CN116896013B - 一种智能配电柜及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能配电柜及控制方法，具体涉及智能配电柜技术领域，包括柜体，所述柜体外部设置有柜门，柜门表面设置有手柄，柜体内设置有用于打开柜体的旋转机构，本发明中，维修人员通过手柄拉开柜门，维修人员可通过旋转机构自由的对柜门开合程度进行调节，此时电机不开启，当维修人员可通过旋转机构对柜门开合到他认为比较合适的角度的时候停止，此时确定为维修人员的最佳感知状态；然后根据维修人员旋转的偏差角度、柜门压力，维修元器件位置的偏差值建立调节系数，并根据计算的调节系数进行排序，最小的调节系数所对应的位置，为最佳的柜门开启位置，此时调节模块把柜门调节到最小的调节系数所对应的位置。

Description

一种智能配电柜及控制方法

技术领域

本发明涉及配电柜技术领域，更具体地说，本发明涉及智能配电柜。

背景技术

配电柜是一种用于电力配送和控制的设备，通常安装在工业、商业和住宅建筑中，它的主要功能是将来自电源的电能分配到不同的电路、设备和用途，同时还能提供过载保护、短路保护等功能，配电柜在电力系统中扮演着重要角色，它们帮助确保电能被安全、有效地分配到各个用电设备，从而满足不同用途的能源需求，并保障人员和设备的安全，随着配电柜不断的发展，现有的配电柜一般情况下的比较安全系数较高的，即使发生故障，维修人员也能及时的维修并准确的找到损坏位置进行维修，极大的保护了元器件的独立，同时也保障了维修的过程中，维修人员师傅的安全。

现有技术存在以下不足：现有的配电柜在进行维修时，通常都是维修人员直接打开柜门，然后进行维修，没有考虑到在极端天气，比如强风天气下，打开的柜门受到风力的影响，来回晃动，在维修人员维修时造成了极大的不便；另外，任何情况下，在打开柜门时，都会有灰尘进入配电柜，对配电柜的电子元器件造成损伤，所以配电柜的柜门在维修时，没有必要打开非常大,导致灰尘大量的进入配电柜，损坏配电柜内的元器件，导致配电柜的使用寿命降低。

为了解决上述两个缺陷，现提供一种技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种智能配电柜及控制方法以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能配电柜，包括柜体，柜体的一侧固定设置有门框，门框上活动安装有柜门，其特征在于：所述柜体内设置有压力传感器、旋转角度传感器、磁场传感器、控制器；

压力传感器：用于监测柜门所受到的压力；

旋转角度传感器：用于监测柜门旋转的角度；

磁场传感器：用于监测受损元器件与门框的距离；

控制器：控制器的输入端分别与压力传感器、旋转角度传感器、磁场传感器的输出端电线连接，用于接收压力传感器、旋转角度传感器、磁场传感器的输出信号，生成控制指令；

旋转机构：旋转机构的输入端与控制器的输出端电线连接，依据控制指令做出相应的动作；

旋转机构依据控制器的控制指令驱动柜门开启到指定位置。

在一个优选地实施方式中，所述柜体外部设置有柜门，所述柜门表面设置有手柄。

在一个优选地实施方式中，所述旋转机构包括包括第一凸轮套筒与第二凸轮套筒，所述第一凸轮套筒内部设置有电机，所述第二凸轮套筒的内部设置有凸轮从动件，所述凸轮从动件的顶部与第一旋转柱转动连接，所述第一旋转柱外表面固定连接有异形连接杆，所述异形连接杆与第一固定座通过第二旋转柱转动连接，所述第一固定座与第二固定座固定连接，所述第二固定座的另外一端与柜门的表面固定连接。

在一个优选地实施方式中，所述压力传感器与所述第二固定座表面固定连接，所述压力传感器直接测得所述柜门感受的压力，所述磁场传感器安装在各个元器件上，所述磁场传感器测得各个元器件到所述门框的水平距离，所述旋转角度传感器安装在门框上，所述旋转角度传感器测得所述柜门的旋转角度。

在一个优选地实施方式中，所述柜体包括控制系统，所述控制系统包括：

采集模块，用于采集维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值，并上传到处理模块；

处理模块，将维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值建立数据分析模型，生成调节系数，并将调节系数传递至排序模块；

排序模块，将生成的调节系数进行排序，按照从小到大的顺序进行排序；并将排序结果传递至调控模块；

调控模块，根据排序结果，找到最小的调节系数对应的位置，进行调节。

在一个优选地实施方式中，S1：维修人员调整好柜门旋转位置后，确定为角度，可调节角度范围为/>，调节后的角度为Vt，维修人员旋转的偏差角度为/>；

柜门压力为，式中/>为压力传感器测得施加在压力传感器上的力，A为柜门的受力面积；

维修元器件位置的偏差值为 为磁场传感器测得门框的坐标，/>为磁场传感器测得受损元器件的坐标；

采集模块采集维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值，并将采集到的参数上传到处理模块；

S2：处理模块根据采集模块上传的信息，建立调节系数，并上传到对比模块；

S3：排序模块将计算的建立调节系数按照从小到大的顺序进行排序；

S4：根据排序模块的排序结果，调节模块自动调节柜门开合角度，当调节到范围内最小的调节系数所对应的位置时，停止调节。

在一个优选地实施方式中，根据维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值分别标记为，建立调节系数，其表达式为：/>式中，Z为建立调节系数，/>分别为维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值的比例系数，且/>。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明中，维修人员通过手柄拉开柜门，由于维修人员可通过旋转机构自由的对柜门开合程度进行调节，此时电机不开启，当维修人员可通过旋转机构对柜门开合调节到他认为比较合适的角度的时候停止，此时确定为维修人员的最佳感知状态；

2、本发明中，通过维修人员旋转的偏差角度、风力系数、空气中悬浮微小颗粒物的浓度，维修元器件位置的偏差值建立调节系数，并根据计算的调节系数进行排序，并根据所求得的调节系数按照从小到小的顺序进行排序，最小的调节系数所对应的位置，为最佳的柜门开启位置，此时调节模块把柜门调节到最小的调节系数所对应的位置。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明提出的一种智能配电柜的结构示意图；

图2为图1中柜门全开的场景示意图；

图3为图1中柜门开启50度的场景示意图；

图4为图1中柜门开启70度的场景示意图；

图5为图2中旋转机构的结构示意图；

图6为图2中旋转机构的后视图；

图7为图3中的A部放大图；

图8为本发明的一种智能配电柜控制方法的系统模块图。

图中：1、柜体；2、柜门；3、手柄；4、旋转机构；41、第一凸轮套筒；42、第二凸轮套筒；43、凸轮从动件；44、第一旋转柱；45、第二旋转柱；46、异形连接杆；47、第一固定座；48、第二固定座；49、电机；5、压力传感器；6、磁场传感器；7、旋转角度传感器；

TE：待维修的元器件距离旋转机构4的水平距离。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参照图1-7所示，智能配电柜，包括柜体1，所述柜体1外部设置有柜门2，所述柜门2表面设置有手柄3，维修人员在对配电柜进行维修时，手握手柄3，然后向外旋转，柜门2打开，维修便可以对柜体1内部发生故障的元器件进行维修。

如下图1-7所示，柜体1内表面与柜门2表面固定连接有旋转机构4，所述旋转机构4安装在柜体1内表面与柜门2表面的上方，当维修人员打开柜门2时，旋转机构4开始运动，来控制柜门2打开的角度。

旋转机构4如下图1-7所示，所述旋转机构4包括第一凸轮套筒41与第二凸轮套筒42，所述第一凸轮套筒41内部设置有电机，所述第二凸轮套筒42的内部设置有凸轮从动件43，凸轮从动件43的顶部与第一旋转柱44转动连接，第一旋转柱44外表面固定连接有异形连接杆46，异形连接杆46与第一固定座47通过第二旋转柱45转动连接，所述第一固定座47与第二固定座48固定连接，第二固定座48的另外一端与柜门2的表面固定连接。

在柜门2关闭时，此时的凸轮从动件43是完全收缩在第二凸轮套筒42的内部的，当维修人员开启柜门2时，此时凸轮从动件43开始从第二凸轮套筒42顶端伸出，因为凸轮从动件43的伸出，此时第一旋转柱44开始顺时针旋转，因为第一旋转柱44的顺时针旋转，异形连接杆46也开始朝着顺时针方向转动，然后此时第二旋转柱45开始顺时针旋转旋转，此时带动第一固定座47往顺时针方向转动，第二固定座48因为第一固定座47往顺时针方向转动也朝着顺时针方向转动旋转，从而使柜门2往外方向打开，柜门2的旋转的角度增大，达到打开柜门2的目的。

若开启的柜门2的角度过大，也可以通过旋转机构4调小，当维修人员往里收缩柜门2时，此时此时凸轮从动件43开始从第二凸轮套筒42顶往回收缩，进入第二凸轮套筒42内部，因为凸轮从动件43的收缩，此时第一旋转柱44开始逆时针旋转，因为第一旋转柱44的逆时针旋转，异形连接杆46也开始朝着逆时针方向转动，然后此时第二旋转柱45开始逆时针旋转旋转，此时带动第一固定座47往你时针方向转动，第二固定座48因为第一固定座47往逆时针方向转动也朝着你时针方向转动旋转，从而使柜门2往里收缩，柜门2的旋转的角度减小，达到关闭或者减小旋转柜门2角度的目的。

如下图1-7所示所示，压力传感器5固定连接在第二固定座48顶部与柜门2表面、磁场传感器6固定连接在元器件的上方、旋转角度传感器7固定连接在门框表面。

需要注意的是，旋转机构4之所以安装在柜体1内表面与柜门2表面上方的原因是，即使旋转机构损坏，失去功能，也能够因为惯性更大范围的使柜门2覆盖柜体1，极大限度的保护柜体，在上方安装旋转机构的原因有以下几点：

上方安装旋转机构4可以更好地应对重力，当柜门2打开时，柜门2的重量会产生向下的力，如果旋转机构4在上方，这些力可以更均匀地传递到柜体1和地面上，减少了扭曲和变形的风险，如果旋转机构4在下方，柜门2打开时的重力会施加更大的压力，可能会导致柜体1不稳定或变形，因此减小配电柜的使用寿命。

上方安装旋转机构4可以增加柜体1的稳定性，由于柜门2在上方旋转，打开时重心的移动相对较小，因此柜体1更不容易失去平衡，这可以提高配电柜在使用过程中的安全性与稳定性；

上方旋转机构4能够更好地避免柜门2打开时阻碍维修人员的路径，如果旋转机构4在中间或下方，打开柜门2时可能会挡住维修人员的路径，使得维修过程极度不便。

安全性：配电柜内部通常包含高电压和高电流的电气设备，将旋转机构4安装在上方可以降低维修人员在打开柜门时误碰电气部件的风险，这样设计可以确保在打开柜门时电气部件不会直接暴露在维修人员的视线和接触范围内。

实施例2：

如实施例1所示，当维修人员师傅打开柜门时，为了防止灰尘大量的进入，所以当维修人员师傅打开柜门时，尽可能不打开到最大限度，而且当配电柜里的元器件受到损坏，需要进行维修时，由于维修的位置不同，所以需要打开的柜门的角度也不一定相同，例如，当需要维修的元器件在远离安装柜门的一侧门框的，此时就没有必要对柜门的旋转角度没有必要非常大。

此时，维修人员根据需要维修的状况，把柜门旋转到一个维修人员认为的比较合适的状态，此时把这个状态确定为维修人员感知到的最佳状态。

在确定维修人员感知到的最佳状态后，由于风力、灰尘以及维修的元器件的位置的影响，此时柜门很有可能会晃动，对正在施工的维修人员造成不便，而且此时维修人员打开的柜门的状态不一定是最佳的，需要控制系统进行柜门的打开角度做一个调整，来确保开启的柜门的状态为最佳状态，并对最佳状态的柜门进行固定。

控制系统包括采集模块，用于采集维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值，并上传到处理模块；

处理模块，将维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值，建立数据分析模型，生成调节系数，并将调节系数传递至排序模块；

排序模块，将生成的调节系数进行排序，按照从小到大的顺序进行排序；并将排序结果传递至调控模块；

调控模块，根据排序结果，找到最小的调节系数对应的位置，进行调节。

S1：维修人员自己调整柜门的开启角度后，确定为角度，可调节角度范围为，调节后的角度为Vt，维修人员旋转的偏差角度为；

采集模块采集维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值，并将采集到的参数上传到处理模块；

S2：处理模块根据采集模块上传的信息，建立调节系数，并上传到对比模块；

根据维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值分别标记为，建立调节系数，其表达式为：/>式中，Z为建立调节系数，分别为维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值的比例系数，且/>；

S3：排序模块将计算的建立调节系数按照从小到大的顺序进行排序；

S4：根据排序模块的排序结果，调节模块自动调节柜门2开合角度，当调节到范围内最小的调节系数所对应的位置时，停止调节。

控制系统自动调整主要与修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值有关，通过建立调节系数，对柜门的状态进行调节，达到最佳效果。

将修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值分别标记为，建立调节系数，其表达式为：/>式中，Z为建立调节系数，分别为维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值的比例系数，且/>，比例系数/>的具体值由本领域技术人员依据具体情况进行设置，在此不做限定。

维修人员旋转的偏差角度:指的是在确定维修人员感知到的最佳状态下的旋转角度后，因为外界因素影响下所进行调节旋转柜门后的角度与用维修人员感知到的最佳状态下的旋转角度的差值，在确定维修人员感知到的最佳状态下的旋转角度后，受外界影响可调节旋转的角度的范围为，例如此时维修人员感知到的最佳状态下的旋转角度/>，假设调节后的角度为Vt，维修人员旋转的偏差角度为/>，维修人员旋转的偏差角度越大，此时调节系数越大。维修人员旋转的偏差角度可通过旋转角度传感器获取，具体获取方式为，在确定维修人员感知到的最佳状态下的旋转角度后，此时旋转角度传感器测得的角度为/>，调节后测得的角度为Vt，维修人员旋转的偏差角度为/>。

柜门压力：指的是柜门开启时，柜门受到风力阻力的大小，可以直接通过压力传感器直接测得柜门感受的压力，此为现有技术，不在进行一一赘述，为了保证调节旋转柜门后的角度的稳定，风力系数越大，其需要偏差角度就越大，此时调节系数越大。柜门压力的获取具体获取方式为，式中/>为压力传感器测得施加在压力传感器上的力，A为柜门的受力面积，在这里指的是柜门最大的一面的面积。

维修元器件位置的偏差值：指的需要进行维修的元器件距离安装柜门的一侧门框的水平距离，例如，需要修理的元器件就靠近安装柜门的一侧门框的，此时需要打开的柜门的角度就偏大，而此时即使在调节后，维修人员旋转后的偏差角度也不会特别大，因为为了保证维修人员能够方便维修，所以即使有外界条件的影响，维修人员旋转的偏差角度也不会很大，此时调节系数越小；同理，需要修理的元器件远离安装柜门的一侧门框，此时需要打开的柜门的角度就偏小，但此时考虑到其他因素的影响，维修人员旋转的偏差角度会增大，此时调节系数越大，维修元器件位置的偏差值可以通过不同的元器件上的磁场传感器获取，获取逻辑如下：

当配电柜内的元器件发生损坏时，此时电流不经过元器件所对应的电线，此时该元器件的磁场发生变化，此时磁场传感器感受到该元器件损坏，并将损坏的结果上传到控制系统，此时控制系统通过软件计算到该元器件到安装柜门的一侧门框的水平距离。具体获取逻辑的公式为，在门框安装一个磁场传感器，磁场传感器测得门框的坐标为，磁场传感器测得受损元器件的坐标为/>；。

将采集到的参数代入到公式：式中，求得柜门可调节的角度范围在/>内的实时的调节系数，并根据所求得的调节系数按照从小到大的顺序进行排序，最小的调节系数所对应的位置，为最佳的柜门开启状态，此时调节模块把柜门调节到最小的调节系数所对应的位置。

在找到柜门可调节的角度范围内的最小的调节系数所对应的位置后，此时电机49自动开启，并自动进行调节，调节过程如上述实施案例1所述，在此不一一赘述。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种智能配电柜，包括柜体，柜体的一侧固定设置有门框，门框上活动安装有柜门，所述柜体外部设置有柜门，所述柜门表面设置有手柄，其特征在于：所述柜体内设置有压力传感器、旋转角度传感器、磁场传感器、控制器、旋转机构；

所述旋转机构包括第一凸轮套筒与第二凸轮套筒，所述第一凸轮套筒内部设置有电机，所述第二凸轮套筒的内部设置有凸轮从动件，所述凸轮从动件的顶部与第一旋转柱转动连接，所述第一旋转柱外表面固定连接有异形连接杆，所述异形连接杆与第一固定座通过第二旋转柱转动连接，所述第一固定座与第二固定座固定连接，所述第二固定座的另外一端与柜门的表面固定连接；

压力传感器：用于监测柜门所受到的压力；

旋转角度传感器：用于监测柜门旋转的角度；

磁场传感器：用于监测受损元器件与门框的距离；

控制器：控制器的输入端分别与压力传感器、旋转角度传感器、磁场传感器的输出端电线连接，用于接收压力传感器、旋转角度传感器、磁场传感器的输出信号，生成控制指令；

旋转机构：旋转机构的输入端与控制器的输出端电线连接，依据控制指令做出相应的动作；

旋转机构依据控制器的控制指令驱动柜门开启到指定位置。

2.根据权利要求1所述的一种智能配电柜，其特征在于：所述压力传感器与所述第二固定座表面固定连接，所述压力传感器直接测得所述柜门感受的压力，所述磁场传感器安装在各个元器件上方，所述磁场传感器测得各个元器件到所述门框的水平距离，所述旋转角度传感器安装在门框上，所述旋转角度传感器测得所述柜门的旋转角度。

3.根据权利要求1所述的一种智能配电柜，其特征在于：所述柜体包括控制系统，所述控制系统包括：

采集模块，用于采集维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值，并上传到处理模块；

处理模块，将上传的维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值建立数据分析模型，生成调节系数，并将调节系数传递至排序模块；

排序模块，将生成的调节系数进行排序，按照从小到大的顺序进行排序；并将排序结果传递至调控模块；

调控模块，根据排序结果，找到最小的调节系数对应的位置，进行调节。

4.一种智能配电柜的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：维修人员调整好柜门旋转位置后，确定为角度，可调节角度范围为，/>为限制角度，调节后的角度为Vt，维修人员旋转的偏差角度为；

柜门压力为，式中/>为压力传感器测得施加在压力传感器上的力，A为柜门的受力面积；

维修元器件位置的偏差值为：

，

为磁场传感器测得门框的坐标，/>为磁场传感器测得受损元器件的坐标；

采集模块采集维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值，并将采集到的参数上传到处理模块；

S2：处理模块根据采集模块上传的信息，建立调节系数，并上传到对比模块；

S3：排序模块将计算的建立调节系数按照从小到大的顺序进行排序；

S4：根据排序模块的排序结果，调节模块自动调节柜门开合角度，当调节到范围内最小的调节系数所对应的位置时，停止调节。

5.根据权利要求4所述的一种智能配电柜的控制方法，其特征在于：

步骤S2中，建立调节系数包括以下步骤：

S2.1：将维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值分别标记为；

S2.2：计算调节系数，表达式为：

，

式中，Z为建立调节系数，为偏差角度，/>为柜门压力，/>为维修元器件位置的偏差值，/>分别为维修人员旋转的偏差角度、柜门压力、维修元器件位置的偏差值的比例系数，且/>。