CN210270562U - 一种开关柜智能控制单元 - Google Patents

Abstract

一种开关柜智能控制单元，包括MCU模块以及皆与MCU模块电性连接的显示模块、无线模块、存储模块、输入模块、输出模块、电源模块、采样模块、通讯模块，输出模块还连接有外部设备；本实用新型具备单独的无线测温终端，可以更好的无线测量开关柜内各触头、母排及电缆头的温度；本实用新型具备无线测温终端，可以无线测量开关柜内各触头、母排及电缆头的温度；具备触摸液晶屏，可以实时动态显示一次模拟图和工作状态等，可以通过触摸液晶屏实现触摸控制外部设备启动；具备温湿度自动控制功能；具备电磁闭锁、带电指示、红外线PT、智能语音防误提示等功能；具有通讯模块，能够实现智能化、网络化、数字化；可以检测三相电压、电流、相位。

Description

一种开关柜智能控制单元

技术领域

本实用新型属于开关柜控制领域，具体涉及一种开关柜智能控制单元。

背景技术

开关柜在电力***中有着非常广泛的应用，是变配电站中的核心设备之一。随着电力工业的大发展和国内配电网的大规模建设，使开关柜的需求量猛增，它在现场运用极为广泛，但是也存在着操控上的一些问题和安全隐患。开关柜在运行过程中柜门始终是封闭的，运行人员无法知道柜内的主接线，虽然每面开关柜都标有一次主接线图，但这种指示方式不能动态指示开关柜内各种元器件的实际工作状态；开关柜验电问题是一个多年来困扰电力安全生产的问题；目前开关柜上大量使用以氖灯作为显示元件的高压带电显示装置，经过长时间的运行使用，失明率高，氖灯大量损坏；凝露问题在绝缘事故中占相当大比例，高压柜内的温湿度控制不能忽略；开关柜上只有一定的机械“防误”措施；加上没有面板高压带电显示以及带电闭锁功能，运维人员极易带电操作，危险系数极高。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种多功能的、高精度的、智能的开关柜智能控制单元。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种开关柜智能控制单元，包括MCU模块以及皆与所述MCU模块电性连接的显示模块、无线模块、存储模块、输入模块、输出模块、电源模块、采样模块、通讯模块；

所述MCU模块用于进行数据接收、处理和传输，并用于控制各模块实现自动化工作过程；所述显示模块用于显示所述MCU模块传输的参数、报警信息；所述无线模块用于无线传输所述采样模块采集的数据；所述存储模块用于存储所述MCU模块输入的信息和输出所述MCU模块需要的信息；所述电源模块用于提供工作电压；

所述输入模块用于输入信号至所述MCU模块；所述输出模块用于接收所述MCU模块传输的控制信号；所述输出模块还连接有外部设备并用于控制所述外部设备运转；所述采样模块用于传输采集的数据至所述MCU模块；所述通讯模块与外部数据中心实现数据交互，并实现遥控、监测功能。

进一步，所述显示模块包括触摸液晶屏和多个LED指示灯；所述触摸液晶屏与所述MCU模块相连接，用于显示一次回路模拟图、温度、湿度、带电指示、闭锁状态、手车位置、断路器位置、接地开关位置、储能状态、报警信息及设备工作状态；所述多个LED指示灯用于辅助所述触摸液晶屏进行状态显示；所述温度和所述湿度均有多路显示。

进一步，所述输入模块包括多个按钮、触摸液晶屏；所述多个按钮用于手动启动/停止所述输出模块连接的所述外部设备；所述触摸液晶屏用于通过图形化操作界面实现与所述多个按钮相同的功能。

进一步，所述外部设备包括皆与所述输出模块电性连接的通风装置、加热装置、除湿装置、电磁闭锁装置、照明装置、报警装置；所述通风装置、加热装置、除湿装置用于实现温湿度控制；所述电磁闭锁装置用于实现电磁闭锁功能；所述报警装置用于发生故障或事故时发出报警；所述照明装置用于提供照明。

优选的，所述电磁闭锁装置设置有单独的电源，用于在所述电源模块出现故障时仍然能够正常工作。

优选的，所述外部设备还包括与所述输出模块电性连接的语音装置，所述语音装置用于提供语音提示和语音报警。

进一步，所述采样模块包括皆与所述MCU模块电性连接的温湿度传感器、带电检测传感器、红外线PT、CT互感器和多个传感器组；所述温湿度传感器包括两个以上，均用于采集温度、湿度；所述带电检测传感器用于检测开关柜内部的带电情况；所述红外线PT用于检测维护人员是否进入；所述CT互感器用于采集电流、电压、相位；所述多个传感器组分别用于获取开关状态、断路器位置、接地开关位置、储能状态、隔离开关状态、小车位置。

优选的，所述采样模块还包括与所述MCU模块电性连接的温度采集单元；所述温度采集单元用于对开关柜内各触头、母排及电缆头的温度进行采样测量。

进一步，还包括无线测温终端；所述无线测温终端包括射频接收单元、单片机、网络接口单元、显示单元；所述射频接收单元输入端与所述无线模块相连接，输出端与所述单片机输入端相连接；所述单片机用于接受、处理、传输温度数据；所述网络接口单元输入端与所述单片机第一输出端相连接，输出端与所述MCU模块或外部数据中心相连接，用于实现数据交互；所述显示单元输入端与所述单片机第二输出端相连接，用于显示温度数据。

优选的，所述温度采集单元采用MCP9700T传感器；所述MCP9700T传感器通过运算放大器电路与所述MCU模块相连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型具备单独的无线测温终端，可以更好的无线测量开关柜内各触头、母排及电缆头的温度；

温度采集单元采用MCP9700T，相较于传统的温度传感器，精度提高了±0.5℃；

具备触摸液晶屏，可以实时动态显示一次模拟图、开关状态、断路器位置、接地开关位置、储能状态、隔离开关状态、语音防误指示、高压带电指示、高压带电闭锁以及自动加热除湿控制、温湿度控制、加热器故障、超温报警指示等，可以通过触摸液晶屏实现触摸控制外部设备启动；

具备温湿度自动控制功能，温湿度传感器采用SHT20，可以更精确的实现自动控制；

具备电磁闭锁、带电指示、红外线PT、智能语音防误提示等功能，并且为电磁闭锁装置设置单独的电源，可以更好的保证运维人员安全；

具有通讯模块，能够进一步实现智能化、网络化、数字化；

可以检测三相电压、电流、相位，并进一步核算功率因数、有功功率计量、无功功率计量。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本实用新型实施例的***示意图；

图2是本实用新型实施例的温湿度自动控制流程图；

图3是本实用新型实施例的无线测温终端原理框图；

图4是本实用新型实施例的温度采集单元接线图；

图5是本实用新型实施例的语音装置接线图；

图6是本实用新型实施例的红外线PT接线图；

图7是本实用新型实施例的MCU模块接线图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，一种开关柜智能控制单元，包括MCU模块100以及皆与MCU模块100电性连接的显示模块200、无线模块300、存储模块400、输入模块500、输出模块600、电源模块700、采样模块800、通讯模块900.

MCU模块100主要用于进行数据接收、处理和传输，并用于控制各模块实现自动化工作过程；

如图7所示，在本实施例中，MCU模块100采用单片机，具体采用STM433L149单片机；也可以采用其他单片机来实现，也可以采用DSP、ARM等来实现。

显示模块200主要用于显示MCU模块100传输的参数、报警信息；

本实施例中，显示模块200包括触摸液晶屏和多个LED指示灯；

触摸液晶屏与MCU模块100相连接，可以显示一次回路模拟图、温度、湿度、带电指示、闭锁状态、手车位置、断路器位置、接地开关位置、储能状态、报警信息及设备工作状态等信息；

本实施例中，使用了多个LED指示灯用于辅助触摸液晶屏进行状态显示，主要对于输出模块控制600的一些外部设备进行启/停指示或故障指示，另外也对控制单元本身的通电情况进行指示，通过这些LED灯的辅助，可以更好的帮助现场人员对设备的运行状况进行了解，同时在触摸液晶屏故障后，也可以保证***基本功能的正常使用；

本实施例中，温度和湿度均有多路显示。

无线模块300用于无线传输采样模块800采集的数据；

本实施例中，无线模块300采用是Silas公司的Si4455无线模块；Si4455无线模块在具有超低功耗的同时，也能够满足***的饿需求。

存储模块400用于存储MCU模块100输入的信息和输出MCU模块100需要的信息；

本实施例中，MCU模块100会将采样模块800采集的数据、输入模块输入的数据、外部数据中心需要导入的数据写入存储卡，同时，当MCU模块100模块或者外部数据中心需要调取数据时，也可以从存储模块400中读取数据，此外，各模块需要的配置参数也会存储在存储模块400中，方便发生故障时及时重置或调取；

本实施例中，存储模块400也可以直接采用存储卡，可以方便维护人员进行数据读取和刷新；存储模块400还可以采用存储盘，只需预留好数据导入/导出接口即可满足需求。

输入模块500用于输入信号至MCU模块100；

输出模块600用于接收MCU模块100传输的控制信号；输出模块600还连接有外部设备；输出模块600还用于控制外部设备运转；

本实施例中，外部设备包括皆与输出模块600电性连接的通风装置、加热装置、除湿装置、电磁闭锁装置、照明装置、报警装置与语音装置；

本实施例中，通风装置、加热装置、除湿装置分别采用通风机、加热器、除湿器，用于实现温湿度控制，三个装置可以单独用于实现降温、升温、除湿功能的实现，也可以复合使用，用以达到更好的降温、升温、除湿效果；此外，通风装置、加热装置、除湿装置在MCU模块100的控制下可以实现自动启停功能；

本实施例中，采用电磁闭锁装置实现电磁闭锁功能；具有电磁闭锁功能可以很好的运维人员的安全，在运维人员需要进行操作时，可以开启电磁闭锁功能，防止误操作事故发生；

本实施例中，因为电磁闭锁功能在实际工程中十分重要，所以给电磁闭锁装置设置有单独的电源，用于在电源模块700出现故障时保证仍然能够正常工作；

本实施例中，报警装置用于发生故障或事故时发出报警，这样可以有效的提醒运维人员有故障发生，如果在进行危险作业的话最好马上停止，查明原因，避免意外发生；

本实施例中，语音装置用于提供语音提示和语音报警，对于一些比较危险的操作，在检测到有运维人员进入后，会发出语音报警，可以更为有效的保证运维人员的安全；

如图5所示，语音装置采用的核心部件是NV020C模块；

本实施例中，照明装置用于提供照明，照明装置可以与采样模块800复合使用，实现自动照明。

本实施例中，输入模块500包括了多个按钮、触摸液晶屏；

多个按钮主要用于手动启动/停止输出模块600连接的通风装置、加热装置、除湿装置、电磁闭锁装置、照明装置、报警装置等；

触摸液晶屏用于通过图形化操作界面实现与多个按钮相同的功能；

本实施例中，输入模块500触摸液晶屏与显示模块200的触摸液晶屏可以复合使用，可以更好的降低成本和减小体积；

本实施例中，报警装置加入手报，主要是方便多个运维人员进行维护时，如果检测到潜危险，可以通过首保提醒大家注意，在互相告知危险以后再继续进行工作。

电源模块700用于提供***工作电压。

采样模块800用于传输采集的数据至MCU模块100；

采样模块800包括皆与MCU模块100电性连接的温湿度传感器、带电检测传感器、红外线PT、CT互感器、温度采集单元和多个传感器组；

本实施例中，温湿度传感器包括两个以上，均用于采集温度、湿度，多路传感器的采用可以更好的反馈开关柜的工作温度，也可以起到互为备用的效果；温湿度传感器采用的是新一代SHT20温湿度传感器芯片，具有更高的精度和反应速度；温湿度传感器、通风装置、加热装置、除湿装置、MCU模块100的复合使用可以更好的实现温湿度的智能控制；

带电检测传感器用于检测开关柜内部的带电情况；

红外线PT用于检测维护人员是否进入；

如图6所示，本实施例中，红外线PT采用AS312作为核心部件；

CT互感器用于采集电流、电压、相位,并可以通过MCU模块100进一步核算功率因数、有功功率计量、无功功率计量；

温度采集单元用于对开关柜内各触头、母排及电缆头的温度进行采样测量；

如图4所示，温度采集单元采用MCP9700T传感器；MCP9700T传感器通过运算放大器电路与MCU模块100相连接，可以更好的保证采集数据的质量，并且MCP9700T传感器测量精度较传统温度传感器提升了±0.5℃，并且同等条件下响应更加迅速；

本实施例中，多个传感器组分别用于指示开关状态、断路器位置、接地开关位置、储能状态、隔离开关状态、小车位置；每个传感器组具体包括的传感器数量可以根据实际需求或客户要求进行合理采用；众多传感器的采用可以有效的反馈***当前的状态，也可以指示各个操作是否真正完成；本实施例中，具体反馈的效果，可以在触摸液晶屏和/或LED灯中直观的看到。

通讯模块900用于与外部数据中心实现数据交互，并实现遥控、监测功能；

本实施例中，通讯模块900采用无线通信模块，用于与外部数据中心实现数据交互、遥控监测；无线通信模块采用WiFi、ZigBee或蓝牙等等；

本实施例中，通信模块具体采用485通信模块、无线网络通信模块相结合，可以达到更加的数据交互效果；

如图3所示，本实施例中，还包括了无线测温终端；无线测温终端包括射频接收单元、单片机、网络接口单元、显示单元；射频接收单元输入端与无线模块300相连接，输出端与单片机输入端相连接；单片机用于接受、处理、传输温度数据；网络接口单元输入端与单片机第一输出端相连接，输出端与MCU模块100或外部数据中心相连接，用于实现数据交互；显示单元输入端与单片机第二输出端相连接，用于显示温度数据；

无线测温终端结合温度采集单元主要是针对柜内各触头、母排及电缆头的温度，这种直接点位测量更能够直接的了解线路的温度情况，比测量柜内温度更直接更具有参考价值，更快了解线路运行情况，通过对触头、母线、电缆头的温度测量的实时温度值进行线路情况分析，提前做好预防处理措施；

本实施例中，无线测温终端的单片机采用STM32系列单片机，具体采用STM32F103单片机；

本实施例中，无线模块300主要是为了实现温度采集单元的无线短距离数据传输功能，温度采集单元把采集的数据通过无线模块300发送，无线测温终端射频接收单元接收到信号经由CPU处理之后在显示单元实时显示；

本实施例中，显示单元采用触摸液晶屏，可以单独使用一个，也可以和显示模块200中触摸液晶屏共同使用一个；

本实施例中，无线测温终端也可以根据实际情况使用多个，方便现场更有效的管理。

下面简要叙述一下各主要功能的工作过程：

A.温湿度自动控制过程

如图2所示，温湿度传感器会持续采集温湿度数据，MCU模块100会对采集的温湿度数据进行判断；

当温湿度数据正常时，MCU模块100不会有任何操作，温湿度传感器持续采集温湿度数据；

当MCU模块100判断出温度高于温度上限时，MCU模块100会通过输出模块600启动通风装置，并发出报警，在启动通风装置后，如果温度低于高温回复点，则停止通风装置并取消报警；

当MCU模块100判断出湿度高于湿度上限时，MCU模块100会通过输出模块600启动除湿装置，并发出报警，在启动除湿装置后，如果湿度低于湿度回复点，则停止除湿装置并取消报警；

当MCU模块100判断出温度低于温度下限时，MCU模块100会通过输出模块600启动加热装置，并发出报警，在启动加热装置后，如果温度高于低温回复点，则停止加热装置并取消报警。

B.无线测温终端工作过程

如图3所示，温度采集单元安装到用电设备的带电触头上，通过内置的温度传感器采集温度数据，经过无线模块300处理后发送给无线测温终端,射频接收单元接收到温度数据后，经过STM32单片机的处理后由显示单元显示，方便用户知道现场的温度情况，另外多个管理主机可通过与网络接口单元连接形成网络，也可以进一步通过网络与上位监控主机连接，实现资源数据的共享，进一步加强数据处理功能，可记录高压设备实时运行的温度数据，为高压设备的维修提供累积数据，实现了高压设备热故障预知维修；

此外，STM32单片机可以将温度数据通过网络接口单元传输到通讯模块900，最终使显示模块200能够同步显示温度数据。

C.人员作业语音播报

人员进入作业时，红外线PT会检测到有人员进入，同时向MCU模块100发出人员进入信息，语音装置会播放语音防误提示，方便运行人员的操作；同时出现故障时，在监测到人员进入语音装置会播放具体故障信息，方便人员迅速排故。

本实施例中，触摸液晶屏中内置有故障检修表，用于辅助现场维护人员进行故障快速定位和检修；当出现出现故障时，触摸液晶屏会显示出现相应故障的原因和排除方法，帮助快速解决问题。

本实施例中，采用了抗干扰技术，机箱内部分为左右两个功能区，左侧放置处理器模块，右侧放置信号输入输出模块，两模块之间信号采用扁平电缆连接，中间采用金属板隔离，极大增强了整机的抗干扰性能。

以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关柜智能控制单元，其特征在于:包括MCU模块(100)以及皆与所述MCU模块(100)电性连接的显示模块(200)、无线模块(300)、存储模块(400)、输入模块(500)、输出模块(600)、电源模块(700)、采样模块(800)、通讯模块(900)；

所述MCU模块(100)用于进行数据接收、处理和传输，并用于控制各模块实现自动化工作过程；所述显示模块(200)用于显示所述MCU模块(100)传输的参数、报警信息；所述无线模块(300)用于无线传输所述采样模块(800)采集的数据；所述存储模块(400)用于存储所述MCU模块(100)输入的信息和输出所述MCU模块(100)需要的信息；所述电源模块(700)用于提供工作电压；

所述输入模块(500)用于输入信号至所述MCU模块(100)；所述输出模块(600)用于接收所述MCU模块(100)传输的控制信号；所述输出模块(600)还连接有外部设备并用于控制所述外部设备运转；所述采样模块(800)用于传输采集的数据至所述MCU模块(100)；所述通讯模块(900)与外部数据中心实现数据交互，并实现遥控、监测功能。

2.根据权利要求1所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述显示模块(200)包括触摸液晶屏和多个LED指示灯；所述触摸液晶屏与所述MCU模块(100)相连接，用于显示一次回路模拟图、温度、湿度、带电指示、闭锁状态、手车位置、断路器位置、接地开关位置、储能状态、报警信息及设备工作状态；所述多个LED指示灯用于辅助所述触摸液晶屏进行状态显示。

3.根据权利要求1所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述输入模块(500)包括触摸液晶屏、多个按钮；所述多个按钮用于手动启动/停止所述输出模块(600)连接的所述外部设备；所述触摸液晶屏用于通过图形化操作界面实现与所述多个按钮相同的功能。

4.根据权利要求1或3所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述外部设备包括皆与所述输出模块(600)电性连接的通风装置、加热装置、除湿装置、电磁闭锁装置、照明装置、报警装置；所述通风装置、加热装置、除湿装置用于实现温湿度控制；所述电磁闭锁装置用于实现电磁闭锁功能；所述报警装置用于发生故障或事故时发出报警；所述照明装置用于提供照明。

5.根据权利要求4所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述电磁闭锁装置设置有单独的电源，用于在所述电源模块(700)出现故障时仍然能够正常工作。

6.根据权利要求4所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述外部设备还包括与所述输出模块(600)电性连接的语音装置，所述语音装置用于提供语音提示和语音报警。

7.根据权利要求1所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述采样模块(800)包括皆与所述MCU模块(100)电性连接的温湿度传感器、带电检测传感器、红外线PT、CT互感器和多个传感器组；所述温湿度传感器包括两个以上，均用于采集温度、湿度；所述带电检测传感器用于检测开关柜内部的带电情况；所述红外线PT用于检测维护人员是否进入；所述CT互感器用于采集电流、电压、相位；所述多个传感器组分别用于获取开关状态、断路器位置、接地开关位置、储能状态、隔离开关状态、小车位置。

8.根据权利要求1所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述采样模块(800)包括与所述MCU模块(100)电性连接的温度采集单元；所述温度采集单元用于对开关柜内各触头、母排及电缆头的温度进行采样测量。

9.根据权利要求1所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:还包括无线测温终端；所述无线测温终端包括射频接收单元、单片机、网络接口单元、显示单元；所述射频接收单元输入端与所述无线模块(300)相连接，输出端与所述单片机输入端相连接；所述单片机用于接受、处理、传输温度数据；所述网络接口单元输入端与所述单片机第一输出端相连接，输出端与所述MCU模块(100)或外部数据中心相连接，用于实现数据交互；所述显示单元输入端与所述单片机第二输出端相连接，用于显示温度数据。

10.根据权利要求8所述的一种开关柜智能控制单元，其特征在于:所述温度采集单元采用MCP9700T传感器；所述MCP9700T传感器通过运算放大器电路与所述MCU模块(100)相连接。

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