本发明涉及微机防误闭锁技术领域，尤其涉及一种防拨电气锁及其系统、方法及汇控柜。
背景技术：
在目前的微机防误闭锁装置中，断路器/刀闸(等电动机构)的闭锁防误是通过闭锁其电气控制回路来实现的，直接参与闭锁的有直流电气锁和电脑钥匙两类系统部件。其中直流电气锁是一种带有特定编码(通过码片实现)的电气插座，由锁体、id码片和两根电极组成。电脑钥匙操作电气锁时，原理上相当于一个受五防逻辑控制的常开接点，通过接点的分、合来实现控制回路的闭合或断开，两部件组合的等效电气原理如图1所示；
现有的电气锁本质上就是一个常开的开关。因此存在以下技术问题：
1、存在随意短接电气锁两端电极造控制回路误动的风险；
2、电气锁无法读取设备操作前、后的位置状态，对是否具备操作条件以及操作是否成功无法准确得知；
3、电气锁、电脑钥匙均串联到控制回路(电压等级为110v/220v)中，操作者使用电脑钥匙进行操作过程中存在安全隐患(电火花拉弧、触电等)；
4、依靠电气锁和电脑钥匙的电极触点搭接构成电气回路，操作时接触能否可靠存在风险。
技术实现要素：
本发明提供一种防拨电气锁及其系统、方法及汇控柜，旨在防止误操作、实现设备状态实时采集、降低安全隐患、提高设备运行稳定性。
为了实现上述目的，本发明提出一种电气锁，包括壳体及设置于所述壳体上方的锁体，所述壳体内设有控制模块，所述锁体内设有导电电极和电极转动轴，所述导电电极的底部伸入所述壳体内，所述导电电极电性连接于所述控制模块，所述电极转动轴可转动的连接于所述锁体，所述电极转动轴电性连接于所述控制模块，所述电极转动轴的一侧设有行程开关，所述行程开关电性连接于所述控制模块，所述电极转动轴安装有与所述行程开关位置对应的拨片，所述拨片与所述行程开关接触或断开，当所述电极转动轴转动时，带动所述拨片转动而触发所述行程开关。
优选地，所述壳体内设有pcb组件，所述控制模块设置于所述pcb组件内。
优选地，所述pcb组件的底部设有插接座，所述插接座内设有多个接线端子，用于与对应设备相连接。
优选地，所述导电电极、所述电极转动轴及所述行程开关均通过引线连接于所述控制模块。
优选地，所述锁体内还设有无线感应线圈和id码片，所述无线感应线圈通过引线连接于所述控制模块，所述id码片包括第一感应线圈及ic芯片，所述ic芯片上有编码，所述第一感应线圈通过无线感应的方式感应电流供给所述ic芯片。
优选地，所述电极转动轴的下方设有解锁电极，所述解锁电极与所述电极转动轴一体设置。
所述电极转动轴的下方设有解锁电极，所述解锁电极与所述电极转动轴分开设置。
优选地，所述导电电极和所述解锁电极通过安装板固定于所述壳体的顶端，所述安装板于所述解锁电极的上方连接有固定板，所述拨片位于所述固定板内。
优选地，所述固定板的上方设有固定块，所述固定块固定于所述锁体，所述固定块上侧向设有通孔，所述通孔内安装有转动块，所述电极转动轴的外周通过所述转动块安装于所述固定块上，所述转动块向内抵顶于所述电极转动轴。
优选地，所述解锁电极与所述电极转动轴之间设有绝缘块。
优选地，所述锁体外套设有罩盖，所述锁体不使用时，可通过所述罩盖盖住所述导电电极及所述电极转动轴。
本发明还提出一种防拨电气锁系统，包括主机、电脑钥匙和电气锁；
所述主机，用于向所述电脑钥匙下发操作指令；
所述电脑钥匙，用于接收操作指令，并与所述电气锁对接以触发所述电气锁运作；
所述电气锁包括控制模块、行程开关和无线感应模块；
所述控制模块，用于接收所述行程开关发送的电脑钥匙解锁动作的触发信号，并根据所述电气锁内无线感应模块的电信号来确定所述电脑钥匙是否插入，当无线感应模块有电信号且行程开关的权限通过时，发送操作指令至对应设备；
所述行程开关，用于获取所述电脑钥匙的解锁动作并发送至所述控制模块；
所述无线感应模块，当所述电脑钥匙插入时，用于感应电脑钥匙的无线射频信号，以判定电脑钥匙是否已插入。
优选地，所述电气锁还包括导电电极和电极转动轴，所述导电电极与所述电极转动轴的一端与所述电脑钥匙相对接，所述电脑钥匙的一端凸设有导电杆和解锁杆，当所述电脑钥匙插入所述电气锁时，所述导电杆与所述导电电极配合，所述解锁杆与所述电极转动轴配合，形成回路，传递对应设备的状态信号和触发信号。
优选地，所述电脑钥匙的一侧设有开锁按钮，当操作所述开锁按钮时，所述解锁杆转动，带动所述电极转动轴转动而触发所述行程开关。
优选地，所述电气锁还包括id码片，用于存储所述电气锁的id码值。
优选地，所述电气锁还包括连接对应设备的接线端子，用于与对应设备的控制单元进行信号交互。
优选地，所述电脑钥匙设置有读码电路，用于对所述id码片和所述无线感应模块进行信号传递，并读取所述电气锁的id码值。
本发明还提出一种基于上述防拨电气锁系统的设备状态控制方法，包括：
s10、将已获取操作指令的电脑钥匙插入电气锁中；
s20、电脑钥匙通过形成的回路获取设备状态信号；
s30、若设备状态需要改变，则电脑钥匙转动其解锁杆，带动电气锁的电极转动轴转动而触发行程开关；
s40、行程开关发送操作权限至控制模块，控制模块识别无线感应模块是否有电信号，若有，则发送操作指令至对应设备。
优选地，在步骤s10与步骤s20之间，还包括：
s50、电脑钥匙的读码电路读取电气锁的射频码进行校验。
优选地，在步骤s40之后，还包括：
s60、将设备状态信号反馈至控制模块中，再通过形成的回路反馈至电脑钥匙。
本发明还提出一种汇控柜，包括上述防拨电气锁。
本发明提供的防拨电气锁及其系统、方法及汇控柜，具有如下优点：
1、可以避免电气锁的两个电极短接而导通控制回路；
2、电脑钥匙可通过电气锁检测设备状态，若设备状态满足要求则不需要操作设备(即无需改变设备状态，保持现状即可)，电脑钥匙还可通过检测设备状态的变化来确认操作是否成功(现有技术中的电气锁不具备这样的功能)；
3、电气锁与控制回路实现电气隔离，避免控制回路的电压(110v/220v)流经电气锁、电脑钥匙而造成安全隐患(现有电气锁的电极接通后，控制回路电压直接串到电气锁、电脑钥匙中)；
4、电脑钥匙脑钥匙与控制回路无电气关联，对回路连接的可靠性没有任何影响。(现有电脑钥匙直接参与回路电气连接)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为现有技术中电脑钥匙与电气锁的等效电气原理图；
图2为本发明防拨电气锁系统的结构示意图；
图3为本发明防拨电气锁的立体分解示意图；
图4为本发明防拨电气锁的剖视图；
图5为本发明防拨电气锁中锁体部分的结构示意图；
图6为本发明防拨电气锁中锁体部分的正视剖视图；
图7为本发明防拨电气锁中锁体部分的侧视剖视图；
图8为本发明防拨电气锁中行程开关闭合时的示意图；
图9为本发明防拨电气锁中行程开关断开时的示意图；
图10为本发明电脑钥匙的结构示意图；
图11为本发明防拨电气锁的电气结构示意图；
图12为本发明电脑钥匙的电气结构示意图；
图13为本发明基于防拨电气锁系统的设备状态控制方法流程图；
图14为本发明基于防拨电气锁系统的设备状态控制方法中步骤s50流程图；
图15为本发明基于防拨电气锁系统的设备状态控制方法中步骤s60流程图；
图16为本发明防拨电气锁安装于汇控柜的系统结构示意图；
图17为图16中汇控柜的操作界面示意图；
图18为图16中电气锁安装后与汇控柜内的控制电路连接的电路框架结构示意图；
图19为图16中汇控柜的控制方法流程图；
附图标记说明：
a-主机；b-电脑钥匙；c-电气锁；d-汇控柜；1-壳体、2—pcb组件、3—插接座、4—接线端子、5—锁体、6—导电电极、7—解锁电极、8—电极转动轴、9—拨片、10—安装板、11—固定板、12—固定块、13—通孔、14—转动块、15—绝缘块、16—行程开关、17—无线感应线圈、18—id码片、19—引线、20—罩盖、21—导电杆、22—解锁杆、23—读码电路、24—开锁按钮、25—液晶模块、26—按键、27—扬声器、28—第一感应线圈、29—ic芯片。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图2至图4所示，本发明提供一种电气锁，包括壳体1及设置于壳体1上方的锁体5，壳体1内设有控制模块，在本实施例中，壳体1内设有pcb组件2，控制模块设置于pcb组件2内。pcb组件2的底部设有插接座3，插接座3内设有多个接线端子4，用于与对应设备相连接，用于与设备的控制单元(例如plc)进行输入/输出信号。
如图4至图8所示，锁体5内左右两侧分别设有导电电极6和解锁电极7，导电电极6的底部和解锁电极7的底部伸入壳体1内，导电电极6电性连接于控制模块。解锁电极7的上方设有电极转动轴8，电极转动轴8可转动的连接于锁体5，电极转动轴8电性连接于控制模块，电极转动轴8的一侧设有行程开关16，行程开关16电性连接于控制模块，电极转动轴8的底部安装有与行程开关16位置对应的拨片9，拨片9与行程开关16接触或断开，当电极转动轴8转动时，带动拨片9转动而触发行程开关16。锁体5内于导电电极6和电极转动轴8之间还设有无线感应线圈17和id码片18，id码片18用于存储该电气锁c的id码值。如图11所示，id码片包括第一感应线圈28及ic芯片29，ic芯片29上有编码，第一感应线圈通28过无线感应的方式感应电流供给所述ic芯片29。本实施例中id码片为在射频识别技术中广泛应用的射频码片，本发明在此不再赘述。
在本实施例中，导电电极6、电极转动轴8、行程开关16、无线感应线圈17均通过引线19连接于pcb组件2上的控制模块。
如图4至图7所示，导电电极6和解锁电极7通过安装板10固定于壳体1的顶端，安装板10于解锁电极7的上方连接有固定板11，拨片9位于固定板11内。固定板11的上方设有固定块12，固定块12固定于锁体5，电极转动轴8的外周通过转动块14安装于固定块12上，在本实施例中，固定块12朝向电极转动轴8向内开设有通孔13，端部呈半圆状的圆柱形的转动块14安装于通孔13中，转动块14的半圆形端部抵顶于电极转动轴8，使得电极转动轴8可相对固定块12和锁体5转动。在其它实施例中，电极转动轴8与固定块12之间可通过轴承或轴套连接，使得电极转动轴8可相对固定块12转动。
在本实施例中，解锁电极7与电极转动轴8之间设有绝缘块15，以实现两者之间的电性隔绝。
在本实施例中，锁体5外部套设有罩盖20，在电气锁c不使用时，通过罩盖20盖住导电电极6及解锁电极7，防止外部物体进入影响其导电性。
如图8及图9所示，图8为行程开关16闭合时的示意图，此时电极转动轴8底部的拨片9侧向抵住行程开关16的弹片。图9为行程开关16断开时的示意图，此时电极转动轴8底部的拨片9随着电极转动轴8的转动而转动，此时弹片与拨片9之间断开，从而触发行程开关16。
如图2所示，本发明还提出一种防拨电气锁系统，包括主机a、电脑钥匙b和电气锁c。
如图5至图10所示，电脑钥匙b的顶部向上凸设有导电杆21和解锁杆22，导电杆21与导电电极6相对应，解锁杆22与解锁电极7相对应，当电脑钥匙b插入电气锁c时，导电杆21与导电电极6配合，解锁杆22与电极转动轴8配合，形成回路，传递对应设备的状态信息。具体的是，电极传动轴与解锁杆22通过卡槽相配合固定，当解锁杆22转动时，带动电极转动轴8转动，从而带动拨片9转动以触发行程开关16。
如图10所示，电脑钥匙b的一侧设有开锁按钮24，当操作开锁按钮24时，解锁杆22开始转动，带动电极转动轴8转动而触发行程开关16。导电杆21与解锁杆22之间设有读码电路23，用于对电气锁c的id码片18和无线感应模块进行信号交互，并读取电气锁c的id码值。电脑钥匙b的表面设有液晶模块25，液晶模块25的下方设有按键26，按键26的下方设有扬声器27。
如图2及图11所示，主机a用于向电脑钥匙b下发操作指令，以及接收电脑钥匙b上传的操作结果。电脑钥匙b用于接收操作指令，并与电气锁c对接触发电气锁c运作，电气锁c包括控制模块、行程开关16和无线感应模块。
所述控制模块，用于接收行程开关16发送的电脑钥匙b解锁动作的触发信号，并根据无线感应模块的电信号确定电脑钥匙b是否已插入，当无线感应模块有电信号且行程开关的权限通过时，控制模块发送操作指令至对应设备。
本发明实施例中，电气锁c需同时满足两个条件才能闭合输出节点：(1)电脑钥匙b已插入电气锁c(通过无线感应模块感应电脑钥匙b的读码电路23可确认)；(2)电气锁c被授权打开(通过行程开关16检测电脑钥匙b的动作确认电气锁c被授权打开)。
所述行程开关16，用于获取电脑钥匙b的解锁动作，即操作权限，并发送至控制模块。
所述无线感应模块，当电脑钥匙b插入时，用于感应电脑钥匙b的无线射频信号，以判定电脑钥匙b是否已插入。
如图11所示，电气锁c还包括解锁电极7和导电电极6，解锁电极7设置于行程开关16的一侧。解锁电极7和导电电极6作为与电脑钥匙b的对接口设置于电气锁c的一端，当电脑钥匙b插入电气锁c时，电脑钥匙b的导电杆21与电气锁c的导电电极6配合，电脑钥匙b的解锁杆22与电气锁c的解锁电极7配合，形成回路，传递对应设备的状态信号和触发信号。
如图10所示，在本实施例中，电脑钥匙b设置有读码电路23，用于和电气锁c的id码片18及无线感应模块17进行信号传递，并读取电气锁c的id码值。
如图12所示，电脑钥匙b包括读码电路23、控制电路、输入输出模块和数据存储模块，其中数据存储模块用于存储操作票(或授权指令)及操作结果。
如图13所示，本发明还提出一种基于防拨电气锁系统的设备状态控制方法，包括如下步骤：
s10、将已获取操作指令(操作票)的电脑钥匙b插入电气锁c中。
s20、电脑钥匙b通过形成的回路获取设备状态信息。
本发明实施例中，设备状态的信号通过电气锁c的信号输入端反馈给电脑钥匙b并通过导电电极6和解锁电极7与电脑钥匙b的导电杆21和解锁杆22形成的回路传递给电脑钥匙b，若电脑钥匙b需要合设备，而如果设备状态当前是处于合状态，则电脑钥匙b无需做任何操作，拔出电脑钥匙b完成操作即可，如果设备状态当前是处于分状态，则电脑钥匙b需对电气锁进行下述操作。
s30、若设备状态需要改变，则电脑钥匙b转动解锁杆22，带动电气锁c的电极转动轴8转动而触发行程开关16。
本发明实施例中，电脑钥匙b上的开锁按钮24可以操作，从而转动解锁杆22，转动电气锁c上的电极转动轴8，触动电气锁c上的行程开关16。
s40、行程开关16发送操作权限至控制模块，控制模块识别无线感应模块是否有电信号，若有，则发送操作指令至对应设备。
本发明实施例中，行程开关16接通后控制模块确认已获得操作权限(智能钥匙的解锁杆22转动即可认为获得操作权限)，同时电气锁c上的无线感应模块从智能钥匙上的读码电路23感应电信号，控制模块根据无线感应模块是否感应到电信号确认电脑钥匙b是否插入，确认电脑钥匙b插入后电气锁c的开关输出端向下一节点输出信号，使得下一节点被触发进而对相应设备进行操作。
如图14所示，在步骤s10与步骤s20之间，还包括：
s50、电脑钥匙b的读码电路23读取电气锁c的id码进行身份识别。
本发明实施例中，电脑钥匙b插入电气锁c时，电脑钥匙b上的导电杆21和解锁杆22分别与电气锁c上的导电电极6和解锁电极7配合，电脑钥匙b上的读码电路23读取电气锁c上的码片信息(通过无线供电给码片，读取码片的rfid射频码)，确认电气锁c的编码是否正确；电脑钥匙b确认电气锁c的编码正确后(电脑钥匙b根据下发的操作票涉及的操作对象所对应的锁具的id码来确认电气锁c的id码是否正确)，再执行步骤s20。
如图15所示，步骤s40之后，还包括：
s60、将设备状态信号反馈至控制模块中，再通过形成的回路反馈至电脑钥匙b，由电脑钥匙b将操作结果上传至主机a。
本发明实施例中，当对设备进行操作完成后，设备状态发生改变，通过电气锁c的信号输入端反馈给电气锁c，电气锁c再反馈给电脑钥匙b，确认操作已完成。操作完成后即可拔下电脑钥匙b。
如图16至18所示，本发明还提出一种汇控柜d，汇控柜d包括上述的电气锁c。电气锁c安装在汇控柜d上，解锁电极7和导电电极6作为与电脑钥匙b的对接口伸出汇控柜d。本发明所述的汇控柜在本技术领域也可称为集控柜或控制柜。
如图17所示，每个刀闸都配有对应的电气操作机构(由电机和机械操作机构组成，用于操作刀闸合闸或分闸)和对应的外围电路(即电气操作机构的控制电路，包括设备回路和控制回路等外围电路)，刀闸本体安装在汇控柜外，电气操作机构的外围电路安装在汇控柜d内，每个刀闸的外围电路都有一个电气锁c与之对应，各外围电路通过电缆与对应的电气操作机构电气连接，通过电脑钥匙b操作电气锁c来实现对外围电路的控制从而控制刀闸的合闸或分闸。若使用现有的电气锁会存在恶意短接使得电机电源可能遭到恶意接通而导致刀闸在未得到授权的情况下误分合的情况发生，而本发明的电气锁c则可以避免此类情况的发生。
如图18所示，图18是电气锁c安装后与汇控柜d内的控制电路(也即上文所述的外围电路)连接的电路框架结构示意图，控制流程图如图19所示，具体包括如下步骤：
步骤1、操作任务由主机a下达至电脑钥匙b；
步骤2、电脑钥匙b插入电气锁c并读取其id码值；
步骤3、电脑钥匙b判断电气锁c的id码值是否正确，若正确则执行步骤4；若错误则提示错误信息，操作者检查错误并重新开始返回步骤2；
步骤4、电脑钥匙b获取设备状态信息，判断是否满足操作条件，若满足，则操作电脑钥匙b上的开锁按钮24使解锁杆22转动触发行程开关16；若不满足，拔出电脑钥匙b，操作结束；
本发明实施例中，plc模块将采集到的设备状态信息通过电气锁c的信号输入端传给电气锁c进而传给电脑钥匙b，由电脑钥匙b进一步判断是否具备操作条件(若电脑钥匙b根据防误主机a下发的操作票需要对设备进行合闸操作，而当前的设备为分位状态，则满足操作条件，若当前的设备为合位状态，则不满足操作条件，需保持现状)，若满足操作条件，请参考上文关于电气锁c的描述对电气锁c进行操作，打开电气锁c。
步骤5、plc模块依次接通设备控制回路电源及设备操作回路电源。
本发明实施例中，电气锁c打开后，会发送操作指令给plc模块，plc模块则控制空开2合上，依次接设备控制回路电源及设备操作回路电源。
步骤6、电机带动设备动作；
步骤7、设备动作完成，plc模块获取最新设备状态；
本发明实施例中，设备动作完成后设备状态发生改变，plc模块采集到设备状态信息已发生改变后，说明设备动作已完成，则断开空开1，切断设备回路和设备电源，再断开空开2，切断控制回路和控制电源，完成操作。
步骤8、新的设备状态信息同步传给电脑钥匙b；
本发明实施例中，操作后的设备状态通过plc模块通过电气锁c的信号输入端传给电气锁c和电脑钥匙b；
步骤9、电脑钥匙b停止读码；
步骤10、plc模块依次断开设备控制回路电源及设备操作回路电源；
步骤11、拔出电脑钥匙b；
步骤12、本次操作完成。
本发明电脑钥匙b先通过电气锁c检测到设备状态后再确认是否具备操作条件，若设备状态已满足要求则不需要操作设备，电脑钥匙b还可通过检测设备状态信息的变化而确认操作是否成功；通过电气锁c与电脑钥匙b与二次控制回路隔离，仅通过输出开关信号触发下一节点接通二次控制回路，避免二次控制回路的电流经过电气锁c和电脑钥匙b而造成安全隐患，可以避免电气锁c的两个电极短接而误接通控制回路，电气锁c与电脑钥匙b构成的回路主要是用于采集设备状态和发出触发信号，因此对二次控制回路的可靠性没有直接影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。