CN110831727B - 无人操作和维护的开关设备和控制设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

根据权利要求1和2的前序部分，本发明涉及具有无人操作和维护的开关设备或控制设备及其操作方法。为了提高无人开关设备操作的操作安全，本发明是一种具有无人操作和维护的开关设备和控制设备的设备安全系统，包括在其用于计算机器人系统的动作半径的装置的转向和控制系统中，其中在内部开关设备或控制设备空间中的动作地区被划分为虚拟区域，并且在预期动作将被真正触发之前，将这样的区域中的每个动作预先地作为一种微观仿真被预先计算，其中考虑到实际传感器数据。

Description

无人操作和维护的开关设备和控制设备及其操作方法
技术领域
根据权利要求1和2的前序部分，本发明涉及无人操作和维护的开关设备或控制设备及其操作方法。
背景技术
具有无人操作和维护的开关设备和控制设备通过将人工操作人员排除在操作和维护过程之外并通过外壳，确保与当前开关设备或控制设备的生产相同的人员安全水平。然而，由于开放的内部空间没有隔离22和嵌入式机器人系统21，因此必须对设备安全保障定义新的要求。由外壳提供保护的当前常见实践，在无人操作和维护的开关设备或控制设备内部是不利的，因此需要其他手段来确保设备安全。
发明目标
因此本发明的目的在于，提高无人开关设备操作的操作安全。
发明内容
开关设备或控制设备当前设计中的内部隔离通过防止外来的固体物体进入具有带电主电路的潜在危险地区，主要服务于人员安全目的，其次是设备安全目的。外壳(代码IP)提供的保护程度在IEC 60529标准中描述。因此，考虑到发明目标中所述的内容，具有无人操作和维护的开关设备和控制设备的设备安全系统包括在其将内部开关设备或控制设备空间中的动作地区划分为虚拟区域的动作半径中，并且在预期动作将被真正触发之前，将这样的区域中的每个动作预先地作为一种微观仿真被计算，其中考虑到实际传感器数据。如图2所示。
因此，通过本发明克服了操作开关设备或控制设备中的巨大风险。在无人开关设备或控制设备系统中，通电的主电路与移动机器人系统位于同一空间。机器人系统表示在通电的主电路附近移动的外来的固体物体，并且机器人系统必须确保其不会导致设备故障。
根据操作这种开关设备或控制设备的方法，本发明是一种具有无人操作和维护的开关设备和控制设备的设备安全系统，包括在其用于计算机器人系统的动作半径的装置的转向和控制系统中，其中在内部开关设备或控制设备空间中的动作地区被划分为虚拟区域，并且在预期动作将被真正触发之前，将这样的区域中的每个动作预先地作为一种微观仿真被预先计算，其中考虑到实际传感器数据。
在其他有利的实施例中，在考虑到以下条件的情况下，完整的动作地区被自动地划分和构成：
-主母线区域的检测，其包含所有水平母线和直到所有断路点的一个母线段的T-off电路，和/或
-每个隔离开关的检测，其具有自己的区域，该区域包括在接地位置时隔离开关的动触头和直到如断路器主触头的下一个断开点的所有电路，和/或
-从断路器主触头开始的每个主电路，其具有自己的区域，该区域覆盖直到下一个断路点或直到电路脱离外壳的点的电路，和/或
-包含辅助电路和机构的区域，受相对于主电路空间的辅助电路空间的金属接地隔离的限制。
本发明的实施例在附图中示出。
图1：具有无人操作和维护的开关设备或控制设备的示例截面
图2：将内部空间划分为虚拟区域的示例
图3：开关设备或控制设备隔离到虚拟区域的3D视图
虚拟区域是主母线区域40、隔离开关区域41、断路器辅助区域42、馈线主电路区域43和默认安全区域44。一个常见的默认安全区域44和一个常见的主母线区域40可以存在于整个馈线段的两端，而在z轴上没有限制，如图3所示，然而隔离开关区域41a、41b、41c等，断路器辅助区域42a、42b、42c等，以及馈线主电路区域43a、43b、43c等在z轴上受虚拟边界限制并且针对每个特定馈线被分开，见图3。
通常，区域边界应当以这样的方式定义，使得当在安全的区域中操作时，机器人系统距不安全的区域的通电电路的距离不能小于安全距离。安全距离取决于主电路额定电压(Un)、电压耐受水平(Ud)和基本绝缘水平(Up)，并且距当前安全间距和爬电距离距离的实践应当适用于此处。
除了在示例图2和图3上所示区域布局的其他区域布局也是可能的，这些区域应当总是遵循主电路的物理布局和电路中开关设备的位置。区域创建规则通常应当如下：
-主母线区域应当包含所有水平母线和直到所有断路点的一个母线段的T-off电路。
-每个隔离开关应当具有自己的区域，该区域包括在接地位置时隔离开关的动触头和直到下一个断开点(例如断路器主触头)的所有电路。
-从断路器主触头开始的每个主电路应当具有自己的区域，该区域覆盖直到下一个断路点或直达电路脱离外壳的点的电路。
-包含辅助电路和机构的区域，应受相对于主电路空间的辅助电路空间的金属接地隔离的限制。
每个包含主电路40、41和43的虚拟区域可以具有以下状态之一：
1.区域通电：当对应区域的主电路通电时
2.区域断电：对应区域的电路断电但未接地
3.区域安全：对应区域的电路断电并接地
4.区域安全锁定：区域安全而且当机器人在区域中操作时，任何状态变化都被锁定
在包含主电路的区域中机器人系统移动限制取决于虚拟区域状态：
1.区域安全：机械臂和工具可以与区域中的电路物理地交互，在机器人进入安全区域之前，区域状态被切换到安全锁定，以及当交互完成时，区域状态被切换回安全
2.区域断电：机械臂和工具必须遵循断电电路和机械臂之间的间距和爬电距离-只有绝缘的工具可以用于在断电区域中交互
3.区域通电：机械臂和工具不能进入区域
在每个虚拟区域中主电路的状态(通电/断电/接地)可以根据从与开关设备(隔离开关和断路器)相关联的限位开关接收的信号得知，或者可以使用开关设备或控制设备中的光学相机和自动图像识别算法通过对设备状态的目视确认来得知。通过将上述方法组合会使开关设备状态确认系统冗余。
主电路断电状态的确认可以通过位于机械手腕上的电场测量的实时电压检测来获得。由于开关设备或控制器设备内部空间中的复杂电场条件，优选具有方向鉴别的电压接近检测器。
在接近主电路时对电场强度快速增加的检测，或者甚至对接近导体的强电场的简单检测，应当引起机器人朝主电路的方向的移动立即停止，然后进行撤回并对电路状态重新评估。
在前一节描述的备选设计中，通过电场测量设备或电压检测接触测试仪对电压的检测被包括在机器人工具中。然后机器人在与虚拟区域中的主电路交互之前，使用来自他的工具箱中的电压检查设备作为第一步，使用电压检查程序开始设备询问。
包含辅助电路和机构的虚拟区域42可以具有以下状态之一：
1.区域通电或充电：当对应的区域中的辅助电路通电或辅助机构充电时
2.区域安全：对应的区域中的辅助电路断电并且辅助机构放电
3.区域安全锁定：区域安全并且当机器人在区域中操作时，任何状态变化都被锁定
在包含辅助电路的区域中的机器人系统的移动限制取决于虚拟区域的状态：
1.区域安全：机械臂和工具可以与区域中的电路和机构物理地交互，在机器人进入安全区域之前，区域状态被切换到安全锁定，以及当交互完成时，区域状态被切换回安全
2.区域通电或充电：机械臂和工具交互被限制到预定义部件的替换，这些部件以这样的方式构建，使得不会与通电的电路或充电的机构发生危险接触。

Claims (4)

1.设备安全系统，
其特征在于：
具有无人操作和维护的开关设备和控制设备的所述设备安全系统在其转向和控制系统中包括用于计算机器人系统的动作半径的装置，其中在开关设备和控制设备内部空间中的动作地区被划分为虚拟区域，并且在预期动作将被真正触发之前，将这样的区域中的每个动作预先地作为一种微观仿真被预先计算，其中考虑到实际传感器数据，
包含主电路或辅助电路的所述虚拟区域具有区域安全状态，其中对应区域的电路被断电并接地，并且区域状态在机器人进入具有所述区域安全状态的虚拟区域之前被切换为安全锁定，并且当交互完成时，所述区域状态被切换回安全。
2.用于操作设备安全系统的方法，
其特征在于：
具有无人操作和维护的开关设备和控制设备的所述设备安全系统在其转向和控制系统中包括用于计算机器人系统的动作半径的装置，其中在开关设备和控制设备内部空间中的动作地区被划分为虚拟区域，并且在预期动作将被真正触发之前，将这样的区域中的每个动作预先地作为一种微观仿真被预先计算，其中考虑到实际传感器数据，
包含主电路或辅助电路的所述虚拟区域具有区域安全状态，其中对应区域的电路被断电并接地，并且区域状态在机器人进入具有所述区域安全状态的虚拟区域之前被切换为安全锁定，并且当交互完成时，所述区域状态被切换回安全。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于：
在考虑到以下条件的情况下，完整的动作地区被自动地划分和构成：
主母线区域的检测，其包含所有水平母线和直到所有断路点的一个母线段的T-off电路，
和/或
每个隔离开关的检测，其具有自己的区域，所述区域包括在接地位置时所述隔离开关的动触头和直到下一个断开点的所有所述电路，
和/或
从断路器主触头开始的每个主电路，其具有自己的区域，所述区域覆盖直到下一个断路点或直到所述电路脱离外壳的点的所述电路，
和/或
包含辅助电路和机构的区域，受相对于主电路空间的辅助电路空间的金属接地隔离的限制。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于：
所述下一个断开点是断路器主触头。
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