中凱公司數字化產品優勢淺析

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

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

1　數字化產品簡介

1.1　數字化產品的相關概念

主要針對CPS實現的數字化產品技術方案，又稱“電子式”、“智能型”，分為數字化控制與保護開關電器和數字化控制器。

中凱“數字化控制器”，是指采用微處理器(MCU)實現數字式整定、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出相應處理指令來控制KB0主電路的通斷及發出信號。控制器具有保護、自動控制、網絡控制、測量、模擬量輸出等功能。

“數字化控制與保護開關電器”是由KB0系列主體和數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)構成，具有保護功能(包括短路保護、過載保護、堵轉保護、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　數字化產品的基本原理

KB0系列控制與保護開關電器是在單一結構形式的產品上實現集成化的、內部協調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的分立元器件。從實現方式上來看，則由電磁系統、接觸組(觸頭滅弧系統)、操作機構、熱磁脫扣器、輔助模塊以及其他附件構成。

所謂數字化，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而言。電動機保護技術有以下三個階段:基于雙金屬片熱效應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、基于微處理器的數字化保護技術。

從技術發展趨勢而言，熱保護的技術和工藝最成熟且使用范圍最廣，模擬電子保護已經淘汰，數字化保護技術則能實現較多的功能。在未來相當長的一段時間，仍將是熱磁保護方式和數字化保護方式共存，各有自己使用的領域。在一些只要求基本保護功能的場所，熱磁保護技術仍然占據主導。在需要一些綜合保護，特別是需要通信的領域，數字化產品將占據主導地位。

2　中凱數字化產品的優勢

從技術角度，結合國內外研究現狀以及現場運用，簡要介紹中凱數字化產品的幾點優勢。

2.1　完備的產品類別和解決方案

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

1)數字化基本型(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，能夠進行多種參數的整定。適用于需要漏電保護及重載的電動機。

2)數字化基本型帶數碼顯示(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，還具有測量和數碼管顯示功能。

3)數字化高級型(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采用創新的結構設計，顯示與控制模塊不僅可以與開關一起實現就地顯示與控制，還可以通過標準連接線將顯示與控制模塊連接到柜體上進行顯示。

4)數字化智能型(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、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型數字化控制與保護開關都能形成完整的系統解決方案。產品的數字化控制器可分別與C框架、D框架、B框架、F框架主體構成各框架的數字化控制與保護開關電器。對于可通訊的數字化產品，還可提供上位機監控組態軟件。

2.2　CPS徹底模塊化

眾所周知，模塊化是CPS最重要的結構特點和技術特點。在數字化產品中，繼續保持模塊化的特點在技術上難度非常大，因此，一些“仿制者”就將CPS變成了一個一體式的產品，完全犧牲了CPS模塊化的特點，徹底改變模塊化的產品，其外形尺寸和接口與熱磁模塊產品完全相同，即實現了完全替代。例如，當用戶選用熱磁產品，因系統升級需要變為數字化產品時，只需用數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，不同的數字化控制器模塊之間也可以做類似更換。

2.3　產品技術領先

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

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

伴隨著中凱數字化產品的大規模應用，越來越得到了業界的廣泛認可。中凱數字化產品是唯一一個進入國家標準圖集的產品，成功進入《國家建筑標準設計圖集》(10D303-23)。

另外，公司對所有的數字化產品擁有完備的知識產權保護體系。所有創新的設計均納入到該體系中，其中包括:數字化產品的構成、數字化控制器的電路設計、創新的顯示與控制模塊的結構設計、創新的磁通變換器設計、典型的電流采集裝置、外觀工業造型設計、各控制器的軟件著作權登記等。

2.4　其他技術優勢

1)獨立的工作電源

數字化產品同熱磁產品都需要一個工作電源，當前其他CPS產品的做法是從電磁系統中抽頭再整流后為微處理器提供電源，這種技術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吸合、觸頭閉合、電動機運轉的時候控制器才能工作。換句話說，使用這種產品，如果要調整參數，需要將CPS閉合，電動機啟動，在電動機運轉的時候來調整參數，存在較大的安全隱患，并且違反操作規程。

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在任何狀態下控制器都能夠正常工作。從而實現各種電動機參數的設置以及電動機信息的讀取，并且實現數據的傳輸。

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，而當電動機發生堵轉等故障時，電流能達到額定電流的10倍以上。因此，要實現完備的保護，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。現有的熱磁產品，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。但現有一些CPS“仿制”廠家，其樣本宣傳資料和產品標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。

當然，在KB0較小的空間內，要達到像熱磁產品同樣的6～12倍保護難度非常大，但中凱的數字化產品(B、E、R、T)不僅能夠實現像熱磁產品一樣的6～12倍的定時限保護，而且還能夠對額定電流的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權的電流檢測技術、先進的軟件檢測算法，通過技術上的領先確保了產品的領先。

3　結束語

中凱的數字化產品功能齊全，技術領先，擁有完全自主的知識產權檢測技術以及完備的知識產權保護體系。公司針對不同的用戶需求，分別設計出了不同類型的數字化產品，并配以完整的系統解決方案，也為后期的產品升級提供技術上的支持，徹底實現了CPS模塊化設計。