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摘 要：近年来，随着电力系统的不断发展，出于对操作者的安全考虑，用户呼吁使用电动操作断路器底盘车要求越来越强烈，促使厂家进一步完善中置柜的功能。本文就手车式断路器电动底盘车详细介绍了控制器总体结构、主要硬件电路设计以及软件设计。
关键字：电动底盘车 堵转保护 人机交互 智能开关柜
引言： 智能开关柜凭借其独有的智能化以及特有的网络通信能力，使得其在电力系统中处于不可或缺的地位，尤其表现在配电系统中。根据调查指出，传统意义上的开关柜设施不仅在性能上要逊色于智能开关柜，在对设备进行检修时耗费的时间也较长，同时对人员的经验素质有一定的要求，并且涉及到电的工作就会对操作人员的安全造成威胁，比如进出底盘车是需要靠人工谨慎移动的，此种方式不仅工作效率低，而且存在着很大安全隐患。本文设计的手车式断路器电动底盘车提高了开关柜智能化程度，既提高了操作的安全性，又节省了人力成本，为电力系统安全运行提供了可靠保障。
一、 控制器总体结构
电动底盘车控制器安装了高性能CPU处理器，以增强控制器的控制能力，同时复位与EEPROM电路电机电流采样电路的设计实现了控制器数据存储、实时监测电源电压和电路复位等功能，方便控制器的使用与信息获取，另外数码管显示和按键电路的加入更加有利于人机交互的实现，实现了操作人员与机器的良好沟通。控制器在原来的基础上还增加了通信功能，使得对相距较远的设备也能够实现对其有效控制，增强了系统的远程操控性能。采样芯片的设计加入使得控制器能够有效保护设备，并设置相关程序对故障点进行智能维护，降低了检修的工作量，同时也节约了资源。手车式断路器电动底盘车的电机驱动的运用虽然其采用弱点信号输出方式，但是并未安装在控制器上，继电器结合MOS管的设计使得电机更加有效的转动，如若集成在控制器上，当电机驱动工作时，由于进行分合闸动作致使电流过大，会使系统因自我保护机制而停止工作，大大提高了操作的安全性。具体工作流程如图1所示。
图1 控制器总体结构图
二、 主要硬件电路设计
1、复位与EEPROM电路设计
复位与EEPROM电路设计原理：采用集成EEPROM存储器的复位芯片x5043，一旦控制系统电源接通，复位芯片会在一段时间内阻碍电源上升，防止系统出现失误。如若在1.5s内复位芯片接收不到高电位，则会直接复位。同时由于EEPROM有电源监控功能以及其中储存有控制器参数，一旦电源电压低于设定值或者电流过大时，复位电路就达到了复位要求进行复位操作。
2、人机交互接口电路设计
数码管显示与按键电路包括数码管、控制器工作状态指示灯和输入按键，为控制器交接提供了交互接口。人机交互面板上的显示屏与按键能够显示设备当前状态和调节控制器参数，接口电路采用TM1668芯片，当工作进行时，TM1668芯片按照串行接口写入的数据信息点亮相应的LED灯，触发其按键扫描功能，并将结果寄存在寄存器内，其人机交互功能的实现是将电路的实时状态显示出来，以供操作人员及时获取来进行操作。
3、通信电路设计
为了提高电动底盘车的智能化和自动化，控制器系统特意引进了先进的芯片rs485，能够实现就地控制和远程控制输入，实现上位机远程监控与就地控制的灵活转换。芯片可达到最高250kbps的通信速率，为控制器的通信提供了足够大的空间。同时为优化其抗干扰能力，在RDX和TDX上采用光耦对信号采取隔离。另外，为避免芯片报废，运用了稳压管在差分信号线上限压。
4、底盘车电机电流采样电路设计
当堵转现象发生时，系统控制器就会立即智能诊断电流状态，如果电流超出电机保护电流设置的最大值，电机电源将会被立即切断，然后把断路器退回到安全位置并且转换到手动控制。电流采样电路中有控制系统电源、采样芯片电源盒、电机驱动电源三种类型的电源。在设计时要注意保证两个地信号电势相等，并且要防止电机驱动电源干扰采样信号，可以在采样信号与电机驱动电源之间接入电感，以消除干扰。
根据不同的电机功率，控制器对电机的保护电流可以在0.5A之间设置，针对电流采样特点，控制器采用高精度小电压分压方式将电机线圈电流信号转换为可采集的电压信号。为精确采样，系统的电源与采样通道均采用瞬态电压抑制二极管，以滤除浪涌冲击，与此同时还能增强系统的抗干扰能力。经过分析，采样电力的精度达到3%以内，能够满足控制器对电机电流的监控需求，同时进行光耦隔，能够增强系统的抗干扰能力。
三、 软件设计
手车式断路器电动底盘车主要用于完成底盘车的进出车功能，底盘车和断路器各自工作状态则显示于控制器的人机交互面板上并随时更新，同时控制器还能够在电动进出车的过程中实时监测电机工作电流，当电机电流迅速上升时立即切断电源并且发出报警提示声，从而保护了系统的安全运行。手车式断路器电动底盘车通过RS485总线对远程设备进行远程操作，也可以利用按键对现场的进出车进行控制。为了配合底盘车的工作和断路器分合闸的开关量输入信号，在五防联锁的基础上，软件设计又为误操作防护工作做了第二道防护墙。当底盘车在工作位置合闸后，控制器就会将底盘车的任何动作信号屏蔽掉，从而有效避免了带负荷进出车情况的发生，提高了系统的安全性能。
系统在终端设备运行时，首先要对驱动芯片中缓存器的数据信息进行定期更新，其次读取系统中存储的保护电流数值，最后才进入程序的主循环。在程序的主循环开始时，系统将在第一时间获取各个开关量的输入信号，然后将断路器和底盘车的实时工作状态显示在人机交互面板上，随后进行按键扫描，如果扫描到按键被按下，则立即查看并进行相应的参数设置，最后判断并确定采用的是就地控制模式还是远程控制模式。系统根据开关量输入插件或者RS485上接受的提示命令帧来操控底盘车的动作，并且在底盘车运行过程中对电机电流数据进行周期采样，通过分析数据避免故障的发生。如果发生进入报警程序或者进入堵转处理的状况，就必须由现场的操作人员进行手动解除故障后，再按下SET按键接触报警。
结语：
手动底盘车虽然被行业认知，但由于操作者以及工作经验的不同，在手动操作断路器手车等元器件推进至工作位置或者退出工作位置时，不能很好把握是否达到正确位置，力大者甚至对底盘车造成损坏。电动底盘车能够长期稳定运行，避免了人为因素带来的安全隐患，大大提高了开关柜的智能化程度与自动化程度，为人身安全与工作运行提供了保障，手车式断路器电动底盘车的设计符合市场规律，在未来其市场绝对占有优势。
参考文献：
[1]王汝文，宋政湘，杨伟.电器智能化及其应用[M].电子工业出版社，2003.
[2]李召家.我国开关设备的发展概况和发展趋势[J].广东电力，2003（1）.
[3]梁旭，庞声意.10KV开关柜手车故障案例分析[J].广西电业，2006（72）：95—96.
[4]段明江.高压智能开关柜的前景[J].广东科技，2001（8）.
[5]尹世献，等.中压断路器产品常见问题及解决方案分析[J].中国新技术新产品，2013（1）：112—113.
[6]苏东青，陈灵峰，吴志雄.智能变电站10Kv开关柜断路器手车电动操作注意事项.智能电网[J].电工技术，2013（2）：13-15.
关键字：电动底盘车 堵转保护 人机交互 智能开关柜
引言： 智能开关柜凭借其独有的智能化以及特有的网络通信能力，使得其在电力系统中处于不可或缺的地位，尤其表现在配电系统中。根据调查指出，传统意义上的开关柜设施不仅在性能上要逊色于智能开关柜，在对设备进行检修时耗费的时间也较长，同时对人员的经验素质有一定的要求，并且涉及到电的工作就会对操作人员的安全造成威胁，比如进出底盘车是需要靠人工谨慎移动的，此种方式不仅工作效率低，而且存在着很大安全隐患。本文设计的手车式断路器电动底盘车提高了开关柜智能化程度，既提高了操作的安全性，又节省了人力成本，为电力系统安全运行提供了可靠保障。
一、 控制器总体结构
电动底盘车控制器安装了高性能CPU处理器，以增强控制器的控制能力，同时复位与EEPROM电路电机电流采样电路的设计实现了控制器数据存储、实时监测电源电压和电路复位等功能，方便控制器的使用与信息获取，另外数码管显示和按键电路的加入更加有利于人机交互的实现，实现了操作人员与机器的良好沟通。控制器在原来的基础上还增加了通信功能，使得对相距较远的设备也能够实现对其有效控制，增强了系统的远程操控性能。采样芯片的设计加入使得控制器能够有效保护设备，并设置相关程序对故障点进行智能维护，降低了检修的工作量，同时也节约了资源。手车式断路器电动底盘车的电机驱动的运用虽然其采用弱点信号输出方式，但是并未安装在控制器上，继电器结合MOS管的设计使得电机更加有效的转动，如若集成在控制器上，当电机驱动工作时，由于进行分合闸动作致使电流过大，会使系统因自我保护机制而停止工作，大大提高了操作的安全性。具体工作流程如图1所示。
图1 控制器总体结构图
二、 主要硬件电路设计
1、复位与EEPROM电路设计
复位与EEPROM电路设计原理：采用集成EEPROM存储器的复位芯片x5043，一旦控制系统电源接通，复位芯片会在一段时间内阻碍电源上升，防止系统出现失误。如若在1.5s内复位芯片接收不到高电位，则会直接复位。同时由于EEPROM有电源监控功能以及其中储存有控制器参数，一旦电源电压低于设定值或者电流过大时，复位电路就达到了复位要求进行复位操作。
2、人机交互接口电路设计
数码管显示与按键电路包括数码管、控制器工作状态指示灯和输入按键，为控制器交接提供了交互接口。人机交互面板上的显示屏与按键能够显示设备当前状态和调节控制器参数，接口电路采用TM1668芯片，当工作进行时，TM1668芯片按照串行接口写入的数据信息点亮相应的LED灯，触发其按键扫描功能，并将结果寄存在寄存器内，其人机交互功能的实现是将电路的实时状态显示出来，以供操作人员及时获取来进行操作。
3、通信电路设计
为了提高电动底盘车的智能化和自动化，控制器系统特意引进了先进的芯片rs485，能够实现就地控制和远程控制输入，实现上位机远程监控与就地控制的灵活转换。芯片可达到最高250kbps的通信速率，为控制器的通信提供了足够大的空间。同时为优化其抗干扰能力，在RDX和TDX上采用光耦对信号采取隔离。另外，为避免芯片报废，运用了稳压管在差分信号线上限压。
4、底盘车电机电流采样电路设计
当堵转现象发生时，系统控制器就会立即智能诊断电流状态，如果电流超出电机保护电流设置的最大值，电机电源将会被立即切断，然后把断路器退回到安全位置并且转换到手动控制。电流采样电路中有控制系统电源、采样芯片电源盒、电机驱动电源三种类型的电源。在设计时要注意保证两个地信号电势相等，并且要防止电机驱动电源干扰采样信号，可以在采样信号与电机驱动电源之间接入电感，以消除干扰。
根据不同的电机功率，控制器对电机的保护电流可以在0.5A之间设置，针对电流采样特点，控制器采用高精度小电压分压方式将电机线圈电流信号转换为可采集的电压信号。为精确采样，系统的电源与采样通道均采用瞬态电压抑制二极管，以滤除浪涌冲击，与此同时还能增强系统的抗干扰能力。经过分析，采样电力的精度达到3%以内，能够满足控制器对电机电流的监控需求，同时进行光耦隔，能够增强系统的抗干扰能力。
三、 软件设计
手车式断路器电动底盘车主要用于完成底盘车的进出车功能，底盘车和断路器各自工作状态则显示于控制器的人机交互面板上并随时更新，同时控制器还能够在电动进出车的过程中实时监测电机工作电流，当电机电流迅速上升时立即切断电源并且发出报警提示声，从而保护了系统的安全运行。手车式断路器电动底盘车通过RS485总线对远程设备进行远程操作，也可以利用按键对现场的进出车进行控制。为了配合底盘车的工作和断路器分合闸的开关量输入信号，在五防联锁的基础上，软件设计又为误操作防护工作做了第二道防护墙。当底盘车在工作位置合闸后，控制器就会将底盘车的任何动作信号屏蔽掉，从而有效避免了带负荷进出车情况的发生，提高了系统的安全性能。
系统在终端设备运行时，首先要对驱动芯片中缓存器的数据信息进行定期更新，其次读取系统中存储的保护电流数值，最后才进入程序的主循环。在程序的主循环开始时，系统将在第一时间获取各个开关量的输入信号，然后将断路器和底盘车的实时工作状态显示在人机交互面板上，随后进行按键扫描，如果扫描到按键被按下，则立即查看并进行相应的参数设置，最后判断并确定采用的是就地控制模式还是远程控制模式。系统根据开关量输入插件或者RS485上接受的提示命令帧来操控底盘车的动作，并且在底盘车运行过程中对电机电流数据进行周期采样，通过分析数据避免故障的发生。如果发生进入报警程序或者进入堵转处理的状况，就必须由现场的操作人员进行手动解除故障后，再按下SET按键接触报警。
结语：
手动底盘车虽然被行业认知，但由于操作者以及工作经验的不同，在手动操作断路器手车等元器件推进至工作位置或者退出工作位置时，不能很好把握是否达到正确位置，力大者甚至对底盘车造成损坏。电动底盘车能够长期稳定运行，避免了人为因素带来的安全隐患，大大提高了开关柜的智能化程度与自动化程度，为人身安全与工作运行提供了保障，手车式断路器电动底盘车的设计符合市场规律，在未来其市场绝对占有优势。
参考文献：
[1]王汝文，宋政湘，杨伟.电器智能化及其应用[M].电子工业出版社，2003.
[2]李召家.我国开关设备的发展概况和发展趋势[J].广东电力，2003（1）.
[3]梁旭，庞声意.10KV开关柜手车故障案例分析[J].广西电业，2006（72）：95—96.
[4]段明江.高压智能开关柜的前景[J].广东科技，2001（8）.
[5]尹世献，等.中压断路器产品常见问题及解决方案分析[J].中国新技术新产品，2013（1）：112—113.
[6]苏东青，陈灵峰，吴志雄.智能变电站10Kv开关柜断路器手车电动操作注意事项.智能电网[J].电工技术，2013（2）：13-15.