CN109995140A - 一种智能配电柜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能配电柜，包括配电柜、与配电柜连接的服务器、与服务器连接的智能终端，配电柜上设有智能开关和主控制器，主控制器分别与智能开关、服务器连接；智能开关包括开关本体、和设在开关本体上的控制保护单元，控制保护单元包括检测模块、用于通过断路保护智能开关及配电柜安全的保护模块、用于采集智能开关参数的采集模块、微控制器，微控制器分别与检测模块、保护模块、采集模块、主控制器、开关本体连接，检测模块、采集模块均与开关本体连接。本发明可以实现用户实时远程查看配电柜的运行状态监测；运行参数监测；智能开关的通断控制。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备，尤其是涉及一种智能配电柜。
背景技术
随着工程项目对现场用电情况的越来越复杂度，同时对工程管理人员的数量和管理能力要求也越来越高，稍有疏漏就有可能出现安全隐患。现有的配电柜需要专业人员进行维护巡查，无法实时不间断查看配电柜的运行状态，无法了解施工现场的用电情况，所以无法及时发现安全隐患，当专业人员外出时，配电柜出现问题需要维护不能及时现场指导，有可能对重要的生产设备和施工现场造成无法挽回的损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能配电柜，一方面实现配电柜具有智能化功能，另一方面实现配电柜与用户的智能终端实现双向通信，方便用户可以实时查看配电柜的使用状态，以便于用户对配电柜的调度和维护，同时可以实现数据共享，减少信息重复和通信通道。
本发明的另一目的在于实现用户实时远程查看配电柜的运行状态监测；运行参数监测；智能开关的通断控制。
本发明的另一目的在于便于专业人员可以随时查看、远程指导配电柜的维修。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种智能配电柜，包括配电柜、与配电柜连接的服务器、与服务器连接的智能终端，配电柜上设有智能开关和主控制器，主控制器分别与智能开关、服务器连接；智能开关包括开关本体、和设在开关本体上的控制保护单元，控制保护单元包括检测模块、用于通过断路保护智能开关及配电柜安全的保护模块、用于采集智能开关参数的采集模块、微控制器，微控制器分别与检测模块、保护模块、采集模块、主控制器、开关本体连接，检测模块、采集模块均与开关本体连接；
主控制器从微控制器上获取与主控制器连接的智能开关的工作状态信息；
主控制器发送智能开关的工作状态信息至服务器，智能终端通过访问服务器获取智能开关的工作状态信息；
主控制器接收智能终端发送至服务器的控制指令，主控制器将接收到的控制指令发送至微控制器，微控制器根据接收到控制指令控制智能开关。。把微处理器、主控制器、服务器和智能终端引入配电柜***，一方面实现配电柜具有智能化功能，另一方面实现配电柜与用户的智能终端实现双向通信，方便用户可以实时查看配电柜的使用状态，以便于用户对配电柜的调度和维护，同时可以实现数据共享，减少信息重复和通信通道。上述技术方案可以实现用户实时远程查看配电柜的运行状态监测；运行参数监测；智能开关的通断控制；故障应急处理；无功率补偿的自动控制；运行参数、故障及操作记录的管理、存档及分析。控制保护单元是设在智能开关上的智能集成芯片，是集测量、运算、决策、控制、保护及遥控于一体的综合化智能体系，能完成各自对象的继电保护、实时电量监控、状态信息记录及历史记录等功能。检测模块包括绝缘性能检测模块、机械性能检测模块和电器性能检测模块，检测模块的检测内容包括绝缘性能检测、机械性能检测和电器性能检测，具体包括绝缘性能检测模块通过检测开断电流和燃弧时间这两个影响触头磨损量的主要参数来判断触头的电寿命；机械性能检测模块通过检测关键部件的机械振动、合/分闸线电流和电压的波形变化、控制回路通断状态，以及操动机构储能完成状况等信号，来判断断路器的机械故障；电器性能检测采用UHF电磁波来检测绝缘状态，应用感温元件或红外线技术来检测载流导体及接触部为温度。
作为优选，开关本体包括开关机构、与开关机构连接的开关传感器，开关机构上设有触头，触头与开关传感器连接，开关传感器分别与检测模块、采集模块连接，微控制器与开关机构连接。触头是开关本体的关键部件，开关本体的主要性能及寿命长短很大程度取决于触头，通过触头、开关传感器、检测模块的连接，使得用户能够知道触头的磨损程度，以便于及时更换开关。
作为优选，保护模块包括保护控制中心和至少一个熔断器，保护控制中心分别与熔断器、微控制器连接。当采集模块采集到高压、高温、高电流时，采集模块将采集到的数据发送给微处理器，微处理器控制保护控制中心执行控制和保护命令，从而使熔断器工作，断开电路。
作为优选，配电柜包括柜体，主控制器和智能开关均设在柜体内，柜体上设有用于打开或关闭柜体的柜门，柜门上设有固定框和用于供固定框卡嵌的镂空部，固定框通过螺钉固定在柜门上，固定框内固定设有触摸屏，触摸屏与主控制器连接。通过触摸屏的设置，用户可以通过触摸屏直接控制主控制器，也可以通过智能终端远程控制主控制器。
作为优选，柜体内还设有电源模块，电源模块分别与主控制器、智能开关连接。电源模块分别与开关机构、检测模块、保护模块、采集模块连接。
作为优选，采集模块包括至少一个测量电路，测量电路包括第一光耦合器，第一光耦合器的第一引脚与电源模块连接，第一光耦合器的第二引脚与开关传感器连接，第一光耦合器第三引脚与微控制器连接，第一光耦合器的第四引脚接地。开关本体合闸信息经过第一光耦合器，反馈至微控制器的I/O口，微控制器根据返回信息的不同I/O口实现对不同动作开关状态的识别。
作为优选，第一光耦合器与电源模块之间串联有第一电阻，第一光耦合器与开关传感器之间串联有第一二极管，第一光耦合器与微控制器之间并联有第二电阻。第一电阻、第二电阻、第一二极管均可以用于保护第一光耦合器。
作为优选，微控制器上设有通信模块，通信模块包括通信电路，通信电路包括单片机、与单片机连接的第二光耦合器、与第二光耦合器连接的第一芯片、与第一芯片连接的转换器，转换器与主控制器连接。第一芯片为MAX485芯片，单片机输出的逻辑电平通过第二光耦合器后，由MAX485芯片转换为RS-485电平，再由RS-232/RS-485光电隔离接口转换器转换为RS-232电平，输入主控制器的RS-232接口，反之亦然。通过通信模块的设置，能够实现微控制器在更短的时间内与主控制器进行通信，提高在发生紧急故障时候的通信效率。
作为优选，微控制器或主控制器上还设有时钟模块，时钟模块包括时钟复位电路，时钟复位电路包括第二芯片、与第二芯片连接的计数器、与计数器连接的处理器，第二芯片、计数器、处理器均设在微控制器或主控制器上。第二芯片为时钟芯片，时钟芯片由电子时钟和存储器组成，可计年、月、日、时、分、秒、星期；能处理闰月闰年；可将当前时间实时存储，以便于处理器随时读取。同时通过计数器和处理器的设置，可以防止运行时程序死循环，处理器可以复位电路。通过时钟模块的设置，可以记录采集数据的时间、发生故障的时间、维修的时间等，方便用户查询记录。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明一方面实现配电柜具有智能化功能，另一方面实现配电柜与用户的智能终端实现双向通信，方便用户可以实时查看配电柜的使用状态，以便于用户对配电柜的调度和维护，同时可以实现数据共享，减少信息重复和通信通道；
2、本发明可以实现用户实时远程查看配电柜的运行状态监测；运行参数监测；智能开关的通断控制；
3、本发明基于物联网技术，更快捷方便地管理配电柜的日常运营维护，并且可以做到实时记录或查看每台配电柜的相关位置、操作信息及零配件损耗信息，大大节约人工成本及提高人工效率。
附图说明
图1是本发明的连接示意图。
图2是本发明的另一种连接示意图。
图3是本发明的结构示意图。
图4是本发明采集电路的测量电路。
图5是本发明通信模块的通信电路。
图6是本发明时钟模块的时钟复位电路。
图中：1、配电柜，2、主控制器，3、开关本体，31、开关机构，32、触头，33、开关传感器，4、检测模块，41、绝缘性能检测模块，42、机械性能检测模块、43、电器性能检测模块，5、保护模块，51、保护控制中心，52、熔断器，6、采集模块，61、第一光耦合器，62、第一电阻，63、第一二极管，64、第二电阻，7、微控制器，71、通信模块，711、单片机，712、第二光耦合器，713、第一芯片，714、转换器，72、时钟模块，721、第二芯片，722、计数器，723、处理器，8、柜体，9、柜门，91、固定框，92、镂空部，93、触摸屏，10、电源模块，11、服务器，12、智能终端
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示，本发明一种智能配电柜，包括配电柜1、与配电柜1连接的服务器11、与服务器11连接的智能终端12，配电柜1上设有智能开关和主控制器2，主控制器2分别与智能开关、服务器11连接；智能开关包括开关本体3、和设在开关本体3上的控制保护单元，控制保护单元包括检测模块4、用于通过断路保护智能开关及配电柜1安全的保护模块5、用于采集智能开关参数的采集模块6、微控制器7，微控制器7分别与检测模块4、保护模块5、采集模块6、主控制器2、开关本体3连接，检测模块4、采集模块6均与开关本体3连接。检测模块4包括绝缘性能检测模块41、机械性能检测模块42和电器性能检测模块43，检测模块4的检测内容包括绝缘性能检测、机械性能检测和电器性能检测，具体包括绝缘性能检测模块41通过检测开断电流和燃弧时间这两个影响触头磨损量的主要参数来判断触头的电寿命；机械性能检测模块42通过检测关键部件的机械振动、合/分闸线电流和电压的波形变化、控制回路通断状态，以及操动机构储能完成状况等信号，来判断断路器的机械故障；电器性能检测43采用UHF电磁波来检测绝缘状态，应用感温元件或红外线技术来检测载流导体及接触部为温度。本实施例中智能终端12为手机、电脑等个人终端设备。本实施例中服务器11为云服务器，主控制器2与云服务器、智能终端均通过无线连接。主控制器2与服务器11也可以通过有线的方式连接。
开关本体3包括开关机构31、与开关机构31连接的开关传感器33，开关机构31上设有触头32，触头32与开关传感器33连接，开关传感器33分别与检测模块4、采集模块6连接，微控制器7与开关机构31连接。
配电柜1包括柜体8，主控制器2和智能开关均设在柜体8内，柜体8上设有用于打开或关闭柜体8的柜门9，柜门9上设有固定框91和用于供固定框91卡嵌的镂空部92，固定框91通过螺钉固定在柜门9上，固定框91内固定设有触摸屏93，触摸屏93与主控制器2连接。
柜体8内还设有电源模块10，电源模块10分别与主控制器2、智能开关连接。电源模块10通过开关机构31把电能传送到采集模块6、保护模块5、检测模块4上。
保护模块5包括保护控制中心51和至少一个熔断器52，保护控制中心51分别与熔断器52、微控制器7连接。
采集模块6包括4个测量电路，测量电路包括第一光耦合器61，第一光耦合器61的第一引脚与电源模块10连接，第一光耦合器61的第二引脚与开关传感器33连接，第一光耦合器61第三引脚与微控制器7连接，第一光耦合器61的第四引脚接地。第一光耦合器61与电源模块10之间串联有第一电阻62，第一光耦合器61与开关传感器33之间串联有第一二极管63，第一光耦合器61与微控制器7之间并联有第二电阻64。4个测量电路并联连接，可以测量智能开关的电压、电流、电度等信息。
微控制器7上设有通信模块71，通信模块71包括通信电路，通信电路包括单片机711、与单片机711连接的第二光耦合器712、与第二光耦合器712连接的第一芯片713、与第一芯片713连接的转换器714，转换器714与主控制器2连接。
微控制器7或主控制器2上还设有时钟模块72，时钟模块72包括时钟复位电路，时钟复位电路包括第二芯片721、与第二芯片721连接的计数器722、与计数器722连接的处理器723。
智能配电柜控制方法，配电柜1上设有智能开关，智能开关包括用于检测智能开关绝缘性能、机械性能和电器性能的检测模块4、用于采集智能开关参数的采集模块6、微控制器7，检测模块4和采集模块6获得的工作状态信息汇总到微控制器7；
主控制器2从微控制器7上获取与主控制器2连接的智能开关的工作状态信息；
主控制器2发送智能开关的工作状态信息至服务器11，智能终端12通过访问服务器11获取智能开关的工作状态信息；
主控制器2接收智能终端12发送至服务器11的控制指令，主控制器2将接收到的控制指令发送至微控制器7，微控制器7根据接收到控制指令控制智能开关。
智能开关还包括用于通过断路保护智能开关及配电柜1安全的保护模块5，微控制器7将采集模块6采集到的智能开关工作状态信息与预设的断路数值比对，若工作状态信息达到断路数值时，微控制器7启动保护模块5将智能开关断路，微控制器7发送断路信息至主控制器2，主控制器2发送断路信息至服务器11，服务器11发送断路信息至智能终端12。
保护模块5包括保护控制中心51和至少一个熔断器52，微控制器7发出断路指令给保护中心，保护中心根据断路指令启动熔断器52。
采集模块6包括测量电路，测量电路将测量的智能开关的工作状态信息发送至微控制器7的I/O口，微控制器7根据返回信息的不同I/O口实现对不同动作开关状态的识别。
微控制器7上设有通信模块71，通信模块71包括通信电路，通信电路包括单片机711、与单片机711连接的第二光耦合器712、与第二光耦合器712连接的第一芯片713、与第一芯片713连接的转换器714，转换器714与主控制器2连接；微控制器7将信息发送给主控制器2时，单片机711输出的逻辑电平通过第二光耦合器712后，由第一芯片713将逻辑电平转换为RS-485电平，再由转换器714将RS-485电平转换为RS-232电平，输入主控制器2的RS-232接口。
主控制器2将信息发送给微控制器7时，转换器714将主控制器2输出的RS-232电平转换为RS-485电平，第一芯片713将接受到的RS-485电平转换为逻辑电平，逻辑电平经第二光耦合器712后输出给单片机711，单片机711将获得的信息发送给微控制器7。
控制指令为定时控制指令或实时控制指令。服务器11为云服务器或物理服务器。
主控制器2上还设有时钟模块72，主控制器2发送智能开关的工作状态信息至服务器11时携带时钟模块72上的时间信息；
主控制器2接收智能终端12发送至服务器11的控制指令时，根据时钟模块72录入时间信息。
微控制器7上还设有时钟模块72，微控制器7发送智能开关的工作状态信息至主控制器2时携带时钟模块72上的时间信息；
微控制器7接收从智能终端12经服务器11发送至主控制器2的控制指令时，根据时钟模块72录入时间信息。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种智能配电柜，其特征在于：包括配电柜(1)、与配电柜(1)连接的服务器(11)、与服务器(11)连接的智能终端(12)，配电柜(1)上设有智能开关和主控制器(2)，主控制器(2)分别与智能开关、服务器(11)连接；智能开关包括开关本体(3)、和设在开关本体(3)上的控制保护单元，控制保护单元包括检测模块(4)、用于通过断路保护智能开关及配电柜(1)安全的保护模块(5)、用于采集智能开关参数的采集模块(6)、微控制器(7)，微控制器(7)分别与检测模块(4)、保护模块(5)、采集模块(6)、主控制器(2)、开关本体(3)连接，检测模块(4)、采集模块(6)均与开关本体(3)连接；
主控制器(2)从微控制器(7)上获取与主控制器(2)连接的智能开关的工作状态信息；
主控制器(2)发送智能开关的工作状态信息至服务器(11)，智能终端(12)通过访问服务器(11)获取智能开关的工作状态信息。
2.根据权利要求1所述智能配电柜，其特征在于：开关本体(3)包括开关机构(31)、与开关机构(31)连接的开关传感器(33)，开关机构(31)上设有触头(32)，触头(32)与开关传感器(33)连接，开关传感器(33)分别与检测模块(4)、采集模块(6)连接，微控制器(7)与开关机构(31)连接。
3.根据权利要求1或2所述智能配电柜，其特征在于：配电柜(1)包括柜体(8)，主控制器(2)和智能开关均设在柜体(8)内，柜体(8)上设有用于打开或关闭柜体(8)的柜门(9)，柜门(9)上设有固定框(91)和用于供固定框(91)卡嵌的镂空部(92)，固定框(91)通过螺钉固定在柜门(9)上，固定框(91)内固定设有触摸屏(93)，触摸屏(93)与主控制器(2)连接。
4.根据权利要求3所述智能配电柜，其特征在于：柜体(8)内还设有电源模块(10)，电源模块(10)分别与主控制器(2)、智能开关连接。
5.根据权利要求1或2或4所述智能配电柜，其特征在于：保护模块(5)包括保护控制中心(51)和至少一个熔断器(52)，保护控制中心(51)分别与熔断器(52)、微控制器(7)连接。
6.根据权利要求5所述智能配电柜，其特征在于：采集模块(6)包括至少一个测量电路，测量电路包括第一光耦合器(61)，第一光耦合器(61)的第一引脚与电源模块(10)连接，第一光耦合器(61)的第二引脚与开关传感器(33)连接，第一光耦合器(61)第三引脚与微控制器(7)连接，第一光耦合器(61)的第四引脚接地。
7.根据权利要求6所述智能配电柜，其特征在于：第一光耦合器(61)与电源模块(10)之间串联有第一电阻(62)，第一光耦合器(61)与开关传感器(33)之间串联有第一二极管(63)，第一光耦合器(61)与微控制器(7)之间并联有第二电阻(64)。
8.根据权利要求1或2或4或6或7所述智能配电柜，其特征在于：微控制器(7)上设有通信模块(71)，通信模块(71)包括通信电路，通信电路包括单片机(711)、与单片机(711)连接的第二光耦合器(712)、与第二光耦合器(712)连接的第一芯片(713)、与第一芯片(713)连接的转换器(714)，转换器(714)与主控制器(2)连接。
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