一种智能断路器通信组网系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能断路器领域，具体地涉及一种基于Modbus总线的智能断路器通信 组网系统。
【背景技术】
[0002] 断路器作为低压配电的基础元件，负责电能的分配、传输以及用电设备的保护控 制等，对电力系统的可靠运行起着举足重轻的作用；随着智能电网及工业自动化应用的深 入，断路器除了具备传统功能之外，还需实现实时电能质量监测、运行状态监控、动态配置 及分级保护等功能，因此对智能断路器通信功能提出了高速、双向、实时、集成的技术要求， 而当前智能断路器在长期的实际运行中表现出传输速度低、实时性差、配置扩展性不好等 缺点，制约了断路器的监控与保护功能及应用范围。
[0003] 智能型电器的通信功能好坏直接关系到整个配电与控制系统能否稳定、可靠运 行，Modbus协议是一种工业控制系统串行通信协议，由于其简单可靠，得到了众多硬件厂商 的支持。虽然现在也出现一些采用Modbus总线进行通信的新型智能断路器，如公开专利： CN202102988U，其可以通过Modbus总线实现多个智能断路器联网通信，组成智能供配电系 统，使低压配电、控制系统的调度、操作和维护实现远程监控。但其通信系统的传输速度、稳 定性、实时性差、配置扩展性还是不够理想，影响了断路器的监控与保护功能及应用范围。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于为解决上述问题而提供一种通信稳定、传输速度快、数据交互实 时性好、抗干扰能力强、置扩展性好的智能断路器通信组网系统。
[0005] 为此，本发明公开了一种智能断路器通信组网系统，包括远程监控端、RS485/232 转换器、Modbus通信模块、Modbus总线和智能断路器，所述RS485/232转换器作为远程监控 端与Modbus总线的接口，完成Modbus总线数据电平与RS232接口电平的转换，所述智能断路 器包括断路器本体和智能控制器，负责现场线路状态的监测和进行分断或闭合操作，并通 过通信接口与所述Modbus通信模块进行数据交互，所述Modbus通信模块通过Modbus总线经 RS485/232转换器与远程监控端通信连接。
[0006] 进一步的，所述智能控制器包括微控制器、变换器、模拟信号调理电路、A/D转换 器、数字量测量隔离电路、数字接口电路、时钟电路、人机接口管理单元、键盘电路、显示与 报警电路、打印接口电路、数字输出及驱动与隔离电路和RS232/RS485接口电路，所述变换 器的输入端接电信号，输出端依次通过模拟信号调理电路和A/D转换器与微控制器连接，所 述数字量测量隔离电路的输入端接数字信号，输出端通过数字接口电路与微控制器连接， 所述键盘电路、显示与报警电路和打印接口电路分别通过人机接口管理单元与微控制器连 接，所述时钟电路、数字输出及驱动与隔离电路和RS232/RS485接口电路分别与微控制器连 接，所述数字输出及驱动与隔离电路的输出端接断路器本体的控制输入端。
[0007]进一步的，所述Modbus通信模块与智能控制器的接口采用带屏蔽的RJ45接头，其 接口电路包括RS485收发器、共模扼流圈、TVS二极管D6、D7和D8、电阻R4和电阻R5,所述 RS485收发器的型号为SN65HVD22,所述RS485收发器的端口 A和力通过共模扼流圈与485总线 连接，所述TVS二极管D6、D7和D8接在485总线与地之间，所述RS485收发器的端口 D和R与智 能控制器的微控制器的通信端连接，所述RS485收发器的端口 DE和愈与智能控制器中的微 控制器的控制输出端连接，所述电阻R4接在RS485收发器的端口 A和电源之间，所述电阻R5 接在RS485收发器的端口 J与地之间。
[0008] 更进一步的，所述电阻R4和R5的阻值均为560 Q。
[0009]进一步的，所述Modbus通信模块包括电源转换电路、RS485通信接口电路、地址编 码器、状态指示灯和M⑶处理器，所述电源转换电路实现24V至5V的直流供电转换，为M⑶处 理器和其它外围芯片提供稳定的电源，所述地址编码器提供Modbus通信模块硬件地址，所 述MCU处理器通过RS485通信接口电路分别与远程监控端和智能断路器进行通信连接，所述 状态指示灯用于Modbus通信模块的电源、网络通信状态和故障指示。
[0010] 更进一步的，所述RS485通信接口电路包括型号为SN75176AD的通讯片和光电耦合 元器件，所述通讯片的端口 A和5与485总线连接，所述通讯片的端口 D和R分别通过光电耦 合元器件与MCU处理器的通信端连接，所述通讯片的端口 DE和朋通过光电耦合元器件与 MCU处理器的控制输出端连接。
[0011] 本发明有益技术效果：
[0012]本发明采用Modbus总线作为通信网络组成智能断路器通信组网系统，能实现各个 节点智能断路器的分散化，通过与远程监控主机的数据交互，实现对现场智能断路器的遥 测、遥控、遥讯、遥调。本发明在小于l〇ms的极限应答时间内能保证90 %的可靠信息交互，在 50~200ms应答时间内能保证100 %的可靠通信率，长时间组网测试和试运行表明，本发明 通信稳定、传输速度快、数据交互实时性好、抗干扰能力强并具有广泛的通用性，完全能满 足实际应用中对实时性和可靠性的要求。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明实施例的系统结构框架图；
[0014] 图2为本发明实施例的智能控制器的结构示意图；
[0015]图3为本发明实施例的Modbus通信模块与智能控制器的接口电路原理图；
[0016]图4为本发明实施例的RS485通信接口电路原理图。
【具体实施方式】
[0017]现结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0018]如图1所示，一种智能断路器通信组网系统，包括远程监控端1(本实施例中，为计 算机）、RS485/232转换器2、Modbus通信模块4、Modbus总线3和智能断路器7,所述远程监控 端1负责对系统各节点智能断路器7整定值的远程设置，实时电力参数和智能断路器7状态 的显示、管理和分析，智能断路器7分断或闭合的控制等，所述RS485/232转换器2作为远程 监控端1与Modbus总线3的接口，完成Modbus总线3数据电平与RS232接口电平的转换，所述 智能断路器7包括断路器本体5和智能控制器6,用于负责现场线路状态的监测和进行分断 或闭合操作，并通过通信接口与Modbus通信模块4进行数据交互，所述Modbus通信模块4通 过Modbus总线3经RS485/232转换器2与远程监控端通信1连接。远程监控端1通过Modbus总 线3与智能控制器6进行数据传输，实现对多个智能控制器节点的集中控制和管理。
[0019]具体的，如图2所示，智能控制器6包括微控制器61、变换器(本实施例中，包括电流 变换器63和电压变换器64)、模拟信号调理电路65、A/D转换器66、数字量测量隔离电路67、 数字接口电路68、时钟电路62、人机接口管理单元64、键盘电路70、显示与报警电路71、打印 接口电路72、数字输出及驱动与隔离电路73和RS232/RS485接口电路75,电流变换器63和电 压变换器64的输入端分别接采集到的电流信号和电压信号，其输出端依次通过模拟信号调 理电路65和A/D转换器66与微控制器61连接，数字量测量隔离电路67的输入端接数字信号， 输出端通过数字接口电路68与微控制器61连接，数字信号经过隔离、处理后传输给微控制 器61，键盘电路70、显示与报警电路71和打印接口电路72分别通过人机接口管理单元64与 微控制器61连接，所述时钟电路62、数字输出及驱动与隔离电路73和RS232/RS485接口电路 75分别与微控制器61连接，所述数字输出及驱动与隔离电路73的输出端接断路器本体5的 控制输入端。现场线路的电流信号和电压信号经采样后通过电流变换器63和电压变换器64 以及模拟信号调理电路65进行变换、处理后经过A/D转换器66转成数字信号传给微控制器 61，微控制器61对采样数据进行计算处理、分析判断，当出现异常时，输出报警信号给显示 与报警电路71进行报警显示，同时，根据异常的类型，输出相应的预设在微控制器61内的保 护动作信号经数字输出及驱动与隔离电路73给断路器本体5的执行机构，以控制执行机构 执行相应的动作，如闭合或分断等，以保护现场线路和设备不被损坏，微控制器61通过 RS232/RS485接口电路75与Modbus通信模块4保持通信，将接收到的采样数据、处理结果和 智能断路器状态通过Modbus总线传输给远程监控端1，并接收远程监控端1传输过来的控制 信号，时钟电路62提供时钟信号，以实现外部故障和内部故障的记忆或事件记录功能。 [0020]具体的，现场线路的电流信号采样时，每周期20ms采样40点，采用0.5ms的定时器， 实现非失真采样，而线路的三段保护，即电流速断、限时电流速断、定时过电流均依据一定 的算法在这些采