高壓開關設備綜合監控裝置的設計

王迪敏

摘 要：該文設計了一款集主開關狀態、環境溫濕度控制、高壓帶電顯示、RS-485通訊等功能為一體的高壓開關設備綜合監控裝置。解決了開關設備小型化后儀表面板布局緊湊的問題。

關鍵詞：開關狀態 MC9S08AC32 溫濕度控制

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0083-01

隨著智能電網的快速發展，開關設備的操控、檢查、測量裝置層出不窮，導致開關設備儀表面板布局緊張。因此，本文介紹一種集動態一次模擬圖、高壓帶電顯示及閉鎖、溫濕度控制、RS-485通訊等功能為一體的高壓開關設備綜合監控裝置，大大降低了開關設備面板布局壓力，同時實現實時監測開關設備的主開關狀態、環境溫濕度、加熱器工作狀態等信息，便于開關設備運行與維護，提高設備運行的安全性。

1 硬件設計

硬件主要包括：控制單元、開關狀態指示單元、溫濕度控制單元、帶電顯示閉鎖單元、RS-485通訊單元、電源單元，其結構框圖如圖1所示。

1.1 控制單元

控制單元是整個裝置的控制核心，選用飛思卡爾的MC9S08AC32芯片。它是高性能、低功耗HCS08內核的8位微控制器系列中具有很高集成度的器件，內置32KB FLASH存儲器，2048 BYTES RAM，1個串行外設接口（SPI）模塊，2個SCI接口，3 個獨立的定時器/PWM（TPM）模塊，16路10位ADC模塊等。MC9S08AC32還集成了背景調試系統以及可進行實時總線捕捉的內置在線仿真（ICE）功能，具有單線的調試及仿真接口（BDM）。[1]

1.2 開關狀態指示單元

開關狀態指示單元采集的開關量來自于開關設備的二次接點，其內部可能耦合了大量的干擾信號或沖擊信號。因此本部分硬件設計時，采用光電隔離措施，保證設備的穩定運行。同時，開關量輸入端還設置了二極管，可避免現場安裝時因信號線接錯而損壞裝置。

1.3 溫濕度控制單元

溫濕度控制單元采用高性能的數字式溫濕度傳感器，可同時對兩路環境溫度與濕度進行測量和控制。從經濟性價比角度考慮，本裝置采用數碼管實時顯示溫濕度數值，采用發光二極管指示加熱器工作狀態及是否發生加熱器斷線故障。

1.4 帶電顯示及閉鎖單元

該單元取自高壓帶電傳感器的電信號，經過分壓、整流、濾波后，驅動光電耦合器件，實現信號隔離，最終驅動裝置內部發光二極管，指示高壓線路帶電狀態。同時，配置閉鎖輸出繼電器，可閉鎖高壓電器設備，防止電氣誤操作及誤入帶電間隔。

1.5 RS-485通訊單元

RS-485通訊單元選用美國德州儀器制造的SN75LBC184作為接口驅動芯片。該芯片內部集成瞬態電壓抑制電路，確保通訊穩定性。

2 軟件設計

軟件主要包括開關狀態指示、溫濕度控制和RS-485通訊三部分。

2.1 開關狀態指示

開關狀態指示部分軟件主要采集主開關的所處位置、分合閘狀態、彈簧儲能以及接地刀分合閘狀態等信息，并在一次模擬圖上顯示。

2.2 溫濕度控制

溫濕度控制部分軟件，主要采集兩路溫濕度傳感器的數據，計算溫濕度值。自動運行模式下，當溫度過低或者濕度過高時，啟動加熱器；當溫度高于門限或者濕度低于門限時，停止加熱。手動模式下，按相應的“加熱鍵”或“停止鍵”來啟動或停止加熱。該部分軟件還實現加熱器斷線故障檢測功能，當檢測到加熱器斷線時，控制器相應的故障指示燈會被點亮。

2.3 RS-485通訊

RS-485通訊軟件采用MODBUS-RTU協議[2-3]，工作在從機模式下。這部分程序工作在中斷子程序中，當其接收到主機命令時，將檢測到開關狀態、環境溫濕度值、加熱器工作狀態等信息一同編碼，傳送給后臺設備。

本裝置的主程序流程如圖2所示。

3 結語

高集成度的開關設備綜合監控裝置，有效地解決了開關設備儀表面板布局緊張的問題，實現了主開關狀態、操動機構彈簧儲能狀態、高壓線路帶電狀態、開關設備內部環境溫濕度的實時監控，配合本公司開發的高壓開關設備綜合監控后臺軟件可實時監測、記錄數據，并具有加熱器斷線故障提示等功能，保障開關設備的穩定、可靠運行，減少惡性電力事故的發生。

參考文獻

[1] Freescale. MC13202 Reference Manual[EB/OL].http：//www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/data_sheet/MC9S08AC60.pdf，2011.

[2] 趙威.基于Modbus/RTU協議轉換器的監控器網絡查詢控制系統[D].河北：河北工業大學，2007.

[3] 劉紫燕，馮亮，詹志輝.Modbus協議RTU模式與TCP模式的通信轉換設計[J].科學技術與工程，2013（18）：5191- 5196.endprint