CN109709853A - 一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，为核心控制器件，驱动隔离开关的操作电机。卡式驱动器包括隔离直流宽电压范围检测电路、开关量检测电路、温湿度检测电路、通信电路、中央处理器、驱动电流隔离采集电路、驱动隔离输出电路和功率放大转换电路。外形为插卡式设计，电气原理上由直流隔离采集电路、开关量隔离采集电路、温湿度控制电路、串口通信电路，隔离功率输出电路。本发明有益效果是：提高了***整体配置灵活性，便于维护，节约空间；超宽范围的电压输出适应现场远距离的驱动要求和不同电压制式的驱动电机，具体驱动电压值可以人为设定；具备事件记录、驱动电压软启动、现场温湿度控制及驱动电流录波等功能。

Description

一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元

技术领域

本发明属于铁路电力隔离开关远动技术领域，特别涉及一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，适用于基于网络的隔离开关控制站、进行远程控制、驱动操作机构、本地的温湿度控制、以及故障检测和健康管理。

背景技术

在当前10KV-220KV隔离开关操作机构箱内多采用变压器加继电器或接触器的驱动方式，辅以温控器对箱内的温湿度进行有效的调节。变压器加继电器接触器的驱动模式占空间比较大且安装比较复杂，维护和使用操作都比较麻烦。同时在电气性能方面这种方式也没有办法实现连续调压输出，不能适应不同现场电压制式或现场电压线损衰减的实际情况。随着对隔离开关的现场运行状态的关注度的增加，需要采集的数量也在增加，开关量、模拟量等等。因此需要现场引出的电缆数也在同步增加，成本在不断的上升，而设备的稳定性在逐渐下降。以继电器节点为主的控制***已无法满足铁路智能化运营管理的需求，因此智能化驱动装置的开发已经成为必然。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于网络的板卡式热插拔的智能驱动器阵列单元。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，包括：3U高标准机柜的卡式驱动器，所述卡式驱动器包括隔离直流宽电压范围检测电路、开关量检测电路、温湿度检测电路、通信电路、中央处理器、驱动电流隔离采集电路、驱动隔离输出电路和功率放大转换电路，所述隔离直流宽电压直流检测电路将在外部交流电压经过调理、转换、隔离后变成脉动直流送入中央处理器检测端；所述开关量检测电路将外部无源开关量信号经过隔离转换之后送入中央处理器检测端；所述温湿度检测电路由传感器采集外部环境的温度和湿度信号参数，经过、变换、调理后有送入中央处理器检测端；所述驱动电流隔离采集电路由驱动电机的电流信号通过调理隔离之后送入中央处理器相应端口；所述中央处理器将得到温湿度电路采集信号，与用户设置的条件参数进行比较决定的是否进行加热操作的判断后，输出信号给驱动隔离输出电路；所述中央处理器根据通信电路收到的指令或者用户现场操作的指令通过管脚输出PWM波的方式驱动功率放大电路将一个低压小信号脉冲信号放大成高压大电流的功率信号输出给功率放大转换电路。

所述通信电路设有485串口通信电路，实现上位机的实时数据通信。

所述中央处理器为STC15W4K32S4型高性能单片。

所述隔离直流宽电压直流电压隔离测量电路依次经输入电压、整流电路、放大调理和隔离保护后连接到中央处理器。

所述无源开关量信号电路依次有源处理、隔离变换、滤波保护的隔离转换。

所述温湿度电路采集信号经与处理器相连接的温湿度一体数字化传感器，采集外部的环境数据之后放在自己的数据缓存RAM中，待处理器发出数据请求之后将数据传给处理器，处理器在得到数据之后根据设定条件来判断是否加热处理。

所述驱动电机的电流信号为温湿度控制的开关量输出点，在处理器根据温湿度电路采集到的环境条件数据判断是否进行加热或去湿的处理，根据结构送出驱动电路的相应动作信号。

电机驱动功率输出由处理器发出PWM信号至信号放大电路，然后进入隔离变换处理，隔离后直接驱动功率放大器件，放大后的功率电流用来驱动直流电机，同时功率放大器件必须有续流和电压浪涌限伏电路进行保护。

本发明的有益效果是：驱动设备是强电的功率输出电路，提供板卡式设计，功率输出电路的热插拔操作，类似弱点的通信板卡的热插拔操作模式；在标准输入时提供超宽的直流稳压输出电压，范围从DC85至DC265，而且无极连续可调，适应现有所有制式的直流驱动电机以及目前设计所能达到的极限线损衰减程度；提供软启动功能在得到电机启动的指令之后能够缓慢的施加启动电压，使得执行电机能够缓慢启动，减小驱动电流冲击延长电机和执行机械***的使用寿命；提供事件记录功能,可以迅速读取历史数据进行故障分析，和对设备的健康管理。还可以记录电机的驱动电流波形，为监控电机和开关的实际运行情况提供数据依据。

附图说明

图1是本发明的板卡式驱动阵列单元结构示意图；

图2是本发明的驱动单元***构成示意框图；

图3是本发明的宽电压直流电压隔离测量电路示意框图；

图4是本发明的开关量隔离检测电路示意框图；

图5是本发明的温湿度检测电路示意框图；

图6是本发明的隔离输出电路示意框图；

图7是本发明的功率放大电路示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明是以单片机为控制核心，基于网络的开关控制柜板卡式的驱动阵列单元，如图1所示，面板1高度设计成3U高的标准尺寸，而宽度为N*5.08的标准尺寸，印制板2为实现电源***，逻辑运算，功率驱动执行部分，插接端子3使得板卡与***总线板相连接实现板卡互备，功率驱动等的功能。

电气构造如图2所示，以单片机作为整体***核心，连接宽电压直流电压隔离测量电路、开关量隔离检测电路、温湿度检测电路、通信电路、驱动电流隔离输出电路、驱动隔离输出电路、功率放大电路。

隔离直流宽电压范围检测电路，是在外部交流电压经过整流处理后，变成脉动直流，然后接入本检测电路，进行调理放大隔离处理，形成中央处理器可以接受的低压小信号接入相应的A/D转换管脚；开关量隔离检测电路，是要求外部开关量信号是无源信号在经过本电路有源处理，隔离变换，调理放大等，最后送入中央处理器的管脚；另外，温湿度检测电路，是在温湿度传感器采集环境的温度和湿度信号之后变换成电子信号然后通过总线方式传输给中央处理器；还有驱动电流的隔离采集电路，是将驱动电流引入直流隔离传感器的输入端经过调理变换之后成为中央处理器可以接受的信号。驱动隔离输出电路，是在中央处理器得到温湿度检测电路的信号，与用户设置的条件参数进行比较决定的是否进行加热操作的判断，输出信号通过本电路给出由外部电路执行加热的操作。功率放大转换电路，是中央处理器根据通信电路收到的指令或者用户现场操作的指令通过管脚输出PWM波的方式驱动功率放大电路将一个低压小信号脉冲信号放大成高压大电流的功率信号。

中央处理器为STC15W4K32S4型高性能单片，以此为核心组成带有网络功能、输入输出检测、以及功率转换控制的高性能逻辑控制***。

具体功能实现如下：

中央处理器连接的宽电压直流电压隔离测量电路内部原理框图如图3所示，驱动电压由图3中整流电路将交流信号变成直流脉动信号，然后又放大电路将这个直流大信号衰减成低压小信号，然后在进入隔离变换电路把信号隔离处理后，送入中央处理器相应管脚。实现了宽范围的直流信号的隔离检测。然后处理器会将采集到的信号变成数字信号存储在存储器中待用。

中央处理器链接的开关量隔离检测电路内部原理框图如图4所示，无源开关量信号引入后线经过有源加载处理，变成有源信号，然后进入隔离变换部分，之后再经过滤波及接口保护调理后送入中央处理器相应管脚。

中央处理器连接的温湿度检测电路的内部原理框图如图5所示，与处理器相连接的温湿度一体数字化传感器，采集外部的环境数据之后放在自己的数据缓存RAM中，待处理器发出数据请求之后将数据传给处理器，处理器在得到数据之后根据设定条件来判断是否加热处理。

驱动电流隔离检测电路内部原理框图如图5所示，驱动电流引入霍尔电流传感器，经传感器变换后形成隔离电压信号，然后经过放大调理之后送入处理器相应管脚。处理器经过内部转换之后形成数字化驱动电机的电流数据待用。

驱动隔离输出内部原理框图如图6所示，本功能为温湿度控制的开关量输出点，在处理器根据温湿度电路采集到的环境条件数据判断是否进行加热或去湿的处理，根据结构送出驱动电路的相应动作信号。

功率放大转化电路内部原理框图如图7所示，本电路为电机驱动功率输出部分，由处理器发出PWM信号至信号放大电路，然后进入隔离变换处理，隔离后直接驱动功率放大器件，放大后的功率电流用来驱动直流电机，同时功率放大器件必须有续流和电压浪涌限伏电路进行保护。通信电路采用了通用的485通信电路，实现近距离的数据和控制指令的交换。

本发明的基于单片机的隔离开关操作机构驱动器的工作流程：

进入正常工作模式后，中央处理器通过图2电路对外部输入电压进行检测，以此为依据计算出功率放大器件驱动所用占空比最大值及加速调整间隔存入RAM中待使用。当使用485通信时处理器通过通信电路图与外部485设备进行数据交换，此时可读取当前输入输出状态、事件记录、录波数据等，将数据进行分析可对隔离开关健康度进行评估。

当驱动器接收到分合指令时外部电缆控制、485通信控制、处理器进行逻辑判断是否满足驱动条件，满足则使能驱动电源继电器及换向继电器，并产生PWM波对功放电路进行驱动，根据测得的外部电压计算得到的PWM调整参数最大值、加速间隔对PWM波进行调整进而驱动功率放大电路完成对电机的软启动控制。在机构运行过程连续不断的测量外部电压状态及驱动电流大小来进行PWM调整及是否进行过流、超时保护并将电流数据保存至RAM中待使用。当机构运行至限位或驱动过程中断时，将录波数据保存至FLASH中，并记录相关事件。

Claims (8)

1.一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，包括：3U高标准机柜的卡式驱动器，其特征是：所述卡式驱动器包括隔离直流宽电压范围检测电路、开关量检测电路、温湿度检测电路、通信电路、中央处理器、驱动电流隔离采集电路、驱动隔离输出电路和功率放大转换电路，所述隔离直流宽电压直流检测电路将在外部交流电压经过调理、转换、隔离后变成脉动直流送入中央处理器检测端；所述开关量检测电路将外部无源开关量信号经过隔离转换之后送入中央处理器检测端；所述温湿度检测电路由传感器采集外部环境的温度和湿度信号参数，经过、变换、调理后有送入中央处理器检测端；所述驱动电流隔离采集电路由驱动电机的电流信号通过调理隔离之后送入中央处理器相应端口；所述中央处理器将得到温湿度电路采集信号，与用户设置的条件参数进行比较决定的是否进行加热操作的判断后，输出信号给驱动隔离输出电路；所述中央处理器根据通信电路收到的指令或者用户现场操作的指令通过管脚输出PWM波的方式驱动功率放大电路将一个低压小信号脉冲信号放大成高压大电流的功率信号输出给功率放大转换电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，其特征是：所述通信电路设有485串口通信电路，实现上位机的实时数据通信。

3.根据权利要求1所述的一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，其特征是：所述中央处理器为STC15W4K32S4型高性能单片。

4.根据权利要求1所述的一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，其特征是：所述隔离直流宽电压直流电压隔离测量电路依次经输入电压、整流电路、放大调理和隔离保护后连接到中央处理器。

5.根据权利要求1所述的一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，其特征是：所述无源开关量信号电路依次有源处理、隔离变换、滤波保护的隔离转换。

6.根据权利要求1所述的一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，其特征是：所述温湿度电路采集信号经与处理器相连接的温湿度一体数字化传感器，采集外部的环境数据之后放在自己的数据缓存RAM中，待处理器发出数据请求之后将数据传给处理器，处理器在得到数据之后根据设定条件来判断是否加热处理。

7.根据权利要求1所述的一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，其特征是：所述驱动电机的电流信号为温湿度控制的开关量输出点，在处理器根据温湿度电路采集到的环境条件数据判断是否进行加热或去湿的处理，根据结构送出驱动电路的相应动作信号。

8.根据权利要求1所述的一种基于网络开关控制站的卡式驱动阵列单元，其特征是：电机驱动功率输出由处理器发出PWM信号至信号放大电路，然后进入隔离变换处理，隔离后直接驱动功率放大器件，放大后的功率电流用来驱动直流电机，同时功率放大器件必须有续流和电压浪涌限伏电路进行保护。