CN115425524A - 一种快速切换的模块化系统方法 - Google Patents
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Abstract
一种快速切换的模块化系统方法，电力电子系统内接入外部信号的线缆的传感器接线及控制单元均采用标准的模块，能进行拆分，形成底座模块及控制模块分体特征，两者间通过可插拔端子结构连接；模块化的装置中，将接入外部信号的线缆连接部分即底座模块与控制功能部分即控制模块各自设计为独立模块，两者间通过可插拔端子连接。通过自身端子和可插拔端子结构，实现快速的功能搭建组网，并形成一套完整的控制系统。通过模块化的装置，快速、高效的完成电力行业中控制系统的搭建。本发明使电力控制系统的架构、搭建工作由传统的分裂器件转化为功能相对独立的模块化集成装置，使其实现过程更具逻辑性。便于后续的维护升级工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速切换(更换)的模块化系统方法与系统。特别是关于电力行业中控制系统快速搭建、组网及后续便捷运维的实现方法。
背景技术
随着电力行业近年来技术进步和产业升级步伐的加快，其经济性、高效性和自动化水平逐步提高，对安全性及可靠性也越发重视。同时随着原材料和人工成本的上升，也导致成本的大幅度增加。
在以往的现场应用中，系统往往由不同的分裂元件组成。以搭建一套电力控制系统为例，其内部各功能单元的外形尺寸、安装方式、接线等等技术细节均没有统一标准，对于现场施工是极大的挑战。各单元间的布线连接，调试也需要花费大量的时间精力。
在系统运行过程中，因故障需或功能升级对内部模块进行更换时，则要对已完成的布线进行拆解后再进行更换，接线。由于接点繁多，在这个过程中也十分容易留下隐患。对于类似种种常见的需求，其导致企业大量的原材料浪费和人工成本增加，并增加了系统不稳定风险。
CN202011286537.0涉及用于模块化边缘电力系统的可插拔电力分配单元。提供一种模块化边缘电力系统。所述模块化边缘电力系统包含具有适于安装计算装置的机架的壳体及在所述壳体内的直流电力总线。多个电力分配单元适于在所述壳体内及所述机架外的位置处可移除地耦合到所述直流电力总线。每一电力分配单元经配置以将从所述直流电力总线接收的电功率分配给安装在所述机架中的一或多个计算装置。每一电力分配单元可将所述电功率从第一电功率电平转换为第二电功率电平。
CN201810882419.2提供一种模块化电力系统，所述模块化电力系统包括：多个电子模块，所述多个模块布置成使所述模块中的每个模块能够从其他模块分离，并且相邻模块通过通道彼此流体连通；以及至少一个热激发元件，所述至少一个热激发元件设置在每个所述通道内。在正常操作中，所述热激发元件处于未膨胀状态，并且所述多个模块之间的流体连通能够通过所述热激发元件与所述通道之间的空间实现，并且在所述模块中的至少一个模块发生故障的故障事件中，所述热激发元件激发并且膨胀以阻塞所述故障模块与其他模块之间的所述通道。
CN201310403989.6提出一种机架可安装模块化直流电力单元的系统和方法，涉及一种模块化DC电力单元，该模块化DC电力单元具有使得能够安装在设备机架的多个搁架位置中的至少一个搁架位置中的形状因子。模块化DC电力单元向设备机架的DC总线提供DC电力。模块化DC电力单元可以具有底架，该底架限定了能够插入多个DC电源的多个槽。
但未涉及标准化、模块化的、可实现快速组网，快速维护更换的电力控制系统。
发明内容
本发明的目的是：提出一种标准化、模块化的、可实现快速组网，快速维护更换的电力控制系统的方法与系统。
本发明的技术方案是：一种快速切换的模块化系统方法，根据实际使用需要，电力电子系统内接入外部信号的线缆的传感器接线及控制单元均采用标准的模块，能进行拆分，形成底座模块及控制模块分体特征，两者间通过可插拔端子结构连接。模块化的装置中，将接入外部信号的线缆连接部分(以下简称底座模块)与控制功能部分(以下简称控制模块)各自设计为独立模块，两者间通过可插拔端子连接。进行维护或更换操作时，可将控制模块从底座模块中拔出，无需对回路中其他已接好的电缆进行改动。根据本发明实施方式实现的具备独立功能的标准模块化装置，通过自身端子和可插拔端子结构，实现快速的功能搭建组网，并形成一套完整的控制系统。
通过自身端子和可插拔端子结构，实现快速的功能搭建组网，通过模块化的装置，快速、高效的完成电力行业中控制系统(以下简称系统)的搭建。同时得益于装置自身可插拔分体结构设计，可实现现场安装、维护的快速更换及功能切换，满足电力控制行业“动件不动线”的使用需求；
对于模块化的装置中，存在的多组装置，通过装置自身可编码的防错销进行不同控制模块与底座模块间的一一匹配，以防止因插错引发的故障。
根据应用现场的环境，系统中的装置可通过底座模块首末端的可插拔端子进行相互直连，或通过底座模块中RJ45串口进行连接，以达到快速便捷的组网目的。
对于系统内存在多组标准模块化装置，通过装置自身可编码的防错销进行不同控制模块与底座模块间的一一匹配，防止因插错。系统中的装置通过底座模块首末端的可插拔端子进行相互直连，或通过底座模块中RJ45串口进行连接，以达到快速便捷的组网目的。
有益效果：本发明的一种快速切换的模块化系统方法，其特点在于通过标准化装置实现系统快速搭建组网，简化现场施工及后续运维的复杂性。通过结构设计，使系统组件的组合排列，布线逻辑清晰，简洁。通过遵循的“动件不动线”的原则，减少后续维护所需的时间、物料成本，解决了现有技术条件下的应用痛点。通过模块化的装置，快速、高效的完成电力行业中控制系统(装置)的搭建。同时得益于装置自身可插拔分体结构设计，可实现现场安装、维护的快速更换及功能切换，满足电力控制行业“动件不动线”的使用需求。
本发明使电力控制系统的架构、搭建工作由传统的分裂器件转化为功能相对独立的模块化集成装置，使其实现过程更具逻辑性。且无需对现有布线进行改动拆解，即可完成后续的维护升级工作。
附图说明
图1：模块化的电力控制系统组成示意图。
图2：底座模块及控制模块分体、组合结构示意图(爆炸图)。
图3：可编码防错销结构示意图(爆炸图)。
图4：装置间快速对接结构示意图(爆炸图)。
图5是一种实施例的外观示意图。
具体实施方式
以下通过实施案例，并配合附图1，详细说明本发明的内容。
以下叙述列举的案例以及叙述介绍本发明的基本概念，并非意图限制本发明内容。实际发明范围应按照权利要求书的范围界定。
图1：图解动模块化的电力控制系统组成。图1示：安装面/装置安装板1、主控装置2、功能(辅助)装置3、功能(辅助)装置-扩展4。
方案将电力控制系统中不同的功能分解为各个装置，使其外形参数相同，且具备独立的功能。各个装置按系统需要安装，并通过装置自带的端子进行接线连接，形成完整的系统回路。
具备独立功能的各装置，同时也具备独立的可测试特性。在系统总装前进行所需的功能、可靠性测试。同时，统一的结构外形也使得整个系统的安装调试更加方便、简洁，节约大量人工及物料的成本。
图2：图解底座模块及控制模块分体、组合结构。控制模块6、底座模块7、对接端子8、紧固螺钉结构9、对外接线端子10；
单个装置可拆分为：底座模块7与控制模块6，其中底座模块主要功能是通过对外接线端子10实现系统间及系统外部信号、电源的接入接出，同时将接入信号通过对接端子8传输给控制模块，经控制模块处理后，再次通过对接端子、对外接线端子输出到回路其他系统。
模块在电力行业高压开关智能控制领域以及工业制造数字化领域中均已有成功应用案例。
在高压开关智能控制领域，通常需要若干分立元件包括接触器、中间继电器、时间继电器、热继电器、旋钮开关等一系列的元件实现高压开关的分合闸操作、回路闭锁、三相不一致保护、储能电机控制与保护等功能。目前已成功实施的实施：案例中将以上分立元件进行集成为了若干个外形相同的控制模块包括分合闸模块、分合闸操作模块、三相不一致保护模块、故障告警模块、带电显示模块、机械特性检测模块、三相断路器智能集成控制模块、分合闸回路监视模块、储能电机控制与保护模块等不同的模块。
实施例1：分合闸操作模块，分合闸回路监视模块均为纯硬件集成模块(如PSME102A 型)，具备若干指示灯来实现当前断路器以及设备的显示。
实施例2：智能化的模块如三相不一致保护模块(三相电机储能模块PSME109型)、储能电机控制模块均具备人机界面，包括一个LCD显示屏、若干个状态指示灯和按键。通过以上可实现模块信息的查看，各项参数的设置。
实施例3：上部可插拨的控制功能模块为分合闸操作模块，具备旋钮，实现断路器远方就地控制模式的选择以及断路器分闸合闸的操作。两个旋钮安装在本体模块可打开的面板内，旋钮与内部电路板通过预制好的排线连接，一个三挡自复位的旋钮实现分合闸的操作，一个两档自锁旋钮实现远方就地模式的选择。而线缆连接部分即底座模块，与控制功能部分即控制模块各自设计为独立模块。
在工业制造数字化领域，已成功应用如数字信号读写，模拟信号读写，输入输出通道切换的硬件功能模块来构建对传送设备、RGV小车、自动化测试机台等设备的标准接口。通过接口标准化可以大幅缩短产线加工、装配、测试、打包等环节自动化改造的周期。
实施例4：目前已具有多种控制模块，ATS-DI模块、ATS-DO模块、ATS-V&I模块、ATS-AC&POW模块、ATS-CPU模块、ATS-P模块、ATS-R模块等多种模块自由配置，以应对不同的使用场景。图5是一种实施例的外观示意图。
另外，模块本身自带的RJ45接口可定义为多种通讯接口包括UART、I2C、RS232、RS485、CAN、LAN等多种通讯接口。同时也定制了一端RJ45一端DB9的线束以适用现有的产品。线缆连接部分即底座模块与控制功能部分即控制模块各自设计为独立模块； RJ45接口的位于模块的底座模块上，与控制模块之间通过对内端子进行连接。通讯电路位于控制模块上，RJ45端口收到其他模块的通讯信号的后传输至控制模块上的通讯电路，通讯电路与控制模块的单片机进行处理。单片机发送通讯信号至通讯电路，通讯电路处理后发送通讯信号后至RJ45端口并与其他模块进行通讯。
为保证底座模块与控制模块的连接可靠，在两个模块连接时，可通过紧固螺钉④将控制模块可靠的固定在底座模块上，以防止系统运行中因振动导致故障。
图3：图解可编码防错销结构；在一套完整的控制系统内，往往存在多组装置，装置间由于结构尺寸相同，在进行控制模块与底座模块对接时就面临着插错风险，这对于系统回路以及装置来说都是毁灭性的意外。所以在结构上，对于防插错做了对应设计。具体方案是：图3中，防错销-母头11，防错销-公头12；在控制模块与底座模块的对插接触面上增加了两组相互嵌入式结构的防错销，分别为防错销-母头及防错销- 公头，配对时，需将其嵌入结构旋转对齐安装，则底座模块与控制模块即可正确对接插入。此防错销可提供16中组合模式，在不同模块间采用不同的组合，即可起到防插错作用。
图4：装置间快速对接结构；装置间的互相连接可以通过底座模块自身的对外接线端子实现，同时结构上也提供了另外一种快速对接形式，满足快速组网需求。
图示，图4中对接公头13、对接母头14、功能装置15。底座模块的首末两端分别具有：对接公头和对接母头，当需要进行快速连接时，将底座模块的首端公头直接插入末端母头，即可完成首尾对接。这种方式对于连接数量少、且接口信号统一的连接需求有巨大优势。对接公头13、对接母头14的接插件可以采用本行业各种电连接配套件，先用一件规格与别的规格不能互插即能保证更换的方便可靠(不会误连接)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种快速切换的模块化系统方法，其特征是，电力电子系统内接入外部信号的线缆的传感器接线及控制单元均采用标准的模块，能进行拆分，形成底座模块及控制模块分体特征，两者间通过可插拔端子结构连接；模块化的装置中，将接入外部信号的线缆连接部分即底座模块与控制功能部分即控制模块各自设计为独立模块，两者间通过可插拔端子连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过底座模块及控制模块的自身端子和可插拔端子结构，实现快速的功能搭建组网，并形成一套完整的控制系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于底座模块及控制模块系统内存在的多组装置，通过底座模块及控制模块自身可编码的防错销进行不同控制模块与底座模块间的一一匹配，以防止因插错引发的故障。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据应用现场的环境，系统中的装置可通过底座模块首末端的可插拔端子进行相互直连，或通过底座模块中RJ45串口进行连接，以达到快速便捷的组网目的。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：对于模块化的装置中，存在的多组装置，通过装置自身可编码的防错销进行不同控制模块与底座模块间的一一匹配，以防止因插错引发的故障；或通过底座模块首末端的可插拔端子进行相互直连，或通过底座模块中RJ45串口进行连接，以达到快速便捷的组网目的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：模块本身自带的RJ45接口，定义为多种通讯接口，通讯接口为UART、I2C、RS232、RS485、CAN、LAN多种通讯接口；RJ45接口的位于模块的底座模块上，与控制模块之间通过对内端子进行连接；通讯电路位于控制模块上，RJ45端口收到其他模块的通讯信号的后传输至控制模块上的通讯电路，通讯电路与控制模块的单片机进行处理；单片机发送通讯信号至通讯电路，通讯电路处理后发送通讯信号后至RJ45端口并与其他模块进行通讯。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：为保证底座模块与控制模块的连接可靠，在两个模块连接时，通过紧固螺钉将控制模块可靠的固定在底座模块上，以防止系统运行中因振动导致故障；底座模块的首末两端分别具有：对接公头和对接母头，当需要进行快速连接时，将底座模块的首端公头直接插入末端母头，即可完成首尾对接。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在控制模块与底座模块的对插接触面上增加了两组相互嵌入式结构的防错销，分别为防错销-母头及防错销-公头，配对时，需将其嵌入结构旋转对齐安装，则底座模块与控制模块即可正确对接插入；此防错销可提供16中组合模式，在不同模块间采用不同的组合。
9.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于：装置间快速对接结构；装置间的互相连接可以通过底座模块自身的对外接线端子实现，底座模块的首末两端分别具有：对接公头和对接母头，当需要进行快速连接时，将底座模块的首端公头直接插入末端母头，即可完成首尾对接。
10.根据权利要求1-9任一所述的方法得到的快速切换的模块化系统。
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