智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要： 介紹一種智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)硬件采用嚴(yán)格邏輯控制電路、電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路來對(duì)智能開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)可靠的控制，采用校準(zhǔn)過流電壓電路來適應(yīng)不同規(guī)格電機(jī)，采用RS 485數(shù)字通信接口電路，通信協(xié)議符合現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)構(gòu)成分布式遠(yuǎn)程電動(dòng)控制系統(tǒng)。軟件采用冗余邏輯分析處理算法實(shí)現(xiàn)控制邏輯，從而可靠的實(shí)現(xiàn)對(duì)智能開關(guān)設(shè)備的本地及遠(yuǎn)程控制。在此分別從硬件和軟件方面闡述了智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞： 智能開關(guān)設(shè)備； 電動(dòng)控制系統(tǒng)； 電動(dòng)底盤控制； 電動(dòng)接地刀控制中圖分類號(hào)： TN702?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?

2、373X202116?0156?04Design and implementation of electric control system for intelligentswitchgear equipmentsXU Kai1， HU Rui2， LI Feng3， HUANG Xinchun4， ZHU Yafeng1， SHA Xiaofeng11. Changzhou Senlong Electrical Technology Co.， Ltd， Changzhou 213014， China； 2. Shanghai Electric Power Industrial Co.， Lt

3、d， Shanghai 200001， China；3. Shanghai Electric Power Company， State Grid， Shanghai 200122， China； 4. Shanghai Nanhua?Lanling Industrial Co.， Ltd， Shanghai 202120， ChinaAbstract： A design scheme of electric system for intelligent switch equipments is introduced in this paper. The strict logic control

4、 circuit and motor positive inversion control circuit are adopted in the designed hardware to realize reliable control to intelligent switchgear equipments. over current voltage calibration circuit is adopted to adapt different specifications of motor. RS485 digital communication interface circuit i

5、s adopted in the design. The communication protocol accords with fieldbus standard to realize the system networking to constitute a distributed remote electric control system. The redundant logic analysis algorithm is adopted in the designed software to achieve the control logic， and then realize th

6、e reliable local and remote control for intelligent switchgear equipments. The design scheme of the electric control system of intelligent switchgear equipment is elaborated in the aspects of hardware and software.Keywords：intelligent switchgear equipment； electric control system； electric chassis c

7、ontrol； electric control of earth switch0 引 言隨著工業(yè)化、現(xiàn)代化及信息技術(shù)開展，更多的新興技術(shù)被引入到中低壓開關(guān)設(shè)備中，為滿足開關(guān)柜產(chǎn)品數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化需求，實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備無人化運(yùn)行，更可靠的保護(hù)人身平安，中壓移開式開關(guān)設(shè)備主開關(guān)手車及接地開關(guān)電動(dòng)操作系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用1。智能開關(guān)設(shè)備電控控制系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)斷路器手車和接地刀閘開關(guān)根底上增加一套獨(dú)立智能化操作機(jī)構(gòu)，智能開關(guān)電動(dòng)控制操作機(jī)構(gòu)需要穩(wěn)定可靠的硬件軟件控制系統(tǒng)支持以滿足電力系統(tǒng)五防要求。所謂電力系統(tǒng)“五防是指：1 防止誤分、誤合斷路器；2 防止帶負(fù)荷拉合隔分開關(guān)；3 防止帶電掛接地線或

8、接地刀閘；4 防止帶接地線合隔分開關(guān)；5 防止誤入帶電間隔。電力系統(tǒng)“五防裝置中除了防止誤分、誤合斷路器之外，其他“四防均要求強(qiáng)迫閉鎖2。因此智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)也必須符合電力系統(tǒng)五防功能，從而防止誤操作開關(guān)設(shè)備，確保開關(guān)設(shè)備平安可靠運(yùn)行。為確保能準(zhǔn)確對(duì)開關(guān)設(shè)備進(jìn)展符合五防要求的可靠控制，防止和杜絕電網(wǎng)事故的發(fā)生，研發(fā)一種可靠的智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)成為熱門的研究課題。智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)作為開關(guān)設(shè)備控制的智能化，網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中智能化不可缺少的重要一部分，平安可靠性要求高，開展智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)具有非常重要的實(shí)際工程意義和宏大市場(chǎng)價(jià)值。 1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)針對(duì)智能開關(guān)

9、設(shè)備的電動(dòng)控制系統(tǒng)主要為電動(dòng)底盤車控制斷路器進(jìn)出控制及電動(dòng)接地刀控制接地刀閘分合控制，從而實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)設(shè)備的底盤車電動(dòng)控制及接地刀閘電動(dòng)控制，電動(dòng)控制系統(tǒng)具備完好的電氣和機(jī)械閉鎖的同時(shí)還具有過載保護(hù)功能。電動(dòng)控制系統(tǒng)帶MODBUS通信接口支持遠(yuǎn)程控制功能，可組網(wǎng)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用模塊化的構(gòu)造，分為智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制裝置、電動(dòng)底盤車控制單元模塊、電動(dòng)接地刀控制單元模塊等，系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖2 硬件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)上述電動(dòng)控制功能，控制模塊硬件分為電源硬件電路、人機(jī)交互硬件電路、RS 485通信接口電路、主CPU控制電路、電動(dòng)控制邏輯電路和電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路等。本文主要以

10、詳細(xì)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制的硬件電路來闡述。2.1 主CPU控制電路主CPU控制電路采用STC12C4052為主控制芯片，電路如圖2所示，其中ED0為停頓位/分閘位限位行程開關(guān)輸入，ED1為工作位/合閘位限位行程開關(guān)輸入，HAND為手動(dòng)優(yōu)先信號(hào)輸入，LOCK為閉鎖信號(hào)輸入，MI過載過流信號(hào)輸入，IO0為前進(jìn)/合刀閘控制輸出，IO1為后退/分刀閘控制輸出，TXD，RXD，DE為RS 485控制收發(fā)及方向控制引腳。主控制器通過檢測(cè)這些輸入引腳狀態(tài)來得到當(dāng)前底盤車/接地刀的位置狀態(tài)，閉鎖狀態(tài)，過載過流狀態(tài)，主控制器接收本地按鍵或RS 485發(fā)過來的控制命令的同時(shí)結(jié)合這些狀態(tài)量來驅(qū)動(dòng)輸出引腳IO0和IO1實(shí)現(xiàn)對(duì)

11、底盤車/接地刀的控制功能。圖2 主CPU控制電路圖2.2 電動(dòng)控制邏輯電路電動(dòng)控制邏輯電路是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制五防聯(lián)鎖的關(guān)鍵電路，如圖3所示。該電路原理主要通過高速邏輯芯片SN74HC04D非門及SN74HC08D與門搭建的邏輯電路，通過主控制芯片輸出的控制信號(hào)IO0及IO1結(jié)合MI過載過流信號(hào)，LOCK閉鎖信號(hào)，HAND手動(dòng)優(yōu)先信號(hào)，ED0，ED1底盤車/接地刀的位置信號(hào)的邏輯來實(shí)現(xiàn)可滿足五防聯(lián)鎖功能的可靠的控制動(dòng)作。該電路詳細(xì)實(shí)現(xiàn)的邏輯功能如圖4所示。由邏輯電路可得RRUN=！HAND ！LOCK IO1 ！IO0 MI ED1，即在非手動(dòng)優(yōu)先狀態(tài)下，滿足閉鎖條件同時(shí)無過載過流信號(hào)且ED0無前進(jìn)

12、限位且ED1有后退限位信號(hào)那么可以實(shí)現(xiàn)通過輸入信號(hào)IO0=0IO1=1來實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)RUN=0RRUN=1的可靠輸出控制后退功能，前進(jìn)控制功能按邏輯關(guān)系同理。圖3 電動(dòng)控制邏輯電路圖圖4 電動(dòng)控制邏輯電路邏輯功能2.3 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路電動(dòng)控制功能本質(zhì)上就是通過12 V繼電器控制220 V電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)電路如圖5所示。當(dāng)RUN=1且RRUN=0時(shí)，D10二極管導(dǎo)通，K1繼電器吸合，K1的9腳接到5腳，12腳接到8腳，HALL_OUT為220 V+流進(jìn)MOTO1電機(jī)正級(jí)經(jīng)過電機(jī)后負(fù)極MOTO2流出到220 V-，這樣構(gòu)成回路實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)功能從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制前進(jìn)/合刀閘功能；當(dāng)RRUN=1

13、且RUN=0時(shí)，D11二極管導(dǎo)通，K2繼電器吸合，K2的9腳接到5腳，12腳接到8腳，HALL_OUT為220 V+流進(jìn)MOTO2電機(jī)負(fù)極經(jīng)過電機(jī)后正極MOTO1流出到220 V-，這樣構(gòu)成回路實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)功能從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制后退/分刀閘功能。由圖4電動(dòng)控制邏輯電路邏輯功能可以得到可靠的RUN及RRUN的輸出信號(hào)，不可能同時(shí)出現(xiàn)RUN=1且RRUN=1的情況。圖5 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路圖3 軟件設(shè)計(jì)由上述電動(dòng)控制任務(wù)功能描繪可得知，控制系統(tǒng)軟件主要為根據(jù)獲取到的底盤車位置狀態(tài)/接地刀閘位置狀態(tài)、過載保護(hù)狀態(tài)、閉鎖狀態(tài)結(jié)合接收到本地或遠(yuǎn)程的控制命令來對(duì)底盤車實(shí)現(xiàn)進(jìn)出控制，對(duì)接地刀閘實(shí)現(xiàn)分合閘控制功能。

14、3.1 主程序設(shè)計(jì)電動(dòng)控制系統(tǒng)軟件按圖6所示流程進(jìn)展，系統(tǒng)初始化，硬件資源初始化后，主循環(huán)軟件通過輸入I/O口線檢測(cè)手動(dòng)優(yōu)先信號(hào)、閉鎖信號(hào)、過載過流信號(hào)、底盤車/接地刀的位置信號(hào)等結(jié)合本地按鍵操作或遠(yuǎn)程RS 485發(fā)來的控制命令操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤車或接地刀電動(dòng)控制操作。3.2 底盤車推進(jìn)程序設(shè)計(jì)底盤車推進(jìn)軟件采用冗余邏輯分析處理算法，軟件流程如圖7所示，軟件通過檢測(cè)過載過流信號(hào)、閉鎖信號(hào)、底盤車位置信號(hào)、電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤車的推進(jìn)控制一系列邏輯控制時(shí)序，首先啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)展推進(jìn)過程直到底盤車到工作位置后再進(jìn)展電機(jī)解鎖處理，電機(jī)解鎖完成后再進(jìn)展電機(jī)停轉(zhuǎn)處理，通過這一系列控制時(shí)序來完成電動(dòng)控制底盤

15、車推進(jìn)電動(dòng)操作。其他電動(dòng)控制操作如電動(dòng)控制底盤車退出操作、電動(dòng)控制接地刀閘分閘操作、電動(dòng)控制接地刀閘合閘操作程序流程與底盤車推進(jìn)程序流程一致。圖6 主程序流程圖4 系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試4.1 聯(lián)鎖及機(jī)械壽命試驗(yàn)在正常條件和額定工作電壓下，在配有電動(dòng)控制裝置的智能開關(guān)柜上進(jìn)展聯(lián)鎖及機(jī)械壽命試驗(yàn)。按設(shè)計(jì)的機(jī)械閉鎖和電氣聯(lián)鎖要求進(jìn)展聯(lián)鎖試驗(yàn)，測(cè)試下來具備可靠電氣聯(lián)鎖且具備過載保護(hù)功能，智能柜電動(dòng)控制底盤車前進(jìn)、后退、急停；控制接地刀閘分閘、合閘、急停功能正常，電動(dòng)操作過程中沒有發(fā)生誤操作現(xiàn)象，電動(dòng)控制準(zhǔn)確性100%，整柜機(jī)械構(gòu)造無明顯變形。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。表1 開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制裝置機(jī)械壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)4.2

16、 EMC型式試驗(yàn)設(shè)計(jì)的開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制裝置通過了上海電氣輸配電試驗(yàn)中心的EMC型式試驗(yàn)，試驗(yàn)工程如表2所示。試驗(yàn)結(jié)果合格并獲得了試驗(yàn)報(bào)告。表2 開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制裝置型式試驗(yàn)工程5 結(jié) 語綜上所述，本文分別從硬件及軟件設(shè)計(jì)方面簡(jiǎn)述了智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并且經(jīng)過系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試滿足實(shí)際工程應(yīng)用要求。智能開關(guān)設(shè)備電動(dòng)控制系統(tǒng)集成了底盤車本地/遠(yuǎn)程控制功能，接地刀閘本地/遠(yuǎn)程控制功能，具備智能五防功能、完備電氣和機(jī)械閉鎖功能、過載保護(hù)功能，操作上可以根據(jù)用戶需求選擇就地控制操作或遠(yuǎn)程控制操作。電動(dòng)控制裝置上還具備手動(dòng)優(yōu)先開關(guān)，可以在電動(dòng)不可靠的情況下選擇手動(dòng)優(yōu)先控制底盤車及接地刀閘。該系統(tǒng)抗干擾才能強(qiáng)，聯(lián)鎖可靠，可以顯著進(jìn)步電力控制系統(tǒng)的平安可靠性，降低電力事故的可能性和人員財(cái)產(chǎn)損失，促進(jìn)電力設(shè)備自動(dòng)化程度進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 朱宏偉，許剛.開關(guān)設(shè)備主開關(guān)手車及接地開關(guān)電動(dòng)操作說明J.中國(guó)電業(yè)：技術(shù)版，20216：49?52.2 王列華，黃新波，陳小雄，等.智能高壓開關(guān)柜綜合操控裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電氣應(yīng)用，2021，3211：51?56.3 張京，章國(guó)寶.智能開關(guān)柜底盤車/地刀控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2021，274：18?22.4 苗保紅，于慶瑞，趙治平.中壓智能開關(guān)