CN110120708A - 保障多人远程操作安全的智能断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种保障多人远程操作安全的智能断路器，包括断路器手柄机构、电机操作机构和主控单元，电机操作机构包括电机和电机控制模块，主控单元包括断路器位置开关模块、断路器输出取样模块、数据处理模块、远程通信模块和本地优先算法模块。本发明在保证智能断路器使用安全的前提下，可以实现多人远程操作控制智能断路器的分闸与合闸；通过冗余方法来确定智能断路器的分闸、合闸状态，确保断路器状态监测准确，在线监测及时发现故障，消除智能断路器使用的安全隐患；利用锁定机构对电机分闸位置开关进行锁定，保证设备管理人员对大功率电器（如：空调、热水器、开水炉等）的使用合理管理，提供使用安全和避免不必要浪费。
Description
技术领域
本发明涉及智能断路器技术领域，尤其涉及一种保障多人远程操作安全的智能断路器。
背景技术
随着物联网的快速发展，尤其是“泛在电力物联网”（泛在电力物联网，就是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统，包含感知层、网络层、平台层、应用层四层结构）概念的形成和启动，爆发了智能断路器的产品需求，因此很多低压电器企业加快了智能断路器的开发进程，各种智能化的断路器产品在不断涌现。
请参见图1，图1为传统的电能表外置断路器与费控电能表的控制原理图，传统的电能表外置断路器是与费控电能表配套使用的，主要功能是费控电能表在确认用户欠费时通过控制信号让电能表外置断路器分闸（断电），且用户无法手动合闸，只能用户续费后费控电能表通过控制信号才能使电能表外置断路器合闸（供电）。产品安装在电表箱内，运行维护由具有资质的专业人员承担，因此在使用操作安全方面要求比较弱。随着物联网的落地及“泛在电力物联网”启动，电能表外置断路器的应用范围已向用电侧延伸，将原有与费控电能表配合控制和反馈接口变为RS485接口，使电能表外置断路器变成了独立使用的智能断路器，智能断路器由普通百姓（非专业）进行操作，且可以多人使用各自的手机异地远程操作，因此智能断路器要在使用中具有多用户处理能力，尤其是安全方面要设计本地优先，以确保用电安全。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种保障多人远程操作安全的智能断路器。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种保障多人远程操作安全的智能断路器，包括断路器手柄机构、电机操作机构和主控单元，所述断路器手柄机构、所述电机操作机构、所述主控单元相互连接。
所述电机操作机构包括电机和电机控制模块，所述电机控制模块对所述电机进行动作控制，所述电机与所述断路器手柄机构连接，利用所述电机的正反转来实现所述断路器手柄机构的分断、闭合动作。
所述主控单元包括断路器位置开关模块、断路器输出取样模块、数据处理模块、远程通信模块和本地优先算法模块，所述断路器位置开关模块与所述断路器手柄机构、所述电机操作机构分别连接，用于获取所述智能断路器的分闸、合闸状态；所述断路器输出取样模块与所述断路器手柄机构之间通过电平转换模块连接，用于获取所述断路器手柄机构的分断、闭合状态；所述数据处理模块对所述断路器位置开关模块与所述断路器输出取样模块的数据进行处理，并将处理结果传输到所述本地优先算法模块；所述远程通信模块根据通信协议进行远程通信，并将远程数据指令传输到所述本地优先算法模块；所述本地优先算法模块对所述数据处理模块的处理结果与所述远程通信模块传输的数据指令进行优先级判定，根据所述优先级判定的结果对所述电机操作机构进行控制，保障所述智能断路器的使用安全。
优选地，所述本地优先算法模块的优先级判定方法如下：
当所述智能断路器由于短路、过载、漏电或过温故障自动分闸时，或者当本地手动将所述断路器手柄机构分闸时，本地优先级高于远程优先级，远程操作不能将所述智能断路器合闸；只有当本地通过手柄合闸后，智能断路器恢复为正常方式，远程合闸/分闸命令才正常执行；
当所述智能断路器运行内部定时分闸或合闸时，远程优先级高于本地优先级，远程操作可以将所述智能断路器合闸或分闸；
当所述智能断路器正常工作时，远程操作可以将所述智能断路器分闸或合闸。
优选地，所述远程通信模块连接有RS485接口。
优选地，所述主控单元还包括第一定时器模块和第二定时器模块，所述第一定时器模块与所述本地优先算法模块连接，所述第二定时器模块分别与所述数据处理模块、所述本地优先算法模块连接，用于对所述智能断路器进行定时分闸、合闸控制。
优选地，所述电机操作机构还包括电机分闸位置开关和合闸位置开关，所述电机分闸位置开关、所述合闸位置开关分别与所述断路器位置开关模块连接。
优选地，所述电机分闸位置开关具有锁定机构，当所述电机处于所述电机分闸位置开关时，所述锁定机构处于锁定状态，所述智能断路器为分闸状态，不能通过所述断路器手柄机构使所述智能断路器合闸；当所述电机从所述电机分闸位置开关顺时针运行至所述合闸位置开关时，所述锁定机构执行解锁操作，可以通过所述断路器手柄机构使所述智能断路器合闸。
优选地，还包括电源模块和指示灯模块，所述电源模块与所述主控单元连接，用于为所述智能断路器供电；所述指示灯模块与所述主控单元连接，用于在所述智能断路器出现故障时进行报警。
优选地，所述断路器手柄机构内设有霍尔开关，所述霍尔开关与所述断路器位置开关模块连接，所述断路器位置开关模块利用所述霍尔开关来确定所述断路器手柄机构的分断、闭合状态，所述断路器输出取样模块利用所述电平转换模块来确定所述断路器手柄机构的分断、闭合状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的智能断路器的主控单元中设有本地优先算法模块和远程通信模块，在保证智能断路器使用安全的前提下，可以实现多人远程操作控制智能断路器的分闸与合闸；断路器位置开关模块利用霍尔开关来确定断路器手柄机构的分断、闭合状态，断路器输出取样模块利用电平转换模块来确定断路器手柄机构的分断、闭合状态，通过冗余方法来确定智能断路器的分闸、合闸状态，确保断路器状态监测准确，在线监测及时发现故障，消除智能断路器使用的安全隐患；利用锁定机构对电机分闸位置开关进行锁定，保证智能断路器的使用安全。
附图说明
图1为传统的电能表外置断路器与费控电能表的控制原理图；
图2为本发明实施例1的一种保障多人远程操作安全的智能断路器的连接结构图；
图3为本发明实施例1的一种保障多人远程操作安全的智能断路器中电机操作机构的原理图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请结合参见图2和图3，图2为本发明实施例1的一种保障多人远程操作安全的智能断路器的连接结构图；图3为本发明实施例1的一种保障多人远程操作安全的智能断路器中电机操作机构的原理图。
本发明实施例1的一种保障多人远程操作安全的智能断路器，包括断路器手柄机构100、电机操作机构200和主控单元300，断路器手柄机构100、电机操作机构200、主控单元300相互连接。
请参见图2，电机操作机构200包括电机201和电机控制模块202，电机控制模块202对电机201进行动作控制，电机201与断路器手柄机构100连接，利用电机201的正反转来实现断路器手柄机构100的分断、闭合动作。
主控单元300包括断路器位置开关模块301、断路器输出取样模块302、数据处理模块303、远程通信模块304和本地优先算法模块305，断路器位置开关模块301与断路器手柄机构100、电机操作机构200分别连接，用于获取智能断路器的分闸、合闸状态；断路器输出取样模块302与断路器手柄机构100之间通过电平转换模块306连接，用于利用电平转换方式获取断路器手柄机构100的分断、闭合状态；数据处理模块303对断路器位置开关模块301与断路器输出取样模块302的数据进行处理，并将处理结果传输到本地优先算法模块305；远程通信模块304根据通信协议进行远程通信，并将远程数据指令传输到本地优先算法模块305；本地优先算法模块305对数据处理模块303的处理结果与远程通信模块304传输的数据指令进行优先级判定，根据优先级判定的结果对电机操作机构200进行控制，保障智能断路器的使用安全。
优选地，本地优先算法模块的优先级判定方法如下：
当智能断路器由于短路、过载、漏电或过温故障自动分闸时，或者当本地手动将断路器手柄机构100分闸时，本地优先级高于远程优先级，远程操作不能将智能断路器合闸；只有当本地通过断路器手柄机构100合闸后，智能断路器恢复为正常方式，远程合闸/分闸命令才正常执行；当智能断路器运行内部定时分闸或合闸时，远程优先级高于本地优先级，远程操作可以将智能断路器合闸或分闸；当智能断路器正常工作时，远程操作可以将智能断路器分闸或合闸。
通过对智能断路器的工作状态进行判断，再利用本地优先算法模块305对本地操作和远程操作进行优先级判定，避免智能断路器出现故障时远程操作带来的安全问题，提高智能断路器的使用安全性。
本发明的智能断路器中，远程通信模块304采用UART，即通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，支持多人进行远程通信。优选地，远程通信模块304连接有RS485接口307，提高了智能断路器的使用灵活性。
优选地，主控单元300还包括第一定时器模块308和第二定时器模块309，第一定时器模块308与本地优先算法模块305连接，第二定时器模块309分别与数据处理模块303、本地优先算法模块305连接，用于对智能断路器进行定时分闸、合闸控制。
优选地，请结合参见图2和图3，电机操作机构200还包括电机分闸位置开关203和合闸位置开关204，电机分闸位置开关203、合闸位置开关204分别与断路器位置开关模块301连接。进一步的，电机分闸位置开关203具有锁定机构205，当电机201处于电机分闸位置开关203时，锁定机构205处于锁定状态，智能断路器为分闸状态，不能通过断路器手柄机构100使智能断路器合闸；当电机201从电机分闸位置开关203顺时针运行至合闸位置开关204时，锁定机构205执行解锁操作，可以通过断路器手柄机构100使智能断路器合闸。由于智能断路器采用电机201的正反转来实现断路器的分闸、合闸操作，锁定机构205有助于确保电机201正常工作，避免电机201反复进行分闸、合闸动作，保证智能断路器的使用安全。
智能断路器的定时分闸、合闸以及远程分闸、合闸操作都由电机操作机构200来完成，当智能断路器正常工作时，电机操作机构200运行真值表如表1所示：
表1 电机操作机构运行真值表
优选地，还包括电源模块400和指示灯模块500，电源模块400与主控单元300连接，用于为智能断路器供电；指示灯模块500与主控单元300连接，用于在智能断路器出现故障时进行报警。
优选地，断路器手柄机构100内设有霍尔开关101，霍尔开关101与断路器位置开关模块301连接，断路器位置开关模块301利用霍尔开关101来确定断路器手柄机构100的分断、闭合状态，断路器输出取样模块302利用电平转换模块306来确定断路器手柄机构100的分断、闭合状态。请参见表2，表2为霍尔开关101与电平转换模块306监测结果真值表，当霍尔开关101监测的断路器手柄机构100的状态与电平转换模块306监测的断路器手柄机构100的状态一致时，说明监测结果准确；当霍尔开关101监测的断路器手柄机构100的状态与电平转换模块306监测的断路器手柄机构100的状态相冲突时，智能断路器进行故障报警；通过冗余方法（冗余，指重复配置系统的一些部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间）来确定智能断路器的分闸、合闸状态，使得在线监测结果更加准确，消除智能断路器使用的安全隐患。
表2 霍尔开关与电平转换模块监测结果真值表
本发明的智能断路器的主控单元300中设有本地优先算法模块305和远程通信模块304，在保证智能断路器使用安全的前提下，可以实现多人远程操作控制智能断路器的分闸与合闸；断路器位置开关模块301利用霍尔开关101来确定断路器手柄机构100的分断、闭合状态，断路器输出取样模块302利用电平转换模块306来确定断路器手柄机构100的分断、闭合状态，通过冗余方法来确定智能断路器的分闸、合闸状态，确保断路器状态监测准确，在线监测及时发现故障，消除智能断路器使用的安全隐患；利用锁定机构205对电机分闸位置开关203进行锁定，保证智能断路器的使用安全。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：包括断路器手柄机构、电机操作机构和主控单元，所述断路器手柄机构、所述电机操作机构、所述主控单元相互连接；
所述电机操作机构包括电机和电机控制模块，所述电机控制模块对所述电机进行动作控制，所述电机与所述断路器手柄机构连接，利用所述电机的正反转来实现所述断路器手柄机构的分断、闭合动作；
所述主控单元包括断路器位置开关模块、断路器输出取样模块、数据处理模块、远程通信模块和本地优先算法模块，所述断路器位置开关模块与所述断路器手柄机构、所述电机操作机构分别连接，用于获取所述智能断路器的分闸、合闸状态；所述断路器输出取样模块与所述断路器手柄机构之间通过电平转换模块连接，用于获取所述断路器手柄机构的分断、闭合状态；所述数据处理模块对所述断路器位置开关模块与所述断路器输出取样模块的数据进行处理，并将处理结果传输到所述本地优先算法模块；所述远程通信模块根据通信协议进行远程通信，并将远程数据指令传输到所述本地优先算法模块；所述本地优先算法模块对所述数据处理模块的处理结果与所述远程通信模块传输的数据指令进行优先级判定，根据所述优先级判定的结果对所述电机操作机构进行控制，保障所述智能断路器的使用安全。
2.如权利要求1所述的保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：所述本地优先算法模块的优先级判定方法如下：
当所述智能断路器由于短路、过载、漏电或过温故障自动分闸时，或者当本地手动将所述断路器手柄机构分闸时，本地优先级高于远程优先级，远程操作不能将所述智能断路器合闸；只有当本地通过所述断路器手柄机构合闸后，所述智能断路器恢复为正常方式，远程合闸、分闸命令才正常执行；
当所述智能断路器运行内部定时分闸或合闸时，远程优先级高于本地优先级，远程操作可以将所述智能断路器合闸或分闸；
当所述智能断路器正常工作时，远程操作可以将所述智能断路器分闸或合闸。
3.如权利要求1所述的保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：所述远程通信模块连接有RS485接口。
4.如权利要求1所述的保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：所述主控单元还包括第一定时器模块和第二定时器模块，所述第一定时器模块与所述本地优先算法模块连接，所述第二定时器模块分别与所述数据处理模块、所述本地优先算法模块连接，用于对所述智能断路器进行定时分闸、合闸控制。
5.如权利要求1所述的保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：所述电机操作机构还包括电机分闸位置开关和合闸位置开关，所述电机分闸位置开关、所述合闸位置开关分别与所述断路器位置开关模块连接。
6.如权利要求5所述的保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：所述电机分闸位置开关具有锁定机构，当所述电机处于所述电机分闸位置开关时，所述锁定机构处于锁定状态，所述智能断路器为分闸状态，不能通过所述断路器手柄机构使所述智能断路器合闸；当所述电机从所述电机分闸位置开关顺时针运行至所述合闸位置开关时，所述锁定机构执行解锁操作，可以通过所述断路器手柄机构使所述智能断路器合闸。
7.如权利要求1所述的保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：还包括电源模块和指示灯模块，所述电源模块与所述主控单元连接，用于为所述智能断路器供电；所述指示灯模块与所述主控单元连接，用于在所述智能断路器出现故障时进行报警。
8.如权利要求1所述的保障多人远程操作安全的智能断路器，其特征在于：所述断路器手柄机构内设有霍尔开关，所述霍尔开关与所述断路器位置开关模块连接，所述断路器位置开关模块利用所述霍尔开关来确定所述断路器手柄机构的分断、闭合状态，所述断路器输出取样模块利用所述电平转换模块来确定所述断路器手柄机构的分断、闭合状态。
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