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1、河北工业大学硕士学位论文 i 可通信智能型双电源转换开关的研究可通信智能型双电源转换开关的研究 摘摘 要要 随着我国电力工业的发展，自动转换开关（ATSE）作为一类重要的低压电器产品，在配电和保护线路中起着日益重要的作用。随着市场需求不断提高，要求自动转换开关（ATSE）不仅具备智能化功能，还要求具备可通信功能便于实现网络化。 本文首先论述了装置的硬件框架结构，确定单片机及其外围功能单元的设计原理，通过系统的硬件和软件综合设计，实现了对自动转换开关的智能控制。其中详细论述了主要功能模块的工作原理和设计方案，对装置的实现方法进行详细的论述。本设计控制器单元以 PIC 单片机为核心处理器，主要进行
2、数据实时采集处理和自动转换开关的故障保护，以实现自动转换开关的自动控制。软件程序部分采用模块化的设计方法，采用 C 语言编程，大大提高了编程效率又能很好的兼顾程序的执行效率。 其次，本文对自动转换开关的可通信技术进行了研究，并以 Modbus RTU 通信协议为基础，设计并实现了上位机和自动转换开关之间的通信。最后对自动转换开关系统的抗干扰性进行了研究，详细介绍了自动转换开关的电磁兼容（EMC）试验，给出了一些可行的软硬件抗干扰措施。 在数据处理时采用两次判断确定故障电压的方法， 很好的滤除了干扰，使得设计成功通过 EMC 试验，并超过了国家标准的要求。 实验结果表明，本文研制的智能型自动转换
3、开关基本上达到了预期的设计效果，对以后开发自动转换开关具有一定的参考价值。 关键字：关键字：自动转化开关，智能化，Modbus 协议，抗干扰，电磁兼容试验 可通信智能型双电源转换开关的研究 ii STUDY ON THE INTELLIGENT AUTO TRANSFER SWITCH EQUIPMENT WITH COMMUNICATIAN ABILITY ABSTRACT With the development of the electric industry, low-voltage apparatus on the power supply and the circuit prote
4、ction is more and more important. It is required that the low-voltage apparatus has some intelligent functions. The low-voltage apparatus can achieve selective protection and the power supply safety. Auto Transfer Switch Equipment (ATSE) is a type of important low-voltage apparatus product. The stud
5、y of its intelligent and network-based technology will be a important development direction. Firstly the frame of the equipment discussed is in the paper. Through the design of the hardware and the software of single-chip computer system, the intelligent control of the ATSE is realized. We introduce
6、 the theory and the design of the module concretely. The arithmetic of the measure and the protection is represented in detail in this paper. The intelligent controller is based on the PIC processor to sample and process the signal, and then to handle the faults of the voltage if there are any to ac
7、hieve the ATSEs self-control. The software adopts the module design method, uses C programming language , have improved the execution efficiency of giving consideration to the procedure that programming efficiency can be very good greatly. Secondly we study the realization of serial communication of
8、 ATSE. Base on the Modbus RTU protocol, we design and realize the communication between the ATSE and the PC. Finally, the anti-interference technology of ATSE system is studied. The EMC experimentation of ATSE is introduced in detail. And some feasible method both in hardware and software is studied
9、. In the data processing program, we determine the voltage is fault if the fault voltage appeared twice. Use this method we filtered the interference successfully and passed the EMC experimentation successfully. Especially the test conditions are beyond the demand of national standards. The experime
10、nts indicate that the intelligent ATSE we worked out had reached our expectation. It is a reference of further design of the ATSE. KEY WORDS: auto transfer switch equipment, intelligent, Modbus protocol, anti-interference, electromagnetic compatibility experimentation =一河北工业大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 第一章 绪论
11、低压电器是现代工业过程自动化的重要基础部件，是组成电气成套设备的基础配套元件，包括配电电器和控制电器，它是低压用电系统可靠运行、安全用电的基础和重要保证，在国民经济中有着不可替代的重要地位和作用1。21 世纪是一个集计算机技术、通信技术、网络技术为一体的信息化时代，也是逐渐实现人们生产和生活数字化的时代。新一代低压电器技术创新带有鲜明的时代特征，电器产品正朝着智能化、 网络化、 功能多样化、 模块组合化和高性能、 小型化等方向发展。 随着我国加入WTO，我国低压电器行业面临着巨大的挑战。在现有基础上如何适应新的形势，跟上发达国家低压电器先进水平，如何更好满足我国现代化发展的需要，是低压电器工作
12、者面临的一个重大课题2。 1-1 可通信智能低压电器概况 1-1 可通信智能低压电器概况 智能化电器是以微处理器为核心技术的电器3,4。 它使电器具有智能化功能， 即能够根据运行状态，通过感知、推理、学习、决策手段自动地选择最佳模式进行控制与保护，智能化电器进一步信息化，就能与中央控制计算机实现双向通信，通常也称为可通信开关电器，可通信开关电器的应用，提高了配电控制系统的信息化、自动化程度。 近年来，现场总线的出现给工业自动化带来了划时代的变革5-11。现场总线是一种造价低、可靠性强，并适合工业环境使用的通信系统，和传统的通信系统相比较，传统方法要用多芯电缆让数据并行传送，而现场总线仅需要一个
13、双芯电缆，使布线非常简单，减少了安装维护费用。现场总线按国际标准采用统一的通信规范，因而它具有很好的互换性和互操作性，它是与生产商无关的系统，各种现场设备只要按这种规范和协议生产都可在网络上使用。现场总线生产工厂能提供现场总线各种标准部件，包括接口、各种中继器、电缆、模块化I/O站等，因而大大方便了安装和维护，做到了即插即用，也适合于现场设备分散布置的特点。综合上述特点，奠定了可通信开关电器的发展，也就是说可通信开关电器是和一定的现场总线、通信规约、通信协议相联系的。统一的低压电器数据通信规约可使得控制系统可以容纳各种各样的智能电器，只要他们具有使用统一“规约”的数据通信接口就可以星湖通信，从
14、而使控制系统的设计和应用具有普遍性，便于推广和普及。但目前数据通信规约尚未完全统一，因此在一个控制系统中往往只能使用同一型号的智能电器，这样控制系统的设计和应用就有了很大的限制。如德国西门子公司的PROFIBUS现场总线，AB公司的DeviceNet，MODICON公司的Modbus等现场总线分别应用于不同地区和场合，我国也编制了低压电器数据通信规约，并在城市电网关键技术项目智能型低压配电和控制装置中应用，以推动我国电力技术的发展。 目前国内可用的智能低压电器产品虽说还不多，但某些关键的智能电器产品已经研制成功并已经形成了生产规模。如智能型框架断路器 DW45、智能型塑料外壳式断路器 DZ40
15、 都具有带通信接口的智能化脱扣器，它们与控制网络的“连接”是通过计算机通信接口来实现的。在电力系统中作为配电与保护电器的智能型断路器，它可以在安装时提供许多三段式保护曲线供用户设定，并且在电网运行可通信智能型双电源转换开关的研究 2 时由上级计算机根据配电自动化的要求来及时地改变这些曲线， 这样智能型断路器就从原来的 “静态”的保护变成了“动态”保护，保护水平有了很大提高。 总的来说，智能电器具有了数据通信接口，就能进入控制网络，网络控制使得智能电器的控制与保护性能有了“质”的变化。 1-2 自动转化开关简介 1-2 自动转化开关简介 自动转换开关电器简称为 ATSE，是 Automatic-
16、transfer switching equipment 的缩写12。它由一个（几个）转换开关电器和其它必需的电器（转换控制器）组成，用于监测电源电路、并能将一个或几个负载电从一个电源转换至另一个电源。作为消防负荷和其它要负荷的末端互投装置，ATSE在工程中得到了广泛应用，正确合理的选择ATSE可确保重要负荷的可靠性，ATSE在重要负荷的供电系统中是不可缺少的。双电源转换开关的技术水平、先进性和可靠性，直接影响诸如：医院、发电厂、银行、化工、冶金、宾馆、高层建筑、军事设施等重要场所的用电设备的水平和可靠性，关系到用电人员的安全和生命。随着我国工业的发展、自动化程度的普及、人类生活质量的不断改善，人们对电源可靠性的要求越来越迫切，由此双电源转换开关的重要性日益提高。 1-2-1 自动转换开关的发展过程 1-2-1 自动转换开关的发展过程 自动转换开关的历史悠久， 在将电能作为主要能源后， 由于对重要负载的供电存在不同电源间的转换问题，自动转换开关必然会得到应用。但由于自动转换开关的需求量有限，以往并未把自动转换开关作为一种独立的或者说是某一种特定的
