一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁的制作方法

本发明涉及供电系统高压控制柜柜门安全防护的技术领域，更具体的涉及一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁。

背景技术：

随着社会经济的不断发展，越来越多的城市有了地铁、高铁等运输交通工具，而这些地铁、高铁等运输交通工具一般都会配备高压控制柜，尤其是地铁需求全线配备车站变电所400v的开关控制柜，而这类供电系统400v控制柜等高压供电设备一般会设置柜后门，方便操作人员后期进行内部维修，但是目前的这类高压供电设备内的母线是否带电，其柜后门无任何指示，均能够直接打开，操作人员容易误入带电间隔而产生有触及母线带电部分的风险，因此存在较大的安全隐患，故而需要改进。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种防止操作人员误操作，以杜绝误入带电间隔的风险，提高安全性的一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁，包括能够安装到输出具有+24v供电电压和+5v供电电压的控制柜柜体内的箱体，

所述箱体内设有以下部件：

用于外接门磁传感器，并对控制柜柜门开和关进行判断的门磁判断单元；

用于检测箱体所处环境光亮度的光敏检测单元；

门锁控制单元，所述门锁控制单元包括电磁锁和双刀双掷继电器，其具有一个锁杆，所述锁杆通过双刀双掷继电器的吸合或断开控制电磁锁的得电状态以实现对控制柜的闭锁或开锁；

用于检测人体是否靠近的红外感应单元；

用于对控制柜柜门状态、供电状态进行提醒的状态提醒单元；

一个arm主控器，所述arm主控器分别与门磁判断单元、光敏检测单元、门锁控制单元、红外感应单元、状态提醒单元电连接，以通过共同判断门磁判断单元和光敏检测单元的当前状态，实现只有当门磁吸合、光照强度弱时，认为电磁锁处于关门状态；当门磁未吸合，且光照强度强时，认为电磁锁处于开门状态；否则即为异常状态；并当红外传感器感知有人员靠近时，通过状态提醒单元提醒靠近的人员控制柜的当前状态及警示作用；

用于引入控制柜的输出+24v供电电压和+5v供电电压作为系统供电电源的第一电源供电单元；所述的第一电源供电单元为所述门磁判断单元、arm主控器供电。

进一步，为了使检测更准确，还包括，当使用在+35kv系统控制柜的柜门时，还能够与+35kv系统自带的带电显示器以及arm主控器连接后来检测判断35kv带电状况的带电检测单元。

进一步，所述的arm主控器为自带ad转换功能的arm控制单片机u1。

进一步，为了使电路更简单，所述第一电源供电单元包括能够外接的+24v的+24v接线端口和外接+5v的+5v接线端口以及ac-dc开关电源模块，所述的ac-dc开关电源模块包括稳压管vr1，所述稳压管vr1的vin端连接+5v供电电压，所述稳压管vr1的vin端与稳压管vr1的gnd端之间并联有第一电容c1与第二电容c2，所述稳压管vr1的vout端与稳压管vr1的gnd端之间并联有第一电容c3与第二电容c4。

进一步，为了使电路更简单，所述的状态提醒单元包括相互依次串联在+5v供电电压与arm控制单片机u1之间的第一发光二极管d1、第八二极管d8、第九二极管d9和第十电阻r10、以及声音报警电路和相互串联第一电阻r1和第二发光二极管d2，所述第二发光二极管d2与第一发光二极管d1的亮灯颜色不同，且所述第一发光二极管d1为能够改变亮灯闪烁频率的呼吸灯以作为控制柜不同状态的形式，所述第一电阻r1和第二发光二极管d2串联后连接在双刀双掷继电器两端上用于检测系统是否供电的状态。

进一步，为了使电路更简单，所述的带电检测单元包括三组结构相同，输入分别连接+35kv系统自带的带电显示器的四个引脚，输出分别连接arm控制单片机u1的ad转换接口的电压处理电路，每一组电压处理电路均包括一个第一半波整流二极管、两个电容并联后构成的滤波电路以及两个电阻串联后进行分压的分压电路，三个分压电路的分压端连接arm控制单片机u1的ad转换接口，带电检测单元输入端通过检测接口连接对应的三组电压处理电路的输入端。

进一步，为了使电路更简单，所述的光敏检测单元包括光敏电阻r17、第十九电阻r19和第十八电阻r18，所述的光敏电阻r17和第十九电阻r19串联后两端分别与3.3v供电电压与接地端gnd连接，所述的第十八电阻r18一端连接在光敏电阻r17和第十九电阻r19的公共端，所述的第十八电阻r18另一端连接arm控制单片机u1，所述的门锁控制单元还包括第二npn三极管q2、第四二极管d4和电磁锁接线接口，电磁锁接线接口外接所述电磁锁，所述的第二npn三极管q2的基极通过第九电阻r9连接arm控制单片机u1，所述第二npn三极管q2的集电极通过双刀双掷继电器的线圈连接+5v供电电压，所述的第四二极管d4与双刀双掷继电器的线圈并联，所述双刀双掷继电器的双刀联动开关的1脚连接+24v供电电压；双刀联动开关的4脚连接+24v的接地端；双刀联动开关的3脚和2脚连接电磁锁的两端，所述的红外感应单元通过红外感应接口外接红外感应器，门磁判断单元通过门磁接口外接门磁器。

进一步，为了使电路更简单，还包括用于对系统进行消音的消音单元，所述消音单元包括第五电阻r5、第六电阻r6、第十四电容c14和消音按键接口，第六电阻r6和第十四电容c14串联后连接在+5v供电电压与接地端之间，第六电阻r6和第十四电容c14的公共端通过第五电阻r5连接arm控制单片机u1，且所述第六电阻r6和第十四电容c14的公共端与消音按键接口连接用于外接消音按键。

进一步，为了使电路更简单，在arm控制单片机u1上还连接有用于系统复位的复位电路、用于烧写程序来实现更新程序的程序接口、用于将系统状况传输出去的uart接口、用于对arm控制单片机u1进行系统状态提醒的灯光指示电路，所述的灯光指示电路包括蓝灯提示的第三发光二极管d1-1和绿灯提示的第四发光二极管d2-2，第三发光二极管d1-1与第二电阻r2串联在+3.3v供电电压与arm控制单片机u1之间，第四发光二极管d2-2与第三电阻r3串联在+3.3v供电电压与arm控制单片机u1之间。

进一步，为了使整体布局更简单，所述箱体包括相互锁紧的上盖和底座，所述的电磁锁接线接口、红外感应接口、第一发光二极管d1、第一电阻r1和第二发光二极管d2安装到一个转接板上，转接板固定在上盖内，在转接板上还连接一个第一转接接口，剩余电路均安装到一个固定在底座内的主控板上，在主控板上还连接一个第二转接接口，第二转接接口与第一转接接口后期通过外接连接线对应连接。

本发明公开的一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁，本发明通过结合门磁感应、光敏感应、红外感应的多种对控制柜柜门的监测手段，实现主动监测控制柜的供电状况、柜门锁闭状态以及控制柜附近人员状况，并结合三者状况进行综合判断，实现带电锁闭、故障报警、人员靠近警示、快速维修提示的功能，最终防止操作人员误操作，以杜绝误入带电间隔的风险，提高安全性。

附图说明

图1是本实施例1中一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁的整体结构示意图；

图2是本实施例1中一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁打开时的内部结构示意图；

图3是本实施例1中一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁的内部原理框图；

图4是本实施例1中arm主控器、程序接口、uart接口以及arm主控器晶振电路的电路原理图；

图5是本实施例1中+24v接线端口、+5v接线端口、ac-dc开关电源模块的电路原理图；

图6是本实施例1中状态提醒单元、电磁锁接线接口、红外感应接口、消音按键接口的原理图；

图7是本实施例1中电压处理电路的原理图；

图8是本实施例1中门磁判断单元以及第二转接接口的原理图；

图9是本实施例1中光敏检测单元的原理图；

图10是本实施例1中门锁控制单元的原理图；

图11是本实施例1中消音单元的原理图；

图12是本实施例1中灯光指示电路的原理图；

图13是本实施例1中复位电路的原理图；

图14是现有技术中400v的开关控制柜电源电压输出连接示意图；

图15是现有技术中+35kv的开关控制柜的部分输出连接示意图。

其中：箱体1、上盖1-1、底座1-2、转接板1-3、第一转接接口1-4、主控板1-5、第二转接接口1-6、门磁判断单元2、光敏检测单元3、门锁控制单元4、电磁锁4-1、双刀双掷继电器4-2、红外感应单元5、状态提醒单元6、arm主控器7、第一电源供电单元8、带电检测单元9、ac-dc开关电源模块10、+24v接线端口11、+5v接线端口12、电压处理电路9-1、第一半波整流二极管9-2、滤波电路9-3、分压电路9-4、检测接口9-5、红外感应接口5-1、电磁锁接线接口4-4、门磁接口2-1、消音单元13、消音按键接口13-1、复位电路14、程序接口15、uart接口16、灯光指示电路17。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

实施例1：

如图1至图15所示，本实施例公开的一种防止检修人员误入带电间隔的五防锁，包括能够安装到输出具有+24v供电电压和+5v供电电压的控制柜柜体内的箱体1，

所述箱体1内设有以下部件：

用于外接门磁传感器，并对控制柜柜门开和关进行判断的门磁判断单元2；

用于检测箱体1所处环境光亮度的光敏检测单元3；

门锁控制单元4，所述门锁控制单元4包括电磁锁4-1和双刀双掷继电器4-2，其具有一个锁杆4-3，所述锁杆4-3通过双刀双掷继电器4-2的吸合或断开控制电磁锁4-1的得电状态以实现对控制柜的闭锁或开锁；

用于检测人体是否靠近的红外感应单元5；

用于对控制柜柜门状态、供电状态进行提醒的状态提醒单元6；

一个arm主控器7，所述arm主控器7分别与门磁判断单元2、光敏检测单元3、门锁控制单元4、红外感应单元5、状态提醒单元6电连接，以通过共同判断门磁判断单元2和光敏检测单元3的当前状态，实现只有当门磁吸合、光照强度弱时，认为电磁锁4-1处于关门状态；当门磁未吸合，且光照强度强时，认为电磁锁4-1处于开门状态；否则即为异常状态；并当红外传感器感知有人员靠近时，通过状态提醒单元6提醒靠近的人员控制柜的当前状态及警示作用；

用于引入控制柜的输出+24v供电电压和+5v供电电压作为系统供电电源的第一电源供电单元8；所述的第一电源供电单元8为所述门磁判断单元2、arm主控器7供电。

进一步，为了使检测更准确，还包括，当使用在+35kv系统控制柜的柜门时，还能够与+35kv系统自带的带电显示器以及arm主控器7连接后来检测判断35kv带电状况的带电检测单元9，由于将本系统应用到35kv系统中，由于控制柜的系统是35kv高压的，无法直接获取到+24和+5的电，因此本五防锁系统是挂在二次室的220的电上的，所以需要一个检测电路即本发明的带电检测单元9，而直接检测35kv是否带电，成本较大，且万一发生漏电等情况后果十分严重，故采的是带电显示器ac18v的电，同时由于现有的35kv高压的带电显示器内部是有35kv转18v的电压的，能显示35kv带电状态，但是由于故障或者操作人员麻痹大意，就打开门直接操作了，因此加装五防锁后实现在麻痹大意时也打不开，除非强行撬门或者用机械钥匙等手段。

进一步，所述的arm主控器7为自带ad转换功能的arm控制单片机u1。

进一步，为了使电路更简单，所述第一电源供电单元8包括能够外接的+24v的+24v接线端口11和外接+5v的+5v接线端口12以及ac-dc开关电源模块10，所述的ac-dc开关电源模块10包括稳压管vr1，所述稳压管vr1的vin端连接+5v供电电压，所述稳压管vr1的vin端与稳压管vr1的gnd端之间并联有第一电容c1与第二电容c2，所述稳压管vr1的vout端与稳压管vr1的gnd端之间并联有第一电容c3与第二电容c4。

进一步，为了使电路更简单，所述的状态提醒单元6包括相互依次串联在+5v供电电压与arm控制单片机u1之间的第一发光二极管d1、第八二极管d8、第九二极管d9和第十电阻r10、以及声音报警电路13和相互串联第一电阻r1和第二发光二极管d2，所述第二发光二极管d2与第一发光二极管d1的亮灯颜色不同，且所述第一发光二极管d1为能够改变亮灯闪烁频率的呼吸灯以作为控制柜不同状态的形式，所述第一电阻r1和第二发光二极管d2串联后连接在双刀双掷继电器4-2两端上用于检测系统是否供电的状态。

进一步，为了使电路更简单，所述的带电检测单元9包括三组结构相同，输入分别连接+35kv系统自带的带电显示器的四个引脚，输出分别连接arm控制单片机u1的ad转换接口的电压处理电路9-1，每一组电压处理电路9-1均包括一个第一半波整流二极管9-2、两个电容并联后构成的滤波电路9-3以及两个电阻串联后进行分压的分压电路9-4，三个分压电路9-4的分压端连接arm控制单片机u1的ad转换接口，带电检测单元9输入端通过检测接口9-5连接对应的三组电压处理电路9-1的输入端。

进一步，为了使电路更简单，所述的光敏检测单元3包括光敏电阻r17、第十九电阻r19和第十八电阻r18，所述的光敏电阻r17和第十九电阻r19串联后两端分别与3.3v供电电压与接地端gnd连接，所述的第十八电阻r18一端连接在光敏电阻r17和第十九电阻r19的公共端，所述的第十八电阻r18另一端连接arm控制单片机u1，所述的门锁控制单元4还包括第二npn三极管q2、第四二极管d4和电磁锁接线接口4-4，电磁锁接线接口4-4外接所述电磁锁4-1，所述的第二npn三极管q2的基极通过第九电阻r9连接arm控制单片机u1，所述第二npn三极管q2的集电极通过双刀双掷继电器4-2的线圈连接+5v供电电压，所述的第四二极管d4与双刀双掷继电器4-2的线圈并联，所述双刀双掷继电器4-2的双刀联动开关的1脚连接+24v供电电压；双刀联动开关的4脚连接+24v的接地端；双刀联动开关的3脚和2脚连接电磁锁4-1的两端，所述的红外感应单元5通过红外感应接口5-1外接红外感应器，门磁判断单元2通过门磁接口2-1外接门磁器。

进一步，为了使电路更简单，还包括用于对系统进行消音的消音单元13，所述消音单元13包括第五电阻r5、第六电阻r6、第十四电容c14和消音按键接口13-1，第六电阻r6和第十四电容c14串联后连接在+5v供电电压与接地端之间，第六电阻r6和第十四电容c14的公共端通过第五电阻r5连接arm控制单片机u1，且所述第六电阻r6和第十四电容c14的公共端与消音按键接口13-1连接用于外接消音按键。

进一步，为了使电路更简单，在arm控制单片机u1上还连接有用于系统复位的复位电路14、用于烧写程序来实现更新程序的程序接口15、用于将系统状况传输出去的uart接口16、用于对arm控制单片机u1进行系统状态提醒的灯光指示电路17，所述的灯光指示电路17包括蓝灯提示的第三发光二极管d1-1和绿灯提示的第四发光二极管d2-2，第三发光二极管d1-1与第二电阻r2串联在+3.3v供电电压与arm控制单片机u1之间，第四发光二极管d2-2与第三电阻r3串联在+3.3v供电电压与arm控制单片机u1之间。

进一步，为了使整体布局更简单，所述箱体1包括相互锁紧的上盖1-1和底座1-2，所述的电磁锁接线接口4-4、红外感应接口5-1、第一发光二极管d1、第一电阻r1和第二发光二极管d2安装到一个转接板1-3上，转接板1-3固定在上盖1-1内，在转接板1-3上还连接一个第一转接接口1-4，剩余电路均安装到一个固定在底座1-2内的主控板1-5上，在主控板1-5上还连接一个第二转接接口1-6，第二转接接口1-6与第一转接接口1-4后期通过外接连接线对应连接。

本发明通过结合门磁感应、光敏感应、红外感应的多种对控制柜柜门的监测手段，实现主动监测控制柜的供电状况、柜门锁闭状态以及控制柜附近人员状况，并结合三者状况进行综合判断，实现带电锁闭、故障报警、人员靠近警示、快速维修提示的功能，最终防止操作人员误操作，以杜绝误入带电间隔的风险，提高安全性，其具体分析如下：将设置在主控板1-5上的电路部分作为主板部分进行分析：

预先根据使用场景进选择本产品与控制柜的连接示意图，若使用在400v时与图14的输出+24v供电电压和+5v供电电压直接进行连接，若实用+35kv则使用与图15的输出+24v供电电压和+5v供电电压进行连接外，还需要检测供电电压的可靠性，故而通过带电检测单元9与+35kv内自带的带电显示器ac18v进行对应的连接，最终实现本产品的安装。

第一电源供电单元8中的ac-dc开关电源模块10作为系统电源处理部分，将外部dc5v电源转化为arm所用的dc3.3v，

arm控制单片机u1采用stm32f103c8t6型号，作为系统核心，arm最小系统，程序接口，用于更新arm程序，uart接口用于将系统状况传输出去，方便后期快速检修；

灯光指示电路17作为内部对本锁检修时的工作指示，蓝灯由arm控制，1kz频率闪烁，代表系统工作正常，绿灯为系统电源指示灯；和复位电路一样皆为维修人员使用；

带电检测单元9电路中：由于35kv系统自带的带电显示器能够显示35kvabc三相的带电状态并输出相间ac18v的信号，本系统的adc20a、adc20b、adc20c、adc20g这4个输入检测点，就是连接到带电显示器的a、b、c、n所对应的接口上，通过半波整流、滤波、分压，将信号转变为arm主控器7能够承受的dc3.3v以内的电压，然后通过arm模数转换来判断35kv带电状况，此部分仅在35kv系统中启用；

光敏检测单元3的光敏电阻通过模数转换，检测光敏电阻值，从而计算出系统所处环境光亮度，用于判断是否处于开门状态(控制柜门关闭，则无亮光，柜门打开，维修灯以及外部照明会是的光照强度上升；

门锁控制单元4主要控制外部的电磁锁4-1以及转接板上的绿灯(无电指示)；

如图6所示中，声音报警电路13的蜂鸣器，用于声音报警；

将设置在转接板1-3上的电路部分作为辅助板部分进行分析：

第一发光二极管d1采用红灯为报警指示灯，具有呼吸灯、慢闪、快闪、快慢交替闪、熄灭，五种状态；第二发光二极管d2采用绿灯为无电指示灯，具有点亮、熄灭2种状态。

原理如下：此系统用在400v控制柜上时，系统正常工作，则判断为400v带电；系统失电，则判断为400v失电；此系统用在35kv控制柜上时，由adc20a、adc20b、adc20c、adc20g接口，通过读取带电显示器的数据进行系统是否带电的判断。

系统对于柜门的开关判断，由光敏电阻、门磁开关共同判断：门磁吸合、光照强度弱，则关门；门磁未吸合、光照强度强，则开门；其余状态，系统认为异常。

系统通过红外传感器感知是否有人员靠近，通过红灯(报警指示)、绿灯(无电指示)及蜂鸣器提醒操作人员设备的状态：

1、系统带电，柜门锁闭，无人靠近：电磁锁4-1锁闭，红灯呼吸灯，绿灯熄灭。

2、系统带电，柜门锁闭，有人靠近：电磁锁4-1锁闭，红灯慢闪，绿灯熄灭，蜂鸣器长短间隔鸣叫(滴～～～滴～～～滴～～～滴～～～)。

3、系统带电，柜门打开：电磁锁4-1释放(让员工可以把门关上，门一旦关上，则变为状态2，电磁锁4-1立即锁闭)，红灯快闪，绿灯熄灭，蜂鸣器短促鸣叫(滴滴滴滴滴滴)。

4、系统带电，柜门状态异常：电磁锁4-1保持原状(原来锁闭，则继续锁闭；原来释放，则继续释放)红灯快慢交替闪烁，绿灯熄灭，蜂鸣器2声一组鸣叫(滴滴～～～滴滴～～～滴滴～～～滴滴～～～)

5、系统失电：电磁锁4-1释放，红灯熄灭，绿灯常亮。

综上所述，在本实施例中采用arm(型号为stm32f103c8t6)作为arm主控器7，结合光耦隔离、模数转换、门磁感应、光敏感应、红外感应、usart通讯等多种技术手段，实现主动监测400v供电状况、400v控制柜柜门锁闭状态以及控制柜附近人员状况，并结合三者状况进行综合判断，实现带电锁闭、故障报警、人员靠近警示、快速维修提示的功能：具体功能如下：

采用arm、双刀双掷继电器4-2双路检测400v母联供电情况，并分别反映在“有电指示灯”-即为第一发光二极管d1；与“无电指示灯”-即为第二发光二极管d2上，然后光敏、门磁一起检测门的状态、红灯(第一发光二极管d1)、绿灯(第二发光二极管d2)共同显示检测结果以实现双路检测、双路显示，最终提高系统整体安全性能以及检测结果可信度高；

供电设备房内控制柜指示灯众多，“有电指示灯”在设备带电时为呼吸灯状态，避免维修人员巡检时漏看错看；

采用光敏感应、门磁感应双路检测400v控制柜柜门状态，最终使得检测结果可信度高，若设备带电下柜门被打开(由于原本控制柜背面没有指示灯，一排控制柜并排摆放，存在开错柜门的状况，安装本系统后，安全性能大增，但员工若使用电磁锁4-1硬件钥匙，或柜门原本便虚掩等未关好的情况，抑或是强行撬开，还是能够打开柜门的)，则使用“有电指示灯”快闪、光电报警短鸣的方式进行报警，柜门关闭后解除报警；

1、若双路门体状态检测结果不一致时，则使用“有电指示灯”快慢交替闪烁、光电报警长短交替鸣叫的方式进行报警，提醒维修人员尽快维修；

2、根据门体状态，结合红外感应检测人员靠近状况，在柜门关闭且有人员靠近时，使用“有电指示灯”慢闪、光电报警短鸣的方式进行提醒，人员离开后解除报警，给用户一个提醒以及警示的作用。

3、因控制柜安装距离较近，故设置“消音按钮”，以避免师徒带教等特殊情况导致的设备一直报警；按下消音按钮后，10分钟内将仅使用“有电指示灯”慢闪的方式进行提醒，时间到后恢复正常报警形式，期间可继续按下“消音按钮”延长消音时间。

4、系统采用常闭双刀双掷继电器4-2控制“无电指示灯”及“电磁锁4-1”，arm通过控制电磁锁4-1、双刀双掷继电器4-2来控制电磁锁4-1开闭，保证设备即使在armarm主控器7宕机的情况下仍能完成“只有断电时才点亮“无电指示灯”并允许打开柜门”的关键功能？

5、armarm主控器7使用硬件看门狗idog(芯片自带，程序中编写即可，这是本领域的常规技术，故此步骤具体描述)，以应对400v控制室内的强电磁环境。若arm宕机，将在0.5秒内检测到自身宕机并完成重启，恢复系统功能，且恢复功能的同时使用“有电指示灯”常亮3秒、光电报警长鸣3秒的方式进行报警。此设计使得系统遇偶然性宕机时，能自动恢复正常；遇外部原因导致产生严重宕机时，则能提醒工作人员尽快处理现场情况；

6、预留arm的swd应用接口-即程序接口)，便于直接对arm进行仿真测试来查找设备软件问题以及后期的软件bug消除及升级功能。

7、使用usart接口，将设备数据向外发送，维修人员在维修时只需连上电脑就能直接观察设备状态与现场状态是否一致，大大提升设备维修效率。

本发明人需要说明的是工作原理中设计到对灯体进行呼吸灯、慢闪、快闪、快慢交替闪、熄灭，五种状态的驱动以及各个数据传输的获取接收，对比计算过程中涉及到的程序均是本领域技术人员在获知本技术方案后能够简单获知的常规技术，故此不做具体描述。

当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。