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摘要：计算机、材料科学、等离子体物理、电子学、信息和网络科学的发展，促进了低压电器技术的发展。本文以国内外最新资料为依据，从低压电器智能化、网络化，产品设计、开发手段的现代化，材料科学和绿色环保，传统低压电器仍具生命力等几方面介绍低压电器技术的发展。
关键词：低电压；网络化；技术；应用
1.前言
随着计算机通信技术在电气控制系统中的应用及工业控制网络化的进一步发展，迫切需要对现场智能低压电器的信息管理实现网络化，包括基于异构网络间设备的互操作、各种控制和运行信息的远程管理。
2.低压电器的网络化
使低压开关电器，包括智能化断路器和智能化电动机控制器实现与中央控制计算机双向通信。低压配电系统和电动机控制中心统一形成了智能化监控、保护与信息网络系统。网络元件，用于形成通信网络，主要有现场总线、操作器与传感器接口（AS-I）、地址编码器及寻址单元等。由新型低压电器元件与中央控制计算机组成的网络系统与传统的低压配电系统与电动机控制中心相比有以下优点：
2.1实现中央计算机集中控制，提高了低压配电系统自动化程度，并且实现了信息化。
2.2使低压配电、控制系统的调度和维护达到新的水平。
2.3采用新的监控元件，使开关柜屏面上提供的信息大幅度增加。
2.4监控元件与传统的指示和指令电器相比较，便于安装，提高了工作可靠性。
2.5可以实现数据共享，减少了信息重复和信息通道。
网络通信的发展，日益要求用户和设备之间的开放性和兼容性，因而制订一个统一的通信协议是亟待解决的一个关键问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前由智能化电器与中央计算机通过接口构成的自动化通信网络正从集中式控制向分布式控制发展，现场总线技术的出现，不但为构造分布式计算机控制系统提供条件，并且它即插即用，扩充性好，维护方便，因而目前这种技术成为国内外关注的热点。
3.网络化对低压电器的要求
生产过程频率的加快对低压电器产品的性能提出了更高的要求。对接触器来说其寿命至关重要，因为如果它与主.机的使用寿命不匹配，必将增加更多的维护成本。对热继电器来说也同样如此，随着电机起动时间常数的增大和系统要求的提高，用传统的双金属片做发热元件的热保护继电器就不能满足要求。因此热继电器必须有新的发展和变革。
随着人们生产和生活水平的提高，用电量必然增加，同样对电器产品提出了新.的要求。最典型的是随着用电负荷的加大，电器分断电流的容量也将大幅度提高，使电器可靠灭弧的能力受到严峻的考验。这样必须融合测量技术、传感器技术、计算机技术等来实现快速截流。
生产过程的自动化系统经历了就地控制、集中控制、分散控制之后，出现了全数字、开放型的现场总线系统（FCS）。根据国际电工委员会（（IEC）的标准定义:现场总线是指安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向串行传输、多点通信的数据总线。它的本质含义包括以下几个方面:现场通信网络、现场设备互联、互操作性、分散功能块、通信线供电和开放式互联网络，是新型的网络集成式全分布控制系统。现场总线通过各种方式连接控制系统中的各种现场设备（如变送器、检测仪表、传感器、执行器等）及控制系统，实现双向、数字化、开放型、多站的通信系统。由于现场总线的出现，对低压电器的智能通信网络化提出了更高的要求。
综上所述，在现代通信网络技术下使用的低压电器应具有区别于传统低压电器的以下特点:①符合其工作对象和场所的技术指标，如寿命、容量等；②应具有测量、传感、显示、通信和信息化处理功能；③应具备与现场总线和网络连接的接口；④节能、维护方便；⑤符合环保要求。
4.低压电器网络化控制系统的关键问题
由于系统的现场控制、监测信息、故障诊断信息、上层的决策与协调信息都要通过相应总线的通信网络传输，必然会产生传输延时问题。而延时是影响控制系统性能QoP的主要因素之一。网络接入协议不同，网络延时的性质就不同，可以是常数延时、时变延时甚至是随机延时，如Devi-ceNet和Ethernet的接入协议是随机的，传输延时的不确定性较周期服务网络的要大。常见的随机时延数学模型有Markov、流体模型及ARMA模型等。系统延时必然导致控制系统的相位滞后，从而对系统的控制性能和稳定性造成影响。研究基于EPA的低压电器网络化控制系统不确定延迟的数学模型及其对QoP的影响，对EPA技术在低压电器领域中的推广及应用具有重要意义。可靠的数据采样是整个控制系统的基础，而网络控制系统中信号的采样频率通常是非周期的，且时变的。根据网络的现行状态，且在保证控制系统苛刻的实时应用需求下及时调整采样频率，以缓解网络传输压力及保证网络环境的良好状态，是一个重要的研究课题。网络化控制系统的性能很大程度上依赖于网络结构及相关参数的选择，包括传输率、接入协议MAC、数据包长度、数据量化参数等。此外，任何通信网络单位时间内所能传输的信息量都是有限的，信道带宽的限制对整个网络控制系统的运行有很大影响。在有限带宽的限制下基于不同类型的网络时延设计有效的控制策略，对保证整个系统的动态性能意义重大。
5.多总线融合技术
智能电网通信信息技术研究是2009年中国第一批科技计划已安排的智能电网相关项目之一，体现在低压配电系统上，可理解为建设高效、稳定的智能低压电器通信网络。在低压电器领域所采用的通信协议和标准差异很大，多总线标准从一定程度上阻碍了现场设备的互联和信息化水平的发展，也促成多总线融合技术的应运而生。所谓总线融合，是指在一个总线系统中实现不同协议下的信息共享与互操作，包括协议融合和信息融合。现场总线网络中的信息包括控制现场水平传递的实时信息（设备状态、故障诊断、报警信息等）和向决策层垂直传递的历史信息。现场总线信息融合被称作系统级集成，目前主要采用自动控制（OLEforProcessControl，OPC）技术实现，包括现场控制系统、OPCServer、OPCClient和上层的管理信息系统，其实质是采用OPCDA规范，开发针对低压电器网络控制系统的OPCClient过程数据采集系统，按照不同应用需求对数据进行分类存储，并在数据库端完成数据的整合和发布，从而实现异构控制网络的互联。多总线协议融合主要通过设计协议网关实现，也被称作多总线的设备级集成，由网关将不同的电气信号进行隔离，转换不同的报文格式，匹配不同总线的数据传输速率，并对不同的应用层服务进行翻译，以期为不同总线上的设备提供透明的数据传输服务。多总线协议转换有两种方案:
①一对一，在任意两种协议间进行转换，开发成本极高；②多对一，将多种协议转换为一种作为公共对象的总线协议，不仅可节约成本，还可使系统具有统一的外貌，是当前协议融合的主流技术。早期的公共对象总线协议以Modbus为主，国内外各大厂商都有成熟的由Modbus到其他协议转换的适配器产品。随着工业以太网技术的逐渐成熟及与Internet的无缝集成等特点，工业以太网成为当前公共转换对象的最佳选择。传统工业以太网的CSMA/CD访问控制方式在网络负载较重时不能满足控制系统准确定时通信的实时性要求，快速以太网和交换式以太网技术为工业以太网通信的非确定性带来新的解决方案。
6.结束语
总之，智能终端的安全接入、信息传输过程中的安全保障（传输协议应用层的安全控制）、构建供配电网通信网络的安全与风险分析模型，都是今后低压电器网络化技术研究的热点问题。
参考文献
[1]任春梅，贺春，张冉.Modbus协议在低压电器中的应用[J].电器制造，2017(1):76-78.
[2]李国洪，王景芹，武壮，等.DeviceNet在智能电器控制网络中的应用[J].电测与仪表，2016(7):55-59.
论文作者:尹环环,张印,周永涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/18
标签：控制系统论文; 低压电器论文; 总线论文; 协议论文; 网络论文; 系统论文; 信息论文; 《基层建设》2018年第2期论文;