CN204497657U - 智能网络显示装置系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能网络显示装置系统，包括主控板、断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路、高压带电指示电路、温湿度控制电路、语音防误电路、超高亮LED指示灯、高亮LED指示灯、电力综合参数测量仪、LCD屏、通信接口；它集一次回路模拟图、开关状态、断路器位置、接地开关位置、弹簧储能状态、隔离开关状态、语音防误提示、高压带电指示、高压带电闭锁以及自动(手动)加热除湿控制、温湿度控制、加热器故障、超温报警指示等多功能于一体。
Description
技术领域
智能网络显示装置系统是针对电力开关柜开发设计的一种新型的多功能、智能化模拟动态指示装置。它集一次回路模拟图、开关状态、断路器位置、接地开关位置、弹簧储能状态、隔离开关状态、语音防误提示、高压带电指示、高压带电闭锁以及自动(手动)加热除湿控制、温湿度控制、加热器故障、超温报警指示等多功能于一体。
背景技术
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，但也是存在着操控上的一些问题和安全隐患：
1、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的主接线，虽然每个开关柜都标有一次主接线图，但这种指示方式不能动态指示开关柜内各种元器件的实际工作状态；
2、开关柜验电问题是一个多年来困扰电力安全生产的问题；
3、开关柜上大量使用以氖灯作为显示元件的高压带电显示装置，经过长时间的运行使用，失明率高，氖灯大量损坏；
4、凝露问题在绝缘事故中占相当大的比例，高压柜内的温湿度控制不能忽略；
5、尽管开关柜上已有一定的机械“防误”措施，但如果能加上语音防误提示则可以更方便运行人员的操作。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种智能网络显示装置系统，它以一体化布局配套于开关柜，简化了开关柜的面板设计，美化了面板布局。除具有动态模拟指示、带电显示及闭锁、温湿度显示及其控制、验电核相、二次回路电压值显示、人体感应带电提示及柜内照明、语音防误提示、远程通信等功能外，还具有电力综合参数测量功能，使开关柜进一步智能化、网络化、数字化。
为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种智能网络显示装置系统，其特征在于，包括主控板、断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路、高压带电指示电路、温湿度控制电路、语音防误电路、超高亮LED指示灯、高亮LED指示灯、电力综合参数测量仪、LCD屏、通信接口；
断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路的输入信号取自开关柜中一次元件的辅助触点，经电磁隔离直接驱动十字型/V字型数码管显示电路指示开关的分/合状态；
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(常开型无源接点)，并分别以面板上的超高亮LED指示灯及高亮LED指示灯显示出高压带电及高压带电闭锁输出状态；
温湿度控制电路配用湿度传感器和温度传感器，温湿度信号经主控板调理放大与逻辑比较后输出加热器控制信号(常开型无源接点)，启动/停止加热器或风机工作，以预设控制范围调节开关柜环境温湿度；并通过面板上的高亮LED指示灯显示；同时具有加热回路故障检测功能，在加热器启动状态下，若加热回路因断线或接触不良出现回路阻值变大而引起电流变小时，将输出断线告警信号(常开型无源接点)，可用以驱动各种声光报警装置；
所述的智能网络显示装置系统，还设置有手动加热控制电路，可用来对温湿度控制电路进行功能测试或实现加热器的强制启动；加热器启停及加热回路故障等状态同时以高亮LED进行指示。
所述的主控板的P1.16～P1.22口用来控制LCD屏的字形输出；P0.10、P0.12、P0.13、P0.15～P0.20、P0.22、P0.23、P0.25、P0.31口用于控制LCD屏的显示驱动电路，P0.27～P0.30引脚分别是温、湿度信号输入端；P0.11、P0.14引脚是对风机和加热器的继电器开关的控制；P1.26～P1.31是编程器的输入端；P0.0、P0.1是RS-485总线输入输出端；P0.4～P0.7是电力综合参数测量仪的信号输入端。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：
智能网络显示装置系统，以一体化布局配套于开关柜，简化了开关柜的面板设计，美化了面板布局。除具有动态模拟指示、带电显示及闭锁、温湿度显示及其控制、验电核相、二次回路电压值显示、人体感应带电提示及柜内照明、语音防误提示、时间日期显示、远方/就地操作、远程通信等功能外，还具有电力综合参数测量功能，测量参数为：三相电 压、三相电流、功率因数、有功功率计量、无功功率计量，使开关柜进一步智能化、网络化、数字化。
附图说明
图1是本实用新型智能网络显示装置系统的结构框图。
图2是本实用新型智能网络显示装置系统主控板CPU电路图。
图3是本实用新型智能网络显示装置系统的语音电路图。
图4是电网电压参数输入电力综合参数测量仪的采样电路图。
图中：1-高压带电传感器2-湿度传感器3-温度传感器
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型智能网络显示装置系统作进一步详细叙述。
智能网络显示装置系统，它集一次回路模拟图、开关状态、断路器位置、接地开关位置、弹簧储能状态、隔离开关状态、语音防误提示、高压带电指示、高压带电闭锁以及自动(手动)加热除湿控制、温湿度控制、加热器故障、超温报警指示等多功能于一体。
一种智能网络显示装置系统，包括主控板、断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路、高压带电指示电路、温湿度控制电路、语音防误电路、LED显示电路、通信接口；
断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路的输入信号取自开关柜中一次元件的辅助触点，经电磁隔离直接驱动十字型/V字型数码管显示电路指示开关的分/合状态；
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1，经光电隔离、调理运算后输出高压带电闭锁信号(常开型无源接点)，并以高亮LED显示指示出高压带电、闭锁/解除状态；
温湿度控制电路配用湿度传感器2和温度传感器3，温湿度信号经主控板调理放大与逻辑比较后输出加热器控制信号(常开型无源接点)，启动/停止加热器工作，以预设控制范围调节开关柜环境温湿度；
同时具有加热回路故障检测功能，在加热器启动状态下，若加热回路因断线或接触不良出现回路阻值变大而引起电流变小时，将输出断线告警信号(常开型无源接点)，可用以驱动各种声光报警装置；
另外，装置上还附设了手动加热控制电路，可用来对温湿度控制电路进行功能测试或 实现加热器的强制启动；加热器启停及加热回路故障等状态同时以高亮LED进行指示。
所述的主控板的P1.16～P1.22口用来控制LCD屏的字形输出；P0.10、P0.12、P0.13、P0.15～P0.20、P0.22、P0.23、P0.25、P0.31口用于控制LCD屏的显示驱动电路，P0.27～P0.30引脚分别是温、湿度信号输入端；P0.11、P0.14引脚是对风机和加热器的继电器开关的控制；P1.26～P1.31是编程器的输入端；P0.0、P0.1是RS-485总线输入输出端；P0.4～P0.7是电力综合参数测量仪的信号输入端。
实施例：
1、动态模拟一次接线图
一次接线图是指由变压器、断路器、隔离开关、母线、电流互感器以及电压互感器等主要电气设备按一定顺序用导线相互连接起来的电气回路。开关柜在投运过程中柜门始终是封闭的，如果没有一次主接线图，运行人员无法知道该柜体内部的主接线。但这种指示方式是静态的，它不能动态指示出断路器的位置(分/合)、接地开关的位置(分/合)、弹簧储能状态(已储能/未储能)、手车处于工作位置还是试验位置(对于手车柜)以及上下隔离开关的位置(对于固定柜)等。实际上，这些电气量属于开关量，可以通过对开入量的检测，用一些“十”字灯或“V”字灯动态模拟出开关柜一次系统图上各种元器件的位置或状态。
模拟图应显示内容为：断路器分闸/合闸显示、预分/预合闪烁指示、接地显示、储能状态显示、工作位置/试验位置显示、手车进出过程中动态显示、断路器与接地开关的防误闪烁提示等。
2、柜内温湿度控制
湿度传感器的测量范围是0～99％RH，信号经过调理后变化范围是0～3V。温度传感器的测量范围是0～99℃，信号经过调理后变化范围同样是0～3V。经过前级电路处理后的温湿度信号分别送入单片机P0.27～P0.30，LPC2132进行10位A/D采样。
湿度传感器实测环境湿度高于设定的湿度上限值，有可能结露时，启动风机，通风破坏凝露形成，从而达到保护设备的目的。实测环境湿度小于设定的湿度下限值时，风机停止工作。
温度传感器实测环境温度高于设定的风机启动值，风机启动降温；实测环境温度低于 设定的风机停止值时，风机停止工作。
温度传感器实测环境温度低于设定的加热器启动值，加热器启动；实测环境温度高于设定的加热器停止值时，加热器停止工作。
当加热器故障工作时，面板上加热器指示灯和断线报警指示灯同时点亮，提醒用户及时排除加热器故障；当风机故障工作时，面板上的风机指示灯和断线报警指示灯同时点亮，提醒用户及时排除风机故障。
加热器手动强制加热置位，绿色手动指示灯常亮，加热器加热；释放手动置位，执行自动控制状态。
3、高压带电显示及验电核相、高压带电闭锁控制
三相高电压的测量是经传感器采样获得后，经桥式二极管整流、滤波后输出直流，再经过分压电路，如果分压电阻两端分到的电压大于母线电压的0.15倍，则LED显示灯亮。
4、电力综合参数测量
通过电力综合参数测量仪测量三相电压、电流、功率因数、有功功率计量、无功功率等参数，该信号的采样电路如图4所示。
图4中VP与VN是电网电压，图4中的参数是对220V为参考电压而设计的，CT互感器将电网电压(如220V)变换为采样电压，电流采样都是通过电流互感器完成的，IA+、IA-是电流互感器的二次侧信号。在采样输入信号设计时应注意以下几点：
1)输入引脚的VxP和VxN均应偏置在GND，否则不能准确计量。
2)为保证测量精度，采样电路中设有滤波电容C1和电容C2，滤波电容应尽量远离其他信号线，且两个电容均不可省去。电容的接地点应与采样信号的地线尽可能短的连在一起。
3)VxP和VxN输入电路中电阻R1、R2(1.2K)和电容C1、C2(103)构成了抗混叠滤波器，其结构和参数要求对称，并采用温度性能较好的元器件，从而保证电表获得良好的温度特性。
5、人体感应照明及提示、智能语音防误提示
语音防误提示是指运行人员误合断路器、误带负荷拉/合隔离开关(或推/拉手车)、误带电挂接地线时，装置能够自动发出语音提示及闪光提示。
当电路处于合闸状态时，操作者误强行将手车推至工作位置时，扬声器发出“请分断路器”的语音提示；当电路处于合闸状态，操作者强行合接地开关时，扬声器发出“请分 接地开关”的语音提示；如果上述情况同时发生，扬声器发出“请分断路器，请分接地开关”的语音提示。因为语音长度不长，所以该装置用的是AP89010A可以一次编程的语音芯片，它的声音长度是10s，采用CPU方式进行触发选通各段，在8kHz的采样率下，其选通速度是65us，参见图3。
在工作电源是+5V的情况下，其采样频率是由AP89010A的OSC引脚外接的振荡电阻实现的，在语音芯片不工作时，触发位通过10kΩ的电阻接地。在电路中它的四个触发位分别与单片机的S1～S4引脚相连，由单片机进行判断，到底是哪一段触发工作，最后由扬声器输出。由于COUT引脚输出的电流比较小，COUT输出端外接NPN型晶体管驱动扬声器工作，其中的基础电阻2R36值的大小由晶体管、扬声器和电源值决定。语音播放时不需要D/A转换或语音合成芯片及前置放大器等环节。
6、操控功能
操控功能是指从装置上就能够直接进行断路器合分闸操作、储能操作、远方/就地操作，而无须通过开关柜柜门上的开关操作。
见图2，主控模块LPC2132ARM微控制器的P1.16～P1.22口用来控制LCD屏的字形输出；P0.10、P0.12、P0.13、P0.15～P0.20、P0.22、P0.23、P0.25、P0.31口用于控制LCD屏的显示驱动电路，P0.27～P0.30引脚分别是温、湿度信号输入端；P0.11、P0.14引脚是对风机和加热器的继电器开关的控制；P1.26～P1.31是编程器J1的输入端；P0.0、P0.1是RS-485总线输入输出端；P0.4～P0.7是电力综合参数仪表的信号输入端。
主控模块的核心为LPC2132ARM微控制器，它基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TDMI-STM CPU。
7、具有标准RS485通讯接口。
装置具有RS-485通讯功能，单片机经过光电耦合元器件与电平转换芯片75176的相应引脚连接，通过设置波特率，可将所有模拟量和开关量上传至上位机。当单片机的485_TXDEN、485_TXD0为低电平时，开始向上位机发送信息，当485_TXDEN为低电平，485_RXD0为高电平时，接受信息。编程器可以经过P1.26～P1.31引脚的下载线，将系统程序拷贝到单片机内部存储器。
该装置扩展了一个16K的I2C串行E2PROM存储器FM24LC64，由于是I2C串行接口可以省单片机的接口资源，用于存储系统设定参数、保护定值等。通讯采用RS-485标准通 讯接口，通过一片75176芯片完成电平转换工作。
Claims (2)
1.一种智能网络显示装置系统，其特征在于，包括主控板、断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路、高压带电指示电路、温湿度控制电路、语音防误电路、超高亮LED指示灯、高亮LED指示灯、电力综合参数测量仪、LCD屏、通信接口；
断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路的输入信号取自开关柜中一次元件的辅助触点，经电磁隔离直接驱动十字型/V字型数码管显示电路指示开关的分/合状态；
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，并分别以面板上的超高亮LED指示灯及高亮LED指示灯显示出高压带电及高压带电闭锁输出状态；
温湿度控制电路配用湿度传感器和温度传感器，温湿度信号经主控板调理放大与逻辑比较后输出加热器控制信号，启动/停止加热器或风机工作，以预设控制范围调节开关柜环境温湿度；并通过面板上的高亮LED指示灯显示；同时具有加热回路故障检测功能，在加热器启动状态下，若加热回路因断线或接触不良出现回路阻值变大而引起电流变小时，将输出断线告警信号，可用以驱动各种声光报警装置。
2.根据权利要求1所述的一种智能网络显示装置系统，其特征在于，所述的主控板的P1.16～P1.22口用来控制LCD屏的字形输出；P0.10、P0.12、P0.13、P0.15～P0.20、P0.22、P0.23、P0.25、P0.31口用于控制LCD屏的显示驱动电路，P0.27～P0.30引脚分别是温、湿度信号输入端；P0.11、P0.14引脚是对风机和加热器的继电器开关的控制；P1.26～P1.31是编程器的输入端；P0.0、P0.1是RS-485总线输入输出端；P0.4～P0.7是电力综合参数测量仪的信号输入端。
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