專利名稱:中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置。它包括電機控制模塊，電機電流檢測模塊，通訊模塊以及信號輸入模塊和CPU模塊，電機電流檢測模塊的輸入端接入電機回路中，其輸出端與CPU模塊連接；信號輸入模塊的輸入端接入開關信號，其輸出端連接CPU模塊；通訊模塊和電機控制模塊也與CPU模塊連接，還包括電源模塊，電源模塊外部輸入端連接交流電，其外部輸出端連接手車或接地刀機構的電機，電源模塊內部設置有直流輸出端。采用上述結構后，不僅能通過上位機或人機界面控制電動手車/接地刀，而且能在電機運行期間實時監(jiān)測電機電流大小，并對電機異常運行做出相應處理措施，從而簡化了手車和接地刀的可操作性，提高了裝置安全可靠性能。
【專利說明】中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種中壓智能開關柜手車、接地刀控制裝置，屬于中壓智能開關柜自動控制【技術領域】。

【背景技術】
[0002]隨著社會工業(yè)化、現(xiàn)代化及信息技術的發(fā)展，供電企業(yè)和用電部門對開關柜產品提出了數(shù)字化、網絡化的要求，同時對于中高檔智能型開關設備的需求也呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢。中壓智能開關柜作為配電系統(tǒng)中的開關設備，在各級電力單位廣泛地使用。傳統(tǒng)開關柜在試驗位與工作位之間移動時需要大量人力進行手動進出車；在檢修設備時，操作人員需要進行一系列驗電過程，并且手動操作接地刀，有較大的觸電的風險。


【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型要解決的技術問題是提供一種便于操作、安全可靠的中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型的中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置，包括能夠控制電機的正反轉、電機回路導通和關斷的電機控制模塊，能夠對電機回路的電流進行實時采集的電機電流檢測模塊，能夠進行數(shù)據傳輸?shù)耐ㄓ嵞K以及信號輸入模塊和CPU模塊，電機電流檢測模塊的輸入端接入電機回路當中，其輸出端與CPU模塊連接；信號輸入模塊的輸入端接入開關信號，其輸出端連接(PU模塊的I/O 口 ；通訊模塊和電機控制模塊也與CPU模塊連接，還包括一個電源模塊，電源模塊外部輸入端連接交流電，其外部輸出端連接手車接地刀機構的電機正負極，電源模塊內部設置有能夠分別向CPU模塊、通訊模塊、信號輸入模塊以及繼電器提供能量的直流輸出端。
[0005]所述直流輸出端為+5V和+24V的直流輸出端。
[0006]采用上述的結構后，由于設置的CPU模塊以及與CPU模塊連接的電機控制模塊、電機電流檢測模塊、信號輸入模塊以及通訊模塊，不僅能夠通過上位機或人機界面控制電動手車/接地刀，而且能夠在電機運行期間實時監(jiān)測電機電流的大小，并對電機的異常運行做出相應的處理措施，從而簡化了手車和接地刀的可操作性，提高了裝置的安全可靠性能。

【附圖說明】

[0007]圖1是本實用新型中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置的原理框圖。
[0008]圖2(a)是本實用新型中電源模塊的電路原理圖；
[0009]圖2(b)是本實用新型中電源模塊的開關電源模塊部分原理圖；
[0010]圖3(a)是本實用新型中電機控制模塊電路原理圖；
[0011]圖3(b)是本實用新型中電機控制模塊中光耦合部分的電路原理圖；
[0012]圖4是本實用新型中電機電流檢測模塊的電路原理圖；
[0013]圖5是本實用新型中信號輸入模塊的電路原理圖；
[0014]圖6是本實用新型中CPU模塊的電路原理圖；
[0015]圖7是本實用新型中通訊模塊的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0016]由于電動手車和電動接地刀在控制原理上具有相似性，所以在設計這種自控裝置時，考慮到了電動手車和電動接地刀控制裝置的通用性，即這種裝置不僅能夠用于控制電動手車，而且通過修改燒寫程序，也可以用于控制電動接地刀；如圖1所示，本實用新型的中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置，包括能夠控制電機的正反轉、電機回路導通和關斷的電機控制模塊，能夠對電機回路的電流進行實時采集的電機電流檢測模塊，能夠進行數(shù)據傳輸?shù)耐ㄓ嵞K以及信號輸入模塊和CPU模塊，電機電流檢測模塊輸出的是模擬量，電機電流檢測模塊的輸入端接入電機回路當中，其輸出端與CPU模塊連接，由CPU模塊對數(shù)據進行采集和處理；由此使電機電流檢測模塊用于實時檢測電機回路的電流大小，并將檢測到的電流值送人CPU模塊，以便對電機的工作狀態(tài)做出正確的判斷；信號輸入模塊的輸入端接入開關信號，其輸出端連接CPU模塊的I/O 口 ；通訊模塊和電機控制模塊也與(PU模塊連接，信號輸入模塊主要的功能是接入開關柜閉鎖信號，手車、接地刀的位置狀態(tài)信號，并將各種狀態(tài)量送入CPU模塊；CPU模塊主要負責處理信號輸入量，電機電流采集值，以及通訊信息，通訊模塊的輸入端口與中壓智能開關柜內的在線監(jiān)測裝置通訊端連接，還包括一個電源模塊，電源模塊外部輸入端連接交流電，其外部輸出端連接手車接地刀機構的電機正負極，所述電源模塊內部設置有能夠分別向CPU模塊、通訊模塊、信號輸入模塊以及繼電器提供能量的直流輸出端，從上述電源結構可以看出，由于電動手車/接地刀的電機是直流電機，電源模塊設置有整流模塊為電機提供電源；同時由于CPU模塊和通訊模塊所需電源是直流+5V，信號輸入模塊所需電源為直流+24V，所以電源模塊應設計有輸出為+5V和+24V的開關電源模塊，也就是說直流輸出端為+5V和+24V的直流輸出端。
[0017]本實施例中，所說的開關信號(或狀態(tài)量信號)包括:手車位置信號，斷路器分合閘位置信號，接地刀分合閘位置信號，(如果裝置用于接地刀控制，還需接入接地刀分合閘限位開關信號，)用于調試的命令信號等；所說的電機控制模塊包括:2個直流24V繼電器(額定電流16A)，用于控制電機的正反轉；1個場效應管，用于控制電機回路的通斷；3個光耦，用于控制信號的隔離；繼電器和場效應管保護電路等；電機控制模塊主要實現(xiàn)電機的正反轉、電機回路的導通和關斷等功能，電機的正反轉是由CPU模塊控制兩個24V/16A的直流轉換型繼電器來實現(xiàn)的；而電機回路的導通和關斷是CPU通過控制場效應管來實現(xiàn)的，這樣設計不僅能夠保護繼電器，而且還通過軟件設計，實現(xiàn)對電機調速；電機電流檢測模塊的輸入端接入電機回路當中，輸出端與CPU模塊的AD端口相連接，其核心電流采集芯片，電流采集芯片能夠對電機回路的電流進行實時采集，并將采集到的數(shù)據輸送到CPU模塊的AD端口，由CPU對采集到的數(shù)據進行分析處理；所說的CPU模塊設計的功能包括:1、判斷開關信號、位置信號的狀態(tài)是否滿足電機動作閉鎖要求；2、對電機電流實時采集，從而檢測電機工作是否正常(電機運行過程中是否出現(xiàn)堵轉現(xiàn)象，如出現(xiàn)異常，則報警輸出，并對繼電器和場相應管發(fā)出相應的控制命令)；3、實現(xiàn)對電機運行過程中速度的調制；4、控制電機正反轉及電機回路的導通和關斷；5、與在線監(jiān)測裝置實現(xiàn)通訊，對來自人機界面的控制命令做出相應的處理，并對數(shù)據信息上傳；通訊模塊主要完成CPU與在線監(jiān)測裝置之間數(shù)據的互聯(lián)。
[0018]下面結合具體電路原理圖對本實用新型做如下說明:
[0019]圖2(a)和圖2(b)是本實用新型的中壓智能開關柜電動手車/接地刀自動控制裝置的電源模塊的電路原理圖；控制裝置電源輸入為交流220V，而向電機控制模塊、電機電流檢測模塊、信號輸入模塊、CPU模塊和通訊模塊等供的是不同等級的直流電源，所以電源模塊設計了不同電壓等級的輸出?？刂蒲b置首先需要向電機供電，電機為直流220V，所以需要對交流220V電源整流，如圖2所示，交流220V經濾波電路(濾波電路由C29、C30和T2構成)送入到整流橋U6，整流橋U6輸出直流電源。為了提高電源的安全可靠性，在電源的輸入端并有壓敏電阻RV2。
[0020]圖2 (b)是電源模塊的開關電源模塊部分，主要是向電機控制模塊、電機電流檢測模塊、信號輸入模塊、CPU模塊和通訊模塊等模塊提供弱電電源，圖中U13是AC-DC模塊，其輸入端接交流220V電源，輸出為兩路直流電源，分別是+5V和+24V。圖中U12是電源濾波器，其作用是提高電源質量和電源的安全可靠性。
[0021]圖3(a)和圖3(b)是本實用新型的中壓智能開關柜電動手車/接地刀自動控制裝置的電機控制模塊的電路原理圖；圖中Kl和K2是兩個轉換型直流24V繼電器，用于控制電機的正反轉，當Kl和K2同時處于通電狀態(tài)或斷電狀態(tài)時，Kl和K2的出點同時打在常開點或常閉點，電機回路也處在斷路狀態(tài)，這樣就避免了因為Q4的異常而無法使電機停止的情況發(fā)生；K3是報警輸出的繼電器；Q4是場效應管，用于控制電機回路的導通和關斷以及電機速度的調制。此外，在控制電機正反轉時，先控制Kl和Κ2動作，然后在控制Q4導通；在控制電機回路斷電時，先控制Q4關斷，在控制Kl和Κ2，這樣能夠保護繼電器的觸點在電機通電或斷電時因電機自激產生瞬時高電壓時不被燒壞。CPU模塊用于控制電機正反轉，控制電機回路和報警輸出的控制端口經光耦隔離，分別與繼電器K1、K2、Q4和Κ3相連接。由于電動手車/接地刀裝置所用的電機是直流電機，在斷電時會產生的瞬時反向電壓，有可能會擊穿場效應管，所以本實用新型控制裝置設計了場效應管保護電路，圖中D15、R41、R42和C32所構成的保護電路。
[0022]圖4是本實用新型的中壓智能開關柜電動手車/接地刀自動控制裝置的電機回路電流檢測模塊的電路原理圖，圖中U8是用于檢測電流的傳感器芯片ACS712-05，其原理是霍爾原理。根據ACS712-05傳感器輸出的電壓與檢測電流關系的特性曲線，在±5A的范圍內，傳感器的輸出電壓和檢測電流成正比，幾乎不受溫度的影響，其輸出靈敏度約為185mV/A。
[0023]圖5是本實用新型的中壓智能開關柜電動手車/接地刀自動控制裝置的信號輸入模塊的電路原理圖；從圖中可以看出，本實用新型裝置設計了 8路輸入，如果裝置用于電動手車控制，其輸入端接手車位置信號，斷路器分、合閘位置信號，接地刀分、合閘位置信號，以及用于調試的手車進車和退車命令信號，其余為備用輸入；如果裝置用于電動接地刀控制，其輸入端接地刀分、合閘位置信號，接地刀分、合閘限位開關信號，以及用于調試的接地刀分閘和合閘命令信號，其余為備用輸入。裝置的8路輸入端通過光耦與CPU模塊的輸入端連接。
[0024]圖6是本實用新型的中壓智能開關柜電動手車/接地刀自動控制裝置的CPU模塊的電路原理圖；圖中U3是PIC18F26K80單片機，其端口配置為，D10-DI7為開入量，D00-D02為開出量，PD、PC為程序下載端，Udj為AD采集端口，JDQ為控制電機斷電端口，485-con為485控制口，RXDC和TXDC為485數(shù)據傳輸口。CPU模塊設計的功能有:與在線監(jiān)測裝置實現(xiàn)通訊；開關信號的邏輯判斷；電機正反轉控制信號的輸出；電機回路電流的實時監(jiān)測；電機回路通斷控制信號的輸出等。
[0025]當控制裝置用于電動手車控制時，控制裝置設計的控制邏輯如下:
[0026]當手車處于非工作位和非試驗位置時，電機只允許搖出動作；
[0027]只有當?shù)氐堵?lián)鎖輸入信號和斷路器聯(lián)鎖信號為高電平，且控制裝置無故障時，控制裝置才允許操作；
[0028]當搖入過程發(fā)生堵轉時，停止當前操作，并驅動電機返回試驗位，返回過程中再次發(fā)生堵轉，停止電機運行；當搖出過程發(fā)生堵轉時，停止當前操作，并反向驅動電機運行50ms ；
[0029]當發(fā)生超時(超時時間設置為70s)未到達指定位置情況時，應退回試驗位；
[0030]當發(fā)生堵轉、操作限時時間到而操作不到位情況時，均應取消正在執(zhí)行的所有電動操作指令并輸出報警接點動作。
[0031]當控制裝置用于電動接地刀控制時，控制裝置設計的控制邏輯如下:
[0032]裝置通電后應先判斷接地刀位置，如果不在相應的限位位置，電機通電，運轉至限位位置后，限位開關切換，電機停止；
[0033]合閘和分閘不能同時操作，若出現(xiàn)，繼續(xù)執(zhí)行原操作，不響應新的操作指令；
[0034]合閘和分閘操作限時，限時時間到，終止操作，限時時間35s ；
[0035]防止電機轉向錯誤；
[0036]當發(fā)生堵轉、操作限時時間到而操作不到位情況時，均應取消正在執(zhí)行的所有電動操作指令并輸出報警接點動作。
[0037]圖7是本實用新型的中壓智能開關柜電動手車/接地刀自動控制裝置的通訊模塊的電路原理圖，圖中U9隔離485芯片IS03082。通訊模塊主要完成CPU與在線監(jiān)測裝置之間數(shù)據的互聯(lián)。
【權利要求】
1.一種中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置，其特征在于:包括能夠控制電機的正反轉、電機回路導通和關斷的電機控制模塊，能夠對電機回路的電流進行實時采集的電機電流檢測模塊，能夠進行數(shù)據傳輸?shù)耐ㄓ嵞K以及信號輸入模塊和CPU模塊，所述電機電流檢測模塊的輸入端接入電機回路當中，其輸出端與CPU模塊連接；所述信號輸入模塊的輸入端接入開關信號，其輸出端連接CPU模塊的I/O 口 ；所述通訊模塊和電機控制模塊也與CPU模塊連接，還包括一個電源模塊，所述電源模塊外部輸入端連接交流電，其外部輸出端連接手車或接地刀機構的電機正負極，所述電源模塊內部設置有能夠分別向CPU模塊、通訊模塊、信號輸入模塊以及繼電器提供能量的直流輸出端。2.按照權利要求1所述的中壓智能開關柜手車、接地刀自動控制裝置，其特征在于:所述直流輸出端為+5V和+24V的直流輸出端。
【文檔編號】G05B19-04GK204302680SQ201420689379
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