CN2569248Y - 用于防止电气误操作的电子钥匙 - Google Patents

Abstract

用于防止电气误操作的电子钥匙，属于多个开关间联锁机构的操纵和控制领域。包括设置有锁具及开关状态信息采集单元、控制单元、操作信息显示单元、电磁铁驱动单元和电源单元的电子钥匙，其特征是电子钥匙上增设可编程逻辑器单元，锁具及开关状态信息采集单元经可编程逻辑器单元与操作信息显示单元和控制单元连接，控制单元与电磁铁驱动单元连接。由于采用可编程逻辑器结合锁具编码、光电反馈和机械变码实现逻辑判断和控制，解决了“走空程”和户外程序闭锁方案中铺设电缆线的问题，吸收和保留了常规联动锁的优点，功能完善，操作简单，抗干扰能力强。可广泛用作6～500KV变、配电站(所)各种室内、外型断路器、隔离开关的防误操作闭锁装置。

Description

用于防止电气误操作的电子钥匙

技术领域

本实用新型属于两个或更多开关间的联锁机构的操纵和控制领域，尤其涉及一种用于防止电力系统误操作的电子钥匙。

背景技术

电力误操作事故是电力系统安全运行的大敌，每一次误操作轻者造成大面积停电，重者造成人员伤亡和设备损坏的严重后果。因此，杜绝误操作成为从事电力安全工作和防误工作者长期以来一直努力钻研的重要课题。安装防闭锁装置，防止恶性误操作事故的发生，已经成为一项技术政策在电力系统和开关设备制造部门贯彻执行。其中，防“走空程”问题成为杜绝误操作问题的关键。

所谓“走空程”就是指在倒闸操作过程中打开闭锁装置之后，未进行实际操作，就进行下一步操作内容的开锁和操作，而导致的误操作事故，“走空程”是操作事故发生的潜在因素。闭锁装置的防“走空程”功能问题(防止开锁后不经操作即可跳入下一步)已经提出多年，国家有关部门已将防“走空程”的要求写进了《高压电气设备防误闭锁装置技术条件》。

公告日1998年9月16日，公告号CN 2291470的中国专利中公开了一种电磁程序转换锁，包括锁体、弹子对、芯轴及电磁锁，锁体内套装芯轴，锁体上安装接线柱，在锁体一侧开有钥匙孔，锁体的另一侧开有插脚孔并与接线柱连接，其特征在于锁体内套装芯轴，在锁体一侧开有钥匙孔，对应于钥匙孔的锁体与芯轴上开有滑道槽，其内部安装弹子对，芯轴的端部安装手轮，在插脚孔内插装电磁锁。其优点是操作方便，没有辅助动作，但是在安装使用中存在需要敷设电缆，增加额外施工量，对户外闭锁方案的施工或改建工作带来很大的不便的问题，且在送电过程中，为了使程序钥匙归于可控状态，需要在锁具上增加微动开关，介入断路器的合闸控制回路，这是用户所不希望出现的。

公告日2001年1月10日，公告号CN 2414457的中国专利中公开了一种微机联动闭锁装置，包括电脑钥匙和锁具，其中电脑钥匙包括微处理机和光电采码模块，锁具上设有光电编码、机械变码和光电反馈，在电脑钥匙上设置了显示模块、电源监视模块、存储模块和串口通讯模块，采用非接触式采码、微机控制。其闭锁功能齐全，智能化程度高，使用方便，性能准确可靠，但在实际用于户外闭锁方案时功能上会形成浪费，成本有所提高，给用户造成不必要的经济负担。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种无需铺设电缆线和外接电源、可杜绝“走空程”现象、能够按操作顺序和开闭锁条件对锁具进行控制且能与常规程序锁或机械闭锁实现联动防误操作的用于防止电气误操作的电子钥匙。

本实用新型的技术方案是：提供一种用于防止电气误操作的电子钥匙，包括设置有锁具及开关状态信息采集单元、控制单元、操作信息显示单元、电磁铁驱动单元和电源单元的电子钥匙，其特征是电子钥匙上增设可编程逻辑器单元，锁具及开关状态信息采集单元经可编程逻辑器单元与操作信息显示单元和控制单元连接，控制单元与电磁铁驱动单元连接，电源单元与上述单元连接。

其中所述的控制单元还与报警单元和电源监控单元连接。

其所述的可编程逻辑器单元为复杂可编程逻辑器CPLD或现场可编程门阵列FPGA；所述的报警单元为蜂鸣器或喇叭；所述的电源监控单元为μP监控电路；所述的锁具及开关状态信息采集单元包括锁具编码采集电路、机械变码采集电路和光电反馈采集电路。

其所述的锁具编码采集电路、机械变码采集电路为微动开关接触式采码电路和/或光电非接触式采码电路。

其所述的可编程逻辑器单元包括集成电路U3、U7、电阻R4、电容C7和插座P4；控制单元包括集成电路U1、U2、电阻R14、R15、电容C1、C2和晶振XT；μP监控电路包括集成电路U6；其中，集成电路U3的TCK、TD OUT、TD IN和TMS管脚分别与插座P4的3、4、5和6管脚对应连接，集成电路U3的GSR管脚与集成电路U1的RST管脚连接，其GTS2管脚及I/O端口中的19～23、27、28管脚与LED驱动电路中段选芯片的B0～B7管脚对应连接，其I/O端口中的29～32管脚与LED驱动电路中位选芯片的B3～B0管脚对应连接，其I/O端口中的38管脚与光电反馈采集电路的输出端GDFKCM连接，其I/O端口中的39管脚与机械变码采集电路输出端JXBMDR连接，其I/O端口中的GCK2管脚及1～8管脚与锁具编码采集电路的输出端SJBMDR对应连接，其I/O端口中的12～14、16、18和40～42管脚分别与集成电路U1的P1.0～P1.7管脚对应连接，其GCK1管脚与集成电路U7的Q管脚连接并经电阻R4与集成电路U7的THR和TRIG管脚连接；集成电路U7的R管脚和V_cc管脚与电源V_cc连接，其TRIG管脚经电容C7接地，其GND管脚接地；插座P4的1管脚与电源V_cc连接，2管脚接地；集成电路U1的P1.0～P1.7管脚分别与集成电路U3的I/O端口中的12～14、16、18和40～42管脚对应连接，其P3.0/RXD管脚与蜂鸣器的输入端FMQQD连接，其P3.1/TXD管脚与电磁铁驱动电路的输入端DCTQD连接，其P3.2/INTO和P3.3/INT1管脚分别与集成电路U2的SCL和SDA管脚对应连接，其RST管脚与集成电路U6的RST管脚连接，其X1和X2管脚与晶振XT的两端连接并分别经电容C1和C2接地；集成电路U2的A0～A2、WP和GND管脚接地，其SCL和SDA管脚分别经电阻R14和R15与电源V_cc连接，其V_cc管脚与电源V_cc连接；集成电路U6的RST管脚与可编程逻辑器单元中集成电路U1的RST管脚和控制单元中集成电路U3的GSR管脚连接，其GND管脚接地，其V_cc管脚与电源V_cc连接。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.采用可编程逻辑器单元(复杂可编程逻辑器CPLD或现场可编程门阵列FPGA)结合锁具编码、光电反馈和机械变码实现逻辑判断和逻辑控制，解决了户外程序闭锁方案中铺设电缆线的问题，安全可靠快速。

2.电子钥匙和与其相配合使用的锁具以及控制回路的形成闭环，通过光电反馈读取闭锁装置状态，利用机械变码杜绝“走空程”现象，可防止带电接地和解决防止误入带电间隔等问题，从而实现防误操作。

3.通过逻辑比较和判断，可“按程序、按条件”地实现对变配电所(站)的多组开关进行“一对一”、“多对一”或“一对多”的停、送电或倒闸操作。

4.吸收和保留了常规联动锁的主要优点，电子控制部分打破了一般微机闭锁的模式，不仅在系统设置上大为简化，而且可以和简单回路中的程序锁和机械闭锁组成最简洁、最合理的联动闭锁系统，大大降低了闭锁装置的造价，而且闭锁功能更为完善，操作过程更为简单。

5.结构紧凑，抗干扰能力强，操作方便，扩展能力强，组合灵活多变，能充分适应多变的变电站闭锁方案。

6.与常规联动闭锁方案和微机联动闭锁方案相比，更具有技术上和经济上的优势。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的电气原理方框图；

图2是本实用新型实施例的电气原理方框图；

图3是本实用新型实施例可编程逻辑器单元的线路图；

图4是本实用新型实施例控制单元和电源监控单元的线路图；

图5是本实用新型实施例可编程逻辑器单元的工作流程图；

图6是本实用新型实施例控制单元的工作流程图。

具体实施方式

图1中，电子钥匙的电气线路部分中，由锁具编码采集电路、机械变码采集电路和光电反馈采集电路构成的锁具及开关状态信息采集单元的输出端与由复杂可编程逻辑器CPLD(Complex Programmable Logic Device的缩写)或现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammable Gate Array的缩写)构成的可编程逻辑器单元的I/O端口连接，可编程逻辑器单元的I/O端口与操作信息显示单元(发光二极管和/或LED数码管)的输入端和控制单元的I/O端口连接，控制单元的I/O端口与电磁铁驱动单元的控制端连接，电源单元(图中未画出)与上述单元连接。

图2中，电子钥匙的电气线路部分中，控制单元的I/O端口还与报警单元和电源监控单元连接；其中，报警单元为蜂鸣器或喇叭，电源监控单元为μP(Microprocessor，即微处理器)监控电路，电源单元(图中未画出)与上述单元连接。

图3中，集成电路U3(即CPLD/FPGA芯片)主要完成如下功能：

1.通过锁具及开关状态信息采集单元从锁具上读取锁具编码；

2.通过锁具及开关状态信息采集单元从锁具上得到机械变码和光电反馈信号；

3.处理上述锁具及开关状态信息编码，将其传给单片机(Microcomputer Unit-MCU，即集成电路U1)；

4.接受单片机(MCU)比较的结果；

5.将结果送入LED进行动态扫描显示。

集成电路U7为可编程逻辑器单元(CPLD/FPGA芯片)提供一个固定的工作频率，也可以利用晶振得到。复位信号由单片机MCU部分的复位集成电路提供，插座P4和CPLD/FPGA芯片的接口主要是进行功能下载预留的，在调试和功能完善时是非常必要的。其他部分就由CPLD/FPGA芯片内部完成，对外接口包括锁具编码读入，机械变码读入和光电反馈读入，与单片机(MCU，即集成电路U1)进行数据交换，LED段选、位选驱动输出。

CPLD/FPGA芯片的功能实现是利用硬件描述语言Verilog-HDL进行类似于C语言那样地编程，再进行逻辑综合，仿真功能验证，最后再利用插座P4下载到芯片内部，它就可以按照所编程的要求进行正常工作了。

由于锁具及开关状态信息采集单元(即锁具的锁具编码、机械变码和光电反馈信号的读入)采用的微动开关接触式采码电路、光电非接触式采码电路、电磁铁操作回路及LED驱动电路均为现有技术，其线路构成和工作原理在此不再叙述。

图4中，集成电路U1(单片机MCU)的主要功能是：

1.从CPLD/FPGA芯片中读取锁具的地址数据，将其译码为地址信息；

2.利用该地址读取存储器(集成电路U2)中相应地址中的数据信息；

3.数据比较，判断锁具状态，决定如何操作；

4.送出LED显示的内容，控制蜂鸣器和电磁铁。

集成电路U2为I²C接口的闪烁(flash)存储器，用于存储现场锁具的当前状态。

集成电路U6为μP监控电路，为单片机CPU提供上电复位、掉电复位信号。在上电期间，当电源电压超过其复位门限后集成电路U6产生一个固定脉宽的复位脉冲，当电源波动或下降到低于复位门限后也产生一复位脉冲，确保任何情况下单片机系统的工作正常。

上述集成电路中，集成电路U1采用的是Atmel公司生产的AT89C2051，也可以采用Philips公司的89系列和Microchip公司的PIC系列PIC16C61等型号的单片机芯片；集成电路U2可以采用AT24C04/08/16；集成电路U3可采用Xilinx公司的CPLD系列9536，另外Altera公司的Flex系列和Atmel公司的同等芯片均可以；集成电路U6为IMP809L或其他型号的μP监控电路，如IMP810/811/812等；集成电路U7可采用各种型号的555时基电路。

图5为利用硬件描述语言Verilog-HDL编程的可编程逻辑器单元(CPLD/FPGA芯片)的工作流程图，通过本图可知，可编程逻辑器通过读取光电反馈、锁具编码和机械变码的变化，将锁具及开关的状态信息传递给单片机(MCU)，接受MCU比较的结果，将结果送入LED进行动态扫描显示。

图6中，单片机MCU从CPLD/FPGA芯片中读取锁具的地址数据，将其译码为地址信息；利用该地址读取存储器中相应地址中的数据信息；通过锁具地址数据比较，判断锁具状态，决定下一步如何操作；如果是断路器，则读取其锁具的光电反馈、锁具编码和机械变码状态并存入存储器；如果是隔离开关，则通过读取已存入存储器中的相应断路器的状态来判断是否允许该隔离开关进行操作；如果允许，则接通电磁铁操作回路进行相关操作并输出相应操作信息的LED显示内容，同时电子钥匙通过锁具及开关状态信息采集单元，实时检测设备“变位”(即断开或闭合)情况，若确已“变位”则允许锁具闭锁；如果不允许，则输出相应操作错误信息的LED显示内容，控制蜂鸣器输出报警信息。

本实用新型工作过程简述：

在安装于断路器、隔离开关、接地刀和间隔网门处的锁具上装设有由机械变码机构和/或光电变码机构组成的锁具及开关状态信息输出单元，锁具采用机械触点的方式对每个锁具进行锁具编码，锁具同时提供一个光电反馈信号和一个机械变码信号。机械变码信号来源于锁具执行机构的状态变化(即解锁或闭锁)，光电反馈信号来自断路器或隔离开关的操作机构，用于当操作机构操作到位时通过锁具将断路器或隔离开关的状态信号(即断开或闭合)输出至电子钥匙。这样可以确保电子钥匙不仅能识别锁具，同时可以读取与锁具相联的开关装置的状态和锁具自身的状态，以杜绝“走空程”现象的发生。

电子钥匙的内部电路固化了整个变电站程序闭锁方案中安装于断路器和隔离开关处的全部锁具的编码和操作规则。它通过锁具及开关状态信息采集单元读取装于断路器处锁具的编码和光电反馈信号，根据操作规则来判断隔离开关是否可以被操作，再结合隔离开关处锁具的编码来控制隔离开关处锁具的开启和闭合；通过读取装于隔离开关处锁具上的机械变码来防止操作程序“走空程”，通过发光管和数码管(LED)显示和指示锁具编码和状态。

本实用新型主要用于设备手动操作机构的机构闭锁，以固定方式安装在前述各种开关、设备的操作机构上。锁具的“锁头”安装在操作机构可动部位，锁具的锁体安装在设备的固定部位。锁具闭锁时，“锁头”的位移使设备可动部位与不可动部位在闭锁状态无法相对运动，从而实现设备的整体闭锁。锁具解锁时，通过电子钥匙检测锁具编码及设备位置状态，并依此进行“五防”逻辑判断，确认该项操作是否符合条件。若不符合条件，则无法解锁，并发出报警及相关信号显示；若符合条件，则电子钥匙释放解锁机构，锁具解锁，“锁头”发生再次位移，允许进行设备操作。同时，电子钥匙通过锁具及开关状态信息采集单元，实时检测设备“变位”(即断开或闭合)情况。若确已“变位”则允许锁具闭锁。当某一项分(合)闸操作进行完成后，工作人员取下电子钥匙，即可进行下一项操作。

由于本实用新型采用可编程逻辑器结合锁具编码、光电反馈和机械变码实现逻辑判断和逻辑控制，通过光电反馈读取闭锁装置状态，利用机械变码杜绝“走空程”现象，解决了户外程序闭锁方案中铺设电缆线的问题，安全可靠快速，结构紧凑，操作方便，扩展能力强，组合灵活多变，能充分适应多变的变电站闭锁方案，抗干扰能力强。

本实用新型可广泛用作6～500KV变、配电站(所)各种室内、外型断路器、隔离开关、接地刀和间隔网门的防误操作闭锁装置。

Claims (8)

1.一种用于防止电气误操作的电子钥匙，包括设置有锁具及开关状态信息采集单元、控制单元、操作信息显示单元、电磁铁驱动单元和电源单元的电子钥匙，其特征是：电子钥匙上增设可编程逻辑器单元，锁具及开关状态信息采集单元经可编程逻辑器单元与操作信息显示单元和控制单元连接，控制单元与电磁铁驱动单元连接，电源单元与上述单元连接。

2.按照权利要求1所述的用于防止电气误操作的电子钥匙，其特征是所述的控制单元还与报警单元和电源监控单元连接。

3.按照权利要求1所述的用于防止电气误操作的电子钥匙，其特征是所述的可编程逻辑器单元为复杂可编程逻辑器CPLD或现场可编程门阵列FPGA。

4.按照权利要求2所述的用于防止电气误操作的电子钥匙，其特征是所述的报警单元为蜂鸣器或喇叭。

5.按照权利要求2所述的用于防止电气误操作的电子钥匙，其特征是所述的电源监控单元为μP监控电路。

6.按照权利要求1所述的用于防止电气误操作的电子钥匙，其特征是所述的锁具及开关状态信息采集单元包括锁具编码采集电路、机械变码采集电路和光电反馈采集电路。

7.按照权利要求6所述的用于防止电气误操作的电子钥匙，其特征是所述的锁具编码采集电路、机械变码采集电路为微动开关接触式采码电路和/或光电非接触式采码电路。

8.按照权利要求1、2、3、4、5或6所述的用于防止电气误操作的电子钥匙，其特征是所述的可编程逻辑器单元包括集成电路U3、U7、电阻R4、电容C7和插座P4；控制单元包括集成电路U1、U2、电阻R14、R15、电容C1、C2和晶振XT；μP监控电路包括集成电路U6；其中，

集成电路U3的TCK、TD OUT、TD IN和TMS管脚分别与插座P4的3、4、5和6管脚对应连接，集成电路U3的GSR管脚与集成电路U1的RST管脚连接，其GTS2管脚及I/O端口中的19～23、27、28管脚与LED驱动电路中段选芯片的B0～B7管脚对应连接，其I/O端口中的29～32管脚与LED驱动电路中位选芯片的B3～B0管脚对应连接，其I/O端口中的38管脚与光电反馈采集电路的输出端GDFKCM连接，其I/O端口中的39管脚与机械变码采集电路输出端JXBMDR连接，其I/O端口中的GCK2管脚及1～8管脚与锁具编码采集电路的输出端SJBMDR对应连接，其I/O端口中的12～14、16、18和40～42管脚分别与集成电路U1的P1.0～P1.7管脚对应连接，其GCK1管脚与集成电路U7的Q管脚连接并经电阻R4与集成电路U7的THR和TRIG管脚连接；

集成电路U7的R管脚和V_cc管脚与电源V_cc连接，其TRIG管脚经电容C7接地，其GND管脚接地；

插座P4的1管脚与电源V_cc连接，2管脚接地；

集成电路U1的P1.0～P1.7管脚分别与集成电路U3的I/O端口中的12～14、16、18和40～42管脚对应连接，其P3.0/RXD管脚与蜂鸣器的输入端FMQQD连接，其P3.1/TXD管脚与电磁铁驱动电路的输入端DCTQD连接，其P3.2/INTO和P3.3/INT1管脚分别与集成电路U2的SCL和SDA管脚对应连接，其RST管脚与集成电路U6的RST管脚连接，其X1和X2管脚与晶振XT的两端连接并分别经电容C1和C2接地；

集成电路U2的A0～A2、WP和GND管脚接地，其SCL和SDA管脚分别经电阻R14和R15与电源V_cc连接，其V_cc管脚与电源V_cc连接；

集成电路U6的RST管脚与可编程逻辑器单元中集成电路U1的RST管脚和控制单元中集成电路U3的GSR管脚连接，其GND管脚接地，其V_cc管脚与电源V_cc连接。

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