一种高压开关柜电动操控装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压开关柜电动操控装置，包括主控单元模块，主控单元模块分别连接有电源模块、驱动电路模块、保护电路模块、开入量模块、按键处理模块或/和液晶显示模块、红外位移传感器。本发明还公开了上述操控装置的操控方法。本发明高压开关柜电动操控装置中手车电机和接地开关电机共用一路硬件电路控制，只需通过控制第二继电器，很方便的实现两者之间的切换，大大节省了成本；本发明操控方法实现驱动电机软启动、软停止、急停、应力释放、堵转保护的精确控制。
【专利说明】
一种高压开关柜电动操控装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于电动控制装置技术领域，具体涉及一种高压开关柜电动操控装置，还涉及上述操控装置的操控方法。
【背景技术】
[0002]开关设备作为电能传输与控制的主要设备，在电力系统中发挥着重要作用。目前绝大多数开关设备中断路器手车、接地开关，仅能够手动操作其进出，有个别产品虽能实现电动操作其进出、分合，但是控制方法不够精确，装置硬件电路不够可靠，造成电机运行不够平稳，损坏断路器触头。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种高压开关柜电动操控装置，解决了现有控制硬件电路不够简便、灵活的问题。
[0004]本发明的目的是还提供了上述操控装置的操控方法。
[0005]本发明所采用的第一种技术方案是，一种高压开关柜电动操控装置，包括主控单元模块，主控单元模块分别连接有电源模块、驱动电路模块、保护电路模块、开入量模块、按键处理模块或/和液晶显示模块、红外位移传感器。
[0006]本发明第一种技术方案的特点还在于:
[0007]主控单元模块还连接有语音报警提示模块和LED提示模块。
[0008]主控单元模块还连接有参数存储模块。
[0009]主控单元模块还连接有通讯模块，通讯模块包括收发器，收发器分别连接有第一光电隔离模块和RS485通讯接口，第一光电隔离模块与主控单元模块连接。
[0010]电源模块包括装置电源，装置电源通过滤波模块与主控单元模块连接，装置电源与AC220V电源连接。
[0011 ]驱动电路模块包括依次连接的第一继电器、整流桥、霍尔电流传感器、IGBT、第二继电器、第三继电器，第一继电器与AC220V电源连接，第一继电器与主控单元模块连接，霍尔电流传感器通过电流信号与主控单元模块连接，主控单元模块依次通过PWM、推挽驱动模块与IGBT连接，第三继电器分别连接有手车电机和接地开关电机。
[0012]保护电路模块包括电机堵转信号，电机堵转信号分别与第二光电隔离模块、信号处理电路连接，第二光电隔离模块与主控单元模块连接。
[00?3]开入量模块包括12个开入量，12个开入量均通过第三光电隔尚模块与主控单兀模块连接。
[0014]本发明采用的第二种技术方案是，一种高压开关柜电动操控装置的操控方法，具体为:
[0015]步骤I:操控装置初始化，进入“开始”待机状态；
[0016]步骤2:操控装置判断是否接收到本地或远程发送来的电动操作指令，如果接收到则转到步骤3;如果未接收到，则转到步骤I ；
[0017]步骤3:操控装置接到步骤2的指令后，首先判断是否满足“五防”闭锁条件，如果满足转到步骤4，如果不满足则操控装置结束操作，进入语音报警提示模块；
[0018]步骤4:判断接收到的电动操作条件是否满足开入量模块的开入量输入条件，如果不满足则结束操作，进入语音报警提示模块;如果满足则控制驱动电路模块执行电机启动；
[0019]步骤5:电动操作过程中，根据红外位移传感器反馈操作控制位置，判断其是否达到减速位置，如果达到减速位置则控制电机减速，如果未达到减速位置则转到步骤6;
[0020]步骤6:操控装置根据霍尔电流传感器实时检测的电机电流值，判断电机是否出现堵转，如果出现堵转，则立刻执行电机堵转故障处理，进入保护电路模块，结束操作;如果未检测出异常电流值，则转到步骤7;
[0021 ]步骤7:操控装置判断是否出现电机操作超时，如果操作超时，则处理控制超时故障，结束操作;否则转到步骤8;
[0022]步骤8:操控装置判断是否检测到到位信号，如果检测到到位信号，则电动操作完成，然后电机执行应力释放操作，结束操作;否则转到步骤5。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024]①本发明采用STM32F103TEV6单片机为控制核心，应用自适应控制算法，完成参数设置、转速测量、电机堵转保护处理、参数显示和直流电机驱动控制输出等功能，通过监测电动操作过程中电机电流的大小，来正确判断手车进出或接地开关分合过程的受力情况，并及时调整电机转速，使电动操作的全过程处于精确控制下，利用按键处理模块可以进行相关参数的设置，且液晶显示模块能直接显示直流电机的运行电流和相应状态。
[0025]②本发明驱动电机可实现软启动、软停止、急停、应力释放、堵转保护，软启动时保证电机最大电流不出现在起始阶段，使电机堵转保护准确可靠，并可避免电机启动时瞬时冲击电流对电机造成损伤，同时能防止引起电源跌落影响其它设备正常工作，而软停止可消除电动执行机构惯性影响，使控制过程更精确。
[0026]③本发明电动操作过程采用分段变速控制方式，在软启动后电机以较高速度运行，当达到参数设定的减速位置后以设定的低速运行，这样可以避免高速运行到位时机构因阻力过大导致变形而缩短机械寿命，而驱动电机堵转保护功能有效避免了故障的发生和扩大。手车进出或接地开关分合到位后，电动操作控制装置可以控制电动执行机构释放应力，避免电动执行机构发生变形，同时切换到手动操作模式。
[0027]④本发明手车和接地开关电动操作只用一台控制装置，共用一路硬件驱动电路，方便工程设计，大大减少生产成本。
【附图说明】
[0028]图1是本发明高压开关柜电动操控装置的结构示意图；
[0029]图2是本发明高压开关柜电动操控装置中驱动电路模块结构示意图；
[0030]图3是本发明高压开关柜电动操控装置的控制对象切换结构图；
[0031]图4是本发明高压开关柜电动操控装置的操控方法的流程图。
[0032]图中，1.主控单元模块，2.电源模块，3.驱动电路模块，3-1.第一继电器，3-2.整流桥，3-3.霍尔电流传感器，3-4.1GBT，3-5.第二继电器，3-6.电流信号，3-7.PffM,3-8.推挽驱动模块，3-9.第三继电器，4.保护电路模块，5.开入量模块，6.通讯模块，7.液晶显示模块，
8.语音报警提示模块，9.LED提示模块，10.参数存储模块，11.按键处理模块，12.红外位移传感器。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0034]本发明一种高压开关柜电动操控装置，结构如图1所示，包括主控单元模块I(主控单元模块I采用芯片STM32F103VET6)，主控单元模块I分别连接有电源模块2、驱动电路模块
3、保护电路模块4、开入量模块5、通讯模块6、液晶显示模块7、语音报警提示模块8、LED提示模块9、参数存储模块10、按键处理模块11、红外位移传感器12，红外位移传感器12安装在手车电机和接地开关电机上。
[0035]其中，电源模块2包括装置电源，装置电源通过滤波模块与主控单元模块I连接，装置电源与AC220V电源连接。
[0036]如图2所示，驱动电路模块3包括依次连接的第一继电器3-1、整流桥3-2、霍尔电流传感器3_3、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘棚.双极型晶体管)3_4、第二继电器3-5、第三继电器3-9，第一继电器3-1与AC220V电源连接，第一继电器3-1与主控单元模块I连接，霍尔电流传感器3-3通过电流信号3-6与主控单元模块I连接，主控单元模块I依次通过PWM(Pulse Width Modulat1n，脉冲宽度调制)3-7、推挽驱动模块3-8与IGBT3-4连接，第三继电器3-9分别连接有手车电机和接地开关电机。第二继电器3-5和第三继电器3-9控制手车电机和接地开关电机的切换图如图3所示，第二继电器3-5控制了操控对象，实现手车和接地开关的切换，即实现了操控装置手车和接地开关共用一个硬件电路;第三继电器3-9控制了电机的转动方向，实现正转反转的切换，从而实现手车的进出、接地开关的开合；当第二继电器3-5不吸合，第三继电器3-9不吸合此时，手电电机正转，完成进车任务；当第二继电器3-5不吸合，第三继电器3-9吸合时，手车电机反转，完成出车任务；当第二继电器3-5吸合，第三继电器3-9不吸合，接地开关电机正转，完成分接地开关任务；当第二继电器3-5吸合，第三继电器3-9吸合，接地开关电机反转，完成合接地开关任务。驱动电路模块3利用PWM3-7通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变电机电枢电压接通时间和通电周期的比值(即占空比)来改变平均电压的大小，从而让电机转速得到控制。
[0037]保护电路模块4包括电机堵转信号，电机堵转信号分别与第二光电隔离模块、信号处理电路连接，第二光电隔离模块与主控单元模块I连接。保护电路模块4主要通过检测驱动电路模块3的电流值变化来实现对装置的保护。
[0038]开入量模块5包括12个开入量，12个开入量均通过第三光电隔尚模块与主控单兀模块I连接。
[0039]通讯模块6包括收发器，收发器分别连接有第一光电隔离模块和RS485通讯接口，第一光电隔离模块与主控单元模块I连接。通讯模块6实现本发明的操控装置与上位机之间的通讯功能，还可以用来远程实现电动操控。
[0040]液晶显示模块7用于实时显示任务的完成情况，及电机电流参数的变化，液晶显示模块7是触摸屏时也可以进行参数设置及选择手动操作还是自动操作。
[0041]语音报警提示模块8当故障或者接收到用户操作指令时如果不满足“五防”闭锁条件时，均会通过语音提示。
[0042]LED提示模块9当出现故障是用LED灯进行提示用户。
[0043]参数存储模块10用于存储进、出车以及分、合接地开关的电动运行时间，使任务完成更加灵活，装置适应性更强。
[0044]按键处理模块11用于用户设置参数及选择手动操作还是自动操作。
[0045]本发明一种高压开关柜电动操控装置的操控方法，流程图如图4所示，具体为:
[0046]步骤1:操控装置初始化，进入“开始”待机状态；
[0047]步骤2:操控装置判断是否接收到本地或远程发送来的电动操作指令，如果接收到则转到步骤3;如果未接收到，则转到步骤I ；
[0048]步骤3:操控装置接到步骤2的指令后，首先判断是否满足“五防”闭锁条件，如果满足转到步骤4，如果不满足则操控装置结束操作，进入语音报警提示模块8;
[0049]步骤4:判断接收到的电动操作条件是否满足开入量模块5的开入量输入条件，如果不满足则结束操作，进入语音报警提示模块8;如果满足则控制驱动电路模块3执行电机启动；
[0050]步骤5:电动操作过程中，根据红外位移传感器12反馈操作控制位置，判断其是否达到减速位置，如果达到减速位置则控制电机减速，如果未达到减速位置则转到步骤6;
[0051]步骤6:操控装置根据霍尔电流传感器3-3实时检测的电机电流值，判断电机是否出现堵转，如果出现堵转，则立刻执行电机堵转故障处理，进入保护电路模块4，结束操作，避免因控制回路堵转故障未能及时切断而损坏电机;如果未检测出异常电流值，则转到步骤7;
[0052]步骤7:操控装置判断是否出现电机操作超时，如果操作超时，则处理控制超时故障，结束操作，避免因控制回路未检测到到位信号而发生误动作损坏电机或其它硬件电路；否则转到步骤8;
[0053]步骤8:操控装置判断是否检测到到位信号，如果检测到到位信号，则电动操作完成，然后电机执行应力释放操作，结束操作;否则转到步骤5。
[0054]本发明一种高压开关柜电动操控装置，通过开入量模块5输入通道获取开关柜的各种状态，在接受用户的指令后通过主控单元模块I对操作条件作出判断，当满足操作条件时才执行驱动电路模块3，同时保护电路模块4开始实时检测整个装置的电流值，进行保护。此外，操控装置在整个电动操作过程中通过红外位移传感器12时刻检测手车或接地开关所处的位置，即使操作过程中出现了故障，操控装置也会根据用户设定的控制参数决定自动退回到安全位置或由操作人员发送相应退回指令移回到安全位置。
[0055]本发明一种高压开关柜电动操控装置的操控方法，通过改变输出PffM波的占空比，来改变IGBT的开关频率，来实现调节电机电枢平均电压的大小的目的，从而让电机转速得到精确控制，达到了手车、接地开关电动软启动、全速运行、软停止的稳定运行标准;利用霍尔电流传感器3-3实时检测电机的电流，使出现故障时能够快速的进行保护处理，从而使保护更加的完善、可靠;此外，手车电机和接地开关电机共用一路硬件电路控制，只需通过控制第二继电器3-5，很方便的实现两者之间的切换，大大节省了成本;通过参数存储模块10可以设定进、出车和分、合接地开关电动运行时间，使任务的完成更加灵活。
[0056]本发明实现驱动电机软启动、软停止、急停、应力释放、堵转保护的精确控制;控制装置在整个电动操作过程中始终能检测到手车或接地开关所处的位置，即使操作过程中出现了故障，控制装置也会根据用户设定的控制参数将其退回到安全位置或由操作人员发送相应退回指令移回到安全位置，使保护功能更加的完善、灵敏;手车和接地开关电动操作只用一台控制装置，一路硬件驱动电路，通过控制第二继电器3-5实现手车和接地开关两个控制对象的切换，方便了工程设计，大大减少生产成本。
【主权项】
1.一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，包括主控单元模块(I)，主控单元模块(1)分别连接有电源模块(2)、驱动电路模块(3)、保护电路模块(4)、开入量模块(5)、按键处理模块(11)或/和液晶显示模块(7)、红外位移传感器(12)。2.根据权利要求1所述的一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，所述主控单元模块(I)还连接有语音报警提示模块(8)和LED提示模块(9)。3.根据权利要求1所述的一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，所述主控单元模块(I)还连接有参数存储模块(10)。4.根据权利要求1所述的一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，所述主控单元模块(I)还连接有通讯模块(6)，通讯模块(6)包括收发器，收发器分别连接有第一光电隔离模块和RS485通讯接口，第一光电隔离模块与所述主控单元模块(I)连接。5.根据权利要求1所述的一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，所述电源模块(2)包括装置电源，装置电源通过滤波模块与所述主控单元模块(I)连接，装置电源与AC220V电源连接。6.根据权利要求1所述的一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，所述驱动电路模块(3)包括依次连接的第一继电器(3-1)、整流桥(3-2)、霍尔电流传感器(3-3)、IGBT(3-4),第二继电器(3-5)、第三继电器(3-9)，第一继电器(3-1)与AC220V电源连接，第一继电器(3-1)与所述主控单元模块(I)连接，霍尔电流传感器(3-3)通过电流信号(3-6)与所述主控单元模块(I)连接，所述主控单元模块(I)依次通过PWM( 3-7)、推挽驱动模块(3-8)与IGBT(3-4)连接，第三继电器(3-9)分别连接有手车电机和接地开关电机。7.根据权利要求1所述的一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，所述保护电路模块(4)包括电机堵转信号，电机堵转信号分别与第二光电隔离模块、信号处理电路连接，第二光电隔离模块与所述主控单元模块(I)连接。8.根据权利要求1所述的一种高压开关柜电动操控装置，其特征在于，所述开入量模块(5)包括12个开入量，12个开入量均通过第三光电隔离模块与所述主控单元模块(I)连接。9.根据权利要求2-8任一项所述的一种高压开关柜电动操控装置的操控方法，其特征在于，具体为: 步骤I:操控装置初始化，进入“开始”待机状态； 步骤2:操控装置判断是否接收到本地或远程发送来的电动操作指令，如果接收到则转到步骤3;如果未接收到，则转到步骤I ； 步骤3:操控装置接到步骤2的指令后，首先判断是否满足“五防”闭锁条件，如果满足转到步骤4，如果不满足则操控装置结束操作，进入语音报警提示模块(8); 步骤4:判断接收到的电动操作条件是否满足开入量模块(5)的开入量输入条件，如果不满足则结束操作，进入语音报警提示模块(8);如果满足则控制驱动电路模块(3)执行电机启动； 步骤5:电动操作过程中，根据红外位移传感器(12)反馈操作控制位置，判断其是否达到减速位置，如果达到减速位置则控制电机减速，如果未达到减速位置则转到步骤6; 步骤6:操控装置根据霍尔电流传感器(3-3)实时检测的电机电流值，判断电机是否出现堵转，如果出现堵转，则立刻执行电机堵转故障处理，进入保护电路模块(4)，结束操作；如果未检测出异常电流值，则转到步骤7; 步骤7:操控装置判断是否出现电机操作超时，如果操作超时，则处理控制超时故障，结束操作;否则转到步骤8; 步骤8:操控装置判断是否检测到到位信号，如果检测到到位信号，则电动操作完成，然后电机执行应力释放操作，结束操作;否则转到步骤5。
【文档编号】H02B3/00GK106025881SQ201610307700
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】黄新波, 姬林垚, 朱永灿, 乔卫中, 郭剑锋
【申请人】西安工程大学