The Advantages of Digital Products of Zhejiang ZHONGKAI Technology Co.，Ltd.

Tu Xuwei / Huang Shize / Guo Qiyi / Qiu Jianhong

Abstract The basic concepts，principles and technical advantages of digital products of Zhejiang ZHONGKAI Technology Co.，Ltd.are elaborated and analyzed in detail.

Keywords digital products，fundamental principle，technical advantages

0　引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展為數(shù)字化的普及提供了重要的渠道，數(shù)字化技術(shù)逐漸融入了我們的生活。在CPS領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展減少了產(chǎn)品開發(fā)周期的同時增強了產(chǎn)品的可靠性。浙江中凱科技股份有限公司(以下簡稱中凱)也正在逐步向數(shù)字化企業(yè)邁進。通過數(shù)字化建設(shè)，極大地提高了公司的科研生產(chǎn)水平和管理效率。此外，由于中凱自身數(shù)字化產(chǎn)品技術(shù)含量高，設(shè)備個性化要求突出，因此提高數(shù)字化產(chǎn)品制造裝備能力和自動化水平被中凱正式列為工藝改進、保障產(chǎn)品質(zhì)量的首要任務(wù)。

1　數(shù)字化產(chǎn)品簡介

1.1　數(shù)字化產(chǎn)品的相關(guān)概念

主要針對CPS實現(xiàn)的數(shù)字化產(chǎn)品技術(shù)方案，又稱“電子式”、“智能型”，分為數(shù)字化控制與保護開關(guān)電器和數(shù)字化控制器。

中凱“數(shù)字化控制器”，是指采用微處理器(MCU)實現(xiàn)數(shù)字式整定、顯示和遠程控制功能，控制器對電動機或配電電路中的電量信號進行采樣，通過嵌入式軟件算法分析運算后發(fā)出相應(yīng)處理指令來控制KB0主電路的通斷及發(fā)出信號?？刂破骶哂斜Ｗo、自動控制、網(wǎng)絡(luò)控制、測量、模擬量輸出等功能。

“數(shù)字化控制與保護開關(guān)電器”是由KB0系列主體和數(shù)字化控制器以及其他附件(如顯示與控制模塊和電源模塊等)構(gòu)成，具有保護功能(包括短路保護、過載保護、堵轉(zhuǎn)保護、斷相保護、剩余電流保護、外部故障、溫度保護和電壓保護等)、控制功能、測量功能、顯示功能及通訊功能等。

1.2　數(shù)字化產(chǎn)品的基本原理

KB0系列控制與保護開關(guān)電器是在單一結(jié)構(gòu)形式的產(chǎn)品上實現(xiàn)集成化的、內(nèi)部協(xié)調(diào)配合的控制與保護功能，能夠替代斷路器(熔斷器)、接觸器、過載繼電器等多種傳統(tǒng)的分立元器件。從實現(xiàn)方式上來看，則由電磁系統(tǒng)、接觸組(觸頭滅弧系統(tǒng))、操作機構(gòu)、熱磁脫扣器、輔助模塊以及其他附件構(gòu)成。

所謂數(shù)字化，主要是針對原有的熱磁脫扣器而言，更確切地說是針對電動機保護技術(shù)而言。電動機保護技術(shù)有以下三個階段:基于雙金屬片熱效應(yīng)和差動保護的熱保護、基于電容充放電模擬過載的模擬電子保護、基于微處理器的數(shù)字化保護技術(shù)。

從技術(shù)發(fā)展趨勢而言，熱保護的技術(shù)和工藝最成熟且使用范圍最廣，模擬電子保護已經(jīng)淘汰，數(shù)字化保護技術(shù)則能實現(xiàn)較多的功能。在未來相當(dāng)長的一段時間，仍將是熱磁保護方式和數(shù)字化保護方式共存，各有自己使用的領(lǐng)域。在一些只要求基本保護功能的場所，熱磁保護技術(shù)仍然占據(jù)主導(dǎo)。在需要一些綜合保護，特別是需要通信的領(lǐng)域，數(shù)字化產(chǎn)品將占據(jù)主導(dǎo)地位。

2　中凱數(shù)字化產(chǎn)品的優(yōu)勢

從技術(shù)角度，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及現(xiàn)場運用，簡要介紹中凱數(shù)字化產(chǎn)品的幾點優(yōu)勢。

2.1　完備的產(chǎn)品類別和解決方案

根據(jù)用戶的需要，公司將數(shù)字化產(chǎn)品分為四種類型:KB0-B、KB0-R、KB0-E、KB0-T。各種產(chǎn)品的主要功能及應(yīng)用場合如下所述。

1)數(shù)字化基本型(KB0-B):具備基本的保護功能(過載、斷相、定時限)和剩余電流保護功能、LED顯示功能，能夠進行多種參數(shù)的整定。適用于需要漏電保護及重載的電動機。

2)數(shù)字化基本型帶數(shù)碼顯示(KB0-R):具備基本的保護功能(過載、斷相、定時限)和剩余電流保護功能，還具有測量和數(shù)碼管顯示功能。

3)數(shù)字化高級型(KB0-E):具備基本的保護功能(過載、斷相、定時限)，還具有剩余電流保護、不平衡保護、欠載保護、堵轉(zhuǎn)保護、阻塞保護、測量和顯示、故障診斷和通訊功能。KB0-E采用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，顯示與控制模塊不僅可以與開關(guān)一起實現(xiàn)就地顯示與控制，還可以通過標(biāo)準(zhǔn)連接線將顯示與控制模塊連接到柜體上進行顯示。

4)數(shù)字化智能型(KB0-T):具有基本保護功能(過載、斷相、定時限)、電流保護功能(欠載、不平衡、堵轉(zhuǎn)、阻塞)、剩余電流保護功能，且附帶電壓檢測，具有電壓及功率保護功能(過壓、欠壓、過功率等)，同時具有各種電參量的測量、液晶顯示、故障診斷及通訊功能。有多個數(shù)字化輸入和輸出接口，具備可編程功能。

針對用戶的各種需要，B、R、E、T型數(shù)字化控制與保護開關(guān)都能形成完整的系統(tǒng)解決方案。產(chǎn)品的數(shù)字化控制器可分別與C框架、D框架、B框架、F框架主體構(gòu)成各框架的數(shù)字化控制與保護開關(guān)電器。對于可通訊的數(shù)字化產(chǎn)品，還可提供上位機監(jiān)控組態(tài)軟件。

2.2　CPS徹底模塊化

眾所周知，模塊化是CPS最重要的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)特點。在數(shù)字化產(chǎn)品中，繼續(xù)保持模塊化的特點在技術(shù)上難度非常大，因此，一些“仿制者”就將CPS變成了一個一體式的產(chǎn)品，完全犧牲了CPS模塊化的特點，徹底改變模塊化的產(chǎn)品，其外形尺寸和接口與熱磁模塊產(chǎn)品完全相同，即實現(xiàn)了完全替代。例如，當(dāng)用戶選用熱磁產(chǎn)品，因系統(tǒng)升級需要變?yōu)閿?shù)字化產(chǎn)品時，只需用數(shù)字化控制器模塊替代熱磁模塊即可，其他所有模塊都不需要改變;同樣，不同的數(shù)字化控制器模塊之間也可以做類似更換。

2.3　產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先

早在2003年，在國內(nèi)電動機保護器剛起步時，中凱推出的KB0-T產(chǎn)品是迄今為止全球最早的、功能最為齊全的數(shù)字化產(chǎn)品。

在1998年出版的第一版關(guān)于CPS的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 14048.9-1998)中并沒有對CPS的電磁兼容EMC試驗做出要求。而在改版后的標(biāo)準(zhǔn)( GB 14048.9-2008)中對數(shù)字化產(chǎn)品的EMC試驗提出了明確要求。中凱數(shù)字化產(chǎn)品是國內(nèi)第一個獲得新版CCC證書的產(chǎn)品，并且是一次性通過。而很多CPS企業(yè)，因為EMC試驗無法通過導(dǎo)致CCC證書被吊銷，甚至至今仍未獲得證書。

伴隨著中凱數(shù)字化產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用，越來越得到了業(yè)界的廣泛認可。中凱數(shù)字化產(chǎn)品是唯一一個進入國家標(biāo)準(zhǔn)圖集的產(chǎn)品，成功進入《國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集》(10D303-23)。

另外，公司對所有的數(shù)字化產(chǎn)品擁有完備的知識產(chǎn)權(quán)保護體系。所有創(chuàng)新的設(shè)計均納入到該體系中，其中包括:數(shù)字化產(chǎn)品的構(gòu)成、數(shù)字化控制器的電路設(shè)計、創(chuàng)新的顯示與控制模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計、創(chuàng)新的磁通變換器設(shè)計、典型的電流采集裝置、外觀工業(yè)造型設(shè)計、各控制器的軟件著作權(quán)登記等。

2.4　其他技術(shù)優(yōu)勢

1)獨立的工作電源

數(shù)字化產(chǎn)品同熱磁產(chǎn)品都需要一個工作電源，當(dāng)前其他CPS產(chǎn)品的做法是從電磁系統(tǒng)中抽頭再整流后為微處理器提供電源，這種技術(shù)方案一方面使得控制器與主體變成一個整體，無法分割;另一方面只有在電磁系統(tǒng)吸合、觸頭閉合、電動機運轉(zhuǎn)的時候控制器才能工作。換句話說，使用這種產(chǎn)品，如果要調(diào)整參數(shù)，需要將CPS閉合，電動機啟動，在電動機運轉(zhuǎn)的時候來調(diào)整參數(shù)，存在較大的安全隱患，并且違反操作規(guī)程。

采用獨立的控制電源，并在較小的控制器空間里集成了AC/DC的電源，從而為控制器提供了多路需要的直流電源，并且較好地解決了強弱電隔離和EMC問題。這樣，就可以使得CPS在任何狀態(tài)下控制器都能夠正常工作。從而實現(xiàn)各種電動機參數(shù)的設(shè)置以及電動機信息的讀取，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

2)寬范圍的電流檢測

通常電動機的啟動電流能達到額定電流的7～ 8倍，而當(dāng)電動機發(fā)生堵轉(zhuǎn)等故障時，電流能達到額定電流的10倍以上。因此，要實現(xiàn)完備的保護，需要對電動機進行盡可能寬范圍的電流檢測，并提供必備的保護?，F(xiàn)有的熱磁產(chǎn)品，其定時限保護的保護范圍為額定電流的6～12倍，能夠較好地給電動機提供完備的三段式保護。但現(xiàn)有一些CPS“仿制”廠家，其樣本宣傳資料和產(chǎn)品標(biāo)注其電流檢測范圍僅僅為額定電流的3倍，連過載的7.2倍都無法檢測，無法保護電動機。

當(dāng)然，在KB0較小的空間內(nèi)，要達到像熱磁產(chǎn)品同樣的6～12倍保護難度非常大，但中凱的數(shù)字化產(chǎn)品(B、E、R、T)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)像熱磁產(chǎn)品一樣的6～12倍的定時限保護，而且還能夠?qū)︻~定電流的12倍的電流進行檢測和顯示，且誤差控制在較小范圍。公司采用擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的電流檢測技術(shù)、先進的軟件檢測算法，通過技術(shù)上的領(lǐng)先確保了產(chǎn)品的領(lǐng)先。

3　結(jié)束語

中凱的數(shù)字化產(chǎn)品功能齊全，技術(shù)領(lǐng)先，擁有完全自主的知識產(chǎn)權(quán)檢測技術(shù)以及完備的知識產(chǎn)權(quán)保護體系。公司針對不同的用戶需求，分別設(shè)計出了不同類型的數(shù)字化產(chǎn)品，并配以完整的系統(tǒng)解決方案，也為后期的產(chǎn)品升級提供技術(shù)上的支持，徹底實現(xiàn)了CPS模塊化設(shè)計。