高压开关设备综合监控装置的设计

王迪敏

摘 要：该文设计了一款集主开关状态、环境温湿度控制、高压带电显示、RS-485通讯等功能为一体的高压开关设备综合监控装置。解决了开关设备小型化后仪表面板布局紧凑的问题。

关键词：开关状态 MC9S08AC32 温湿度控制

中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0083-01

随着智能电网的快速发展，开关设备的操控、检查、测量装置层出不穷，导致开关设备仪表面板布局紧张。因此，本文介绍一种集动态一次模拟图、高压带电显示及闭锁、温湿度控制、RS-485通讯等功能为一体的高压开关设备综合监控装置，大大降低了开关设备面板布局压力，同时实现实时监测开关设备的主开关状态、环境温湿度、加热器工作状态等信息，便于开关设备运行与维护，提高设备运行的安全性。

1 硬件设计

硬件主要包括：控制单元、开关状态指示单元、温湿度控制单元、带电显示闭锁单元、RS-485通讯单元、电源单元，其结构框图如图1所示。

1.1 控制单元

控制单元是整个装置的控制核心，选用飞思卡尔的MC9S08AC32芯片。它是高性能、低功耗HCS08内核的8位微控制器系列中具有很高集成度的器件，内置32KB FLASH存储器，2048 BYTES RAM，1个串行外设接口（SPI）模块，2个SCI接口，3 个独立的定时器/PWM（TPM）模块，16路10位ADC模块等。MC9S08AC32还集成了背景调试系统以及可进行实时总线捕捉的内置在线仿真（ICE）功能，具有单线的调试及仿真接口（BDM）。[1]

1.2 开关状态指示单元

开关状态指示单元采集的开关量来自于开关设备的二次接点，其内部可能耦合了大量的干扰信号或冲击信号。因此本部分硬件设计时，采用光电隔离措施，保证设备的稳定运行。同时，开关量输入端还设置了二极管，可避免现场安装时因信号线接错而损坏装置。

1.3 温湿度控制单元

温湿度控制单元采用高性能的数字式温湿度传感器，可同时对两路环境温度与湿度进行测量和控制。从经济性价比角度考虑，本装置采用数码管实时显示温湿度数值，采用发光二极管指示加热器工作状态及是否发生加热器断线故障。

1.4 带电显示及闭锁单元

该单元取自高压带电传感器的电信号，经过分压、整流、滤波后，驱动光电耦合器件，实现信号隔离，最终驱动装置内部发光二极管，指示高压线路带电状态。同时，配置闭锁输出继电器，可闭锁高压电器设备，防止电气误操作及误入带电间隔。

1.5 RS-485通讯单元

RS-485通讯单元选用美国德州仪器制造的SN75LBC184作为接口驱动芯片。该芯片内部集成瞬态电压抑制电路，确保通讯稳定性。

2 软件设计

软件主要包括开关状态指示、温湿度控制和RS-485通讯三部分。

2.1 开关状态指示

开关状态指示部分软件主要采集主开关的所处位置、分合闸状态、弹簧储能以及接地刀分合闸状态等信息，并在一次模拟图上显示。

2.2 温湿度控制

温湿度控制部分软件，主要采集两路温湿度传感器的数据，计算温湿度值。自动运行模式下，当温度过低或者湿度过高时，启动加热器；当温度高于门限或者湿度低于门限时，停止加热。手动模式下，按相应的“加热键”或“停止键”来启动或停止加热。该部分软件还实现加热器断线故障检测功能，当检测到加热器断线时，控制器相应的故障指示灯会被点亮。

2.3 RS-485通讯

RS-485通讯软件采用MODBUS-RTU协议[2-3]，工作在从机模式下。这部分程序工作在中断子程序中，当其接收到主机命令时，将检测到开关状态、环境温湿度值、加热器工作状态等信息一同编码，传送给后台设备。

本装置的主程序流程如图2所示。

3 结语

高集成度的开关设备综合监控装置，有效地解决了开关设备仪表面板布局紧张的问题，实现了主开关状态、操动机构弹簧储能状态、高压线路带电状态、开关设备内部环境温湿度的实时监控，配合本公司开发的高压开关设备综合监控后台软件可实时监测、记录数据，并具有加热器断线故障提示等功能，保障开关设备的稳定、可靠运行，减少恶性电力事故的发生。

参考文献

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

[2] 赵威.基于Modbus/RTU协议转换器的监控器网络查询控制系统[D].河北：河北工业大学，2007.

[3] 刘紫燕，冯亮，詹志辉.Modbus协议RTU模式与TCP模式的通信转换设计[J].科学技术与工程，2013（18）：5191- 5196.endprint