CN101271786B - 微机在线防止电气误操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统防误技术领域。微机在线防止电气误操作系统，包括防误主机；通信管理机，其上有CAN总线接口，通信管理机为防误主机和基站以及分布式单元控制器之间的信号分配转接设备；单元控制器，具有CAN总线接口和与锁具连接的接口电路，单元控制器通过CAN总线与所述通信管理机连接，分布式单元控制器以有线的方式与通信管理机和锁具进行数据通信；还包括基站，具有CAN总线接口和无线射频模块，基站通过CAN总线与所述通讯管理机连接；电脑钥匙，其具有与所述基站进行无线通信的无线射频模块；多模锁具，该多模锁具有可与所述基站直接通讯的无线通讯模块。在上述多模通讯微机防误闭锁系统中，锁具的开锁、闭锁以及其他数据通讯可通过有线、有线加无线、无线等方式实现。

Description

微机在线防止电气误操作系统 

技术领域

本发明涉及电力系统防误技术领域，特别涉及一种基于设备状态实时采集、控制、有着多种数据通信组合模式的，直接对防误锁具进行在线控制和实时查询的综合型微机在线防止电气误操作系统，它用于变电站、发电厂的电气操作在线式防误。 

背景技术

目前，在线微机防误闭锁系统主要有无线分布式微机防误闭锁系统和有线分布式微机防误闭锁系统两种，它们完全独立、自成系统，并有各自的优点和缺点。 

公开号为CN1835148的中国专利申请公开了一种无线分布式微机防误闭锁系统，该无线分布式微机防误闭锁系统包括五防主机、至少一个电脑钥匙、蓝牙主站和至少一个基站。该蓝牙主站与五防主机连接，各基站之间用通讯介质串联并连接于蓝牙主站，各基站可与其覆盖范围之内的电脑钥匙进行无线数据交换。 

该无线分布式微机防误闭锁系统易于工程的安装调试，但是在线信息量不足，且传输速率低。 

公开号为CN1835147的中国专利申请公开了一种有线分布式微机防误闭锁系统，该有线分布式微机防误闭锁系统包括五防主机、至少一个锁具、CAN总线适配器、通讯介质和至少一个电磁锁单元控制器，该锁具为电磁锁，每个电磁锁单元控制器可连接至少一个电磁锁，电磁锁单元 控制器通过通讯介质连接于CAN总线适配器，该CAN总线适配器与五防主机连接并可交互信息。 

该有线分布式微机防误闭锁系统在线信息量大，传输速率比较高，但是工程施工量大，系统造价高。 

因此，需要一种在数据容量、传输速率等方面能够满足实时在线的需要的、工程造价相对较低的系统。同时，它又能够很好地对上述两种系统(如：防误主机、锁具等)进行有效整合，提供一套既可独立使用、又可配套使用的多模式系统产品。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在数据容量、传输速率等方面能够满足实时在线的需要的、工程造价相对较低的微机在线防止电气误操作系统。 

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 

微机在线防止电气误操作系统，包括 

防误主机； 

通信管理机，其上有多个CAN总线接口，通信管理机为所述防误主机和基站以及单元控制器之间信号分配转接的设备； 

单元控制器，其具有CAN总线接口和与锁具连接的接口电路，所述单元控制器通过CAN总线与所述通信管理机连接，所述单元控制器以有线的方式与通讯管理机和锁具进行数据通信； 

锁具； 

另外，还包括 

基站，其具有CAN总线接口和与锁具或者无线电脑钥匙进行无线通信的无线射频模块，所述基站通过CAN总线与所述通信管理机连接； 

无线电脑钥匙，其具有与所述基站进行无线通信的无线射频模块； 

所述锁具为多模锁具，该多模锁具有可与所述基站直接通讯的无线通讯模块。 

该多模锁具在原有锁具的基础上增设了无线通讯功能，即，在上述微机在线防止电气误操作系统中，锁具的开锁、闭锁以及其他数据通讯可通过有线(防误主机-通信管理机-单元控制器-多模锁具)、有线加无线(防误主机-通信管理机-基站-无线电脑钥匙-多模锁具)、无线(防误主机-通信管理机-基站-多模锁具)等方式实现。微机在线防止电气误操作系统是结合了多种控制模式，直接对现场锁具进行实时控制和状态查询的防误闭锁系统。它是一种全在线模式，能够根据现场锁具的即时状态和操作票的操作流程，自动对防护设备的锁具进行解锁，有效地防止由于人为疏忽而造成的安全隐患。本系统无线传输采用低功耗的射频方案，组网方便，安装简单，无线锁具能安装在任意位置；有线网络由于具有安全可靠的特点，作为另一种控制模式，也可直接对锁具进行控制，提高对锁具控制的可靠性。无线电脑钥匙可以在现场直接和基站通信接收操作票并进行操作同时传回锁具的状态信息。 

附图说明

图1是本发明多模通讯微机防误闭锁系统的结构图； 

图2为多模锁具整体结构示意图； 

图3为图2沿A-A线的截面图； 

图4为图2沿B-B线的一种实施例的截面图； 

图5为图2沿C-C线的截面图； 

图6为图2沿D-D线的截面图； 

图7为多模锁具被开启锁舌退回锁体的状态示意图； 

图8为多模锁具被锁闭锁舌伸出锁体的状态示意图； 

图9为多模锁具的无线通讯模块框图； 

图10为基站的逻辑框图。 

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。 

具体实施方式

参见图1，微机在线防止电气误操作系统，包括防误主机、通信管理机、多个单元控制器、多个基站、无线电脑钥匙以及多个多模锁具。另外，该微机在线防止电气误操作系统还包括对防误主机进行后台操作和监控的调度中心和监控系统。上述单元控制器为分布式单元控制器。 

防误主机上安装有用于控制整个微机在线防止电气误操作系统的图形系统。该防误主机具有开票、修改票、传送票、打印票、设计报表、追加票、智能解锁、设备对位、模拟、综合自动化接口、用户管理、电话簿、图形管理、开票历史记录、数据备份、数据恢复等功能 

通信管理机是PC机和多个基站以及分布式单元控制器之间的信号分配转接设备。通信管理机和防误主机通过USB接口进行通信，通信管理机将由防误主机送来的数据按照CAN总线的数据格式封装后送到CAN总线上，向其它CAN总线上的设备传送数据，并将基站和分布式单元控制器传回来的锁具状态信息转送给防误主机。通信管理机应有多个CAN总线接口，并具备电器隔离及总线保护功能。同时还要向基站和分布式单元控制器提供直流供电，并能通过通断电源来控制远端设备复位。 

分布式单元控制器是以有线的方式完成和通信管理机以及锁具进行数据通信的设备。分布式单元控制器通过CAN总线接收通信管理机送来的PC指令数据，并对其进行分析，将对锁具的执行指令调制在电源线上转发给多模锁具，控制锁具解锁。同时也接收来自锁具的状态信息，回传给通信管理机。 

分布式单元控制器通过锁具的逻辑地址来寻址锁具，原则上寻址的锁具数量不受限制。 

接口属性： 

1)分布式单元控制器和基站一样，有CAN总线接口，有自己的CAN总线ID识别码，这个ID码可以在控制器上自行设定，CAN总线接口接收通讯管理机的数据后，通过和寻址的ID识别码比较来决定是否接收该指令。分布式单元控制器也有逻辑地址，由防误主机中的图形系统统一分配，通过ESN号或CAN总线ID发出指令来写入相应设备中。 

2)分布式单元控制器和锁具也有接口电路，该接口电路通过直流电源线和锁具传送数据，它是通过将控制指令调制在电源线上传送给锁具，控制锁具解锁；锁具读取状态信息后，也用同样的方式传送给分布式单元控制器。 

基站是通过无线方式把来自防误主机的指令转送到多模锁具或无线电脑钥匙，同时也将多模锁具和无线电脑钥匙的数据通过通讯管理机转送给防误主机的设备。参见图10，  基站主要包括电源组件、通讯接口组件和CPU板。在CPU板上装有与多模锁具或者无线电脑钥匙通讯的无线射频模块。基站接收通讯管理机通过CAN收发器从CAN总线送来的数据，通过比较数据中设备CAN总线ID识别码，如果和本基站的ID识别 码一致则接收该数据，并将该数据重新封装后通过无线方式向目标锁具(多模锁具或无线电脑钥匙)发送；同时也接收多模锁具或无线电脑钥匙发回的状态数据，并回传给通讯管理机。 

每个基站都有一个唯一的CAN总线ID识别码，一个ESN号和一个逻辑地址，这个逻辑地址由两字节组成，CAN总线ID号可以在基站设备上自行设定，也可由防误主机中的图形系统自动设定。 

基站的工作模式是： 

1.系统初始安装时，图形系统根据基站的CAN总线ID或逻辑地址，通过指令形式向它写入系统分配的逻辑地址。 

2.为了减少图形系统软件指令的操作流程，系统软件要对锁具进行操作时，直接发操作命令，基站接收到指令后，先由基站对要操作的锁具进行唤醒，然后再进行操作，并将锁具操作成功或失败的信息回传给图形系统。如果图形系统要对多个锁具进行操作，为加快唤醒时间，图形系统也可直接先对多个锁具发出唤醒命令，然后再发出操作指令，基站可以记录下已经唤醒的锁具，直接进行操作。 

3.锁具工作在休眠状态时，休眠间隔为30-60秒，当图形系统唤醒锁具时，可以修改唤醒间隔时间(可以设定为2秒)，以缩短指令执行时间。 

另外，基站也可以通过无线方式与通信管理机进行通讯。 

多模数码锁是以无线、有线或电脑钥匙多种方式接收解锁指令，对变电站手动设备(如手动隔离开关、临时地线、或网门等)进行闭锁操作的装置。 

多模锁具的结构如图2-8所示，一种多模锁具，包括锁体和控制板，所述锁体包括锁具结构仓和控制仓，所述锁具结构仓和控制仓之间完全隔绝；在所述锁具结构仓中，设置有锁舌1、锁舌套2、锁销3、锁扭4、按键5、磁铁销6；在所述锁舌1上设置有一锁舌槽位11和套有一锁舌拉伸弹簧12，所述锁舌拉伸弹簧12一端抵靠在所述锁舌1上，一端抵靠在所述锁舌套2的端面；所述锁销3中部套有一锁销压缩弹簧31，所述锁销压缩弹簧31一端抵靠在所述锁销3上，一端抵靠在所述锁具结构仓壁上；所述锁销3的一端可进入或退出所述锁舌槽位11，所述锁销3的另一端与所述锁扭4活动抵靠；所述锁扭4通过限位销和定位销固定在所述锁具结构仓壁上；在所述锁舌1上还安装有一拉杆13，所述拉杆13的一端延伸至所述锁体外；所述按键5包括按键轴51和按键头52，所述按键头52设置在所述按键轴51向所述锁具结构仓外延伸的一端，在所述锁具结构仓内设置有防止所述按键5脱落的限位装置7，本实施例中是限位中空螺母；在所述按键轴51中部设置有一推杆53，所述推杆53的自由端与所述锁销3相抵靠；在所述按键轴51的一端设置有按键槽位54，所述磁铁销6可进入或退出所述按键槽位54，所述磁铁销6的一端装有第一磁铁61；在所述控制仓中，设置有控制板8、电机9、滑动磁铁架10；所述控制板8与所述电机9电连接；所述电机轴90上安装有齿轮91，所述滑动磁铁架10上安装有齿条101，所述齿轮91与所述齿条101相啮合；所述滑动磁铁架10沿齿条运动方向上并列安装有第二磁铁102和第三磁铁103，所述第二磁铁102和第三磁铁103极性相反。 

本实施例中以闭锁状态确定磁铁的磁极，如图2和6，所述第二磁铁的磁极为左N右S；所述第三磁铁的磁极为左S右N；所述第一磁铁的磁极为左S右N。 

其工作过程如下： 

开锁：当所述控制板8接到开锁指令后，给所述电机9通电，所述电机9带动所述齿轮91旋转。通过所述齿轮91和齿条101的啮合将所述滑动磁铁架10推上去一段距离。使所述第三磁铁103与所述第一磁铁61相对，便可利用异性相吸的原理将所述磁铁销6吸向后方，此时工作人员便可按动所述按键5了。按动后的按键5带动所述推杆53移动，所述推杆53进一步的推动所述锁销3移动；之后，所述锁舌1在所述锁舌拉伸弹簧12的弹性力作用下，往后退回锁体，锁就可以打开了。 

闭锁： 

当工作人员完成作业后，需要闭锁时，推动所述拉杆13，所述锁舌1向外运动，当所述锁舌槽11位正对所述锁销3端部时，在所述锁销压缩弹簧31的回复力作用下，所述锁销3端部插入所述锁舌槽位11，将所述锁舌锁住；与此同时，所述推杆53在所述锁销3的作用下，推动所述按键5回位，使所述按键槽位54正对所述磁铁销6的端部。 

同时，当所述控制板8接到闭锁指令后，又反向给所述电机9送电，使带动所述齿轮91反向旋转，通过所述齿轮91和齿条101的啮合将所述滑动磁铁架10拉回一段距离。所述磁铁销6在磁铁排斥力的作用下，重新回到原来位置。 

回位后的所述磁铁销6又重新进入所述按键槽位54，所述按键5并按动不了；这样所述锁便完全闭锁了。 

参见图9，为多模锁具的用于与基站直接进行无线通讯的无线通讯模块的结构框图。电源模块为电源接口同时也对电源进行管理。RF模块为进行无线通讯的射频模块。MCU负责协调各模块以及进行数据处理。输入模块进行开关量输入缓冲检测。输出模块负责闭锁装置升压及驱动，并驱动用于显示锁具状态的LED灯。时钟模块提供系统实时时钟。 

多模数码锁的无线部分属性同基站相同，有相应的逻辑地址，该地址由系统分配并和ESN号在绑定。对于和分布式单元控制器之间的有线通信寻址，也使用该逻辑地址。锁具也有自己的RFID(射频ID)号，并且可能通过外部写码器将ESN号写入ID芯片中。 

多模锁具作为目的终端，除具备基站的无线通信功能外，还具备下列如表1所列的执行功能： 

表1  多模锁具执行功能表 

多模锁具的工作模式如下： 

1.多模锁具能同时工作在全有线和全无线以及电脑钥匙控制模式状态，当锁具有线接口有电压输入时，锁具电路用外供电源工作；当有线接口无电源输入，用锁具内电池。 

2.为减少电池消耗，多模锁具平时工作在休眠模式，休眠间隔有三种模式，一种是常休眠模式，休眠间隔时间为30-60秒，缺省值可设定为30秒，此间隔时间可由图形系统修改，用于平时工作状态下休眠；另一种待机休眠模式，用于图形系统临时修改待机时间，以加快锁具的操作执行时间，其值由图形系统给定；还有一种休眠时间是工作休眠间隔，当基站唤醒锁具后，由基站修改锁具休眠间隔比如为2秒，缩短基站和锁具的通信时间，这个待机时间是临时的，当基站和锁具通信完成，基站修改锁具待机时间回到常休眠时间，或锁具在一定时间没收到信号，则自动转为常休眠时间。 

3.当多模锁具状态发生改变，则启动中断唤醒无线发送电路将状态数据回传。多模锁具状态发生改变一般包括电池电压降低到最低工作电压2.2V时，或外部开关量发生改变或者锁具出现异常等则唤醒锁具传回状态信息。 

4.多模锁具通过RFID读码器读出锁具的ESN号，图形系统根据ESN号分配相应的逻辑地址。 

5.图形系统在对多模锁具进行初始配置时，采用轮询的方式，向不同的基站发出查询某个ESN号锁具的信号强度，通过比较信号强度来确定锁具归属某个基站。 

6.图形系统根据锁具的ESN号和所属基站通过指令来对其写入逻辑地址。 

多模锁具的有线控制部分接口： 

分布式单元控制器提供直流电源给无线锁具，并将控制信号调制在直流电源线上也传送给多模锁具，控制锁具解锁，多模锁具的有线接口能接收并分析和执行这些信号，也可以随时把锁具的状态变化信息同样通过直流电源线传给分布式单元控制器。 

无线电脑钥匙是能够根据接收到的操作票对锁具自动进行解闭锁操作的装置。无线电脑钥匙以无线的方式接收基站的数据，并对锁具进行闭锁操作，同时将锁具的状态传给图形系统。 

无线电脑钥匙的工作模式： 

1.当基站收到的多包数据是发给电脑钥匙的操作票时，基站就重新提高传输波特率为9600，同时向无线钥匙发出重新设置波特率为9600的命令，电脑钥匙设置完成后，基站将操作票数据发给无线电脑钥匙。数据接收完后，基站调整为原有的波特率设置。 

2.无线钥匙的无线部分透明地传输数据，当基站收到通信管理机送来的CAN总线数据包后，取出其中的数据然后再重新按照无线通信规约打包后传送给无线钥匙。 

无线钥匙开机后，只要在基站的接收范围内，无线钥匙按照一定的时间间隔不断向图形系统发送信息，让图形系统实时知道无线钥匙的位置及操作情况。 

另外，无线电脑钥匙也可以接收来自微机在线防止电气误操作系统的操作票，通过该操作票直接对现场电气设备进行操作。 

当然，本发明微机在线防止电气误操作系统还可由其他变形。总之，根据上述实施例的提示而做显而易见的变动，以及其他凡是不脱离本发明实质的改动，均应包括在权利要求所述的范围之内。 

Claims (6)

1.微机在线防止电气误操作系统，包括

防误主机；

通信管理机，其上有多个CAN总线接口，通信管理机为所述防误主机和基站以及单元控制器之间信号分配转接的设备；

单元控制器，其具有CAN总线接口和与锁具连接的接口电路，所述单元控制器通过CAN总线与所述通信管理机连接，所述单元控制器以有线的方式与通信管理机和锁具进行数据通信；

锁具；

其特征在于，还包括

基站，其具有CAN总线接口和与锁具或者无线电脑钥匙进行无线通讯的无线射频模块，所述基站与所述通信管理机连接；

无线电脑钥匙，其具有与所述基站进行无线通信的无线射频模块；

所述锁具为多模锁具，该多模锁具有可与所述基站直接通讯的无线通讯模块。

2.根据权利要求1所述的微机在线防止电气误操作系统，

其特征在于：

所述基站通过CAN总线或无线方式与所述通信管理机连接。

3.根据权利要求2所述的微机在线防止电气误操作系统，

其特征在于：

所述无线通讯模块包括

电源模块，其为电源接口同时也对电源进行管理；

RF模块，其为进行无线通讯的射频模块；

MCU，其负责协调各模块以及进行数据处理；

输入模块，其进行开关量输入缓冲检测；

输出模块，其负责闭锁装置升压及驱动，并驱动用于显示锁具状态的LED灯；

时钟模块，其提供系统实时时钟。

4.根据权利要求3所述的微机在线防止电气误操作系统，

其特征在于：

所述多模锁具包括锁体、锁舌、锁舌套、锁销、锁扭和控制板；所述锁体包括锁具结构仓和控制仓；所述锁舌套、锁销、锁扭位于所述锁具结构仓内；所述控制板位于所述控制仓内；在所述锁舌上设置有一锁舌槽位和套有一锁舌拉伸弹簧，所述锁舌拉伸弹簧一端抵靠在所述锁舌上，一端抵靠在所述锁舌套的端面；所述锁销中部套有一锁销压缩弹簧，所述锁销压缩弹簧一端抵靠在所述锁销上，一端抵靠在所述锁具结构仓壁上；所述锁销的一端可进入或退出所述锁舌槽位，所述锁销的另一端与所述锁扭活动抵靠；所述锁扭通过限位销和定位销固定在所述锁具结构仓壁上；在所述锁舌上还安装有一拉杆，所述拉杆的一端延伸至所述锁体外；所述锁具结构仓和控制仓之间完全隔绝；在所述锁具结构仓中，还包括有锁舌、按键、磁铁销；所述按键包括按键轴和按键头，所述按键头设置在所述按键轴向所述锁具结构仓外延伸的一端，在所述锁具结构仓内设置有防止所述按键脱落的限位装置；在所述按键轴中部设置有一推杆，所述推杆的自由端与所述锁销相抵靠；在所述按键轴的另一端设置有按键槽位，所述磁铁销可进入或退出所述按键槽位，所述磁铁销的一端装有第一磁铁；在所述控制仓中，还设置有磁铁架及磁铁架驱动机构；所述控制板与所述磁铁架驱动机构电连接；所述磁铁架上安装有第二磁铁和第三磁铁，所述第二磁铁和第三磁铁极性相反。

5.根据权利要求4所述的微机在线防止电气误操作系统，

其特征在于：

所述磁铁架驱动机构由电机、安装在所述电机轴上的齿轮和设置在所述磁铁架上的齿条组成，所述齿轮与所述齿条相啮合。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的微机在线防止电气误操作系统，

其特征在于：

还包括与防误主机相连的调度中心和监控系统。

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