手車式斷路器電動(dòng)底盤車設(shè)計(jì)方案與分析

魏慶科+李明明+音成

【摘 要】 手車式斷路器電動(dòng)底盤車實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，避免了手動(dòng)操作帶來(lái)的安全隱患。本文論述了手車式斷路器電動(dòng)底盤車的技術(shù)研發(fā)方案，對(duì)產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、軟件設(shè)計(jì)方案、測(cè)試方案以及其他設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)論述。

【關(guān)鍵詞】 電動(dòng)底盤車 ?研發(fā)方案 ?人機(jī)界面 ?測(cè)試方案

隨著配網(wǎng)自動(dòng)化以及電力系統(tǒng)自動(dòng)化的快速發(fā)展，自動(dòng)控制和電力電子的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，但高壓開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)底盤車的自動(dòng)化轉(zhuǎn)化比較慢，底盤車的手動(dòng)操作受人為因素影響比較大，雖然每臺(tái)設(shè)備都有五防系統(tǒng)，但手動(dòng)操作可能造成不必要的失誤，存在著嚴(yán)重的安全隱患。如果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，不帶任何人為因素，并且具有嚴(yán)格的邏輯判斷，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的操作將會(huì)更加可靠、安全。

1 技術(shù)研發(fā)方案概述

人機(jī)界面技術(shù)方案主要是研發(fā)底盤車的人機(jī)界面裝置，人機(jī)界面是顯示和操作裝置，要在不減少其原有功能的情況下增加新功能。操作裝置人機(jī)界面的硬件分為兩塊PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)，一塊是核心板（具有4層板），另一塊是應(yīng)用底板（具有2層板）。底盤車控制單元是通過(guò)界面操作來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作的，由于在操作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)與停止情況，因此每臺(tái)設(shè)備都應(yīng)有相應(yīng)的電機(jī)保護(hù)與報(bào)警裝置。

開(kāi)展項(xiàng)目主要有以下三個(gè)目標(biāo)：（1）成套系統(tǒng)的應(yīng)用成本有所提高，所以安全性、操作性、自動(dòng)化控制也相應(yīng)提高。目前底盤車是沿用傳統(tǒng)的方法，成本比電動(dòng)底盤車低很多，完全是手動(dòng)操作，安全性和操作性都沒(méi)有電動(dòng)底盤車高，通過(guò)人機(jī)界面集中控制和顯示，集成度將大大提高。由于操作界面的引入，采用語(yǔ)音提示、閃光字牌、位置提示等裝置，使高壓開(kāi)關(guān)自動(dòng)化程度不斷提高，監(jiān)測(cè)更加完善，逐步向智能化靠近;（2）性能與調(diào)試方法提高，由于人機(jī)界面采用集中控制和集中處理，集成度提高，降低了許多硬件上的難判斷性，在操作使用上更加簡(jiǎn)單、方便、直觀，在返修方面也有很大優(yōu)勢(shì)。人機(jī)界面集中控制是一個(gè)整體，在系統(tǒng)中維修只需要拆下控制設(shè)備，不需要去查看其看更多的器件，減少了維修的麻煩。調(diào)試快捷方便，第一版會(huì)把調(diào)試做到人機(jī)界面里面去，到現(xiàn)場(chǎng)只要把現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果輸出到設(shè)備中即可，不需其它的調(diào)試器。此外，系統(tǒng)具有獨(dú)立的電壓和電流檢測(cè)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電壓電流值來(lái)進(jìn)行操作，使系統(tǒng)的保護(hù)功能更加強(qiáng)大;（3）高壓開(kāi)關(guān)產(chǎn)品檔次提高，32位機(jī)在世界上是非常流行的，設(shè)備又增加了液晶屏，至少在5年內(nèi)不會(huì)退出嵌入式控制器市場(chǎng)。目前我們計(jì)算用的DSP核，二次控制系統(tǒng)用的ARM核，都使用32位機(jī)。在同行業(yè)中，增加了一個(gè)賣點(diǎn)，能使產(chǎn)品能擁有行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先水平和卓越性能，為電力系統(tǒng)提供安全可靠和簡(jiǎn)單易于操作的產(chǎn)品，同時(shí)，智能、簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單的人機(jī)界面裝置也能給公司開(kāi)關(guān)柜界面布置帶來(lái)新的突破。

2 產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)功能框圖以及功能模塊間接口：

（1）核心板圖1。

（2）底板圖2。

3 軟件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)以UCOSII（2.52版本）操作系統(tǒng)為核心，進(jìn)行多任務(wù)移植開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)軟件使用的是keilarm3.0及更高版本，編譯器采用ARM公司的ADS。需要開(kāi)發(fā)的模塊有UCOSII移植與匯編程序編寫、啟動(dòng)停止運(yùn)行邏輯驅(qū)動(dòng)模塊、電參量參數(shù)采集模塊、系統(tǒng)初始化模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和溫度以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、故障中斷處理模塊、故障清除模塊、處理器底程驅(qū)動(dòng)模塊、電壓檢測(cè)與處理模塊、RS232通信控制模塊以及RS485通信調(diào)試模塊等。

4 測(cè)試方案

測(cè)試需要達(dá)到的技術(shù)性能指標(biāo)包括通電指示燈顯示正常、正常啟動(dòng)與停止設(shè)備、驅(qū)動(dòng)故障正常顯示報(bào)警信息、邏輯操作正常、狀態(tài)顯示單元正常顯示提示操作狀態(tài)、時(shí)間與溫度正常顯示確認(rèn)、主機(jī)要求與性能達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、MTBF>20000小時(shí)、海報(bào)高度不超過(guò)2500米、環(huán)境溫度零下五度到四十度之間、相對(duì)濕度≤90%、周圍環(huán)境無(wú)腐蝕氣體，無(wú)導(dǎo)電性塵埃，無(wú)易燃易爆介質(zhì)、安裝處無(wú)劇烈振動(dòng)、額定工作電壓+5 +15、工作制為長(zhǎng)期工作制、外殼防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP40、電參量數(shù)據(jù)正常顯示數(shù)據(jù)等。

5 其他設(shè)計(jì)方案

5.1 電源方案

電源選購(gòu)的主要特點(diǎn)是需要通過(guò)國(guó)家認(rèn)證、選擇自然風(fēng)冷式、開(kāi)關(guān)選擇交流輸入電壓范圍、有短路和過(guò)載保護(hù)以及過(guò)電壓保護(hù)、25KHz固定開(kāi)關(guān)頻率、百分百滿載老化測(cè)試、兩年免費(fèi)質(zhì)保等。電源的輸入指標(biāo)包括交流輸入電壓范圍、直流調(diào)整范圍、過(guò)載保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、初始化和上升以及保持時(shí)間、絕緣特性、工作溫度、EMC標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、接線方式、外形尺寸、重量及包裝等。

5.2 可靠性及可用性

PCB器件非功率電阻全用0805封裝，帶一定功率的電阻用金屬膜電阻。PCB板上的芯片不能用商業(yè)級(jí)，全部采用工業(yè)級(jí)或者軍品級(jí)。PCB電源輸入端接10-100uf的鉭電容器，數(shù)字處理與芯片電源跨界0.1u/0805電容。高溫件旁50毫米內(nèi)不能放任何其他器件，尤其是電容器件。為了有效防止電磁干擾，主機(jī)PCB板雙面必須為地層。

6 結(jié)語(yǔ)

手動(dòng)底盤車雖然應(yīng)用廣泛，但由于操作者經(jīng)驗(yàn)不同，在手動(dòng)操作斷路器手車等元器件推進(jìn)至工作位置時(shí)不能很好地把握力度，很容易對(duì)底盤車造成損壞。電動(dòng)底盤車完全避免了人為因素造成的破壞，不僅提高了安全性也提高了底盤車工作效率，為電網(wǎng)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

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