CN115273285A - 一种用于变电站的智能型控制把手系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于变电站的智能型控制把手系统及应用方法，该系统通过通信模块与后台系统连接，初始化密钥；正常应用时，读取并比密钥存储介质中的加密数据，并判断逻辑条件，允许或禁止控制把手操作。本发明突破传统实物钥匙齿纹的技术束缚，首次提出一种用于变电站的智能控制把手系统及其应用方法，利用一只可读写密钥的存储介质替代若干种实物钥匙，智能控制把手系统通过核对密钥，对把手电磁锁开关进行智能控制，从本质上解决钥匙管理复杂与把手控制规范性的问题。该智能型控制把手系统能够有效避免大量钥匙的管理，提高了工作效率，可实现设备操作的程序化，提升变电站设备的智能化程度。

Description

一种用于变电站的智能型控制把手系统及应用方法

技术领域

本发明涉及一种用于变电站的智能型控制把手系统及应用方法，属于电力监控设备技术领域。

背景技术

随着变电站建设的安全管理规范化，从程序上防止误操作或误入间隔，从而造成经济损失或人身安全问题。目前变电站任一间隔内断路器的“分合闸”控制把手均带有钥匙闭锁控制功能，且钥匙在各间隔内不通用；隔离开关(手车)、接地开关的"远近控"切换把手，带有钥匙闭锁控制功能，但各间隔内通用；隔离开关(手车)、接地开关操作的前提条件是间隔内断路器分闸。

对于110kV变电站，110kV系统设计规模：4回出线、1回分段、2回(远景规划为3回)变压器间隔，(4+1+3)×1+1＝9种钥匙；10kV系统设计规模：24回(远景规划为36回)出线、4回(远景规划为6回)电容器、2回(远景规划为3回)电抗器、2回(远景规划为3回)接地变、1回(远景规划为2回)分段、3回(远景规划为4回)变压器间隔，(36+6+3+3+2+4)×1+1＝55种钥匙。全站小计64种不同锁芯的钥匙。

以上仅为110kV终端变电站设计规模，若为220kV中间变电站，钥匙数量将更加众多，给现场工作的高效管理带来严重不便。另一方面，从安全的角度考虑，操作人员为了获取不同钥匙经常在变电站中多次重复奔波，降低了操作人员的安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于变电站的智能型控制把手系统，实现用密钥替代实物钥匙齿纹，即在一只可读写密钥的密钥存储介质上替代若干种实物钥匙。该智能型控制把手系统避免了大量钥匙的管理，提高了变电站设备的智能化程度，实现设备操作的程序化，避免误操作的可能性，能够可靠保证操作人员的人身安全；同时无需在变电站内使用无线网络，避免对变电站设备产生干扰。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种用于变电站的智能型控制把手系统，包括电源模块(1)、微控制单元(2)、开关量输入模块(3)、开关量输出模块(4)、基于RS485的通信模块(5)、USB接口电路(6)、带电磁锁的控制把手(7)、按键及手动面板模块(9)、照明模块(10)、报警模块(11)；所述电源模块(1)、开关量输入模块(3)、开关量输出模块(4)、RS485通信模块(5)、USB接口电路(6)、按键及手动面板模块(9)、照明模块(10)和报警模块(11)均与所述微控制单元(2)连接；所述电源模块(1)，用于整个智能型控制把手系统的供电；微控制单元(2)，用于数据的采集及处理，实现功能逻辑判断，并向调度端发送间隔操作状态信息；开关量输入模块(3)用于开关量信号采集输入；开关量输出模块(4)与带电磁锁的控制把手(7)相连，用于开关量信号控制输出，实现启动或闭锁电磁锁，允许或禁止控制把手操作，以及输出对应的信号指示；RS485通信模块(5)用于信号的传输，实现智能型控制把手系统的初始化，密钥的设定；USB接口电路(6)，用于密钥存储介质中密钥的读取，实现密钥的传递；按键及手动面板模块(9)，用于手动操作并显示手动操作过程；照明模块(10)，用于辅助照明；报警模块(11)，用于提醒操作人员操作结果。

进一步的，通过所述RS485通信模块(5)实现整个智能控制把手密钥初始化；通过所述USB接口电路模块(6)采集密钥存储介质中密钥信息并传送给微控制单元(2)，并进行逻辑判断；所述开关量输出模块(4)根据微控制单元(2)的输入结果，控制电磁锁开关通断；通过所述按键及手动面板模块(9)按动切换键，以选择不同密钥传递输入方式；所述照明模块(10)与电源模块及微控制单元连接，照明模块包括LED灯及其驱动电路，操作人员通过按键来开启或关闭LED照明灯。

进一步的，所述报警模块(11)与微控制单元(2)报警信号输出端口连接；报警模块(11)包括LED指示灯、蜂鸣器，LED指示灯用来提醒操作人员操作状态，可用红绿两种颜色LED灯显示操作结果，蜂鸣器用于发出操作声音提示；当密钥正确且时间逻辑一致时，绿色LED指示灯亮，提醒操作人员电磁锁开启，可进行把手操作，此时蜂鸣器不发声，同时系统向调度端发送该间隔转检修状态信息；当密钥错误或时间逻辑不一致时，红色LED操作指示灯亮，蜂鸣器发出报警提示音，提醒操作人员电磁锁闭锁，禁止把手操作，此时系统不发送间隔状态信号；当间隔处于检修状态时，若密钥存储介质被拔出，此时红色LED操作指示灯亮，蜂鸣器发出报警提示音，同时系统向调度端发送间隔检修状态异常信号。

进一步的，所述电源模块(1)为可充电锂离子电池，还包括电池电量检测电路，当电池电量低于预警值时向调度端发送低电量信息，操作人员可根据报警的变电站间隔信息及时更换电池。

进一步的，按密钥存储介质的数据解密，设置控制对象的允许操作时间段(调度许可时间)，延时向后台系统发告警信息或发提前完成信息。

为实现上述目的，本发明还提供了一种用于变电站的智能型控制把手系统的应用方法，实现步骤包括：

步骤1)智能控制把手系统通过RS485通信模块(5)与后台管理系统连接，初始化密钥；

步骤2)应用时，微控制单元(2)读取操作并比对密钥存储介质(“加密狗”)上的数据，逻辑判断条件满足，则操作指示灯绿色，允许控制把手操作，且可以发送远程信息，用于后台智能判断；否则，操作指示灯红色并伴有蜂鸣器发出的告警声，禁止控制把手操作。

进一步的，所述步骤1)具体实现包括：

将RS485通信模块(5)接入移动式电脑(13)，其后台管理系统读取智能型控制把手系统的唯一MAC地址，采用对称密钥DES算法进行数据的加密，并把生产的密钥固化在智能型控制把手系统内，即完成控制把手系统的密钥初始化。

进一步的，所述步骤2)具体实现包括：

2.1)将密钥存储介质(“加密狗”)插入内置后台管理系统的移动式电脑(13)，期间系统按加密标准格式向密钥存储介质(“加密狗”)写入对应唯一间隔对象的操作密钥、操作起始时间、计划结束时间；

2.2)将密钥存储介质(“加密狗”)插入智能型控制把手系统的USB接口中，智能型控制把手系统从密钥存储介质读取标准加密格式数据，先核对密钥存储介质中密钥，再对时间逻辑判断，两者全部一致则操作指示灯绿色，允许智能型控制把手系统操作，且向调度端发送该间隔转检修状态信息；若时间逻辑判断不一致，操作指示灯红色并伴有告警声，禁止控制把手系统操作；

2.3)当间隔由检修状态转运行状态后，再拔出密钥存储介质，同时智能型控制把手系统向调度端发送该间隔转运行状态信息。如果中间意外拔出密钥存储介质，发生状态不对应，智能型控制把手系统和调度端均会告警；

2.4)将密钥存储介质(“加密狗”)插入移动式电脑(13)，应用后台管理系统将密钥存储介质(“加密狗”)的加密数据删除，操作流程完毕。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明突破传统实物钥匙齿纹的技术束缚，首次提出一种用于变电站的智能控制把手系统及其应用方法，利用一只可读写密钥的密钥存储介质替代若干种实物钥匙，智能控制把手系统通过核对密钥存储介质内的密钥，对把手进行智能控制，从本质上解决钥匙管理复杂性与把手控制安全性的问题。

2)本发明所提出的智能型控制把手系统，通过一只可读写密钥的密钥存储介质替代若干种实物钥匙，有效避免了大量钥匙的管理，操作人员不用因为寻找钥匙在变电站多次重复奔波，提高了操作的准确性与及时性，同时也提高了变电站设备的智能化程度，实现设备操作的程序化，能可靠保证操作人员的安全；

3)微处理单元采用单片机作为芯片，使智能型控制把手系统的集成度高，体积小，制作成本低，而且控制程序的编写简单可靠；

4)采用国家密码管理局认可的硬件安全模式进行数据的加密(对称密钥AES算法)，安全性和可靠性得到提高，且对称加密方式速度快，可进一步提高工作效率；

5)密钥可固化在智能型控制把手系统内，从而避免了在变电站内使用无线网络，系统抗干扰能力强，使设备更加可靠。

附图说明

图1为本发明智能型控制把手系统的结构示意图；

图2为本发明密钥初始化原理框图；

图3为允许或禁止控制把手操作的实施例原理框图；

图4为允许或禁止控制把手操作的流程框图；

图5为本发明报警模块实施例原理框图；

图6为本发明系统结构示意图主视图；

图7为本发明系统结构示意图侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1-7所示，本发明的用于变电站的智能型控制把手系统，包括电源模块(1)、微控制单元(2)、开关量输入模块(3)、开关量输出模块(4)、基于RS485的通信模块(5)、USB接口电路(6)、带电磁锁的控制把手(7)、按键及手动面板模块(9)、照明模块(10)、报警模块(11)；所述电源模块(1)、开关量输入模块(3)、开关量输出模块(4)、RS485通信模块(5)、USB接口电路(6)、按键及手动面板模块(9)、照明模块(10)和报警模块(11)均与所述微控制单元(2)连接；所述电源模块(1)，用于整个智能型控制把手系统的供电；微控制单元(2)，用于数据的采集及处理，实现功能逻辑判断，并向调度端发送间隔操作状态信息；开关量输入模块(3)用于开关量信号采集输入；开关量输出模块(4)与带电磁锁的控制把手(7)相连，用于开关量信号控制输出，实现启动或闭锁电磁锁，允许或禁止控制把手操作，以及输出对应的信号指示；RS485通信模块(5)用于信号的传输，实现智能型控制把手系统的初始化，密钥的设定；USB接口电路(6)，用于密钥存储介质中密钥的读取，实现密钥的传递；按键及手动面板模块(9)，用于手动操作并显示手动操作过程；照明模块(10)，用于辅助照明；报警模块(11)，用于提醒操作人员操作结果。密钥存储介质可以使用U盘。

通过所述RS485通信模块(5)实现整个智能控制把手密钥初始化；通过所述USB接口电路模块(6)采集密钥存储介质中密钥信息并传送给微控制单元(2)，并进行逻辑判断；所述开关量输出模块(4)根据微控制单元(2)的输入结果，控制电磁锁开关通断；通过所述按键及手动面板模块(9)按动切换键，以选择不同密钥传递输入方式；如当U盘损坏无法使用时，操作人员可通过手动输入密钥方式将密钥传送给微控制单元(2)，同时可以显示该间隔运行状态信息和电源模块电量信息。所述照明模块(10)与电源模块及微控制单元连接，照明模块包括LED灯及其驱动电路，操作人员通过按键来开启或关闭LED照明灯。保证在昏暗天气或者夜晚等光线受限的场景下，进行安全、快速、方便的操作控制把手。

所述报警模块(11)与微控制单元(2)报警信号输出端口连接；报警模块(11)包括LED指示灯、蜂鸣器，LED指示灯用来提醒操作人员操作状态，可用红绿两种颜色LED灯显示操作结果，蜂鸣器用于发出操作声音提示；当密钥正确且时间逻辑一致时，绿色LED指示灯亮，提醒操作人员电磁锁开启，可进行把手操作，此时蜂鸣器不发声，同时系统向调度端发送该间隔转检修状态信息；当密钥错误或时间逻辑不一致时，红色LED操作指示灯亮，蜂鸣器发出报警提示音，提醒操作人员电磁锁闭锁，禁止把手操作，此时系统不发送间隔状态信号；当间隔处于检修状态时，若密钥存储介质被拔出，此时红色LED操作指示灯亮，蜂鸣器发出报警提示音，同时系统向调度端发送间隔检修状态异常信号。

所述电源模块(1)为可充电锂离子电池，还包括电池电量检测电路，当电池电量低于预警值时向调度端发送低电量信息，操作人员可根据报警的变电站间隔信息及时更换电池。

密钥存储介质的加密数据中，可以设置控制对象的允许操作时间段(调度许可时间)，以防止不在规定时间段中的非法操作。密钥存储介质中还可以设置延时向后台系统发告警信息或发提前完成信息的功能。

为实现上述目的，本发明还提供了一种用于变电站的智能型控制把手系统的应用方法，实现步骤包括：

步骤1)智能控制把手系统通过RS485通信模块(5)与后台管理系统连接，初始化密钥；

步骤2)应用时，微控制单元(2)读取操作并比对密钥存储介质(“加密狗”)上的数据，逻辑判断条件满足，则操作指示灯绿色，允许控制把手操作，且可以发送远程信息，用于后台智能判断；否则，操作指示灯红色并伴有蜂鸣器发出的告警声，禁止控制把手操作。

进一步的，所述步骤1)具体实现包括：

将RS485通信模块(5)接入移动式电脑(13)，其后台管理系统读取智能型控制把手系统的唯一MAC地址，采用对称密钥DES算法进行数据的加密，并把生产的密钥固化在智能型控制把手系统内，即完成控制把手系统的密钥初始化。智能型控制把手系统采用的AES对称加密算法具有易用、灵活、高性能等优点，且加密强度高，安全性能强。

进一步的，所述步骤2)具体实现包括：

2.1)将密钥存储介质(“加密狗”)插入内置后台管理系统的移动式电脑(13)，应用系统模拟对象操作(运行规程要求，先模拟操作、后实际操作，防止出错)，期间系统按加密标准格式向密钥存储介质(“加密狗”)写入对应唯一间隔对象的操作密钥、操作起始时间、计划结束时间；

2.2)将密钥存储介质(“加密狗”)插入智能型控制把手系统的USB接口中，智能型控制把手系统从密钥存储介质读取标准加密格式数据，先核对密钥存储介质中密钥，再对时间逻辑判断，两者全部一致则操作指示灯绿色，允许智能型控制把手系统操作，且向调度端发送该间隔转检修状态信息；若时间逻辑判断不一致，操作指示灯红色并伴有告警声，禁止控制把手系统操作；

2.3)当间隔由检修状态转运行状态后，再拔出密钥存储介质，同时智能型控制把手系统向调度端发送该间隔转运行状态信息。如果中间意外拔出密钥存储介质，发生状态不对应，智能型控制把手系统和调度端均会告警；

2.4)将密钥存储介质(“加密狗”)插入移动式电脑(13)，应用后台管理系统将密钥存储介质(“加密狗”)的加密数据删除，操作流程完毕。

本发明采用廉价的RS485通讯模块进行数据传输，初始化密钥，不仅布线简单，且具有传输速度快和抗干扰能力强的优点，使智能型控制把手系统简单、可靠、成本低，对推进智能型控制把手系统的普及和变电站智能化进程具有实际意义。

综上，本发明的一种用于变电站的智能控制把手系统装置及应用方法。首先根据变电站间隔内断路器需要使用大量齿纹钥匙解锁，钥匙管理具有复杂的特点，提出一种利用可读写密钥的U盘替代若干实物钥匙解锁断路器控制把手的方法，然后构建了智能控制把手系统。本发明中，所使用的通讯模块信号传输性能好、价格便宜、结构简单，使该系统更易普及；按键模块同时具有解锁能力，提高了系统的可操作性；报警模块具有较好的警示能力，能避免操作人员误操作，提高操作安全性；微控制单元具有较高集成度，程序编写简单可靠，降低了系统复杂度和成本。本发明简化了变电站间隔断路器门把手的管理，极大推动了变电站自动化与智能化建设的进程。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于变电站的智能型控制把手系统，其特征在于，包括电源模块(1)、微控制单元(2)、开关量输入模块(3)、开关量输出模块(4)、基于RS485的通信模块(5)、USB接口电路(6)、带电磁锁的控制把手(7)、按键及手动面板模块(9)、照明模块(10)、报警模块(11)；所述电源模块(1)、开关量输入模块(3)、开关量输出模块(4)、RS485通信模块(5)、USB接口电路(6)、按键及手动面板模块(9)、照明模块(10)和报警模块(11)均与所述微控制单元(2)连接；所述电源模块(1)，用于整个智能型控制把手系统的供电；微控制单元(2)，用于数据的采集及处理，实现功能逻辑判断，并向调度端发送间隔操作状态信息；开关量输入模块(3)用于开关量信号采集输入；开关量输出模块(4)与带电磁锁的控制把手(7)相连，用于开关量信号控制输出，实现启动或闭锁电磁锁，允许或禁止控制把手操作，以及输出对应的信号指示；RS485通信模块(5)用于信号的传输，实现智能型控制把手系统的初始化，密钥的设定；USB接口电路(6)，用于密钥存储介质中密钥的读取，实现密钥的传递；按键及手动面板模块(9)，用于手动操作并显示手动操作过程；照明模块(10)，用于辅助照明；报警模块(11)，用于提醒操作人员操作结果。

2.如权利要求1所述的一种用于变电站的智能型控制把手系统，其特征在于，通过所述RS485通信模块(5)实现整个智能控制把手密钥初始化；通过所述USB接口电路模块(6)采集密钥存储介质中密钥信息并传送给微控制单元(2)，并进行逻辑判断；所述开关量输出模块(4)根据微控制单元(2)的输入结果，控制电磁锁开关通断；通过所述按键及手动面板模块(9)按动切换键，以选择不同密钥传递输入方式；所述照明模块(10)与电源模块及微控制单元连接，照明模块包括LED灯及其驱动电路，操作人员通过按键来开启或关闭LED照明灯。

3.如权利要求1所述的一种用于变电站的智能型控制把手系统，其特征在于，所述报警模块(11)与微控制单元(2)报警信号输出端口连接；报警模块(11)包括LED指示灯、蜂鸣器，LED指示灯用来提醒操作人员操作状态，用红绿两种颜色LED灯显示操作结果，蜂鸣器用于发出操作声音提示；当密钥正确且时间逻辑一致时，绿色LED指示灯亮，提醒操作人员电磁锁开启，可进行把手操作，此时蜂鸣器不发声，同时系统向调度端发送该间隔转检修状态信息；当密钥错误或时间逻辑不一致时，红色LED操作指示灯亮，蜂鸣器发出报警提示音，提醒操作人员电磁锁闭锁，禁止把手操作，此时系统不发送间隔状态信号；当间隔处于检修状态时，若密钥存储介质被拔出，此时红色LED操作指示灯亮，蜂鸣器发出报警提示音，同时系统向调度端发送间隔检修状态异常信号。

4.如权利要求1所述的一种用于变电站的智能型控制把手系统，其特征在于，所述电源模块(1)为可充电锂离子电池，还包括电池电量检测电路，当电池电量低于预警值时向调度端发送低电量信息，操作人员可根据报警的变电站间隔信息及时更换电池。

5.如权利要求1所述的一种用于变电站的智能型控制把手系统，其特征在于，按密钥存储介质的数据解密，设置控制对象的允许操作时间段，延时向后台系统发告警信息或发提前完成信息。

6.如权利要求1所述一种用于变电站的智能型控制把手系统的应用方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1)智能控制把手系统通过RS485通信模块(5)与后台管理系统连接，初始化密钥；

步骤2)应用时，微控制单元(2)读取操作并比对密钥存储介质上的数据，逻辑判断条件满足，则操作指示灯绿色，允许控制把手操作，且可以发送远程信息，用于后台智能判断；否则，操作指示灯红色并伴有蜂鸣器发出的告警声，禁止控制把手操作。

7.如权利要求6所述用于变电站的智能型控制把手系统的应用方法，其特征在于，所述步骤1)具体实现包括：

将RS485通信模块(5)接入移动式电脑(13)，其后台管理系统读取智能型控制把手系统的唯一MAC地址，采用对称密钥DES算法进行数据的加密，并把生产的密钥固化在智能型控制把手系统内，即完成控制把手系统的密钥初始化。

8.如权利要求6所述用于变电站的智能型控制把手系统的应用方法，其特征在于，所述步骤2)具体实现包括：

2.1)将密钥存储介质插入内置后台管理系统的移动式电脑(13)，期间系统按加密标准格式向密钥存储介质写入对应唯一间隔对象的操作密钥、操作起始时间、计划结束时间；

2.2)将密钥存储介质插入智能型控制把手系统的USB接口中，智能型控制把手系统从密钥存储介质读取标准加密格式数据，先核对密钥存储介质中密钥，再对时间逻辑判断，两者全部一致则操作指示灯绿色，允许智能型控制把手系统操作，且向调度端发送该间隔转检修状态信息；若时间逻辑判断不一致，操作指示灯红色并伴有告警声，禁止控制把手系统操作；

2.3)当间隔由检修状态转运行状态后，再拔出密钥存储介质，同时智能型控制把手系统向调度端发送该间隔转运行状态信息。如果中间意外拔出密钥存储介质，发生状态不对应，智能型控制把手系统和调度端均会告警；

2.4)将密钥存储介质插入移动式电脑(13)，应用后台管理系统将密钥存储介质的加密数据删除，操作流程完毕。

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