样点的基础上进行。根据测得的电流信号进行有效值计算(40个采样点采 用加权平滑滤波，取均值），进行热记忆能量累加或消退，先后比较是否达到或超过短路瞬 时电流Ii、短延时脱扣电流整定值Id、长延时电流整定值(额定电流)Ii?，判断是否大于整定 的脱扣能量从而发出分断命令，动作时间延时T根据断路器控制器的电流-时间特性曲线决 定(参考断路器行业标准），从而实现对线路中的过载、短路、接地等故障的保护。
[0021]本实施例中，Modbus通信模块4与智能控制器6的接口采用带屏蔽的RJ45接头，其 接口电路即RS232/RS485接口电路75如图3所示，包括RS485收发器U2、共模扼流圈U3、TVS二 极管D6、D7和D8、电阻R4和电阻R5,所述RS485收发器U2的型号为SN65HVD22,该芯片针对噪 声与失效情况提供保护功能，非常适用于对电气环境要求极为严格的场所和工业环境， RS485收发器U2的端口 A和5通过共模扼流圈U3与485总线的485_D1和485_D0端连接，共模 扼流圈U3用于滤除共模干扰，TVS二极管D6接在485_D1端与地之间，TVS二极管D7接在485_ D0端与地之间，TVS二极管D8接在485_D1和485_D0端之间，用于保护前端RS485总线，避免高 频瞬态干扰(雷击、浪涌）产生的高压损坏RS485收发器U2,将危害性的瞬态能量旁路到大 地，RS485收发器U2的端口 D和R与智能控制器6的微控制器61的通信端（TXD端和RXD端）连 接，RS485收发器U2的端口 DE和愈与智能控制器6中的微控制器61的控制输出端连接，电阻 R4接在RS485收发器U2的端口A和电源之间，所述电阻R5接在RS485收发器U2的端口 S与地之 间，电阻R4和R5的阻值均为560 Q，以保证网络有合适的空闲状态电压。
[0022]具体的，Modbus通信模块4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MCU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4的硬件地址，所述 MCU处理器通过RS485通信接口电路分别与远程监控端1和底层智能断路器7进行通信连接， 所述状态指示灯用于Modbus通信模块4的电源、网络通信状态和故障指示。
[0023] 本实施例中，RS485通信接口电路如图4所示，包括型号为SN75176AD的通讯片U8和 光电耦合元器件U5、U6和U7,通讯片U8的端口 A和#分别通过磁珠R51和R52与485总线连接， 通讯片U8的端口 D和R分别通过光电耦合元器件U7和U6与M⑶处理器的通信端连接，通讯片 U8的端口DE和尺￡通过光电耦合元器件U5与MCU处理器的控制输出端连接，本实施例中，光 电耦合元器件U5、U6和U7的型号为TLP181。
[0024]综上，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，并通 过对各个模块优化设计，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。
[0025] 短路瞬时保护验证：
[0026]通常，短路瞬时保护功能可选择性开通，它要求在电流急剧增大状态下瞬时切断 电路，动作时间要求越短越好，以尽可能减少损失。因而短路判断直接根据采样电流的即时 有效值，若连续四个样本值大于等于瞬动电流设置阀值，则判定为瞬时短路故障，控制器立 即给出动作指令:若检测的有效值不能满足连续条件，则认为是尖峰干扰信号。短路瞬时测 试时，短路瞬时电流I i通过对整定倍数n和长延时电流整定值(额定电流）Ir的设置实现（I i =11\11)，其中整定倍数11通过智能控制器的键盘设置，11分别为2、4、5、8、10、12和14可选， 瞬时测试结果见表1，测试结果分析短路瞬时动作的时间要求小于0.2S。从表中数据可知， 瞬时保护的分断时间都控制在200ms以内，完全满足设计要求。
[0027]表1瞬时测试数据
[0029]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明 白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对 本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 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，其特征在于：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。2. 根据权利要求1所述的智能断路器通信组网系统，其特征在于: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。3. 根据权利要求1或2所述的智能断路器通信组网系统，其特征在于: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和為通过共模扼流圈与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和及龙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收发器的端口身与地之间。4. 根据权利要求3所述的智能断路器通信组网系统，其特征在于:所述电阻R4和R5的阻 值均为560 Ω。5. 根据权利要求1或2所述的智能断路器通信组网系统，其特征在于: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Μ⑶处理器，所述 电源转换电路实现24V至5V的直流供电转换，为MCU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Μ⑶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。6. 根据权利要求5所述的智能断路器通信组网系统，其特征在于: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和為与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i法通过光电耦合元器件与MCU处理器的控制输出端连接。
【专利摘要】本发明涉及智能断路器领域。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。本发明通信稳定、数据交互实时性好、抗干扰能力强、通用性广泛。
【IPC分类】H04L29/08, H04L12/40, H02J13/00
【公开号】CN105720690
【申请号】CN201610279036
【发明人】刘美俊
【申请人】厦门理工学院
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年4月28日