文/黎燕

摘要：目前状况下，我国经济发展十分迅速，在这种环境之下我国的工业水平也取得了较大程度上的提高，然而时代不断发展，要想不断提高我国的工业水平，就必须大力发展工业自动化。本文主要提出一种低压电力载波通信思路下的低压断路器智能控制器设计思路，并在此基础之上进行了相关控制器的设计与构想，实践表明，这一控制器具有较为明显的优势，主要体现在设计简洁、具有较强的功能性以及设计成本相对较低等。

【关键词】低压断路器 电力载波 智能控制器通信系统

1 引言

对于低压断路器而言，其作用主要是通过对电力系统进行一系列的连通与分断操作，由此来实现对于相关故障的保护控制。目前状况下，低压断路器主要应用于电网的供配电系统之中。虽然近几年来低压断路器不断发展，但随着人们对工业自动化水平有了更好的要求，原先的低压断路器已经难以适应时代的发展。正因为如此，人们对低压断路器的研究也日益深入，惊蛰科学技术水平的不断提高，现代电子技术、通信技术、微机控制技术以及现代传感器技术等不断融入到低压断路器的设计之中，并取得了不错的效果，可以说各种新技术的融合为低压断路器的发展提供了广阔的发展空间。对于智能低压断路器而言，其功能主要表现在两个方面：一方面，智能低压断路器能够对各种功能进行有效的实现；另一方面，新型的智能低压断路器能够与中央控制计算机进行有效的结合，并在此基础之上有效的实现了双向通信，这样一来，两者就能够形成一个系统化、智能化的监控保护信息网络，是低压断路器具有更强大的作用。在本文中，主要提出了一种电力载波通信思路下的低压断路器智能控制器设计。

2 智能控制器硬件电路设计

对于智能控制器而言，其组成结构相对复杂，是由多个部件共同组成的，主要有高性能单片机电路、电流和电压信号一体化处理电路、显示电路、按键电路、电源电路、脱扣器驱动电路、巨大电流直接脱扣电路、合闸驱动电路、电力载波通信接口电路、内部状态检测电路等。其电路见图主要见图1 所示：

3 主控单片机与人机界面电路分析

智能控制器当中的主控单片机电路主要是由5 个部分组成的，首先在这一电路中配备了AVR ATmega128 单片机，这是最为主要的部分，其次还存在有编程接口电路、外部存储器、晶振电路、复位电路等其他一系列的部件。上文中所提到的单片机是这一电路的主要控制核心，这一单片机能够对数量相对较多的智能控制器外设的需要进行有效的满足，而这主要是依赖于这一单片机中的多个可编程I/O接口。除此之外，在这一电路当中，将单周期精简指令系统和 Harvard 结构进行有效的结合，这样一来，所发指令完成所需要的时间相对较短，大大提高了数据的处理速度。除此之外，在这一主控单片机电路当中，配置了相关的I2C 总线接口，通过这一总线接口，能够对I2C 的外部元件进行方便快捷而又有效的连接，这在很大程度上对单片机接口实现了节约。在核心单片机中，还带有SPI 串行通信接口，通过这一接口，能够对主从模式的串行通信进行有效的实现。

相比于主控单片机电路，人机界面电路构成稍显复杂，主要是由液晶 12864 电路、信号灯电路、参数与功能设定输入电路、断路器状态控制输入电路、脱扣器试验操作输入电路等共同构成。在人机界面电路中的参数显示主要采用的是具有串行 SPI 接口和汉字库的液晶12864 模块，它能够表现出较大的优越性，不仅具有较为简单的接口，同时操作起来简单快捷且具有较为强大且丰富的功能。在人机界面电路中，信号灯的主要作用便是对断路器的合闸、正常分闸、故障分闸、内部故障、远程/ 近程操作等状态进行一定程度上的指示，而信号灯的指示操作主要是通过对不同颜色的发光二级管进行利用并对相应的状态进行有效实现的。

4 电源电路分析

在本文所阐述的智能控制器设计当中，其电源电路的构成主要是由三路电源以或的方式构成的。在这三路电源当中，任何一路的电源都具备单独供电的能力，即及时其他两路电源不能供电，剩下的一路电源也能够对智能控制器进行可靠而又持续的供电。这三路电源之间彼此存在着一定程度上的差异，第一路电源wie 交流控制电源。第二路电源为直流控制电源，而第三路电源则是电流源，它是取自于三相电流互感器二次侧。这三路电源的电路见图见图2 所示。

一般情况下，用户可以结合自身的情况来对电源进行一定程度上的选择，最好是交流控制电源与直流控制电源两者之间选一，这主要是因为相比于电源流，控制电源能够表现出更大的可靠性，受到配电系统运行情况的影响相对较小。

5 电流、电压信号一体化处理电路分析

对于智能控制器而言，所处理的数据一般容量较大、处理参数相对较多，在这种情况之下，单片机就会承担更大的负担，需要采取有效措施来为单片机减压。基于此，在本文对于智能控制器的设计过程当中，采用了电流、电压一体化处理电路，通过对这一电路进行一定程度上的利用，能够实现对三相电网的电流信号以及电压信号的有效采集，然后在此基础之上将这些采集到的电流、电压信号进行一定程度的分析计算，最终能够有效获得三相电网的相电流和相电压有效值、三相电流矢量和有效值、三相电压矢量和有效值以及功率、电能、功率因数、相角、频率等具体的参数值。电流、电压信号一体化处理电路简图见图3 所示。图3 中，我们不难发现电流电压信号一体化处理电路的构成相对复杂，主要是由高精度 电 能 计 量 芯 片 ATT7028A、电流互感器、电压互感器、晶振和复位电路等共同构成的。在这一电路之中，所采用的电能计量芯片具有高精度的特征，其内部存在有6 个通道，着6个通道又可以进行同步采样，并在此基础之上对双端差分信号输入方式进行了有效的使用。

6 内部状态检测电路分析

在这一智能控制器当中，低压断路器的内部状态检测电路如下几个部分共同组成的，分别是合闸和跳闸线圈电流检测电路、绝缘检测电路、内部温度检测电路、烟雾检测电路、合闸状态检测电路等。这一电路的主要作用是对断路器的内部状态进行一定程度上的检测，而对于其检测信号而言，主要是对接口电路进行一定程度上的利用，并由此将检测的信号送入到主控单片机之中，这样一来，就能够对低压断路器的状态进行有效的监控，且这种监控具有系统性与实时性。通过这一内部状态检测电路，便能够对故障进行预测与评估，并按预定规则进行实时处理，防止故障发生连锁反应，危及到其他方面，可以说内部状态检测电路对智能低压断路器可靠性与有效性的提高做出了十分重要的贡献。

7 电力载波通信电路分析

相对于其他几个模块的电路， 电力载波通信电路的结构构成相对简单， 主要是由三个部分组成的， 分别为电力载波模块BWP10A、电源、电力线路，其电路的简图主要如图4 所示。电力载波通信模块 BWP10A 通过 TTL 电平串口与主控单片机通信，模块提供了透明的数据传输通道，数据传输与用户协议无关，电力线路接口电路可与电力线路直接相连，接口驱动功率大，传送距离达 500 m 以上，模块采用直序扩频编码方式，抗干扰能力强，数据传输可靠。同一电力线路可以连接多个载波模块，通过用户的设定的地址进行区分，模块分别单独工作，不会相互影响。

这一电路的工作机理主要如下所示：首先智能低压断路器的主控单片对状态信息进行发送，并由串行口传送到电力载波模块之上，然后这一状态进行经过一定程度上的调试再通过电力线路向远端监控中心进行相应的传送。在远端监控中心接受到这一信息之后，继续根据情况对其进行一番调试，最后由电力线路传到现场载波模块当中。在信息经过一定程度上的解调之后由主控单片机进行有效的处理。

8 结束语

本文主要针对当前进行低压电力载波通信思路下的低压断路器智能控制器设计思路进行研究与分析，分别从智能控制器硬件电路设计、主控单片机与人机界面电路、电源电路、电流电压信号一体化处理电路、内部状态检测电路以及电力载波通信电路等方面进行了阐述与分析。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。

参考文献

[1] 谭国俊, 张建良, 韩耀飞. 基于 SVPWM的并联型三电平有源电力滤波器的研究[J]. 工矿自动化,2009(5):26-30．

[2] 张建良, 谭国俊, 韩耀飞. 三电平有源电力滤波器实验研究[J]. 电力电子,2009,43(5):7-9．

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作者单位

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