CN108183398A - 一种嵌入式智能开关柜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于开关柜设备领域并公开了一种嵌入式智能开关柜系统。ARM与FPGA模块连接，信号预处理模块与信号传感器连接，信号预处理模块还与A/D转换模块连接，FPGA模块还连接EPROM；ARM还与FLASH、时钟电路、SDRAM、复位电路、电动底盘车和上位机电气连接；所述的上位机与触摸屏、硬盘和监控后台连接，所述的上位机监控智能开关柜系统的工作状态并将状态信息显示在触摸屏，所述的触摸屏还可以通过触摸查看信息和输入控制信息。本发明装置采用多路传感器采集开关柜的信息，对开关柜出现的故障情况能实时的了解并通过电动底盘车及时消除故障，有效降低了故障给设备带来的损坏，本发明装置结构简单，可广泛适用于220kV以下的发电、输电、配电和电能转换领域。

Description

一种嵌入式智能开关柜系统
技术领域
本发明涉及开关柜设备技术领域，具体涉及一种嵌入式智能开关柜系统。
背景技术
开关柜（switch cabinet）是一种电气设备，通常开关柜外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载。
开关柜（switchgear）的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜的分类方法很多，如通过断路器安装方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜；或按照柜体结构的不同，可分为敞开式开关柜、金属封闭开关柜、和金属封闭铠装式开关柜；根据电压等级不同又可分为高压开关柜，中压开关柜和低压开关柜等。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。
随着智能电网的逐步建设和全社会用电量的持续上升，电系系统安全稳定运行方面的要求逐渐提高，各种输变电和配电设备端额检修工作也显得越来越重要。开关柜的数量多、维修花费大，而且一旦发生故障，往往带来严重的后果。现有技术中的开关柜都是有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置组成，在发电、输电、配电和电能转换的过程中很好的实现了开合、控制和保护用电设备的功能，然而随着智能电网的进一步普及，现有开关柜无法达到对用电安全的实时监测、预警、动作等工作，导致一旦发生故障时，需要人工维修、停电时间过长等问题。所以如何提供一种能实时监测线路运行情况，且能对故障、紧急情况进行预警、动作工作的嵌入式智能开关柜系统是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术中开关柜无法达到对用电安全的实时监测、预警、动作等工作，导致一旦发生故障时，需要人工维修、停电时间过长的难题，而提供一种嵌入式智能开关柜系统。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
设计一种嵌入式智能开关柜系统，包括ARM、FPGA模块、A/D转换模块和信号预处理模块，所述的ARM与FPGA模块通过RS485通信协议连接，所述的信号预处理模块输入端与信号传感器连接，用于接收并对接收的信号进行预处理，所述的信号预处理模块输出端与A/D转换模块连接，经A/D转换模块转换后的信息传递至FPGA模块，所述的FPGA模块还连接有EPROM，所述的EPROM用于存储FPGA模块工作中的程序、数据信息；
所述的ARM 还与FLASH、时钟电路、SDRAM、复位电路、电动底盘车和上位机电气连接，所述的FLASH用于拓展ARM的运行内存，所述的SDRAM用于存储运行的程序和交换数据；所述的电动底盘车用于将故障的元器件推进或退出开关柜，进行更换故障的元器件；所述的上位机与触摸屏、硬盘和监控后台连接，所述的上位机监控智能开关柜系统的工作状态并将状态信息显示在触摸屏，所述的触摸屏还可以通过触摸查看信息和输入控制信息；所述的监控后台为显示屏，用户监控智能开关柜系统的工作状态。
工作原理：本发明装置采用嵌入式芯片FPGA和ARM的设计，具有电路结构简单、运算速度快、功能拓展方便的优点，通过设置在开关柜中的信号传感器接收各路传感器信息，如：回路电流、机械振动动触头行程等等，然后信号传感器将接收的模拟信息传递至信号预处理模块，经滤波、放大等处理后传递至A/D转换模块，转换成数字信号后传输至FPGA模块，FPGA模块主要对采集的信号进行处理，ARM芯片主要负责与上位机和监控后台的通信联系，且FPGA和ARM芯片设置在开关柜内部，FPGA与ARM之间采用成熟的RS485通信技术，经FPGA处理和的信息传递至ARM芯片以后，由ARM芯片通过以太网与分布式设计的上位机连接，上位机主要用于显示和对相关报警讯息的处理操作，多台分布式设计的上位机还与监控头后台连接，这就实现了一个监控后台控制多个开关柜的功能，减少了开关柜配置所需的技术人员数量，当某一个开关柜出现故障时，传感器将信息传递至FPGA模块，由FPGA模块传递至ARM模块，ARM模块将相应的讯息显示在监控平台上，同时ARM模块上设置的电动底盘车能及时的将断路器断开避免故障无法及时排除造成对设备的损坏。
优选地，所述的ARM还连接有I/O接口，所述的I/O接口包括CAN通信接口和USB通信接口。
优选地，所述的ARM还连接有看门狗电路。
优选地，所述的ARM与上位机通过以太网连接。
优选地，所述的上位机与监控后台通过以太网连接。
优选地，所述的信号传感器包括主回路电流传感器、机械振动传感器、断路器分合闸线圈电流传感器、储能电机储能电流传感器、断路器三相动触头行程传感器、接地刀接地状态传感器、储能电机储能状态传感器、断路器分合闸累计次数传感器、断路器分合闸状态传感器、环境温度传感器、断路器真空度传感器。
本发明提出的一种嵌入式智能开关柜系统，有益效果在于：（1）本发明装置采用嵌入式芯片FPGA和ARM配合设计，具有电路结构简单、运算速度快、功能拓展方便的有益效果；
（2）本发明装置采用多路传感器采集开关柜的信息，对开关柜出现的故障情况能实时的了解并通过电动底盘车及时消除故障，有效降低了故障给设备带来的损坏；
（3）本发明装置设置的监控后台可与多台开关柜连接，减少了人员配置，有效提高了工作效率；
（4）本发明装置结构简单，可广泛适用于220kV以下的发电、输电、配电和电能转换领域。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明装置的结构示意图。
图中：ARM 1、FPGA模块2、A/D转换模块3、信号预处理模块4、EPROM 5、FLASH 6、时钟电路7、SDRAM 8、复位电路9、电动底盘车10、上位机11、上位机11、触摸屏12、硬盘13、监控后台14、I/O接口15、看门狗电路16、主回路电流传感器17、机械振动传感器18、断路器分合闸线圈电流传感器19、储能电机储能电流传感器20、断路器三相动触头行程传感器21、接地刀接地状态传感器22、储能电机储能状态传感器23、断路器分合闸累计次数传感器24、断路器分合闸状态传感器25、环境温度传感器26、断路器真空度传感器27。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参阅附图1所示，本发明的一种嵌入式智能开关柜系统，包括ARM 1、FPGA模块2、A/D转换模块3和信号预处理模块4，所述的ARM 1与FPGA模块2通过RS485通信协议连接，所述的信号预处理模块4输入端与信号传感器连接，用于接收并对接收的信号进行预处理，所述的信号预处理模块4输出端与A/D转换模块3连接，经A/D转换模块3转换后的信息传递至FPGA模块2，所述的FPGA模块2还连接有EPROM 5，所述的EPROM 5用于存储FPGA模块2工作中的程序、数据信息；
所述的ARM 1还与FLASH 6、时钟电路7、SDRAM 8、复位电路9、电动底盘车10和上位机11电气连接，所述的FLASH 6用于拓展ARM 1的运行内存，所述的SDRAM 8用于存储运行的程序和交换数据；所述的电动底盘车10用于将故障的元器件推进或退出开关柜，进行更换故障的元器件；所述的上位机11与触摸屏12、硬盘13和监控后台14连接，所述的上位机11监控智能开关柜系统的工作状态并将状态信息显示在触摸屏12，所述的触摸屏12还可以通过触摸查看信息和输入控制信息；所述的监控后台14为显示屏，用户监控智能开关柜系统的工作状态。
所述的ARM 1还连接有I/O接口15和看门狗电路16，所述的I/O接口15包括CAN通信接口和USB通信接口；所述的ARM1与上位机11通过以太网连接；所述的上位机11与监控后台14通过以太网连接。所述的信号传感器包括主回路电流传感器17、机械振动传感器18、断路器分合闸线圈电流传感器19、储能电机储能电流传感器20、断路器三相动触头行程传感器21、接地刀接地状态传感器22、储能电机储能状态传感器23、断路器分合闸累计次数传感器24、断路器分合闸状态传感器25、环境温度传感器26、断路器真空度传感器27。
工作原理：本发明装置采用嵌入式芯片FPGA模块2和ARM 1的设计，具有电路结构简单、运算速度快、功能拓展方便的优点，通过设置在开关柜中的信号传感器接收各路传感器信息，如：回路电流、机械振动动触头行程等等，然后信号传感器将接收的模拟信息传递至信号预处理模块4，经滤波、放大等处理后传递至A/D转换模块3，转换成数字信号后传输至FPGA模块2，FPGA模块2主要对采集的信号进行处理，ARM 1芯片主要负责与上位机和监控后台的通信联系，且FPGA模块2和ARM 1芯片设置在开关柜内部，FPGA模块2与ARM 1之间采用成熟的RS485通信技术，经FPGA模块2处理和的信息传递至ARM 1芯片以后，由ARM 1芯片通过以太网与分布式设计的上位机11连接，上位机11主要用于显示和对相关报警讯息的处理操作，多台分布式设计的上位机11还与监控头后台14连接，这就实现了一个监控后台14控制多个开关柜的功能，减少了开关柜配置所需的技术人员数量，当某一个开关柜出现故障时，传感器将信息传递至FPGA模块2模块，由FPGA模块2模块传递至ARM 1模块，ARM 1模块将相应的讯息显示在监控后台14上，同时ARM 1模块上设置的电动底盘车10能及时的将断路器断开避免故障无法及时排除造成对设备的损坏。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种嵌入式智能开关柜系统，其特征在于，包括ARM（1）、FPGA模块（2）、A/D转换模块（3）和信号预处理模块（4），所述的ARM（1）与FPGA模块（2）通过RS485通信协议连接，所述的信号预处理模块（4）输入端与信号传感器连接，用于接收并对接收的信号进行预处理，所述的信号预处理模块（4）输出端与A/D转换模块（3）连接，经A/D转换模块（3）转换后的信息传递至FPGA模块（2），所述的FPGA模块（2）还连接有EPROM（5），所述的EPROM（5）用于存储FPGA模块（2）工作中的程序、数据信息；
所述的ARM（1）还与FLASH（6）、时钟电路（7）、SDRAM（8）、复位电路（9）、电动底盘车（10）和上位机（11）电气连接，所述的FLASH（6）用于拓展ARM（1）的运行内存，所述的SDRAM（8）用于存储运行的程序和交换数据；所述的电动底盘车（10）用于将故障的元器件推进或退出开关柜，进行更换故障的元器件；所述的上位机（11）与触摸屏（12）、硬盘（13）和监控后台（14）连接，所述的上位机（11）监控智能开关柜系统的工作状态并将状态信息显示在触摸屏（12），所述的触摸屏（12）还可以通过触摸查看信息和输入控制信息；所述的监控后台（14）为显示屏，用户监控智能开关柜系统的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能开关柜系统，其特征在于，所述的ARM（1）还连接有I/O接口（15），所述的I/O接口（15）包括CAN通信接口和USB通信接口。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能开关柜系统，其特征在于，所述的ARM（1）还连接有看门狗电路（16）。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能开关柜系统，其特征在于，所述的ARM（1）与上位机（11）通过以太网连接。
5.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能开关柜系统，其特征在于，所述的上位机（11）与监控后台（14）通过以太网连接。
6.根据权利要求1所述的一种嵌入式智能开关柜系统，其特征在于，所述的信号传感器包括主回路电流传感器（17）、机械振动传感器（18）、断路器分合闸线圈电流传感器（19）、储能电机储能电流传感器（20）、断路器三相动触头行程传感器（21）、接地刀接地状态传感器（22）、储能电机储能状态传感器（23）、断路器分合闸累计次数传感器（24）、断路器分合闸状态传感器（25）、环境温度传感器（26）、断路器真空度传感器（27）。
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