一種高壓開關柜電動操控裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種高壓開關柜電動操控裝置，包括主控單元模塊，主控單元模塊分別連接有電源模塊、驅動電路模塊、保護電路模塊、開入量模塊、按鍵處理模塊或/和液晶顯示模塊、紅外位移傳感器。本發明還公開了上述操控裝置的操控方法。本發明高壓開關柜電動操控裝置中手車電機和接地開關電機共用一路硬件電路控制，只需通過控制第二繼電器，很方便的實現兩者之間的切換，大大節省了成本；本發明操控方法實現驅動電機軟啟動、軟停止、急停、應力釋放、堵轉保護的精確控制。
【專利說明】
一種高壓開關柜電動操控裝置及方法
技術領域
[0001]本發明屬于電動控制裝置技術領域，具體涉及一種高壓開關柜電動操控裝置，還涉及上述操控裝置的操控方法。
【背景技術】
[0002]開關設備作為電能傳輸與控制的主要設備，在電力系統中發揮著重要作用。目前絕大多數開關設備中斷路器手車、接地開關，僅能夠手動操作其進出，有個別產品雖能實現電動操作其進出、分合，但是控制方法不夠精確，裝置硬件電路不夠可靠，造成電機運行不夠平穩，損壞斷路器觸頭。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種高壓開關柜電動操控裝置，解決了現有控制硬件電路不夠簡便、靈活的問題。
[0004]本發明的目的是還提供了上述操控裝置的操控方法。
[0005]本發明所采用的第一種技術方案是，一種高壓開關柜電動操控裝置，包括主控單元模塊，主控單元模塊分別連接有電源模塊、驅動電路模塊、保護電路模塊、開入量模塊、按鍵處理模塊或/和液晶顯示模塊、紅外位移傳感器。
[0006]本發明第一種技術方案的特點還在于:
[0007]主控單元模塊還連接有語音報警提示模塊和LED提示模塊。
[0008]主控單元模塊還連接有參數存儲模塊。
[0009]主控單元模塊還連接有通訊模塊，通訊模塊包括收發器，收發器分別連接有第一光電隔離模塊和RS485通訊接口，第一光電隔離模塊與主控單元模塊連接。
[0010]電源模塊包括裝置電源，裝置電源通過濾波模塊與主控單元模塊連接，裝置電源與AC220V電源連接。
[0011 ]驅動電路模塊包括依次連接的第一繼電器、整流橋、霍爾電流傳感器、IGBT、第二繼電器、第三繼電器，第一繼電器與AC220V電源連接，第一繼電器與主控單元模塊連接，霍爾電流傳感器通過電流信號與主控單元模塊連接，主控單元模塊依次通過PWM、推挽驅動模塊與IGBT連接，第三繼電器分別連接有手車電機和接地開關電機。
[0012]保護電路模塊包括電機堵轉信號，電機堵轉信號分別與第二光電隔離模塊、信號處理電路連接，第二光電隔離模塊與主控單元模塊連接。
[00?3]開入量模塊包括12個開入量，12個開入量均通過第三光電隔尚模塊與主控單兀模塊連接。
[0014]本發明采用的第二種技術方案是，一種高壓開關柜電動操控裝置的操控方法，具體為:
[0015]步驟I:操控裝置初始化，進入“開始”待機狀態；
[0016]步驟2:操控裝置判斷是否接收到本地或遠程發送來的電動操作指令，如果接收到則轉到步驟3;如果未接收到，則轉到步驟I ；
[0017]步驟3:操控裝置接到步驟2的指令后，首先判斷是否滿足“五防”閉鎖條件，如果滿足轉到步驟4，如果不滿足則操控裝置結束操作，進入語音報警提示模塊；
[0018]步驟4:判斷接收到的電動操作條件是否滿足開入量模塊的開入量輸入條件，如果不滿足則結束操作，進入語音報警提示模塊;如果滿足則控制驅動電路模塊執行電機啟動；
[0019]步驟5:電動操作過程中，根據紅外位移傳感器反饋操作控制位置，判斷其是否達到減速位置，如果達到減速位置則控制電機減速，如果未達到減速位置則轉到步驟6;
[0020]步驟6:操控裝置根據霍爾電流傳感器實時檢測的電機電流值，判斷電機是否出現堵轉，如果出現堵轉，則立刻執行電機堵轉故障處理，進入保護電路模塊，結束操作;如果未檢測出異常電流值，則轉到步驟7;
[0021 ]步驟7:操控裝置判斷是否出現電機操作超時，如果操作超時，則處理控制超時故障，結束操作;否則轉到步驟8;
[0022]步驟8:操控裝置判斷是否檢測到到位信號，如果檢測到到位信號，則電動操作完成，然后電機執行應力釋放操作，結束操作;否則轉到步驟5。
[0023]本發明的有益效果是:
[0024]①本發明采用STM32F103TEV6單片機為控制核心，應用自適應控制算法，完成參數設置、轉速測量、電機堵轉保護處理、參數顯示和直流電機驅動控制輸出等功能，通過監測電動操作過程中電機電流的大小，來正確判斷手車進出或接地開關分合過程的受力情況，并及時調整電機轉速，使電動操作的全過程處于精確控制下，利用按鍵處理模塊可以進行相關參數的設置，且液晶顯示模塊能直接顯示直流電機的運行電流和相應狀態。
[0025]②本發明驅動電機可實現軟啟動、軟停止、急停、應力釋放、堵轉保護，軟啟動時保證電機最大電流不出現在起始階段，使電機堵轉保護準確可靠，并可避免電機啟動時瞬時沖擊電流對電機造成損傷，同時能防止引起電源跌落影響其它設備正常工作，而軟停止可消除電動執行機構慣性影響，使控制過程更精確。
[0026]③本發明電動操作過程采用分段變速控制方式，在軟啟動后電機以較高速度運行，當達到參數設定的減速位置后以設定的低速運行，這樣可以避免高速運行到位時機構因阻力過大導致變形而縮短機械壽命，而驅動電機堵轉保護功能有效避免了故障的發生和擴大。手車進出或接地開關分合到位后，電動操作控制裝置可以控制電動執行機構釋放應力，避免電動執行機構發生變形，同時切換到手動操作模式。
[0027]④本發明手車和接地開關電動操作只用一臺控制裝置，共用一路硬件驅動電路，方便工程設計，大大減少生產成本。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明高壓開關柜電動操控裝置的結構示意圖；
[0029]圖2是本發明高壓開關柜電動操控裝置中驅動電路模塊結構示意圖；
[0030]圖3是本發明高壓開關柜電動操控裝置的控制對象切換結構圖；
[0031]圖4是本發明高壓開關柜電動操控裝置的操控方法的流程圖。
[0032]圖中，1.主控單元模塊，2.電源模塊，3.驅動電路模塊，3-1.第一繼電器，3-2.整流橋，3-3.霍爾電流傳感器，3-4.1GBT，3-5.第二繼電器，3-6.電流信號，3-7.PffM,3-8.推挽驅動模塊，3-9.第三繼電器，4.保護電路模塊，5.開入量模塊，6.通訊模塊，7.液晶顯示模塊，
8.語音報警提示模塊，9.LED提示模塊，10.參數存儲模塊，11.按鍵處理模塊，12.紅外位移傳感器。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0034]本發明一種高壓開關柜電動操控裝置，結構如圖1所示，包括主控單元模塊I(主控單元模塊I采用芯片STM32F103VET6)，主控單元模塊I分別連接有電源模塊2、驅動電路模塊
3、保護電路模塊4、開入量模塊5、通訊模塊6、液晶顯示模塊7、語音報警提示模塊8、LED提示模塊9、參數存儲模塊10、按鍵處理模塊11、紅外位移傳感器12，紅外位移傳感器12安裝在手車電機和接地開關電機上。
[0035]其中，電源模塊2包括裝置電源，裝置電源通過濾波模塊與主控單元模塊I連接，裝置電源與AC220V電源連接。
[0036]如圖2所示，驅動電路模塊3包括依次連接的第一繼電器3-1、整流橋3-2、霍爾電流傳感器3_3、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣棚.雙極型晶體管)3_4、第二繼電器3-5、第三繼電器3-9，第一繼電器3-1與AC220V電源連接，第一繼電器3-1與主控單元模塊I連接，霍爾電流傳感器3-3通過電流信號3-6與主控單元模塊I連接，主控單元模塊I依次通過PWM(Pulse Width Modulat1n，脈沖寬度調制)3-7、推挽驅動模塊3-8與IGBT3-4連接，第三繼電器3-9分別連接有手車電機和接地開關電機。第二繼電器3-5和第三繼電器3-9控制手車電機和接地開關電機的切換圖如圖3所示，第二繼電器3-5控制了操控對象，實現手車和接地開關的切換，即實現了操控裝置手車和接地開關共用一個硬件電路;第三繼電器3-9控制了電機的轉動方向，實現正轉反轉的切換，從而實現手車的進出、接地開關的開合；當第二繼電器3-5不吸合，第三繼電器3-9不吸合此時，手電電機正轉，完成進車任務；當第二繼電器3-5不吸合，第三繼電器3-9吸合時，手車電機反轉，完成出車任務；當第二繼電器3-5吸合，第三繼電器3-9不吸合，接地開關電機正轉，完成分接地開關任務；當第二繼電器3-5吸合，第三繼電器3-9吸合，接地開關電機反轉，完成合接地開關任務。驅動電路模塊3利用PWM3-7通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，改變電機電樞電壓接通時間和通電周期的比值(即占空比)來改變平均電壓的大小，從而讓電機轉速得到控制。
[0037]保護電路模塊4包括電機堵轉信號，電機堵轉信號分別與第二光電隔離模塊、信號處理電路連接，第二光電隔離模塊與主控單元模塊I連接。保護電路模塊4主要通過檢測驅動電路模塊3的電流值變化來實現對裝置的保護。
[0038]開入量模塊5包括12個開入量，12個開入量均通過第三光電隔尚模塊與主控單兀模塊I連接。
[0039]通訊模塊6包括收發器，收發器分別連接有第一光電隔離模塊和RS485通訊接口，第一光電隔離模塊與主控單元模塊I連接。通訊模塊6實現本發明的操控裝置與上位機之間的通訊功能，還可以用來遠程實現電動操控。
[0040]液晶顯示模塊7用于實時顯示任務的完成情況，及電機電流參數的變化，液晶顯示模塊7是觸摸屏時也可以進行參數設置及選擇手動操作還是自動操作。
[0041]語音報警提示模塊8當故障或者接收到用戶操作指令時如果不滿足“五防”閉鎖條件時，均會通過語音提示。
[0042]LED提示模塊9當出現故障是用LED燈進行提示用戶。
[0043]參數存儲模塊10用于存儲進、出車以及分、合接地開關的電動運行時間，使任務完成更加靈活，裝置適應性更強。
[0044]按鍵處理模塊11用于用戶設置參數及選擇手動操作還是自動操作。
[0045]本發明一種高壓開關柜電動操控裝置的操控方法，流程圖如圖4所示，具體為:
[0046]步驟1:操控裝置初始化，進入“開始”待機狀態；
[0047]步驟2:操控裝置判斷是否接收到本地或遠程發送來的電動操作指令，如果接收到則轉到步驟3;如果未接收到，則轉到步驟I ；
[0048]步驟3:操控裝置接到步驟2的指令后，首先判斷是否滿足“五防”閉鎖條件，如果滿足轉到步驟4，如果不滿足則操控裝置結束操作，進入語音報警提示模塊8;
[0049]步驟4:判斷接收到的電動操作條件是否滿足開入量模塊5的開入量輸入條件，如果不滿足則結束操作，進入語音報警提示模塊8;如果滿足則控制驅動電路模塊3執行電機啟動；
[0050]步驟5:電動操作過程中，根據紅外位移傳感器12反饋操作控制位置，判斷其是否達到減速位置，如果達到減速位置則控制電機減速，如果未達到減速位置則轉到步驟6;
[0051]步驟6:操控裝置根據霍爾電流傳感器3-3實時檢測的電機電流值，判斷電機是否出現堵轉，如果出現堵轉，則立刻執行電機堵轉故障處理，進入保護電路模塊4，結束操作，避免因控制回路堵轉故障未能及時切斷而損壞電機;如果未檢測出異常電流值，則轉到步驟7;
[0052]步驟7:操控裝置判斷是否出現電機操作超時，如果操作超時，則處理控制超時故障，結束操作，避免因控制回路未檢測到到位信號而發生誤動作損壞電機或其它硬件電路；否則轉到步驟8;
[0053]步驟8:操控裝置判斷是否檢測到到位信號，如果檢測到到位信號，則電動操作完成，然后電機執行應力釋放操作，結束操作;否則轉到步驟5。
[0054]本發明一種高壓開關柜電動操控裝置，通過開入量模塊5輸入通道獲取開關柜的各種狀態，在接受用戶的指令后通過主控單元模塊I對操作條件作出判斷，當滿足操作條件時才執行驅動電路模塊3，同時保護電路模塊4開始實時檢測整個裝置的電流值，進行保護。此外，操控裝置在整個電動操作過程中通過紅外位移傳感器12時刻檢測手車或接地開關所處的位置，即使操作過程中出現了故障，操控裝置也會根據用戶設定的控制參數決定自動退回到安全位置或由操作人員發送相應退回指令移回到安全位置。
[0055]本發明一種高壓開關柜電動操控裝置的操控方法，通過改變輸出PffM波的占空比，來改變IGBT的開關頻率，來實現調節電機電樞平均電壓的大小的目的，從而讓電機轉速得到精確控制，達到了手車、接地開關電動軟啟動、全速運行、軟停止的穩定運行標準;利用霍爾電流傳感器3-3實時檢測電機的電流，使出現故障時能夠快速的進行保護處理，從而使保護更加的完善、可靠;此外，手車電機和接地開關電機共用一路硬件電路控制，只需通過控制第二繼電器3-5，很方便的實現兩者之間的切換，大大節省了成本;通過參數存儲模塊10可以設定進、出車和分、合接地開關電動運行時間，使任務的完成更加靈活。
[0056]本發明實現驅動電機軟啟動、軟停止、急停、應力釋放、堵轉保護的精確控制;控制裝置在整個電動操作過程中始終能檢測到手車或接地開關所處的位置，即使操作過程中出現了故障，控制裝置也會根據用戶設定的控制參數將其退回到安全位置或由操作人員發送相應退回指令移回到安全位置，使保護功能更加的完善、靈敏;手車和接地開關電動操作只用一臺控制裝置，一路硬件驅動電路，通過控制第二繼電器3-5實現手車和接地開關兩個控制對象的切換，方便了工程設計，大大減少生產成本。
【主權項】
1.一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，包括主控單元模塊(I)，主控單元模塊(1)分別連接有電源模塊(2)、驅動電路模塊(3)、保護電路模塊(4)、開入量模塊(5)、按鍵處理模塊(11)或/和液晶顯示模塊(7)、紅外位移傳感器(12)。2.根據權利要求1所述的一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，所述主控單元模塊(I)還連接有語音報警提示模塊(8)和LED提示模塊(9)。3.根據權利要求1所述的一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，所述主控單元模塊(I)還連接有參數存儲模塊(10)。4.根據權利要求1所述的一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，所述主控單元模塊(I)還連接有通訊模塊(6)，通訊模塊(6)包括收發器，收發器分別連接有第一光電隔離模塊和RS485通訊接口，第一光電隔離模塊與所述主控單元模塊(I)連接。5.根據權利要求1所述的一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，所述電源模塊(2)包括裝置電源，裝置電源通過濾波模塊與所述主控單元模塊(I)連接，裝置電源與AC220V電源連接。6.根據權利要求1所述的一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，所述驅動電路模塊(3)包括依次連接的第一繼電器(3-1)、整流橋(3-2)、霍爾電流傳感器(3-3)、IGBT(3-4),第二繼電器(3-5)、第三繼電器(3-9)，第一繼電器(3-1)與AC220V電源連接，第一繼電器(3-1)與所述主控單元模塊(I)連接，霍爾電流傳感器(3-3)通過電流信號(3-6)與所述主控單元模塊(I)連接，所述主控單元模塊(I)依次通過PWM( 3-7)、推挽驅動模塊(3-8)與IGBT(3-4)連接，第三繼電器(3-9)分別連接有手車電機和接地開關電機。7.根據權利要求1所述的一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，所述保護電路模塊(4)包括電機堵轉信號，電機堵轉信號分別與第二光電隔離模塊、信號處理電路連接，第二光電隔離模塊與所述主控單元模塊(I)連接。8.根據權利要求1所述的一種高壓開關柜電動操控裝置，其特征在于，所述開入量模塊(5)包括12個開入量，12個開入量均通過第三光電隔離模塊與所述主控單元模塊(I)連接。9.根據權利要求2-8任一項所述的一種高壓開關柜電動操控裝置的操控方法，其特征在于，具體為: 步驟I:操控裝置初始化，進入“開始”待機狀態； 步驟2:操控裝置判斷是否接收到本地或遠程發送來的電動操作指令，如果接收到則轉到步驟3;如果未接收到，則轉到步驟I ； 步驟3:操控裝置接到步驟2的指令后，首先判斷是否滿足“五防”閉鎖條件，如果滿足轉到步驟4，如果不滿足則操控裝置結束操作，進入語音報警提示模塊(8); 步驟4:判斷接收到的電動操作條件是否滿足開入量模塊(5)的開入量輸入條件，如果不滿足則結束操作，進入語音報警提示模塊(8);如果滿足則控制驅動電路模塊(3)執行電機啟動； 步驟5:電動操作過程中，根據紅外位移傳感器(12)反饋操作控制位置，判斷其是否達到減速位置，如果達到減速位置則控制電機減速，如果未達到減速位置則轉到步驟6; 步驟6:操控裝置根據霍爾電流傳感器(3-3)實時檢測的電機電流值，判斷電機是否出現堵轉，如果出現堵轉，則立刻執行電機堵轉故障處理，進入保護電路模塊(4)，結束操作；如果未檢測出異常電流值，則轉到步驟7; 步驟7:操控裝置判斷是否出現電機操作超時，如果操作超時，則處理控制超時故障，結束操作;否則轉到步驟8; 步驟8:操控裝置判斷是否檢測到到位信號，如果檢測到到位信號，則電動操作完成，然后電機執行應力釋放操作，結束操作;否則轉到步驟5。
【文檔編號】H02B3/00GK106025881SQ201610307700
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】黃新波, 姬林垚, 朱永燦, 喬衛中, 郭劍鋒
【申請人】西安工程大學