國網(wǎng)河南省電力公司周口供電公司 史宏偉 施學召 趙志健 柴 冰

智能柱上開關控制系統(tǒng)研究與設計

國網(wǎng)河南省電力公司周口供電公司 史宏偉 施學召 趙志健 柴 冰

本文以智能化開關設備為研究對象，設計了一種智能柱上開關用控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的總體設計、關鍵部件及其工作原理、部件之間的相互關系等角度進行了描述。并以特定硬件型號簡要描述了系統(tǒng)關鍵部件的工作流程。

智能電網(wǎng)；智能化開關設備；柱上開關；設計

1.概述

智能化開關設備是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是當前電網(wǎng)中電力開關設備設計的重要發(fā)展方向，可有效的提高設備的便利和安全程度。在各類智能化開關設備中，柱上開關設備是其中的重要組成部分，也是配電自動化的核心，對電網(wǎng)配電安全性和自動化水平具有重要影響。隨著城市建設、農(nóng)網(wǎng)建設的發(fā)展智能配電終端廣泛應用于配電網(wǎng)中柱上開關、環(huán)網(wǎng)柜、開關柜、配電變壓器、箱式變、電纜分接箱等一次設備的監(jiān)控，這些設備的的接入性、安全性、操作方便等特點在智能電網(wǎng)的建設中起著重要作用，新的無線通信技術、移動PDA也得到了廣泛應用。國內(nèi)配電網(wǎng)中，架空線上安裝有一定數(shù)量的柱上開關。日常維護過程中，傳統(tǒng)柱上開關，需要維護人員爬桿至柱上開關處進行開、合閘操作；對新型的智能化柱上開關，雖配置有控制器，但是檢修維護人員仍然需要爬桿至柱上開關的控制器處進行相關的操作。這類操作較復雜，且需要確保設備有效的接地，存在嚴重的安全隱患。

從當前我國的柱上開關系統(tǒng)來看，普遍存在著功能和智能化程度不高、繼電保護和接口兼容性方面不夠豐富的問題。因此從實際應用的角度看，應當從提高柱上開關系統(tǒng)移動終端功能、與外界通信功能、可操作性和控制方式的便利性、數(shù)據(jù)交互性等方面予以提高?；诖四康模疚难芯苛艘环N智能柱上開關用控制系統(tǒng)，能夠在上述方面比普通柱上開關系統(tǒng)在性能有大幅的提高。

2.總體設計

本文在設計智能柱上開關控制時，主要創(chuàng)新性在于引入移動終端系統(tǒng)以提高控制便利性、增強控制系統(tǒng)接口模塊的無線傳輸功能等角度進行，顯示屏為液晶顯示屏或觸摸屏以提高操作便利性，柱上開關智能控制器接收到無線傳輸模塊發(fā)出的網(wǎng)絡連接請求后，返回請求應答，若同意連接請求，則發(fā)送驗證信息，進行數(shù)據(jù)交互。主要設計思路為：

（1）移動終端

在移動終端上設置有控制器、電源模塊、存儲模塊、顯示屏、無線傳輸模塊、串行接口和接口模塊，所述顯示屏、電源模塊、存儲模塊、接口模塊分別與所述控制器連接。移動終端采用PDA或智能手機的方式實現(xiàn)。移動終端上還設置有語音輸入模塊，語音輸入模塊與所述控制器連接，移動終端上還設置有報警模塊，報警模塊與控制器連接。

（2）接口模塊

通過串行接口與所述無線傳輸模塊連接，移動終端經(jīng)無線通信模塊與柱上開關智能控制器進行數(shù)據(jù)通信，接口模塊采用PCMCIA接口模塊或USB接口模塊，無線傳輸模塊采用433M無線通信模塊或GPRS通信模塊。

（3）控制方法

1）移動終端建立與柱上開關控制器的網(wǎng)絡連接；2）移動終端接收柱上開關控制器發(fā)送的信號；3）移動終端判斷是否發(fā)生故障，若發(fā)生故障，則執(zhí)行步驟4）；若未發(fā)生故障，則執(zhí)行步驟5）；4）在移動終端中錄入控制指令；提交控制指令并驗證控制指令是否合法，若控制指令不合法，則在移動終端的內(nèi)存中緩存控制指令并提示錯誤；若控制指令合法，則由無線傳輸模塊發(fā)送所述控制指令；5）檢測移動終端是否有操作指令，若沒有，則返回步驟一，若有，則返回步驟4）；6）柱上開關智能控制器接收控制指令；7）柱上開關智能控制器控制柱上開關進行操作。

3.主要模塊設計

（1）主要部件

本次設計的智能柱上開關控制系統(tǒng)主要由9個主要部件構成，分別為控制器、電源模塊、語音輸入模塊、顯示屏、存儲模塊、接口模塊（PCMCIA接口模塊或USB接口模塊）、串行接口、無線傳輸模塊（采用433M無線通信模塊或GPRS通信模塊）和報警模塊。其中，電源模塊、語音輸入模塊、顯示屏、存儲模塊、接口模塊和報警模塊直接與系統(tǒng)控制器相連，串行接口同接口模塊和無線傳輸模塊相連。從而形成一個以控制器為中心同時兼容多個子控制模塊和外界通信的控制體系。

（2）語音控制模塊

語音控制模塊采用和移動終端耦合的模式，而語音輸入模塊與控制器連接。在操控時工作人員可以直接采用語音輸入的方式向控制器傳達控制指令，控制器在解讀語音命令后執(zhí)行柱上開關的操作控制。

（3）報警模塊

報警模塊采用和移動終端耦合的模式，而報警模塊與控制器連接。在終端上可以通過設置報警閾值，在偵測到滿足報警條件如發(fā)生障礙時，在通過移動終端傳遞報警信息，利用諸如智能手機等無線傳輸工具提醒工作人員檢修，并通過存儲功能記錄發(fā)布的報警信息，將該報警事件記錄在存儲模塊中，方便維護人員對系統(tǒng)的查詢和維護。

（4）無線通信模塊

在本次設計時采用的移動終端為PDA，PDA預裝Windows Mobile 5.0系統(tǒng)。采用PDA系統(tǒng)的重要原因是PDA安裝針對本發(fā)明系統(tǒng)開發(fā)的用戶軟件，用戶軟件采用圖形化的操作界面，避免了繁瑣的純文字化界面，系統(tǒng)采用通用性和兼容性較好的用戶平臺，操作簡單明了，大大降低了使用移動終端誤操作引起的誤動作事件。

相應的，無線傳輸模塊采用433M無線通信模塊，接口模塊采用PCMCIA接口模塊。其工作原理為PDA通過PCMCIA接口模塊與433M無線通信模塊進行數(shù)據(jù)通信。

接口模塊通過串行接口將來自PDA的數(shù)據(jù)和控制信號轉換為串行數(shù)據(jù)，發(fā)送至433M無線通信模塊，由433M無線通信模塊通過433M頻率的FSK無線信號傳輸至柱上開關智能控制器的433M無線收發(fā)器中，最終433M無線收發(fā)器將PDA發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制信號傳送到柱上開關智能控制器的微控制器中，經(jīng)過微控制器的運算，對柱上開關進行相應的分合閘操作。

為配合上述功能，在柱上開關智能控制器內(nèi)部配置433M無線收發(fā)器來實現(xiàn)，系統(tǒng)工作時通過433M無線通信模塊和433M無線收發(fā)器進行雙向的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)整定值設置、參數(shù)查詢、數(shù)據(jù)讀取和遠距離分合閘控制，實現(xiàn)了非接觸式的，安全系數(shù)高的無線遙控作業(yè)。

（5）信號傳輸

USB接口模塊通過串行接口將來自智能手機的數(shù)據(jù)和控制信號轉換為串行數(shù)據(jù)，將串行數(shù)據(jù)發(fā)送至GPRS通信模塊，由GPRS通信模塊通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)和控制信號傳輸至柱上開關智能控制器的GPRS無線收發(fā)器中，最終GPRS無線收發(fā)器將智能手機發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制信號傳送到柱上開關智能控制器的微控制器中，經(jīng)過微控制器的運算，對柱上開關進行相應的分合閘操作。

4.小結

本文設計的智能柱上開關控制方法采用無線傳輸模塊采用433M無線通信模塊，抗噪聲與抗衰減的性能較好，穿透性能強，成本低，能很好地適用于中低速數(shù)據(jù)傳輸場合?；贔SK和ASK技術的433M無線通信技術不僅功耗較低，而且通信距離遠，抗干擾能力好，在柱上開關現(xiàn)場通信方面具有特有的優(yōu)勢；的移動終端采用PDA或智能手機，設備小巧易于攜帶，但是功能強大，可以根據(jù)需要編寫相應的操作和參數(shù)設置界面，人機界面友好；無線通信單元采用GPRS通信模塊，可以實現(xiàn)遠距離的無線通信，便于作業(yè)人員對設備狀態(tài)的監(jiān)控和管理。接口模塊采用USB接口模塊或PCMCIA接口模塊，便于移動終端與無線適配器的連接，并且可以實現(xiàn)較高的通訊速率。

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