑程序把RAM中的数据全部清空，进行初始化处理。o当某运行参数超过允许范围时，微处理器将按照脱扣处理程序进行脱扣处理，实现对设备的保护。o逻辑处理时，可能要用到一些算法，如前面所提到的热模型算法，这些规律算法也属于逻辑处理程序的范围，存放在RAM中。组成原理o系统诊断程序系统诊断程序用来对智能继电器本身进行故障检测，一旦智能能电器出现故障，系统就能通过诊断程序检测到故障原因，并做故障处理

8、o智能继电器内部采用的是总线型结构，按照并行方式通信，而外部的现场总线采用的是串行通信方式，为实现智能继电器与现场总线的通信，必须进行通信方式的转换，这就要用到通信管理程序通信管理程序。组成原理o智能继电器通常要有人机对话功能，即人与机器交换信息的功能。o 这个功能有两方面的含义: 一是人对智能继电器进行状态干预和数据设置; 二是智能继电器向人显示运行状态和处理结果。o实现智能继电器人机对话的部件有电器面板、人机交互界面和上位机的显示器等，这些部件同智能继电器主体电路的连接是由入机接口电路来完成的。7.3.3智能继电器的典型产品 NRE8电子式热过载继电器如图所示，主要用于交流50/60Hz，

9、额定电压690V以下，电流为机壳标定的整定电流范围内，其通常作为三相电动机过载和断相保护过载和断相保护。 利用微控制器，是新型的节能电器。对应于同规格双金属片式热继电器可节能80%以上。 利用微控制器检测主回路的电流波形和电流大小。判断电动机是否过载和断相，过载时微控制器通过计算过载电流倍数决定延时的长短，延时时间到，通过脱扣机构使其常闭触点断开，常开触点闭合，进行保护运作。断相时微控制器缩短延时时间，保护动作比过载时快一些。图7-8 NRE8电子式热过载继电器7.4智能断路器本节结构o7.4.1智能断路器的基本功能o7.4.2智能断路器的组成原理o7.4.3智能断路器的典型产品7.4.1智能

10、断路器的基本功能o 智能断路器与常规断路器一样，也有基本骨架、触点系统和操作机构。不同的是常规断路器上的脱扣器成了具有一定智能的控制单元，或者叫智能型脱扣器。o 智能型脱扣器的核心是微处理器，其功能不仅覆盖了全部脱扣器的保护功能 (如短路保护、过流过热保护、漏电保护、缺相保护等)o能够显示被控电路中的各种参数(电流、电压、功率功率因数等)。各种保护功能的动作参数也可以显示、设定和修改。被保护电路在断路器动作时故障参数，可以存储在非易失存储器中以便查询。o扩充了测量、控制、报警、数据记忆及传输与通信等功能，其性能大大优于传统的常规断路器产品。7.4.2智能断路器的组成原理o智能断路器的组成原理框图如图所示。o对各路电压进行检测。当被测电压过低或过高时发出脱扣信号。当缺相功能有效时，若三相电流不平衡，超过设定值，发出缺相脱扣信号。o对各相电流进行检测，根据设定的参数实施三段式(瞬动、短延时、长延时) 热模拟保护网络化是大趋势N 轴主控制器控制器 1控制器 2控制器 3现场总线（ProfitDP，CAN，用户自定义）控制器 N。PLCoPLC (Programmable Logic Controller 可编程控制器)o 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令