智能电器现状及发展趋势

　0 引言

　　电器在国民经济的各部门和国防领域均占有非常重要的位置，起着不可或缺的作用。电器的主要发展趋势是高性能、高可靠、小型化、电子化、数字化、组合化、集成化、多功能化、智能化及可通信化/网络化，其核心是智能化和网络化。随着现代信息电子技术、电力电子技术、微机控制技术、现代传感器技术、数字通信技术及计算机网络技术的多学科交叉和融合，电器逐渐向智能化发展，出现了各种智能电器。

1 智能电器定义及组成

　　1.1 智能电器的定义

　　关于智能电器的定义或阐释已有很多，如：智能电器是指能自动适应电网、环境及控制要求的变化，始终处于最佳运行工况的电器。这里从构成智能电器的核心部件及其功能出发， 给出智能电器的定义：智能电器是以微控制器/微处理器为核心，除具有传统电器的切换、控制、保护、检测、变换和调节功能外，还具有显示、外部故障和内部故障诊断与记忆、运算与处理以及与外界通信等功能的电子装置。

　　智能电器的核心部件为微控制器/微处理器，与传统电器相比，智能电器的功能有“质”的飞跃；智能电器是电子装置，而传统电器是电气设备。具有现场总线接口以实现可通信/网络化是现代智能电器的重要特征和主要发展趋势。

　　1.2 智能电器的组成

　　图1 给出了典型智能电器的组成。由图1 可见，典型智能电器的输入可以是电压信号、电流信号(模拟信号)，也可以是数字信号，(对于非电输入信号须转换成电信号)；模拟信号经变换器和调理电路变换、处理后送给A/D 转换器，数字信号一般须经过隔离、处理后再送给微控制器/微处理器；微控制器/微处理器是智能电器的核心部件(如上所述)；为实现人机交互，须有键盘电路、打印接口电路、显示与报警电路，这些电路受人机接口管理单元的管理/控制；为实现外部故障和内部故障的记忆或事件记录功能须有时钟电路(一般应有电池备用供电，图中未画出)；电平信号、触点信号/动作信号均为由微控制器/微处理器控制的输出数字信号；RS232/RS485 总线接口是简单的串行通信接口，也是多数智能电器配置的信息交换接口，现场总线接口是通过总线控制器和总线收发器提供的，总线控制器和总线收发器之间一般有光电隔离电路(图中未画出)。

　　有些微控制器/微处理器中集成了A/D 转换器、大容量的RAM、ROM 乃至总线控制器，则此时图1 框图可得到简化；当人机交互功能比较强大时， 图1 的人机接口管理单元即为一个单独的微控制器/微处理器(这也是智能电器的一种比较典型的配置)，此时该微控制器/微处理器也可能会承担现场总线通信任务。

2 智能电器现状及发展趋势

　　根据国内外电器产品和研究动态来看，智能电器具有以下发展趋势：

　　2．1 智能电器产品化：将智能电器制成相对独立的通用性产品，使其适用范围不仅限于开关、保护作用。20 世纪末,国际上一些著名的大公司基于CPU 技术不断进步和发展,纷纷推出新一代的智能型可通信的低压断路器,比如施耐德公司的M、MT 开关,西门子公司的3WL/3VL断路器,ABB 公司的F、Emax 等系列低压断路器。西门子公司推出的新一代断路器SENTRON WL/VL 较以前产品有了很大的提高。特别是在网络连接方面,具有Profibus-DP、Cubicle BUS、以太网、RS-232C 等多种总线接口(Cubicle BUS 为断路器内部数据总线)。西门子通过模块化结构和内部数据总线使SENTRON 可以方便灵活地配置和减少内部接线。施耐德公司的Masterpct 系列断路器支持Modbus 和BatiBUS,同时还提供用于连接Profibus 和以太网的外置网络模块。

　　2．2 智能电器电子化：随着半导体集成技术、微电子和计算机技术的迅猛发展，智能电器的控制能力越来越强，将从常规的电压、电流、功率等电参数的智能化监测与控制方面， 发展到对诸如触头材料磨损、灭弧室温升等非参数的监测Lj 控制等方面。

[$page]　　2．3 智能和通信化：电器中采用微处理器，从而具有应用软件，这样在硬件不变的情况下具备较大的适用性和升级能力，在电器中加入相关的监测、判断和通信等芯片或电路，使电器的各种状态和工作参数能通过传输媒质(如现场总线、串口线等)与线路的其他电器设备进行信息交流，以适应当前电器设备智能及网络化的发展趋势。目前一些主要断路器厂商虽然尚未在自己的产品中支持以太网技术,但都为用户提供连接以太网的解决方案,大多采用协议转接方法对以太网进行支持。西门子公司主推Profibus 现场总线,断路器产品通过通信模块连接至Profibus 总线,然后通过Profibus 网络的主站连接至以太网。断路器附件BDA(断路器数据适配器)则起到远程/就地调校工作,不用于现场监控通信场合。施耐德公司通过EGX 或CM4000+ECC 实现Modbus协议与TCP/IP 协议的转换。

　　在我国，电器通信的要求可体现为遥测、遥控、遥讯和遥调，这距离网络化还有很大的差距。我国低压断路器的可通信技术这几年也有了长足的发展,以上海电器科学研究所(集团)有限公司为主的研究机构正致力于现场总线技术的研究和开发。常熟开关制造有限公司成功地运用Modbus、Profibus、DeviceNet等总线技术实现了低压CW