CN108107804A - 一种环网柜断路器智能操控装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种环网柜断路器智能操控装置及控制方法，可解决现状的环网柜安全性不高，设备管理成本大的技术问题。包括微控制器、按键开关、LED状态指示灯、电源模块、光电隔离模块、开入量通道、开出量通道，所述按键开关、LED状态指示灯、电源模块及光电隔离模块分别与微控制器连接，所述开入量通道与开出量通道分别与光电隔离模块连接，所述电源模块还与光电隔离模块连接。本发明采用性能优良的微控制器，增加了智能化功能，可以选择远方/就地操作进行分闸、合闸，并有分合闸状态指示、弹簧储能指示及非电量检测自动分闸。在系统的信号输入输出通道及供电电源均采用抗干扰技术，提高系统抗干扰能力。

Description

一种环网柜断路器智能操控装置及控制方法

技术领域

本发明涉及断路器智能操控领域，具体涉及一种环网柜断路器智能操控装置及控制方法。

背景技术

目前，随着电网的迅速发展，在智能电网建设中，要求各类开关设备是具有远程操作功能的自动化成套设备。早期的环网柜设计无远程操作功能，以人工操作为主，安全性不高，设备管理成本大，反应处理时间长。所以针对现状，开发一种环网柜智能操控装置满足电网发展需求。

发明内容

本发明提出的一种环网柜断路器智能操控装置及控制方法，可解决现状的环网柜安全性不高，设备管理成本大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种环网柜断路器智能操控装置，包括微控制器、按键开关、LED状态指示灯、电源模块、光电隔离模块、开入量通道、开出量通道，所述按键开关、LED状态指示灯、电源模块及光电隔离模块分别与微控制器连接，所述开入量通道与开出量通道分别与光电隔离模块连接，所述电源模块还与光电隔离模块连接。

进一步的，还包括调试接口，所述调试接口与微控制器连接。

进一步的，所述微控制器采用STM32F103C8T6作为核心处理器。

进一步的，所述开入量通道使用5通道开入量，开入量通道经过底板J5端子接入信号，连接基板J3端子，经过U3、U4、U6、U9、U10光电耦合器隔离，输入微控制器。

进一步的，所述开出量通道有合闸输出、分闸输出、储能输出、远方信号输出、手分信号输出，开出量从微控制器输出控制信号，经过U2、U11、U12、U13、U14光电耦合器隔离接入基板J2端子，连接底板J1端子，通过继电器输出控制信号。

进一步的，所述电源模块从外部接入48V直流，并联一个压敏电阻接入DC/DC转换模块FAM6-48D524I-W芯片转换成两路直流电压，一路转换为24V直流，作为光电耦合器和继电器驱动源，另一路转换为5V直流，在经过DC/DC转换模块AMS1117转换为3.3V输出，给微控制器供电。

一种环网柜断路器智能操控装置的控制方法，其特征在于：

系统对平台进行初始化后，实时查询按键、开入量通道的输入信号，实现系统逻辑控制分析，而中断服务子程序中则处理分闸输出、合闸输出。

包括以下步骤：

1.1)系统平台初始化；

对系统时钟、I/O、看门狗、定时器中断模块进行配置；初始化逻辑控制输出、LED，使能定时器、看门狗；

2.1)清零看门狗；

系统初始化完成后，进入循环，每循环12000次进行一次喂狗，清零看门狗；

3.1)扫描键盘；

对分闸、合闸、控分、控合开关进行扫描监测后，对有效的按键操作进行相应置位；

4.1)逻辑总控制；

逻辑总控制通过对合分位、控分位、控合位、储能位、非电量位若干开入量的状态与开关标志位进行判断后，置位开出量标志位；

5.1)执行LED逻辑控制；

系统根据分闸、合闸、储能若干输入信号，点亮或关闭LED指示灯。

进一步的，所述步骤4.1)还包括：

4.11)确定合分位状态；

程序进入逻辑总控制后，首先根据开入量合分位输入信号，判断环网柜智能操控装置当前处在合位还是分位，并置相应标志位；

4.12)确定远方/就地状态；

判断当前是处于远方位置还是就地位置，并置位相应标志位；

4.13)判断是否允许储能操作；

如果储能操作使能，允许储能，否则禁止储能；

4.14)判断储能是否完成；

如果允许储能，检测是否已储能，如果储能完成，退出储能操作逻辑控制，否则进行储能输出；

4.15)执行分闸逻辑控制；

判断当前状态是否处于合位，如果是，在判断是远方、就地或非电量状态，检测到是非电量状态，分闸脉冲输出标志位置位，判断远方、就地之后，如果检测到相应分闸命令，分闸脉冲输出标志位才能置位；

4.16)执行合闸逻辑控制；

判断当前状态是否处于分位，如果是，判断处于远方还是就地状态，在检测是否有相应合闸命令，检测到合闸命令，合闸脉冲输出标志位置位；

4.17)执行分、合闸停止控制；

检测分、合闸开始标志位是否动作，如果有检测到，则检测对应分闸动作标志位的分位是否到位、对应合闸动作标志位的合位是否到位，如果到位，停止相应控制输出。

进一步的，还包括中断服务子程序5.2)，具体包括以下步骤：

5.21)系统进入中断后，清零看门狗；

5.22)判断合闸标志位是否置为真，如果合闸脉冲标志位为真，则合闸输出，否则不执行合闸操作；

5.23)判断合闸输出时间是否超出200ms，如果合闸输出时间超出200ms，则关闭合闸输出，否则再次进入中断程序时，合闸从中断服务子程序第2步开始执行操作；

5.24)判断分闸标志位是否置为真，如果分闸脉冲标志位为真，则分闸输出，否则不执行分闸操作；

5.25)判断分闸输出时间是否超出200ms，如果分闸输出时间超出200ms，则关闭分闸输出，否则再次进入中断程序时，分闸从中断服务子程序第4步开始执行操作；

5.26)清中断标志位；

5.27)退出中断。

由上述技术方案可知，本发明的环网柜断路器智能操控装置是一种智能操动控制机构，对传统装备进行技术升级改造，集成了工业自动化技术的嵌入式智能控制单元，使环网柜设备的电气性能得到提升。环网柜智能操控装置实现功能有控制断路器分闸、合闸及储能操作，并有分合闸指示、弹簧储能指示。

本发明的环网柜断路器智能操控装置与常规的控制断路器分闸、合闸相比，该系统采用性能优良的微控制器，增加了智能化功能，可以选择远方/就地操作进行分闸、合闸，并有分合闸状态指示、弹簧储能指示及非电量检测自动分闸。在系统的信号输入输出通道及供电电源均采用抗干扰技术，提高系统抗干扰能力。此外，智能操控装置采用工业级电子元件，增加保护电路，具有可靠性高、寿命长、抗干扰能力强等特点，且设备的外形较小、操作简单。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2是本发明微控制器的电路图；

图3是本发明电源模块的电路图；

图4是本发明按键开关的电路图；

图5是本发明LED状态指示灯的电路图；

图6是本发明光电隔离模块的电路图；

图7是本发明开入量通道的电路图；

图8是本发明开出量通道的电路图；

图9是本发明调试接口的电路图；

图10是本发明的主程序流程图；

图11是本发明的逻辑总控制程序流程图；

图12是本发明的定时器中断服务程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-图9所示，本实施例所述的环网柜断路器智能操控装置，包括微控制器、电源模块、光电耦合模块、开入量通道、开出量通道、按键开关、LED状态指示灯、调试接口几部分。

本实施例系统电源把外部接入的DC48V转换后，提供给微控制器与光电隔离器件电源；微控制器使用调式接口进行软件调试或下载；微控制器根据接收开入量通道和按键输入信号做出相应逻辑处理，经过开出量通道输出控制。

其中：

处理器

微控制器STM32F103C8T6作为该系统核心处理器，使用内部的8M时钟为系统提供时钟。微控制器根据按键输入、开入量通道输入接收到的命令或者被检测设备状态，经过处理，从开出量通道输出相应操作，并伴随LED模块输出操作指示。

微控制器通过分闸按键SW1接收分闸命令，微控制器通过合闸按键SW2接收合闸命令，当处理器检测PB10开入量通道输入的合分位及远方/就地拨码开关S2的输入信号，在通过检测储能使能拨码开关S1的输入信号及储能状态PB0开入量通道输入信号，判断是否执行储能输出；如果系统检测到当前状态在分位，且有接收到分闸命令或者检测到微处理器PB11开入量通道非电量位闭合，就置位分闸脉冲输出标志位；如果系统检测到当前状态在合位，且有接收合闸命令及已储能，就置位合闸脉冲输出标志位。系统在中断程序中检测到分闸脉冲输出标志位置1时，则通过开出量通道PA11分闸输出，系统在中断程序中检测到合闸脉冲输出标志位置1时，则通过开出量通道PA12合闸输出。

开入量通道

系统使用5通道开入量，开入量通道经过底板J5端子接入信号，连接基板J3端子，经过U3、U4、U6、U9、U10光电耦合器隔离，输入处理器。

开出量通道

开出量通道有合闸输出、分闸输出、储能输出、远方信号输出、手分信号输出，开出量从处理器输出控制信号，经过U2、U11、U12、U13、U14光电耦合器隔离接入基板J2端子，连接底板J1端子，通过继电器输出控制信号。

电源模块

电源模块从外部接入48V直流，并联一个压敏电阻接入DC/DC转换模块FAM6-48D524I-W芯片转换成两路直流电压，一路转换为24V直流，作为光电耦合器和继电器驱动源，另一路转换为5V直流，在经过DC/DC转换模块AMS1117转换为3.3V输出，给处理器供电，及作为LED、按键、光电耦合器隔驱动源。

本实施例的集成电路芯片与其他器件之间信号连接对应关系：

(1)微控制器STM32F103C8T6芯片引脚连接STM32F103C8T6芯片共48引脚，它们的外部连接如下：

电源与GND引脚连接：

第9引脚VCC——VCC；

第24引脚VCC——VCC；

第36引脚VCC——VCC；

第48引脚VCC——VCC；

第8引脚GND——GND；

第23引脚GND——GND；

第35引脚GND——GND；

第48引脚GND——GND。

运行信号指示灯引脚连接：

第3引脚PC14——R10电阻串联D4器件LED灯。

晶振电路引脚连接：

第5引脚PD0-OSCIN——晶振Y1的引脚1；

第6引脚PD1-OSCOUT——晶振Y3的引脚3。

复位电路引脚连接：

第7引脚NRST——复位电路。

LED指示灯引脚连接：

第25引脚FEN-LED——分闸信号灯LED4的FEN-LED引脚；

第26引脚HE-LED——合闸信号灯LED3的HE-LED引脚；

第27引脚CN-LED——储能信号灯LED2的CN-LED引脚；

按键输入引脚连接：

第29引脚CN-C——储能开关S1的CN-C引脚；

第30引脚YUAN/JIU——远方/就地开关S2的YUAN/JIU引脚；

第45引脚HEZHA——合闸开关SW2的HEZHA引脚；

第46引脚FENZHA——分闸开关SW1的FENZHA引脚。

开出量通道引脚连接：

第31引脚CN-OUT——光电耦合器U2的CN-OUT引脚；

第32引脚FEN-OUT——光电耦合器U13的FEN-OUT引脚；

第32引脚HE-OUT——光电耦合器U14的HE-OUT引脚；

第42引脚FENZHA-XH——光电耦合器U11的FENZHA-XH引脚；

第43引脚YUAN/JIU-XH——光电耦合器U12的YUAN/JIU-XH引脚。

开入量通道引脚连接：

第22引脚FD——光电耦合器U3的FD引脚；

第21引脚HW/FW——光电耦合器U4的HW/FW引脚；

第18引脚CNW1——光电耦合器U6的CNW1引脚；

第15引脚KFW——光电耦合器U9的KFW引脚；

第14引脚KHW——光电耦合器U10的KHW引脚；

调试接口JTAG引脚连接：

第7引脚NRST——JTAG接口RES引脚；

第34引脚TMS——JTAG接口TMS引脚；

第37引脚TCK——JTAG接口TCK引脚；

第38引脚TDI——JTAG接口TDI引脚；

第39引脚TDO——JTAG接口TDO引脚；

第40引脚PB4——JTAG接口第3引脚PB4。

(2)电源模块芯片DC/DC FAM6-48D524I-W引脚连接：

第17引脚DC+——DC+48V；

第18引脚DC-——DC-48V；

第13引脚GND——J1端子的第1和第3引脚；

第11引脚+5V——J1端子的第5和第7引脚；

第16引脚24VGND——J1端子的第27和第29引脚；

第15引脚+24V——J1端子的第23和第25引脚。

(3)电源模块芯片DC/DC AMS1117引脚连接：

第1引脚GND——GND；

第2引脚Vout——VCC；

第3引脚+5V——J2端子的第5和第7引脚。

本实施例的程序的流程

如图10所示，断路器主程序步骤如下：

1.系统平台初始化。系统对系统时钟、I/O、看门狗、定时器中断等进行配置；初始化逻辑控制输出、LED；使能定时器、看门狗；

2.清零看门狗。系统初始化完成后，进入循环，每循环12000次进行一次喂狗，清零看门狗；

3.扫描键盘。系统对分闸、合闸、控分、控合开关进行扫描监测后，对有效的按键操作进行相应置位；

4.逻辑总控制。逻辑总控制通过对合分位、控分位、控合位、储能位1、非电量位等开入量的状态与开关标志位进行判断后，置位开出量标志位；

5.执行LED逻辑控制。系统根据分闸、合闸、储能若干输入信号，点亮或关闭LED指示灯。如图11所示，本实施例的逻辑总控制程序流程步骤：

1.确定合分位状态。程序进入逻辑总控制后，首先根据开入量合分位输入信号，判断环网柜智能操控装置当前处在合位还是分位，并置相应标志位；

2.确定远方/就地状态。判断当前是处于远方位置还是就地位置，并置位相应标志位；

3.判断是否允许储能操作。如果储能操作使能，允许储能，否则禁止储能。

4.判断储能是否完成。如果允许储能，检测是否已储能，如果储能完成，退出储能操作逻辑控制，否则进行储能输出；

5.执行分闸逻辑控制。判断当前状态是否处于合位，如果是，在判断是远方、就地或非电量状态，检测到是非电量状态，分闸脉冲输出标志位置位，判断远方、就地之后，如果检测到相应分闸命令，分闸脉冲输出标志位才能置位；

6.执行合闸逻辑控制。判断当前状态是否处于分位，如果是，判断处于远方还是就地状态，在检测是否有相应合闸命令，检测到合闸命令，合闸脉冲输出标志位置位；

7.执行分、合闸停止控制。检测分、合闸开始标志位是否动作，如果有检测到，则检测对应分闸动作标志位的分位是否到位、对应合闸动作标志位的合位是否到位，如果到位，停止相应控制输出。

本实施例的中断服务子程序的执行流程：

如图12所示，系统使用定时器2作为中断源，每间隔10ms产生一次中断，检测分闸、合闸、储能等标志位状态，做出相应操作，以下是中断服务子程序的执行流程：

1.系统进入中断后，清零看门狗；

2.判断合闸标志位是否置为真，如果合闸脉冲标志位为真，则合闸输出，否则不执行合闸操作；

3.判断合闸输出时间是否超出200ms，如果合闸输出时间超出200ms，则关闭合闸输出，否则再次进入中断程序时，合闸从第2步开始执行操作。

4.判断分闸标志位是否置为真，如果分闸脉冲标志位为真，则分闸输出，否则不执行分闸操作；

5.判断分闸输出时间是否超出200ms，如果分闸输出时间超出200ms，则关闭分闸输出，否则再次进入中断程序时，分闸从第4步开始执行操作。

6.清中断标志位；

7.退出中断。

本实施例的环网柜智能操控装置断路器实现功能有控制断路器分闸、合闸及储能操作，并有分合闸指示、弹簧储能指示。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种环网柜断路器智能操控装置，其特征在于：包括微控制器、按键开关、LED状态指示灯、电源模块、光电隔离模块、开入量通道、开出量通道，所述按键开关、LED状态指示灯、电源模块及光电隔离模块分别与微控制器连接，所述开入量通道与开出量通道分别与光电隔离模块连接，所述电源模块还与光电隔离模块连接。

2.根据权利要求1所述的环网柜断路器智能操控装置，其特征在于：还包括调试接口，所述调试接口与微控制器连接。

3.根据权利要求2所述的环网柜断路器智能操控装置，其特征在于：所述微控制器采用STM32F103C8T6作为核心处理器。

4.根据权利要求3所述的环网柜断路器智能操控装置，其特征在于：所述开入量通道使用5通道开入量，开入量通道经过底板J5端子接入信号，连接基板J3端子，经过U3、U4、U6、U9、U10光电耦合器隔离，输入微控制器。

5.根据权利要求4所述的环网柜断路器智能操控装置，其特征在于：所述开出量通道有合闸输出、分闸输出、储能输出、远方信号输出、手分信号输出，开出量从微控制器输出信号，经过U2、U11、U12、U13、U14光电耦合器隔离接入基板J2端子，连接底板J1端子，通过继电器输出控制信号。

6.根据权利要求5所述的环网柜断路器智能操控装置，其特征在于：所述电源模块从外部接入48V直流，并联一个压敏电阻接入DC/DC转换模块FAM6-48D524I-W芯片转换成两路直流电压，一路转换为24V直流，作为光电耦合器和继电器驱动源，另一路转换为5V直流，在经过DC/DC转换模块AMS1117转换为3.3V输出，给微控制器供电。

7.一种环网柜断路器智能操控装置的控制方法，其特征在于：

系统对平台进行初始化后，实时查询按键、开入量通道的输入信号，实现系统逻辑控制分析，而中断服务子程序中则处理分闸输出、合闸输出；

包括以下步骤：

1.1)系统平台初始化；

对系统时钟、I/O、看门狗、定时器中断模块进行配置；初始化逻辑控制输出、LED，使能定时器、看门狗；

2.1)清零看门狗；

系统初始化完成后，进入循环，每循环12000次进行一次喂狗，清零看门狗；

3.1)扫描键盘；

对分闸、合闸、控分、控合开关进行扫描监测后，对有效的按键操作进行相应置位；

4.1)逻辑总控制；

逻辑总控制通过对合分位、控分位、控合位、储能位、非电量位若干开入量的状态与开关标志位进行判断后，置位开出量标志位；

5.1)执行LED逻辑控制；

系统根据分闸、合闸、储能若干输入信号，点亮或关闭LED指示灯。

8.根据权利要求7所述的环网柜断路器智能操控装置的控制方法，其特征在于：所述步骤4.1)包括：

4.11)确定合分位状态；

程序进入逻辑总控制后，首先根据开入量合分位输入信号，判断环网柜智能操控装置当前处在合位还是分位，并置相应标志位；

4.12)确定远方/就地状态；

判断当前是处于远方位置还是就地位置，并置位相应标志位；

4.13)判断是否允许储能操作；

如果储能操作使能，允许储能，否则禁止储能；

4.14)判断储能是否完成；

如果允许储能，检测是否已储能，如果储能完成，退出储能操作逻辑控制，否则进行储能输出；

4.15)执行分闸逻辑控制；

判断当前状态是否处于合位，如果是，在判断是远方、就地或非电量状态，检测到是非电量状态，分闸脉冲输出标志位置位，判断远方、就地之后，如果检测到相应分闸命令，分闸脉冲输出标志位才能置位；

4.16)执行合闸逻辑控制；

判断当前状态是否处于分位，如果是，判断处于远方还是就地状态，在检测是否有相应合闸命令，检测到合闸命令，合闸脉冲输出标志位置位；

4.17)执行分、合闸停止控制；

检测分、合闸开始标志位是否动作，如果有检测到，则检测对应分闸动作标志位的分位是否到位、对应合闸动作标志位的合位是否到位，如果到位，停止相应控制输出。

9.根据权利要求8所述的环网柜断路器智能操控装置的控制方法，其特征在于：还包括中断服务子程序5.2)，具体包括以下步骤：

5.21)系统进入中断后，清零看门狗；

5.22)判断合闸标志位是否置为真，如果合闸脉冲标志位为真，则合闸输出，否则不执行合闸操作；

5.23)判断合闸输出时间是否超出200ms，如果合闸输出时间超出200ms，则关闭合闸输出，否则再次进入中断程序时，合闸从中断服务子程第2步开始执行操作；

5.24)判断分闸标志位是否置为真，如果分闸脉冲标志位为真，则分闸输出，否则不执行分闸操作；

5.25)判断分闸输出时间是否超出200ms，如果分闸输出时间超出200ms，则关闭分闸输出，否则再次进入中断程序时，分闸从中断服务子程第4步开始执行操作；

5.26)清中断标志位；

5.27)退出中断。