CN201682179U - 开关柜智能操控装置 - Google Patents

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黄新波
李文静
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Zhejiang era electrical Polytron Technologies Inc
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Xian Polytechnic University
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Abstract

本实用新型公开的一种开关柜智能操控装置，包括CPU系统模块，CPU系统模块上分别连接有电源模块、开入开出模块、人机模块、通讯模块、液晶模块、高压带电检测模块、温湿度控制模块及语音模块。本实用新型开关柜智能操控装置，智能化程度高，通过两路温湿度传感器实时测量、显示当前的温湿度值，与温湿度的阈值进行比较，控制两路加热器以及排风设备的启动与停止。此外，通过按键以及上位机的命令可以方便地修改当前温湿度的阈值。具有语音、报警指示灯、通讯等功能，大大地提高了工作的安全性。采用大屏幕图形LCD液晶显示，测量结果及参数、清晰醒目。采用工业级电子元件，具有高可靠性。

Description

开关柜智能操控装置
技术领域
本实用新型属于电力开关柜技术领域，具体涉及一种开关柜智能操控装置。
背景技术
电力是国家经济建设和人民生活中不可缺少的能源，而电力工业的发展离不开用于输配电的高压开关设备。高压开关柜是根据不同用途的接线方案，将一、二次设备组装在柜中的一种高压成套配电装置。
随着电力工业的大发展和国内配电网的大规模建设，使开关柜的需求量猛增。它在现场运用极为广泛，但是也存在着操控上的一些问题和安全隐患：开关柜在运行过程中柜门始终是封闭的，运行人员无法知道柜内主接线，开关柜表面的一次主接线无法动态指示开关柜内各种元器件的实际工作状态；凝露问题在绝缘事故中占相当大的比例，高压开关柜内的温湿度控制也是不容忽略的；开关柜验电问题也是多年来困扰电力安全生产的问题；在开关柜的设计上如有语音防误将更方便运行人员的操作。
因此设计一种智能化程度高，不仅能显示接地开关、断路器分合状态，还可以判断指示是否储能以及高压带电与否。并且通过温湿度传感器实时测量、显示当前的温湿度值。具有语音、报警指示灯等功能的智能操控开关柜将大大地提高输电、配电和用电的可靠性和安全性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种开关柜智能操控装置，用于实现对开关柜开关状态、断路器位置及状态、温湿度、接地闸刀位置、储能机构状态、带电状态、小车位置、人体感应等的监测和显示，另外还有智能语音提示和远程通信，以提高输电、配电和用电的可靠性和安全性，解决了现有开关柜无法动态指示开关柜内各种元器件的实际工作状态，温湿度控制不理想，验电不方便的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种开关柜智能操控装置，包括CPU系统模块，CPU系统模块上分别连接有电源模块、开入开出模块、人机模块、通讯模块、液晶模块、高压带电检测模块、温湿度控制模块及语音模块。
本实用新型的特点还在于，
其中的CPU系统模块采用C8051F020微处理器。
其中的温湿度控制模块采用温湿度传感器及输出接点设备，用于显示现场的温湿度数值。
其中的高压带电检测模块，采用一次接线图模拟显示开关量的状态，以及在高压带电指示电路中将取自高压带电传感器的信号，经光电隔离、调理运算后输出高压带电闭锁信号，并以LED指示高压带电识别、闭锁/解除状态。
其中的语音模块，采用ISD1702通讯电路和LM386语音功放电路来完成开关柜的自动语音提示。
其中的通讯模块，采用RS-485通讯接口电路，在单片机和PC机之间采用RS485协议通讯。
本实用新型的有益效果是，
（1）智能化程度高，不仅能显示接地开关、断路器分合状态，还可以判断指示小车是处于工作位置还是试验位置，是否储能以及高压带电与否。
（2）通过两路温湿度传感器实时测量、显示当前的温湿度值，与温湿度的阈值进行比较，控制两路加热器以及排风设备的启动与停止。此外，通过按键以及上位机的命令可以方便地修改当前温湿度的阈值。
（3）增加了语音、报警指示灯、通讯等功能，大大地提高了工作的安全性。
（4）采用大屏幕图形LCD液晶显示，测量结果及参数、清晰醒目。
（5）采用工业级电子元件，具有高可靠性。
附图说明
图1是本实用新型开关柜智能操控装置的结构示意图；
图2是本实用新型开关柜智能操控装置的RS485通讯接口电路图；
图3是本实用新型开关柜智能操控装置高压带电指示工作原理图；
图4是本实用新型开关柜智能操控装置语音部分ISD1720电路图。
图中，1.CPU系统模块，2.电源模块，3.开入开出模块，4.人机模块，5.通讯模块，6.液晶模块，7.高压带电检测模块，8.温湿度控制模块，9.语音模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型开关柜智能操控装置的结构，如图1所示，包括CPU系统模块1，CPU系统模块1上分别连接有电源模块2、开入开出模块3、人机模块4、通讯模块5、液晶模块6、高压带电检测模块7、温湿度控制模块8及语音模块9，其中的，CPU系统模块1，采用美国Cygnal公司的C8051F020微处理器，它是一种混合信号SoC型8位单片机，是集成度很高的混合信号系统级的芯片，将大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统成本。C8051F020具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器，它是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能、禁止和配置。FLASH存储器还具有在系统重新编程的能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。程序可以使用MOVC和MOVX指令对Flash进行读或改写，每次读或写一个字节。这一特性允许将程序存储器用于非易失性数据存储以及在软件控制下更新程序代码。C8051F020具有片内JTAG接口，该JTAG接口完全符合IEEE 1149.1标准。片内 JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品 MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用 JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。
开入开出模块3，主要包括断路器和隔离开关辅助触点或跳闸位置继电器接点输入，外部装置闭锁重合闸触点输入，还包括装置上连接片位置输入电路。这些输入可分为两大类，一类是安装在装置面板上的接点，包括装置调试时用的或运行时定期检查用的键盘接点，及切换装置工作方式用的转换开关等。另一类是接入微机的输入接口，处理器可以通过软件查询随时知道外部接点的状态。开关量输出单元电路，用于外部电路的开关控制。CPU发出的信号经锁存器，进入八通道光耦电路，输出与中央系统完全隔离，光耦的输出信号驱动继电器，完成输出控制。
人机模块4，利用单片机开发应用系统，其中必不可少的部分是键盘和显示接口。人机接口是装置与使用者之间信息联系的桥梁，使用者可通过人机接口对装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。本装置的人机接口单元由LED数码管显示和键盘输入组成。LED显示单片机通过对开入量的检测，用一些“十”字灯或“V”字灯动态模拟出一次图上的断路器分/合、手车位置（或上、下隔离刀）、接地开关、弹簧储能状态。键盘按键功能的基本原理比较简单，每一个键都工作在开关方式，未按下的键对应输入为低电平，已按下的键输入为高电平。当KEY IN0为高电平时，表明有按键输入，MPU 接受到按键信号后，遵照程序执行相应的代码，实现被按按键的功能。
通讯模块5，是在单片机和PC机之间采用RS485协议通讯。以进一步提高智能开关柜工作的安全性和工作效率。在此采用RS-485的一种MAX485接口芯片，MAX485采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 μA，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能。MAX485芯片内部含有一个驱动器和接收器。如图2所示，RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。
高压带电检测模块7，其工作原理如图3所示，高压带电指示电路的输入信号取自与母线相连的高压带电传感器，经光电隔离、调理运算后输出高压带电闭锁信号，并以LED指示高压带电识别、闭锁/解除状态；当A、B、C三相均不带电时，解锁指示灯亮，启动解锁动作。
语音模块9，是指运行人员在开关柜前停留、误合断路器、误拉/合接地开关或推/拉手车、加热器断线（气体压力小于安全值）时，装置能够自动发出语音提示及闪光提示并报警。其中语音录放电路由ISD1700系列芯片完成，该芯片提供多项新功能，包括内置的多信息管理系统，新信息提示（vAlert），双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。如图4所示，振荡电阻ROSC用一个电阻连接到地，决定芯片的采样频率。MISO为SPI接口的串行输出，ISD1720在 SCLK下降沿之前的半个周期将数据放置在MISO端，数据在SCLK的下降沿时移出。MOSI为SPI接口的数据输入端口，主控制芯片在SCLK上升沿之前的半个周期将数据放置在MOSI端，数据在SCLK上升沿被锁存在芯片内，此管脚在空闲时，应该被拉高。SCLK为SPI接口的时钟，由主控制芯片产生，并且被用来同步芯片MOSI和MISO端各自的数据输入和输出，此管脚空闲时，必须拉高。/SS为低时，选择该芯片成为当前被控制设备并且开启SPI接口。

Claims (6)

1.一种开关柜智能操控装置，其特征在于，包括CPU系统模块（1），CPU系统模块（1）上分别连接有电源模块（2）、开入开出模块（3）、人机模块（4）、通讯模块（5）、液晶模块（6）、高压带电检测模块（7）、温湿度控制模块（8）及语音模块（9）。
2.根据权利要求1所述的开关柜智能操控装置，其特征在于，所述的CPU系统模块（1）采用C8051F020微处理器。
3. 根据权利要求1所述的开关柜智能操控装置，其特征在于，所述的温湿度控制模块（8）采用温湿度传感器及输出接点设备，用于显示现场的温湿度数值。
4. 根据权利要求1所述的开关柜智能操控装置，其特征在于，所述的高压带电检测模块（7），采用一次接线图模拟显示开关量的状态，以及在高压带电指示电路中将取自高压带电传感器的信号，经光电隔离、调理运算后输出高压带电闭锁信号，并以LED指示高压带电识别、闭锁/解除状态。
5. 根据权利要求1所述的开关柜智能操控装置，其特征在于，所述的语音模块（9），采用ISD1702通讯电路和LM386语音功放电路来完成开关柜的自动语音提示。
6. 根据权利要求1所述的开关柜智能操控装置，其特征在于，所述的通讯模块（5），采用RS-485通讯接口电路，在单片机和PC机之间采用RS485协议通讯。
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