CN104577743A - 一种环网柜及其操作机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环网柜及其操作机构，该操作机构包括相互配合的输入模块、控制模块及输出模块；其中，该控制模块包括基于CPLD的控制器，用于实现设定的控制逻辑，其具有用于与该输入模块相连的多个输入端口和用于与该输出模块相连的多个输出端口；输入隔离单元，设置在该控制器的输入端口与该输入模块之间；驱动单元，受控于该控制器，用于驱动该输出模块；以及输出隔离单元，设置在该控制器的输出端口与该驱动单元之间。与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：操作机构工作速度快、寿命长且可靠性高等。
Description
技术领域
本发明涉及电力电网设备，特别涉及环网柜的操作机构。
背景技术
环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备。环网柜的核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。环网柜被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑及工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。目前的环网柜的操作机构一般由减速器、电机、控制器等构成，其中控制器主要用于完成电气闭锁及电机控制，采用继电器控制方式。这种继电器控制方式有以下缺点：不能实现通信以及数字化控制，逻辑修改、功能增加困难；连接线多而复杂，不易维护；依靠继电器机械触点的吸合动作来完成控制，工作频率低，工作速度慢；机械触点在开闭时产生电弧，会造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差；电气元件完全暴露在空气中，抗干扰性差，容易受潮湿及粉尘的环境影响，影响整个控制线路的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免针对现有技术中逻辑修改和功能增加困难，不易维护，工作频率低、工作速度慢，使用寿命短、运行可靠性差，以及抗干扰性和可靠性差等的不足之处，本发明提出一种环网柜及其操作机构，工作速度快、寿命长且可靠性高。
针对上述要解决的技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
提供一种环网柜的操作机构，包括相互配合的输入模块、控制模块及输出模块；其特征在于，该控制模块包括用于实现设定的控制逻辑的基于CPLD的控制器，具有用于与所述输入模块相连的输入端口和用于与所述输出模块相连的输出端口；输入隔离单元，设置在该控制器的输入端口与该输入模块之间；受控于该控制器的驱动单元，用于驱动所述输出模块；以及输出隔离单元，设置在所述控制器的输出端口与所述驱动单元之间。
进一步地，所述输出模块包括合闸线圈、分闸线圈及用于机构储能的电机；相对应地，所述驱动单元包括用于驱动该合闸线圈的第一驱动电路、用于驱动该分闸线圈的第二驱动电路及用于驱动该电机的第三驱动电路。
进一步地，所述第一驱动电路采用单个大功率MOS管；第二驱动电路采用单个大功率MOS管；第三驱动电路采用四个桥接成H形的MOS管。
进一步地，所述输入隔离单元采用光耦器件；该输出隔离单元采用光耦器件。
进一步地，该输入模块包括用于为控制器提供闭锁条件输入及远方/本地控制信号输入的一组开关。
进一步地，用于为控制器提供闭锁条件输入的开关包括与接地位置、门连锁位置、储能位置、手柄连锁位置及分合位置相对应的开关。
进一步地，用于为控制器提供远方/本地控制信号输入的开关为与远方合闸、本地合闸、远方分闸及本地分闸相对应的开关。
进一步地，所述控制模块密封在一金属壳内。
进一步地，所述控制器的内部结构包括：第一单元，用于获取这些输入端口上的信号以实现命令扫描；第二单元，用于对第一单元提供的命令进行判断是否有分合闸命令；第三单元，用于判断看是否有分合闸动作；第四单元，用于通过输出端口给出相应的分合闸控制输出；第五单元，用于清除与当前命令相关的标志位；以及第六单元，用于使该控制器的输出保持闭锁。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还包括：提供一种环网柜，其包括如上所述的操作机构。
与现有技术相比，本发明环网柜及其操作机构具有以下技术效果：
通过采用CPLD实现替代继电器对操作机构的控制，可按照不同环网柜的要求更改逻辑，增加功能，扩展灵活；接线简单，便于维护；通过依靠CPLD的内部逻辑实现电气闭锁与完成动作，且烧好程序的CPLD就是纯硬件电路，无软件延时，工作速度快。
另外，控制模块体积小，密封在一金属壳内，控制器件未暴露在空气中，受环境影响小，抗干扰能力高，使用寿命长且可靠性高。
附图说明
图1为本发明的环网柜的操作机构的框图结构示意。
图2为本发明的环网柜的操作机构中控制器的内部框图结构示意。
图3为本发明的环网柜的操作机构中输出隔离电路的电路图。
图4为本发明的环网柜的操作机构中第一驱动电路的电路图。
图5为本发明的环网柜的操作机构中第二驱动电路的电路图。
图6为本发明的环网柜的操作机构中第三驱动电路的电路图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
参见图1，本发明的环网柜的操作机构包括：相互配合的一输入模块2、一控制模块1及一输出模块3。其中，该控制模块1包括一基于CPLD (Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)的控制器11，用于实现设定的控制逻辑，其具有用于与该输入模块2相连的多个输入端口和用于与该输出模块3相连的多个输出端口；一输入隔离单元12，设置在该控制器11的输入端口与该输入模块2之间；一驱动单元14，受控于该控制器11，用于驱动该输出模块3；以及一输出隔离单元13，设置在该控制器11的输出端口与该驱动单元14之间。在本实施例中，该控制模块1是密封在一金属壳内的，电子元件不暴露在空气中，受环境影响小，有利于提高整个操作机构的抗干扰能力。
参见图1，该输入模块2由一组诸如触点开关、行程开关及按钮之类的开关构成，用于实现闭锁条件输入及远方/本地控制信号的输入。具体而言，这组开关中与接地位置21、门连锁位置22、手柄连锁位置23、储能位置24及分合位置26相对应的开关为该控制器11提供闭锁条件输入信号。这组开关中与远方位置25相对应的开关为该控制器11提供是由本地信号（本地分合闸按钮）还是远方信号（遥控输入信号）有效的选择。这组开关中与远方合闸27、本地合闸28、远方分闸29及本地分闸2a相对应的开关为该控制器11提供远方/本地控制的输入信号。
参见图1，该输出模块3包括一合闸线圈31、一分闸线圈32及用于机构储能的一电机33，主要用于完成执行分合闸操作及机构储能等功能。
参见图1，该控制器11用于完成逻辑判断、电气闭锁及分合闸控制等功能。其工作原理大致包括：开始工作后，控制器11检测是否有分、合闸指令；接下来是判断是否满足动作条件；然后做相应处理。值得一提的，针对不同的环网柜，可很方便地利用CPLD的特性来构造逻辑功能，从而实现不同的闭锁条件和控制逻辑。
参见图2，该控制器11的内部结构包括：一第一单元111，用于获取这组输入端口上的信号以实现命令扫描；一第二单元112，用于对第一单元111提供的命令进行判断，看是否有分合闸命令，没有的话，转到第一单元111，有的话，转到第三单元113；一第三单元113，用于进一步判断，看是否动作，是的话，转到第四单元114，否的话，转到第六单元116；一第四单元114，用于通过这些输出端口给出相应的分合闸控制输出；一第五单元115，用于清除与当前命令相关的标志位；以及一第六单元116，用于使该控制器的输出保持闭锁。
参见图3，该输出隔离单元13采用诸如元件U1之类的光耦器件构成。其中，元件U1的输入端IN0与该控制器11的一个输出端口相连，元件U1的输出端OUT0与该驱动单元14的一个信号输入端相连，其中，该控制器11的供电电源为VDC，该驱动单元14的供电电源为VCC。类似地，该输入隔离单元12也采用光耦器件构成。隔离单元12、13的设置，可以提高该控制模块1的抗干扰能力。
参见图1，该驱动单元14包括用于驱动该合闸线圈31的一第一驱动电路141、用于驱动该分闸线圈32的一第二驱动电路142及用于驱动该电机33的一第三驱动电路143。
结合参见图4，该第一驱动电路141采用诸如元件Q1之类的单个的大功率MOS管构成。该第一驱动电路141的输入端IN1与该控制器11的一个输出端口相连。该第一驱动电路141的输出端OUT1与该合闸线圈31相连。控制MOS管Q1的导通与关闭就能驱动合闸线圈31动作。
结合参见图5，该第二驱动电路142采用诸如元件Q2之类的单个的大功率MOS管构成。该第二驱动电路142的输入端IN2与该控制器11的一个输出端口相连。该第二驱动电路142的输出端OUT2与该分闸线圈32相连。控制MOS管Q2的导通与关闭就能驱动分闸线圈32动作。
结合参见图6，该第三驱动电路143采用诸如元件Q3a、Q3b、Q4a和 Q4b之类的四个桥接成H形的MOS管构成。该第三驱动电路143的四个输入端IN3a、IN3b、IN4a和IN4b各与该控制器11的一个输出端口相连。该第三驱动电路143的两个输出端OUT3和OUT4与该电机33相连。每次控制上桥的一个MOS管Q3a/Q4a与下桥的一个MOS管Q3b/Q4b导通就可以控制该电机33的转动方向，完成机构储能。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种环网柜的操作机构，包括相互配合的输入模块、控制模块及输出模块；其特征在于，该控制模块包括用于实现设定的控制逻辑的基于CPLD的控制器，具有用于与所述输入模块相连的输入端口和用于与所述输出模块相连的输出端口；输入隔离单元，设置在该控制器的输入端口与该输入模块之间；受控于该控制器的驱动单元，用于驱动所述输出模块；以及输出隔离单元，设置在所述控制器的输出端口与所述驱动单元之间。
2.根据权利要求1所述的环网柜的操作机构，其特征在于，所述输出模块包括合闸线圈、分闸线圈及用于机构储能的电机；相对应地，所述驱动单元包括用于驱动该合闸线圈的第一驱动电路、用于驱动该分闸线圈的第二驱动电路及用于驱动该电机的第三驱动电路。
3.根据权利要求2所述的环网柜的操作机构，其特征在于，所述第一驱动电路采用单个大功率MOS管；第二驱动电路采用单个大功率MOS管；第三驱动电路采用四个桥接成H形的MOS管。
4.根据权利要求1所述的环网柜的操作机构，其特征在于，所述输入隔离单元采用光耦器件；该输出隔离单元采用光耦器件。
5.根据权利要求1所述的环网柜的操作机构，其特征在于，该输入模块包括用于为控制器提供闭锁条件输入及远方/本地控制信号输入的一组开关。
6.根据权利要求5所述的环网柜的操作机构，其特征在于，用于为控制器提供闭锁条件输入的开关包括与接地位置、门连锁位置、储能位置、手柄连锁位置及分合位置相对应的开关。
7.根据权利要求5所述的环网柜的操作机构，其特征在于，用于为控制器提供远方/本地控制信号输入的开关为与远方合闸、本地合闸、远方分闸及本地分闸相对应的开关。
8.根据权利要求1所述的环网柜的操作机构，其特征在于，所述控制模块密封在一金属壳内。
9.根据权利要求1所述的环网柜的操作机构，其特征在于，所述控制器的内部结构包括：第一单元，用于获取这些输入端口上的信号以实现命令扫描；第二单元，用于对第一单元提供的命令进行判断是否有分合闸命令；第三单元，用于判断看是否有分合闸动作；第四单元，用于通过输出端口给出相应的分合闸控制输出；第五单元，用于清除与当前命令相关的标志位；以及第六单元，用于使该控制器的输出保持闭锁。
10.一种环网柜，其特征在于，其包括如权利要求1至9任一项所述的操作机构。
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