专利名称：开关柜状态显示控制仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种适用于中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等多种开关柜的 工作状态指示的开关柜状态显示控制仪。属于显示仪技术领域。
背景技术：
长期以来，开关柜的状态指示都采用一次电路模拟指示牌，今年来国外陆续研发 了一系列的电子开关柜状态显示仪，它含有放大电路、单片机、A/D转换器等但是由于不带 通讯或者通讯规约不统一，无法进行远程通讯功能。同时价格昂贵、维修不方便。智能开关状态显示仪是适用于各种高低压开关柜配套使用的一种新型多功能模 拟动态显示与控制装置，具有功能完善、结构紧凑、显示形象直观、反应灵敏可靠的特点，能 够取代安装于开关柜上的传统的一次回路模拟指示牌、电磁式开关状态显示器、接地指示 器及除湿加热控制器等诸多元件，可减少元件数量，简化开关柜结构。该系列产品性能稳 定，安装方便，使用寿命长，并具有优异的环境耐受能力与电磁兼容性能，能够长期安全可 靠运行。
发明内容本实用新型提出的是一种开关柜状态显示控制仪，其的目旨在克服现有技术中的 不足之处。采用单片机技术实现对开关柜中各种元件工作状态的采集、除湿、加热控制，并 通过RS-485总线与后台监控计算机组网通信，便于实现对于多台开关柜组成的系统的远 程监控。本实用新型的技术解决方案其特征是包括温/湿度传感器、电源电路、信号采 样电路、电量取样电路、开关量采样电路、语音电路、阀值判断电路、逻辑控制电路、显示电 路、继电器输出电路、通讯电路，其中温/湿度传感器的信号输出端连接信号采样电路的信 号输入端，信号采样电路的信号输出端连接逻辑控制电路的第一信号输入端，逻辑控制电 路的第二信号输入端与阀值判断电路的信号输出端，逻辑控制电路的输出/输入端与通讯 电路的输入/输出端对应相接，逻辑控制电路的信号输出端分别与显示电路、语音电路、继 电器输出电路的信号输入端对应相接，电量取样电路的信号输出端与阀值判断电路的信号 输入端对应相接，开关量采样电路的信号输出端与逻辑控制电路的第三信号输入端对应相 接，电源电路的电源输出端分别与电量取样电路、逻辑控制电路、显示电路、继电器输出电 路、通讯电路和语音电路的电源输入端对应相接；所述的信号采样电路包括两个信号放大 电路、两个电压钳位电路，信号放大电路的输出端与电压钳位电路的输入端相连接；所述的 电量取样电路分三路，每一路包括A/D转换隔离电路与电压比较器电路，A/D转换隔离电路 的输出端与电压比较器电路的输入端相连接；所述的逻辑控制电路包括信号处理器、数据 存储单元、震荡器，其中信号处理器的输出端与数据存储单元的输入端相连接，震荡器的输 入端与信号处理器的输入端相连接。本实用新型的优点开关柜状态显示控制仪内部采用高性能DSP数字处理器，数字显示环境状态和工作状态。开关柜状态显示控制仪设有RS485通讯接口，通过通讯接口 可远程读取开关柜状态显示控制仪内全部数据或远程控制其动作。设有八路开入信号和四 路继电器输入信号用于显示断路器状态和控制开关柜的附属设备。优点有带电显示及闭 锁、温湿度智能控制、断路器分合状态指示、储能指示、接地开关状态指示、手车位置指示、 分合闸回路完好指示、语音防误操作指示、远方/本地操作、远程通信等多种功能，各种功 能可以自由组合。本产品采用单片机技术实现对开关柜中各种元件工作状态的采集、除湿、 加热控制，并通过RS-485总线与后台监控计算机组网通信，便于实现对于多台开关柜组成 的系统的远程监控，易推广。结构简单、价格低廉、使用灵活、便于维修的开关柜状态显示控制仪。
图1是开关柜状态显示控制仪的逻辑方框图。图2是信号采样电路电气原理方框图。图3是电量取样电路电气原理方框图。图4是开关量采样电路电气原理方框图。图5是逻辑控制电路电气原理框图。图6是显示电路电气原理方框图。图7是继电器输出电路电气原理方框图。图中的1是温/湿度传感器、2是电源电路、3是信号采样电路、4是电量取样电路、 5是开关量采样电路、6是语音电路、7是阀值判断电路、8是逻辑控制电路、9是显示电路、10 是继电器输出电路、11是通讯电路、12是信号放大电路、13是电压钳位电路、14是A/D转换 隔离电路、15是电压比较器电路、16是开关A/D转换电路、17是开关量信号隔离电路、18是 信号处理器、19是数据存储单元、20是震荡器、21是数码管显示电路、22是驱动隔离电路、 23是输出继电器电路。
具体实施方式
对照附图1，其结构是用以提供将温度与湿度的状态转换变为模拟电量信号的温 /湿度传感器1的信号输出端连接信号采样电路3的信号输入端，用以将温度与湿度的状态 转换为模拟电量信号进行采集；信号采样电路3的信号输出端连接逻辑控制电路8的第一 信号输入端，连接后对信号进行显示驱动与程序逻辑判断，如果发生了信号量大于程序阀 值量的情况下由逻辑控制电路8包含的信号处理器向所述的显示电路9、继电器输出电路 10、语音电路6输出驱动信号，用于显示故障信息与语音提示。同时向通过继电器输出电路 10输出继电器驱动信号通过输出继电器的合/分闸来控制外部辅助设备的启动，同时起到 调节开关柜内的环境温度和湿度的作用；逻辑控制电路8的第二信号输入端与阀值判断电 路7的信号输出端；逻辑控制电路8的输出/输入端与通讯电路11的输入/输出端对应相 接，允许后台监控计算机组网后进行远程的数据采集和控制；逻辑控制电路8的信号输出 端分别与显示电路9、语音电路6、继电器输出电路10的信号输入端对应相接；电量取样电 路4的信号输出端与阀值判断电路7的信号输入端对应相接；开关量采样电路5的信号输 出端与逻辑控制电路8的第三信号输入端对应相接，对信号进行周期采样和阀值逻辑程序 的判断后，向显示电路9、输出驱动信号。向现场人员提供声光提示；电源电路的电源输出 端分别与电量取样电路4、逻辑控制电路8、显示电路9、继电器输出电路10、通讯电路11和 语音电路6的电源输入端对应相接。[0014]对照附图2，信号采样电路的结构是由信号放大电路12、电压钳位电路13所组成。 信号放大电路12的输出端与电压钳位电路13的输入端相连接。其中信号放大电路12用 于获取由温/湿度传感器1输出的电量信号，并把它给放大。电压钳位电路13用于对放 大后的信号进行电压钳位稳定在3V以下，防止以外信号如果电压高于检测范围后对逻辑 控制电路的冲击，防止信号异常后电压高于检测范围对单片机的IO 口的冲击，保证单片机 的IO 口的电压取样值在规定的合理范围内。电压钳位电路13将信号提供给逻辑控制电路 的输入端后，由逻辑控制电路对信号进行傅里叶积数展开后的周期采样和逻辑程序的判断 后，向显示电路、语音电路、继电器输出电路、输出驱动信号。最后通过驱动继电器的输出使 连接在继电器输出电路的附属设备工作后用来调节开关柜内的环境温度和湿度。工作时，温/湿度传感器的输出模拟信号通过信号放大电路12中的分压电阻RZ3、 RZ4、RZ8和分压电阻RZlO分压后，经高频滤波电容CZl和CZ2输入到放大器UZlA的同相 端。根据反馈电阻RZ2与RZl以及反馈电阻RZ6与RZ7的比值来进行信号放大，一般放大 倍数为10。放大后的信号通过电压钳位电路中的两个钳位二极管DZ1、DZ2进行电压钳位 输出给逻辑控制电路。对照附图3，电量取样电路用以将开关柜接入的电压数据提供给阀值判断电路。其 结构包括A/D转换隔离电路14与电压比较器电路15，A/D转换隔离电路14的输出端与电 压比较器电路15的输入端相连接。其中A/D转换隔离电路14用于将开关柜接入的电压数 据从模拟量转换为直流量同时起到隔离保护作用。电压比较器电路15用于通过一个给定 的电压阀值信号通过对比来判断电压状态，同时将信号状态量提供给逻辑控制电路8，对信 号进行周期采样和逻辑程序的判断后，显示电路、语音电路、输出驱动信号。向现场人员提 供报警提示。工作时，开关柜中三项电压信号中的A电压信号经过整流二极管DA11、B电压信 号经过整流二极管DB11、C电压信号经过整流二极管DCll进行半波整流后经过电阻RA11、 RBlURCll分压后来驱动三个光藕UA11、UB11、UC11、导通。光藕导通后将隔离后的电压信 号量输出给三个电压比较器UAA、UBA、UCA的反相端与由电源输出的基准电压进行对比后， 如果超出了限定的基准阀值后输出高电平给逻辑控制电路。对照附图4，开关量采样电路用于将开关柜接入的外部设备的开入量提供给逻辑 控制电路，其结构包括8组相互独立的外部设备的开关输入量，每组开关输入量由开关量 A/D转换电路16与开关量信号隔离电路17组成。开关量A/D转换电路16的输出端与开关 量信号隔离电路17的输入端相连接。通过开关量A/D转换电路16将开关量信号由交流信 号转换为直流信号，再由开关量信号隔离电路17将直流信号隔离后提供给逻辑控制电路8 进行逻辑判断。1-8 组开关输入量分别经分压电阻 RXl 1 RXl 1、RX21、RX31、RX41、RX51、RX61、RX71、 RX81分压后，分别经整流电路BD1、BD2、BD3、BD4、BD5、BD16、BD7、BD8整流后输出直流信 号，直流信号分别经分压电阻RXlU RX12、RX13、RX14、RX15、RX16、RX17、RX18分压后分别 驱动开关量信号隔离电路中的光藕皿1、皿2、皿3、皿4、皿5、皿6、皿7、皿8导通。将隔离后 开关量信号输入给逻辑控制电路8。对照附图5，逻辑控制电路用于将由信号采样电路、阀阀值判断电路、开关量采样 电路输出的信号量进行采集和逻辑判断后提供给显示电路、通讯电路、继电器输出电路以 5及语音电路。阀值判断电路的输出端分别与逻辑控制电路的输入端和显示电路中的数码管 显示电路相连接；用于将开关柜接入的电压数据从模拟量转换为直流量同时起到光电隔离 保护作用。逻辑控制电路的结构包括信号处理器18、数据存储单元19、震荡器20。信号处理 器18的输出端与数据存储单元19的输入端相连接。震荡器20的输入端与信号处理器18 的输入端相连接。其中信号处理器18，用于依照逻辑程序的的算法对采样的数值进行算术 计算与逻辑判断。同时输出对应的逻辑信号。数据存储单元19用于对信号处理器在对信 号进行逻辑处理后对相应的事件进行存储，将存储信息向通讯电路11输出。震荡器20用 于为信号处理器18提供震荡频率。通讯电路11用以将逻辑控制电路8中的数据存储单元 中的数据通过RS485通讯方式进行通讯采集。逻辑控制电路的输入端与信号采样电路的输出端相连接后对信号进行显示驱动 与程序逻辑判断，如果发生了信号量大于程序阀值量的情况下由逻辑控制电路包含的信号 处理器向所述的显示电路、继电器输出电路、语音电路、输出驱动信号，用于显示故障信息 与语音提示。同时向通过继电器输出电路输出继电器驱动信号通过输出继电器的合/分闸 来控制外部辅助设备的启动，同时来起到调节开关柜内的环境温度和湿度的作用。逻辑控制电路的输出端与通讯电路的输入端相连接。允许后台监控计算机组网后 进行远程的数据采集和控制。对照附图6，显示电路将开关柜状态显示控制仪的工作和环境状态依据相应的单 位显示。显示电路的结构包括数码管显示电路21，数码管显示电路21用以接受由逻辑控制 电路8提供的显示数据转换后向显示数码管提供显示的驱动信号。键盘电路用以向信号处 理器输入设定信号。显示数码管、用于将状态量输出显示。语音电路用以将开关柜的状态信息和线路中的故障信息通过语音来提示。对照附图7，继电器输出电路的结构包括驱动隔离电路22、输出继电器电路23。驱 动隔离电路22的输出端与输出继电器电路23的输入端相连接。驱动隔离电路22用以接 受由逻辑控制电路提供的输出继电器提供驱动信号，隔离后向输出继电器电路23输出。输 出继电器电路23用以控制输出继电器的工作状态和保护继电器的线圈。
权利要求一种开关柜状态显示控制仪，其特征是包括温/湿度传感器、电源电路、信号采样电路、电量取样电路、开关量采样电路、语音电路、阀值判断电路、逻辑控制电路、显示电路、继电器输出电路、通讯电路，其中温/湿度传感器的信号输出端连接信号采样电路的信号输入端，信号采样电路的信号输出端连接逻辑控制电路的第一信号输入端，逻辑控制电路的第二信号输入端与阀值判断电路的信号输出端，逻辑控制电路的输出/输入端与通讯电路的输入/输出端对应相接，逻辑控制电路的信号输出端分别与显示电路、语音电路、继电器输出电路的信号输入端对应相接，电量取样电路的信号输出端与阀值判断电路的信号输入端对应相接，开关量采样电路的信号输出端与逻辑控制电路的第三信号输入端对应相接，电源电路的电源输出端分别与电量取样电路、逻辑控制电路、显示电路、继电器输出电路、通讯电路和语音电路的电源输入端对应相接；所述的信号采样电路包括两个信号放大电路、两个电压钳位电路，信号放大电路的输出端与电压钳位电路的输入端相连接；所述的电量取样电路分三路，每一路包括A/D转换隔离电路与电压比较器电路，A/D转换隔离电路的输出端与电压比较器电路的输入端相连接；所述的逻辑控制电路包括信号处理器、数据存储单元、震荡器，其中信号处理器的输出端与数据存储单元的输入端相连接，震荡器的输入端与信号处理器的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种开关柜状态显示控制仪，其特征是信号放大电路包括分 压电阻、反馈电阻、高频滤波电容、放大器，其中分压电阻与高频滤波电容和放大器的正极 相接；放大器的输出端与反馈电阻相接；电压钳位电路由钳位二极管进行电压钳位输出给 逻辑控制电路。
3.根据权利要求1所述的一种开关柜状态显示控制仪，其特征是继电器输出电路包括 驱动隔离电路、输出继电器电路，其中驱动隔离电路的输出端与输出继电器电路的输入端 相连接。
专利摘要本实用新型是一种开关柜状态显示控制仪，包括温/湿度传感器、电源电路、信号采样电路、电量取样电路、开关量采样电路、语音电路、阀值判断电路、逻辑控制电路、显示电路、继电器输出电路、通讯电路，用于各种高低压开关柜配套使用的一种模拟动态显示与控制装置。优点有带电显示及闭锁、温湿度智能控制、断路器分合状态指示、储能指示、接地开关状态指示、手车位置指示、分合闸回路完好指示、语音防误操作指示、远方/本地操作、远程通信等多种功能，各种功能自由组合。采用单片机技术实现对开关柜中各种元件工作状态的采集、除湿、加热控制，通过RS-485总线与后台监控计算机组网通信，实现对于多台开关柜组成的系统的远程监控，易推广。
文档编号G05B19/418GK201716582SQ201020252738
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者周喜章, 王青云 申请人:南京康尼科技实业有限公司