手車式斷路器電動底盤車設計方案與分析

魏慶科+李明明+音成

【摘 要】 手車式斷路器電動底盤車實現了自動化控制，避免了手動操作帶來的安全隱患。本文論述了手車式斷路器電動底盤車的技術研發方案，對產品總體結構設計方案、軟件設計方案、測試方案以及其他設計方案進行了詳細論述。

【關鍵詞】 電動底盤車 ?研發方案 ?人機界面 ?測試方案

隨著配網自動化以及電力系統自動化的快速發展，自動控制和電力電子的應用范圍越來越廣泛，但高壓開關操作機構底盤車的自動化轉化比較慢，底盤車的手動操作受人為因素影響比較大，雖然每臺設備都有五防系統，但手動操作可能造成不必要的失誤，存在著嚴重的安全隱患。如果實現自動化控制，不帶任何人為因素，并且具有嚴格的邏輯判斷，整個電網系統的操作將會更加可靠、安全。

1 技術研發方案概述

人機界面技術方案主要是研發底盤車的人機界面裝置，人機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。操作裝置人機界面的硬件分為兩塊PCB進行設計，一塊是核心板（具有4層板），另一塊是應用底板（具有2層板）。底盤車控制單元是通過界面操作來實現自動操作的，由于在操作過程中會出現電機啟動與停止情況，因此每臺設備都應有相應的電機保護與報警裝置。

開展項目主要有以下三個目標：（1）成套系統的應用成本有所提高，所以安全性、操作性、自動化控制也相應提高。目前底盤車是沿用傳統的方法，成本比電動底盤車低很多，完全是手動操作，安全性和操作性都沒有電動底盤車高，通過人機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，采用語音提示、閃光字牌、位置提示等裝置，使高壓開關自動化程度不斷提高，監測更加完善，逐步向智能化靠近;（2）性能與調試方法提高，由于人機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單、方便、直觀，在返修方面也有很大優勢。人機界面集中控制是一個整體，在系統中維修只需要拆下控制設備，不需要去查看其看更多的器件，減少了維修的麻煩。調試快捷方便，第一版會把調試做到人機界面里面去，到現場只要把現場的計算結果輸出到設備中即可，不需其它的調試器。此外，系統具有獨立的電壓和電流檢測，系統會根據電壓電流值來進行操作，使系統的保護功能更加強大;（3）高壓開關產品檔次提高，32位機在世界上是非常流行的，設備又增加了液晶屏，至少在5年內不會退出嵌入式控制器市場。目前我們計算用的DSP核，二次控制系統用的ARM核，都使用32位機。在同行業中，增加了一個賣點，能使產品能擁有行業技術領先水平和卓越性能，為電力系統提供安全可靠和簡單易于操作的產品，同時，智能、簡潔、簡單的人機界面裝置也能給公司開關柜界面布置帶來新的突破。

2 產品總體結構設計方案

系統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 軟件設計方案

系統軟件的開發以UCOSII（2.52版本）操作系統為核心，進行多任務移植開發。開發軟件使用的是keilarm3.0及更高版本，編譯器采用ARM公司的ADS。需要開發的模塊有UCOSII移植與匯編程序編寫、啟動停止運行邏輯驅動模塊、電參量參數采集模塊、系統初始化模塊、實時時鐘和溫度以及數據存儲模塊、故障中斷處理模塊、故障清除模塊、處理器底程驅動模塊、電壓檢測與處理模塊、RS232通信控制模塊以及RS485通信調試模塊等。

4 測試方案

測試需要達到的技術性能指標包括通電指示燈顯示正常、正常啟動與停止設備、驅動故障正常顯示報警信息、邏輯操作正常、狀態顯示單元正常顯示提示操作狀態、時間與溫度正常顯示確認、主機要求與性能達到企業標準、MTBF>20000小時、海報高度不超過2500米、環境溫度零下五度到四十度之間、相對濕度≤90%、周圍環境無腐蝕氣體，無導電性塵埃，無易燃易爆介質、安裝處無劇烈振動、額定工作電壓+5 +15、工作制為長期工作制、外殼防護等級達到IP40、電參量數據正常顯示數據等。

5 其他設計方案

5.1 電源方案

電源選購的主要特點是需要通過國家認證、選擇自然風冷式、開關選擇交流輸入電壓范圍、有短路和過載保護以及過電壓保護、25KHz固定開關頻率、百分百滿載老化測試、兩年免費質保等。電源的輸入指標包括交流輸入電壓范圍、直流調整范圍、過載保護、過電壓保護、初始化和上升以及保持時間、絕緣特性、工作溫度、EMC標準、安全標準、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級，全部采用工業級或者軍品級。PCB電源輸入端接10-100uf的鉭電容器，數字處理與芯片電源跨界0.1u/0805電容。高溫件旁50毫米內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PCB板雙面必須為地層。

6 結語

手動底盤車雖然應用廣泛，但由于操作者經驗不同，在手動操作斷路器手車等元器件推進至工作位置時不能很好地把握力度，很容易對底盤車造成損壞。電動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，為電網發展做出了重要貢獻。

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