本发明涉及高压真空永磁断路器，特别涉及一种智能控制器。
背景技术：
传统的高压真空断路器按其操动机构可分为电磁式和电动弹簧式，早期，电磁操动机构的较好地迎合了真空灭弧室的需求，得到了广大地发展和应用，但由于其机械结构复杂故障率高而被新兴的永磁操动机构替代。永磁机构主要利用永磁体的磁力使得断路器保持在开断或者闭合位置。采用了永磁机构的断路器，可以与计算机技术相互结合，便于实现断路器控制的智能化操作。
永磁机构如图1所示，1是静铁心,是操动机构的磁路通道；2为动铁心,是整个机构中最主要的动部件；3为第一永久磁体，4为第二永久磁体,为机构提供永磁保持时所需要的吸力；5为合闸线圈，6为分闸线圈；7是驱动杆,是操动机构与断路器传动机构之间的连接纽带。
当断路器处于合闸或分闸位置时，分、合闸线圈中没有电流通过，永久磁铁利用动、静铁心提供的低磁阻抗通道通过永磁体的吸引力将动铁心固定在上、下极限位置，而不需要复杂机械联锁装置。当有动作信号时，分闸或合闸线圈中通过励磁电流，产生磁动势，动、静铁心中的磁场由分闸或合闸线圈产生的磁场与永久磁体产生的磁场叠加合成，动铁心在合成磁场的作用力的作用下可上下运动，并通过传动杆及传动机构推动断路器的动触头运动，完成分闸或合闸任务。动铁心在行程终止的两个极限位置时，不需要消耗任何能量即可保持，即能实现所谓的永磁保持。
为了能够对真空断路器实现有效的分、合闸控制，其主要是通过永磁机构上的驱动杆进行驱动，而如何有效对此永磁机构进行控制，在断路器合分闸的时候，其触点是带有强电的，最有效的方式是在母线电压过零点的时候进行切断，但是，现有的控制器的智能化程度不高，因此需要设计有效的控制器以满足现场环境、设备条件以及工作的要求。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供工作可靠的智能控制器。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种智能控制器，包括互感器、信号调理电路、光电隔离电路、功率因数模块、过载判断电路、过零点检测电路、键盘电路、单片机以及开关驱动电路；
互感器，用以感应三相线路状态并输出检测信号；
信号调理电路，耦接于互感器，用以将检测信号进行调理并输出模拟信号；
光电隔离电路，将模拟信号分别耦合至功率因素模块、过载判断电路、过零点检测电路；
功率因素模块，用以将模拟信号进行转换计算出功率因素参数输入至单片机；
过零点检测电路，用以将模拟信号进行判断，确定过零点时刻；
键盘电路，用以输出键盘命令信号至单片机；
开关驱动电路，耦接于单片机用以驱动分合闸线圈。
通过上述设置，能够及时检测出需要开断的电路的电压或电流过零时刻，并立即发出操作信号,单片机可以进行中断服务程序计算电压过零点的时刻，然后结合当前的过零点情况，计算出断路器最佳的合闸时间，从而确定发出合闸启动信号的时刻。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述智能控制器还包括温度传感器，温度传感器将温度检测信号依次通过信号调理电路、光电隔离电路传输至单片机。
通过上述设置，温度传感器可以有效检测智能控制器的工作环境温度，并实时反馈至单片机中，起到对温度的有效监测，避免温度故障而不能及时获知，在温度传感器与单片机之间通过信号调理电路和光电隔离电路，可以起到有效的信号滤波处理，提高信号的抗干扰强度，并且采用光电隔离电路可以进一步提高整体电路的稳定性，也起到对单片机引脚输入的保护，防止信号出现灌电流对单片机引脚的影响。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述单片机还连接有LED显示电路以及报警电路。
通过上述设置，单片机具有信号处理、分析能力，并且可以根据检测接收来的信号及时作出判断，从而可以启动LED显示电路进行数据显示，更加直观的显示工作情况，而在有故障的时候，可以及时报警。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述单片机上还连接有RS232接口。
通过上述设置，采用RS232接口可以进行与上位机进行通讯连接，从而可以进行双向数据传递。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述过零点检测电路包括模拟信号输入端、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、运放元件、二极管D1、施密特触发器；
模拟信号输入端通过电阻R11连接运放元件的反相端，运放元件的输出端串联电阻R13、电阻R12后接地，电阻R13和电阻R12之间的连接点连接运放元件的同相输入端，运放元件的输出端串联电阻R14、二极管D1、施密特触发器后输出至单片机。
通过上述设置，采用运放元件形成滞回比较器电路以防止输出的方波信号在输入信号过零点附近产生抖动，避免影响检测的准确性和系统的稳定。运放元件的输出方波信号经施密特触发器74HC14输入单片机，以增加系统的可靠性。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述单片机采用PIC16F877芯片，功率因素模块采用CS5460A芯片。
功率因素模块可以与单片机进行通讯连接，可以通过SPI总线结构进行双向数据传输。
一种智能控制器的多数据归类处理方法，
步骤1：单片机初始化；
步骤2：开中断；
步骤3：判断数据采集标志，是，则调用数据采集程序，否，则进入下一步骤；
步骤4：判断过零检测标志，是，则调用过零处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤5：判断显示处理标志，是，则调用显示处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤6：判断键盘处理标志，是，则调用键盘处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤7：判断开关控制标志，是，则调用开关处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤8：判断通讯处理标志，是，则调用通讯处理程序，否，则进入步骤3。
进一步的，数据采集处理步骤如下：
步骤3.1：定时器中断开启；
步骤3.2：启动A/D转换；
步骤3.3：判断转换是否结束，否，则等待，是，则读取结果和数据处理；
步骤3.4：判断一个周期采样是否完成，否，则返回步骤3，是，则计算和处理相关参数；
步骤3.5：判断累加次数是否到达，是，则求平均值，否，则设置定时器。
进一步的，通信数据处理步骤如下：
步骤8.1：串口初始化；
步骤8.2：发送数据帧；
步骤8.3：延时；
步骤8.4：接收上位机反馈；
步骤8.5：判断接收是否正确，是，则结束，否，则重发返回至步骤8.2。
一种采样数据处理方法，利用自标准化排除离群样本，采用以下的经验公式排除离群样本：
（1）︱Xij︱>2.5,20<n<50；
（2）︱Xij︱>3,50<n<100；
（3）︱Xij︱>3.5,100<n<200；
（4）︱Xij︱>4.5,200<n；
Xij为标准化数据。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、可以对线路进行过零点检测，并由单片机及时作出处理；
2、可以对温度等工作状态进行智能监控，数据处理更加快速、准确。
附图说明
图1为本实施例现有技术中的合分闸线圈的结构图；
图2为本实施例的电路控制原理图；
图3为本实施例信号调理电路原理图；
图4为本实施例光电隔离电路原理图；
图5为本实施例过零点检测电路原理图；
图6为本实施例过载判断电路原理图；
图7为多数据归类处理方法步骤图；
图8为数据采集处理步骤框图；
图9为通信数据处理步骤框图；
图10为上位机数据处理步骤框图。
附图标记：1、静铁心；2、动铁心；3、第一永久磁体；4、第二永久磁体,5、合闸线圈；6、分闸线圈；7、驱动杆；200、互感器；201、信号调理电路；202、光电隔离电路；203、功率因数模块；204、过载判断电路；205、过零点检测电路；206、键盘电路；207、单片机；208、开关驱动电路；209、温度传感器；210、LED显示电路；211、报警电路；212、RS232接口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：如图2所示，单片机207采用PIC16F877型号，PIC16F877本身具有8路A/D输入通道，它们共用一个10位的ADC模块。ADC模块完成一次10位数据的转换的最短时间为19.2微秒，两次转换之间至少间隔3.2。16F877可提供16种A/D输入通道组合，可通过控制内部寄存器ADCON1设置0-8个引脚作为模拟信号输入通道，16F877还支持外接参考电压以提高A/D转换的分辨率。
信号调理电路201，耦接于互感器200，用以将检测信号进行调理并输出模拟信号；光电隔离电路202，将模拟信号分别耦合至功率因素模块、过载判断电路204、过零点检测电路205；功率因素模块，用以将模拟信号进行转换计算出功率因素参数输入至单片机207；过零点检测电路205，用以将模拟信号进行判断，确定过零点时刻；键盘电路206，用以输出键盘命令信号至单片机207；开关驱动电路208，耦接于单片机207用以驱动分合闸线圈。
图2中，智能控制器还包括温度传感器209，温度传感器209将温度检测信号依次通过信号调理电路201、光电隔离电路202传输至单片机207。另外还设置了工作电容电压检测，分闸线圈和合闸线圈的能量由储能电容进行提供，所以设置了工作电容电压检测，可以提高工作的安全性。
单片机207还连接有LED显示电路210以及报警电路211。单片机207上还连接有RS232接口212。
互感器200采集电网的信号，互感器200包括电流互感器200以及电压互感器200，可以反馈检测的电流情况以及电压情况。
如图3所示，以三相线路中的C相电流IC为例，TA为互感器200，可以感应出线路中的电压或电流信号，其信号为模拟信号，输入模拟信号调理电路201将输入的模拟信号通过一个二阶滤波器，二阶滤波器包括电阻R2、电容C1、电阻R3、电容C2，其中电阻R2一端连接互感器200一端，电阻R2另一端连接电阻R3一端、电容C1一端。电阻R3的另一端连接电阻R4一端、电容C2一端，电阻R4的另一端连接运放元件的反向端，运放元件的同相端连接电容C2、电容C1、互感器200的另一端。在互感器200的输出两端上还连接有串联的电位器W1和电阻R1。在运放元件的反向输入端和输出端之间连接有电阻R5。
二阶滤波器滤除高频干扰，然后用ADC进行采样，如果采集的是正弦信号的有效值则需要很复杂的运算。每隔1.25ms对各输入通道采样一次，工频周期对每个输入通道采样16点，而后进行数据处理。
在工业测量中，经常需要将工业现场的模拟信号采集并传输给到控制系统。在采集模拟信号的过程中，干扰信号会随着被测量信号进入控制系统，这些干扰信号与有用的被测信号混叠，使测量的准确度降低，还会引起控制系统的不稳定。为实现电平线性转换并避免现场的电气噪声干扰进入控制系统，被测电路和控制电路在电气上必须设置有效的隔离，模拟信号的隔离有光电隔离和隔离放大器隔离。
隔离放大器的内部集成了高性能的输入输出放大器、调制解调器、信号耦合变压器等单元器件，通常采用磁耦合方法使放大器的输出和输入实现电气隔离，隔离了干扰源，也就抑制了干扰信号，并可实现信号的放大。隔离放大器具有完全浮动的输入端和独立隔离的输出端，并有良好的线性度和稳定性，还有较高的隔离电压和共模抑制比。但是隔离放大器的成本比较高，要求较高的场合才会考虑使用。而光电隔离是最常用到且方便有效的隔离方法，通过光电之间的相互转换，并利用光作为媒介传输信号，使测量系统与现场信号在电气上完全隔离。光电隔离还可以减小现场信号线以及地线干扰对系统的影响，保证系统安全。此外，光电耦合器的入端阻抗很小，一般小于干扰源的内阻，因此会使迭加于被测量信号上的干扰信号极大地衰减，几乎无法进入测量系统，从而保证了测量的准确度。
其电路结构如图4所示，本方案采用线性光耦HCNR200进行模拟信号的隔离。信号从电阻R6进入到运放元件中，再通过电阻R7输入到线性光耦元件上，HCNR200是一款高精度线性光耦，低成本、线性度高、性能稳定、频带宽、设计灵活，可外接不同的分立器件，应用于多种光电隔离转换电路。输入信号经调理电路再经过线性光耦后最终进入单片机207，从而将控制系统与强电环境完全隔离，有效抑制了强电系统干扰，提高了控制系统运行的安全性。线性光耦元件的输出端上也连接了运放元件，由此进行输入到单片机207中，在线性光耦元件的两侧，输入信号和输出信号进行了隔离。
如图5所示，输入的电压、电流信号经过滤波器后，再经过电压比较电路就可得到占空比为0.5，频率为50Hz的方波信号。过零点检测电路205包括模拟信号输入端INPUT、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、运放元件、二极管D1、施密特触发器；模拟信号输入端通过电阻R11连接运放元件的反相端，运放元件的输出端串联电阻R13、电阻R12后接地，电阻R13和电阻R12之间的连接点连接运放元件的同相输入端，运放元件的输出端串联电阻R14、二极管D1、施密特触发器后输出至单片机207。运放元件采用滞回比较器以防止输出方波在输入信号过零点附近产生抖动，避免影响检测的准确性和系统的稳定。比较器的输出方波信号经施密特触发器74HC14输入单片机207，以增加系统的可靠性。16F877单片机207的RB端口的RB0和RB4-RB7是复合功能引脚，能够检测引脚上的电平变化。如果引脚RB4-RB7被设定为输入引脚，当控制位RBIE置1时，RB4-RB7上出现电平变化(上升沿和下降沿均有效)将触发中断，这种特性非常适合采集过零点信号。可以根据开关操作的时序，即计时器，在某一时刻只将RB4-RB7中的单一一个管脚设为输入管脚，而把其他管脚设为输出，这样当某引脚发生电平变化RBIF置1产生中断时，就可以确定电压、电流的过零点时刻。
如图6所示，当系统中出现过压过流现象时，可以通过开关驱动电路进行控制，断开断路器，比较器的反向输入端输入的是基准信号UREF1，同相输入端可以输入三相电压信号UA,或是三相电流信号（IA、IB、IC），通过比较器将两者进行比较之后，可以判断检测的三相电流信号或是电压信号是否超过设定的基准值，然后同理将比较输出后的信号在跟基准信号UREF2进行比较，从而进行判断是否超过了设定的第二个基准值，各个过载信号可以将其定义成OVER1-4，通过逻辑门电路，“或”门电路进行逻辑判断，只要有一个过载信号触发，则输出高电平信号至单片机，从而进行报警。
功率因素模块工作原理为：先用互感器把电压、电流模拟信号转换并送入CS5460A，CS5460A内部有可编程增益的放大器，两个Δ∑ADC，两个高速滤波器，带有系统校准和功率计算功能，可以计算电能、电压、电流、功率及功率因数。CS5460A测量功率因数的原理为:利用其内部的电量寄存器积累电能。据W=Pt，在1s内积累的电能在数值上等于其有功功率P；再根据cos =P/(UI)就可以算出功率因数值。再将CS5460A的测量结果通过串行口发送单片机。
RS232数据通讯的电路接口采用较为普遍的MAX232信号进行数据传输。
对于键盘电路，也较为公知，可以采用4*4键盘电路，用以输出键盘命令信号至单片机。开关驱动电路为继电器模块，此继电器模块中的继电器用来控制储能电容的充放电回路。可以采用现有的继电器驱动板进行连接输出。
本控制器的单片机涉及程序和外围硬件上的改进，对于程序上的控制方法，主要是将整个程序划分为主模块及功能模块。采用中断与查询相结合的办法，运用任务调度的设计思想，优先级高的功能通过中断来实现，而优先级低的功能则通过设置和查询标志的方法来调用各个功能模块。主流程框图图如图7所示的多数据归类处理方法流程框图。
步骤1：单片机初始化；
步骤2：开中断；
步骤3：判断数据采集标志，是，则调用数据采集程序，否，则进入下一步骤；
步骤4：判断过零检测标志，是，则调用过零处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤5：判断显示处理标志，是，则调用显示处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤6：判断键盘处理标志，是，则调用键盘处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤7：判断开关控制标志，是，则调用开关处理程序，否，则进入下一步骤；
步骤8：判断通讯处理标志，是，则调用通讯处理程序，否，则进入步骤3。
如图8所示，数据采集处理步骤如下：
步骤3.1：定时器中断开启；
步骤3.2：启动A/D转换；
步骤3.3：判断转换是否结束，否，则等待，是，则读取结果和数据处理；
步骤3.4：判断一个周期采样是否完成，否，则返回步骤3，是，则计算和处理相关参数；
步骤3.5：判断累加次数是否到达，是，则求平均值，否，则设置定时器。
如图9所示，通信数据处理步骤如下：
步骤8.1：串口初始化；
步骤8.2：发送数据帧；
步骤8.3：延时；
步骤8.4：接收上位机反馈；
步骤8.5：判断接收是否正确，是，则结束，否，则重发返回至步骤8.2。
如图10所示，上位机数据处理步骤框图，对于上位机的数据处理流程步骤为,
步骤S1：初始化；
步骤S2：查询串口，无数据上传则继续查询，有，则进行接收；
步骤S3：判断校验是否正确，是，则存储，否，则重发；
步骤S4：判断传送是否完毕，是，则结束，否，则返回继续查询串口。
一种采样数据处理方法，利用自标准化排除离群样本，采用以下的经验公式排除离群样本：
（1）︱Xij︱>2.5,20<n<50；
（2）︱Xij︱>3,50<n<100；
（3）︱Xij︱>3.5,100<n<200；
（4）︱Xij︱>4.5,200<n；
Xij为标准化数据。
无论是电气可靠性还是机械可靠性都非常高，可使断路器少维护甚至免维护运行。以充电电容器为操作电源，结构虽然简单功能却很强大，而且还节省电能。储能电容用非常可靠的开关电源充电以提供分合闸时需要的脉冲电能，用门极可关断晶闸管控制其对合分闸线圈的放电。永磁操动机构可以配用本方案中的智能控制器，智能控制器不仅可以完成传统操动机构能进行的分、合闸控制，还可以带有某些继电保护功能、通信功能、在线检测等。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。