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基于CAN总线的智能断路器网络模型

2018-05-08 16:41|来源:未知 |作者:dnzg |点击:
随着计算机技术、信息技术的进步,电力设备向着可通信、智能化、网络化方向发展。低压断路器是为供配电网络提供过载、短路和欠压等保护及避免接地等故障破坏的重要电气元件,智能控制器是实现其测量和完成各种保护功能的核心控制单元,断路器的智能化主要体现在控制器上。  
目前,国内正致力于开发国产第四代断路器,断路器需具有智能化、模块化、可通信化的功能,供电系统中多台智能型断路器需实现集中监控、连锁保护功能。  
智能断路器接入控制网络有多种方案,如基于现场总线的嵌入式网关,设备通过嵌入式模块而非PC接入Internet。这种方案占用空间大,成本高,开发任务重,其质量与底层设备的数据传输速度和可靠性联系密切。也有采用“分布式Web服务器”方案,由于采用裁减过的嵌入式TCP/IP协议栈和嵌入式Web服务器,实现功能较为单一,安全性差,只适用于需求较简单的场合。  
目前,由于许多现有断路器仅具备现场总线接口,直接开发具有Internet接口的断路器成本高,底层开发难度大,且很难与其他设备进行相互通信。故需根据不同的工作环境特点和通信要求,分级采用不同的通信方式,用协议转换的方式实现连接。本文建立了CAN/EtherNet/Internet三级网络模型。实现了跨越现场总线/以太网/互联网三层结构体系的智能管理,不仅能保证现场信息传递高可靠性、实时性,也能兼顾远程通信传输距离远、速率高的需求,从而实现断路器在电力系统各级的在线监控和信息管理。  
1智能断路器网络模型  
在三级网络模型中,要兼顾各级性能,需选择不同的运行机制。第一级为现场智能断路器级,为强电环境,电磁干扰强,需提取各种电量的模拟信号,转换为数字信号向上传输。本文选用了CAN总线完成通信功能。CAN总线作为现场总线有很多优势。如采用短帧结构,一帧有8bit,通信实时性好且受干扰率低,CRC校验及其他校验措施保证了高可靠性,其通信速率最高达1Mb/s/40m,另外开发成本低,硬件结构简单。  
但基于CAN总线的通信最多不超过10km,故在主控制室级转为基于IP协议的工业以太网方式传输。在这一级对上要接入互联网,满足兼容性,可靠性的要求,对下要传输现场电量参数和控制信息,需满足实时性、高速率的要求。另外,在本级要实现断路器区域连锁保护的功能,需具有一定的计算存储能力,故用PC机作监控机,可满足各种管理要求。而采用以太网作通信接口,支持大部分流行的现场总线协议,传输速率为10M/100m,采用全双工通信方式,能较好满足实时性要求。在电力调度中心级,为了满足各种电力信息服务的需要,将工业以太网协议转入开放式互联网通信协议,在接入互联网时要考虑安全性的问题。  
网络模型中,首先通过对单个断路器的智能控制器测量模块、微处理模块、通信模块进行结构设计,完成基本的保护功能,然后对各级断路器通信,实现区域联锁保护,与电力调度中心通信,实现远程监控,如图1所示。由此可见,断路器三级网络模型具有兼容性、可扩展性,可在硬件不变的基础上进行软件编程,使系统具备较大的适用性和升级能力。
(责任编辑:dnzg)
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