本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種變電站高壓隔離開(kāi)關(guān)智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高壓開(kāi)關(guān)柜是按一定的線路方案將有關(guān)一、二次設(shè)備組裝而成的一種高壓成套配電裝置。在發(fā)電廠和變配電所中用于控制和保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器和高壓線路，也可用于啟動(dòng)和保護(hù)大型高壓交流電動(dòng)機(jī)。高壓開(kāi)關(guān)柜中安裝的高壓隔離開(kāi)關(guān)作為使用量最大的一次設(shè)備，它的主要作用是在設(shè)備或線路檢修時(shí)隔離電壓，以保證安全。它不能斷開(kāi)負(fù)荷電流和短路電流，應(yīng)與斷路器配合使用。在停電時(shí)應(yīng)先拉斷路器后隔離開(kāi)關(guān)，送電時(shí)應(yīng)先合隔離開(kāi)關(guān)后合斷路器。如果誤操作將引起設(shè)備損壞和人身傷亡。同時(shí)隔離開(kāi)關(guān)作為輸電系統(tǒng)的一個(gè)重要元件，因其沒(méi)有滅弧室，所以不能用于開(kāi)斷負(fù)荷電流，只能起到明顯斷開(kāi)電源的作用。它主要用來(lái)隔離高壓電源。保證安全檢修，并能夠通斷一定的小電流。高壓隔離開(kāi)關(guān)的傳動(dòng)系統(tǒng)完全裸露在戶外環(huán)境下，常年承受著風(fēng)吹、雨淋、雪蓋、日曬等各種氣候條件的影響，易產(chǎn)生傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械性故障而導(dǎo)致停電事故不斷發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種變電站高壓隔離開(kāi)關(guān)智能控制系統(tǒng)，利用高性能的ARM微處理器作為控制核心，使用固態(tài)繼電器和光電耦合器等電力電子器件，配合溫濕度傳感器、角度傳感器等各種傳感器組成一種開(kāi)關(guān)控制模塊，系統(tǒng)地集成到高壓開(kāi)關(guān)智能組件柜中，對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行進(jìn)行控制，同時(shí)還集成狀態(tài)采集、故障檢測(cè)、信息通信等功能，使隔離開(kāi)關(guān)具有自檢測(cè)、自診斷、自控制以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑δ?。全過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行，自動(dòng)化系數(shù)高，而且具有針對(duì)性，安全可靠，安裝方便。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種變電站高壓隔離開(kāi)關(guān)智能控制系統(tǒng)，包括ARM微處理器，ARM微處理器的輸出端與開(kāi)關(guān)控制模塊連接，開(kāi)關(guān)控制模塊與電動(dòng)機(jī)連接，控制電動(dòng)機(jī)的啟停，所述開(kāi)關(guān)控制模塊包括繼電器和繼電器驅(qū)動(dòng)器，ARM微處理器依次連接繼電器驅(qū)動(dòng)器、繼電器、電動(dòng)機(jī)；所述電動(dòng)機(jī)上設(shè)有角度傳感器及電流傳感器，角度傳感器通過(guò)數(shù)字變換器與ARM微處理器的輸入端連接，電流傳感器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊與ARM微處理器的輸入端連接；所述ARM微處理器還通與隔離開(kāi)關(guān)連接，ARM微處理器還通過(guò)光電隔離模塊與開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊連接；ARM微處理器還與LED顯示器連接。

優(yōu)選的，還包括溫濕度傳感器，溫濕度傳感器設(shè)于變電站室內(nèi)，溫濕度傳感器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊與ARM微處理器連接。

優(yōu)選的，還包括數(shù)碼管顯示模塊，數(shù)碼管顯示模塊與ARM為處理器連接，用于顯示角度傳感器及溫濕度傳感器檢測(cè)到的信息。

優(yōu)選的，還包括電源模塊，電源模塊與ARM微處理器連接，為各裝置供電。

優(yōu)選的，還包括按鍵模塊，按鍵模塊與ARM微處理器連接，進(jìn)行輸入設(shè)置。

優(yōu)選的，還包括報(bào)警模塊，報(bào)警模塊與ARM微處理器連接，所述報(bào)警模塊包括聲音報(bào)警器。

優(yōu)選的，所述ARM微處理器還通過(guò)通信接口與上位機(jī)連接。

優(yōu)選的，所述通信接口采用RS232通信接口。

采用上述結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型利用高性能的ARM微處理器作為控制核心，使用固態(tài)繼電器和光電耦合器等電力電子器件，配合溫濕度傳感器、角度傳感器等各種傳感器組成一種開(kāi)關(guān)控制模塊，系統(tǒng)地集成到高壓開(kāi)關(guān)智能組件柜中，對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行進(jìn)行控制，同時(shí)還集成狀態(tài)采集、故障檢測(cè)、信息通信等功能，使隔離開(kāi)關(guān)具有自檢測(cè)、自診斷、自控制以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑δ?。全過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行，自動(dòng)化系數(shù)高，而且具有針對(duì)性，安全可靠，安裝方便。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型電動(dòng)機(jī)控制電路圖；

圖3為本實(shí)用新型繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖；

圖4為本實(shí)用新型溫濕度傳感器的電路原理圖；

圖5為本實(shí)用新型角度傳感器的電路原理圖；

圖6為本實(shí)用新型電流傳感器的電路原理圖；

圖7為本實(shí)用新型通信模塊的電路原理圖；

圖8為本實(shí)用新型LED顯示模塊的電路原理圖；

圖9為本實(shí)用新型報(bào)警模塊的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種變電站高壓隔離開(kāi)關(guān)智能控制系統(tǒng)，包括ARM微處理器，ARM微處理器的輸出端與開(kāi)關(guān)控制模塊連接，開(kāi)關(guān)控制模塊與電動(dòng)機(jī)連接，控制電動(dòng)機(jī)的啟停，所述開(kāi)關(guān)控制模塊包括繼電器和繼電器驅(qū)動(dòng)器，ARM微處理器依次連接繼電器驅(qū)動(dòng)器、繼電器、電動(dòng)機(jī)；所述電動(dòng)機(jī)上設(shè)有角度傳感器及電流傳感器，角度傳感器通過(guò)數(shù)字變換器與ARM微處理器的輸入端連接，電流傳感器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊與ARM微處理器的輸入端連接；所述ARM微處理器還與隔離開(kāi)關(guān)連接，ARM微處理器還通過(guò)光電隔離模塊與開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊連接；ARM微處理器還與LED顯示器連接。

優(yōu)選的，還包括溫濕度傳感器，溫濕度傳感器設(shè)于變電站室內(nèi)，溫濕度傳感器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊與ARM微處理器連接。

優(yōu)選的，還包括數(shù)碼管顯示模塊，數(shù)碼管顯示模塊與ARM為處理器連接，用于顯示角度傳感器及溫濕度傳感器檢測(cè)到的信息。

優(yōu)選的，還包括電源模塊，電源模塊與ARM微處理器連接，為各裝置供電。

優(yōu)選的，還包括按鍵模塊，按鍵模塊與ARM微處理器連接，進(jìn)行輸入設(shè)置。

優(yōu)選的，還包括報(bào)警模塊，報(bào)警模塊與ARM微處理器連接，所述報(bào)警模塊包括聲音報(bào)警器。

優(yōu)選的，所述ARM微處理器還通過(guò)通信接口與上位機(jī)連接。

優(yōu)選的，所述通信接口采用RS232通信接口。

優(yōu)選的，所示ARM微處理器采用型號(hào)為STM32F103的單片機(jī)；所述光電隔離模塊采用光電隔離器；所述LED指示模塊采用LED液晶顯示屏；所述角度檢測(cè)模塊采用AD2S90旋轉(zhuǎn)變壓器變換器；所述電流檢測(cè)模塊采用傳感器型號(hào)為ACS712-20A傳感器；所述溫濕度檢測(cè)模塊采用傳感器型號(hào)為DHT11傳感器。

如圖2所示，為本實(shí)用新型本實(shí)用新型電機(jī)控制電路圖，使用固態(tài)繼電器和普通繼電器配合使用。當(dāng)需要電機(jī)正傳帶動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)閉合，ARM處理器控制電磁繼電器RLY1、RLY2和RLY3上電，然后控制SSR上電使電路接通，電機(jī)開(kāi)始工作；同時(shí)角度傳感器實(shí)時(shí)采集隔離開(kāi)關(guān)的角度信息上傳到微處理器顯示開(kāi)關(guān)的角度，確定開(kāi)關(guān)的位置。當(dāng)開(kāi)關(guān)到位以后，ARM處理器控制SSR先打開(kāi)，電路斷電，然后繼電器RLY1、RLY2、RLY3關(guān)斷，電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的剎車機(jī)構(gòu)剎車使電機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同理當(dāng)需要電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，ARM處理器先控制SSR斷電然后使電路關(guān)斷，然后控制電磁繼電器RLY1、RLY2和RLY3斷電，電機(jī)停止工作。固態(tài)繼電器和普通電磁繼電器的開(kāi)關(guān)順序不能顛倒，固態(tài)繼電器在負(fù)載電路中開(kāi)關(guān)不會(huì)產(chǎn)生火花、拉狐等現(xiàn)象。SSR和電磁繼電器串聯(lián)使用，防止單一的SSR或者電磁繼電器獨(dú)自工作時(shí)因強(qiáng)電磁干擾等發(fā)生意外誤動(dòng)。SSR固態(tài)繼電器

是一種內(nèi)部由固態(tài)電子元件組成的電力電子型無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)器件，它內(nèi)部集成了開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等元件，可以達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地對(duì)電路進(jìn)行接通、斷開(kāi)的目的。交流型SSR內(nèi)部由光電耦合電路、過(guò)零觸發(fā)電路、控制電路、開(kāi)關(guān)電路和吸收濾波電路組成。

如圖3所示，由于ARM微控制器不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器，需要用光電器件對(duì)其驅(qū)動(dòng)。在電機(jī)控制電路中，繼電器在使用時(shí)需要在線包端的兩個(gè)引腳反向并接二極管，用來(lái)保護(hù)驅(qū)動(dòng)三極管。繼電器內(nèi)部的線圈結(jié)構(gòu)在通電、斷電時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生較大的反向電動(dòng)勢(shì)擊穿三極管，反向二極管的并聯(lián)用于吸收繼電器線圈產(chǎn)生的火花，使繼電器的驅(qū)動(dòng)三極管不被燒壞，達(dá)到能量泄放的目的以保護(hù)繼電器的驅(qū)動(dòng)管。在本發(fā)明中，繼電器的工作電壓是24V，相對(duì)于微處理器的3.3V來(lái)說(shuō)是高電壓，所以采用光電隔離技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)弱電的隔離，保護(hù)控制器的信號(hào)傳輸不被干擾。

如圖4所示，溫濕度傳感器采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，傳感器的DATA口經(jīng)一個(gè)電阻后與主控芯片STM32F103連接，實(shí)現(xiàn)二者之間的通訊和同步，傳輸采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，用戶MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。

如圖5所示，為本實(shí)用新型角度傳感器的電路原理圖，角度傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器，選用專用的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換器AD2S90，具有抗震性好、耐腐蝕、工作溫度范圍寬的特點(diǎn)，可適應(yīng)惡劣的環(huán)境，在應(yīng)用中具有較好的可靠性。在角度測(cè)量電路中使用旋轉(zhuǎn)變壓器安裝于電動(dòng)機(jī)上，將角度變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，輸入給專用的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換器AD2S90，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量傳給主處理器。旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁繞組和兩套輸出相互正交的繞組作為定子固定，轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸安裝，當(dāng)原邊的激磁繞組通過(guò)正弦電流時(shí)，副邊輸出繞組兩端會(huì)感應(yīng)出同頻率的電勢(shì)，電勢(shì)的大小與定轉(zhuǎn)子間的相對(duì)角度有關(guān)，將產(chǎn)生的電壓信號(hào)數(shù)字量后送入微處理器。在使用中模擬輸入sin、cos和REF端使用獨(dú)立的屏蔽雙絞電纜，屏蔽端連接至變換器的AGND引腳。VDD和VSS端連接至AGND的電壓，旋轉(zhuǎn)變壓器的S3和S2分別連接至變換器的sin和cos引腳，AGND為模擬信號(hào)地，采用星形連接電路，REF端輸出信號(hào)通過(guò)0.1Uf的電容、100K的電阻傳至DGND，經(jīng)過(guò)電路處理后，將2V的電壓信號(hào)傳送給轉(zhuǎn)換芯片。

如圖6所示，電動(dòng)機(jī)過(guò)流通常是工作電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出額定電流從而使電機(jī)繞組燒斷，當(dāng)工作電壓出現(xiàn)較大的波動(dòng)，或者電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)會(huì)引起過(guò)流問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)電流傳感器電路，把電流傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送給微控制器，讓控制器來(lái)控制電路的通斷，達(dá)到在過(guò)流時(shí)有效的切斷電路保護(hù)電機(jī)的目的。電流傳感器的工作原理：當(dāng)穿過(guò)電流傳感器的導(dǎo)線通電時(shí)導(dǎo)線周圍會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)被電流傳感器上的霍爾元件感應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流，并有電壓信號(hào)輸出。當(dāng)導(dǎo)線電流發(fā)生變化時(shí)電流傳感器重新有電壓信號(hào)輸出，將輸出電壓通過(guò)一定的處理后就能夠顯示被測(cè)導(dǎo)線上電流的大小。采用線性電流傳感器ACS712-20A，該器件內(nèi)置有精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路，能輸出與檢測(cè)的交流或直流電流成比例的電壓。由于ACS712-20A的輸出電壓隨原邊電流成線性關(guān)系，實(shí)際檢測(cè)電路電流范圍約在0~4A變化，該傳感器的輸出電壓在2.5~2.9V變化，ΔV=0.4V，而單片機(jī)要求檢測(cè)輸入電壓為0~5V。為此，在傳感器需加一級(jí)差分輸入比例運(yùn)算放大器，以實(shí)現(xiàn)電位移動(dòng)和信號(hào)放大，運(yùn)算放大電路圖中由電阻R3、R4、R5、R6及運(yùn)放OP1177組成。取V1=V2=2.5V，放大倍數(shù)為12.5，即可滿足應(yīng)用要求。

如圖7所示，采用RS232通訊，主要用于硬件系統(tǒng)通訊功能調(diào)試和硬件電路與通用計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳遞時(shí)使用，方便硬件系統(tǒng)的編程調(diào)試和維護(hù)。

如圖8所示，液晶顯示屏模塊采用8位數(shù)字信號(hào)并行傳輸模式，BLA和BLK端分別輸入液晶顯示背光點(diǎn)亮模塊的正極和負(fù)極?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)工作人員多數(shù)情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)近距離觀測(cè)數(shù)據(jù)，常態(tài)下應(yīng)該保證實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)操作十分鐘后自動(dòng)關(guān)閉液晶顯示屏的功能。該功能通過(guò)由單片機(jī)IO引腳控制BLA端電平的高低變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如圖9所示，為本實(shí)用新型報(bào)警模塊電路原理圖，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到變電站內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲音報(bào)警，提醒工作人員進(jìn)行檢修和預(yù)防事故發(fā)生。該模塊核心為WT588D語(yǔ)音芯片，采用三線SPI模式，單片機(jī)與WT588D之間通過(guò)三條通信線連接，分別是片選信號(hào)CS、數(shù)據(jù)信號(hào)MISO和時(shí)鐘信號(hào)SCLK，時(shí)序遵循標(biāo)準(zhǔn)SPI通信方式。由單片機(jī)發(fā)送信息對(duì)WT588D進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音芯片命令控制、語(yǔ)音播放。P17為BUSY忙信號(hào)輸出端，其信號(hào)可以進(jìn)行設(shè)置。該模塊中設(shè)置語(yǔ)音開(kāi)始播放時(shí)BUSY輸出低電平，語(yǔ)音播放結(jié)束BUSY輸出高電平，高電平時(shí)電壓接近VDD供電電壓，用于作為語(yǔ)音播放是否結(jié)束或忙信號(hào)判斷。供電電壓VDD使用+5V供電，VCC使用3.3V供電。音頻信號(hào)由DAC端輸出。使用M25P32VMW6TG存儲(chǔ)特定的語(yǔ)音信號(hào)，其為32Mbit(4M*8)的串行flash存儲(chǔ)器，具有增強(qiáng)寫保護(hù)結(jié)構(gòu)。存取采用SPI總線協(xié)議。

使用時(shí)當(dāng)ARM接收到上位機(jī)的命令對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作時(shí)，當(dāng)需要電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，ARM處理器控制電磁繼電器上電，然后控制SSR上電使電路接通，電機(jī)開(kāi)始工作；同時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器對(duì)開(kāi)關(guān)位置信息進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)數(shù)字變換后將數(shù)字信息送入到ARM處理器，并且實(shí)時(shí)顯示開(kāi)關(guān)的角度以確定開(kāi)關(guān)位置和狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)到位以后，ARM處理器控制SSR先打開(kāi)，電路斷電，然后繼電器關(guān)斷，電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的剎車機(jī)構(gòu)使電機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，ARN處理器先控制SSR斷電后使電路關(guān)斷，然后控制電磁繼電器斷電，電機(jī)停止工作。在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，若是因?yàn)楦綦x開(kāi)關(guān)發(fā)生卡死等使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)的意外情況，電流互感器把檢測(cè)到線路中突變信號(hào)傳給ARM處理器，使SSR和繼電器斷開(kāi)，并上傳到隔離開(kāi)關(guān)IED發(fā)出故障警報(bào)。同時(shí)溫濕度傳感器檢測(cè)環(huán)境的溫濕度情況，如果溫濕度超過(guò)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的閾值，溫濕度信號(hào)傳送給ARM，采取烘干、加熱等應(yīng)急措施，并發(fā)出警告信息。

上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。