低压配电柜智能开关系统设计

宋伟男 朱述振 邵 安

(中国邮政储蓄银行总行数据中心，安徽 合肥230601)

随着自动化设备在各行各业中的多用途普及使用，其配电系统也朝着智能化方向迅速发展。低压配电柜是配电系统的重要组成部分[1-2]，承载着电路终端耗能元件与前端交流供电，主要用于部署各种元器件以实现照明、动力输出、电能转换与控制、信号显示与监控等功能。在银行后台数据中心、运维机房中[3]，低压配电柜同样具有广泛用途。

在银行运维机房中，因其用途的特殊性，低压配电柜需专业运维人员负责日常维护与检查，其电柜门是运维人员接触最多部位[4-5]，打开电柜门既可以检查内部温升情况，又便于进行各种维护操作[6]。由于低压配电柜输入的低压交流电通常为50Hz额定频率、380V 额定电压[7]，对于经常直接触摸电柜门的运维人员来说，具有较大的安全隐患。因此，设计一种低压配电柜智能开关系统具有重要意义。

1 智能开关系统硬件设计

智能开关系统的设计要确保低压配电柜门可实现远程遥控开启、溢值报警、自动弹射等功能，有效避免开门时运维人员与电柜门的直接接触，门内温度超出阈值时可自动开启电柜门散热并发出报警，门内监测温度可动态显示。

本系统是以AT89C51 单片机芯片作为控制单元，辅以A/D、供电电源等外围电路，外接柜内温度监测单元、开关控制单元、遥控单元、警示单元等系统模块。其硬件电路结构框图如图1 所示。

图1 硬件电路结构框图

AT89C51 单片机是系统控制核心，负责实时处理温度监测单元传送过来的门内温度信号、向MOSFET 功率开关管发送PWM 高低脉冲信号、接收遥控信号、温度动态显示与溢值报警等，是系统调度、信号识别与处理、指令信号传输的核心结构。供电电源分两路为系统供电，一路采用反激式开关电源，将380V工业交流电转换为5V 直流电供AT89C51 单片机使用，另一路将380V 工业交流电直接供给开关控制单元。

1.1 开关控制单元包括MOSFET 功率开关管、电磁开关和弹射系统，其中，MOSFET 功率开关管采用P 沟道MOSFET 场效应管，击穿电压为1200V，可满足本系统需要。当AT89C51 单片机接收到红外无线信号或温度监测信号超出阈值时，自动发出高电平脉冲时开启MOSFET 功率开关管，从而接通开关控制电路，电磁开关通入电流后，通电线圈产生电磁吸力，移动铁芯开启弹射系统，将电柜门打开。

1.2 温度监测单元包含温度传感器和A/D 转换器，温度传感器安装于低压配电柜内，负责动态监测内部空气温度，并将检测模拟信号实时传输至A/D 转换器，将模拟信号转换为数字信号供AT89C51 单片机识别、判断，当温度信号超出阈值时，AT89C51 单片机自动开启报警器进行蜂鸣报警，同时向MOSFET 功率开关管发送高电平脉冲信号，开启电柜门。

1.3 遥控单元包括红外遥控器和无线接收器，当运维人员需要开门操作时，可通过红外遥控器发送红外电磁波，无线接收器接收后将该电磁波信号放大及处理后，将对应电信号发送至AT89C51 单片机，从而开启电柜门。

1.4 警示单元包括LCD 触摸屏和报警器，LCD 触摸屏负责设置临界温度值、显示动态监测温度，报警器可提供蜂鸣报警。

2 智能开关系统软件设计

智能开关系统的控制单元及其命令执行是由软件来实现的，本系统软件在Keil C51 开发环境中运行，采用C 语言编程，Keil C51 软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，可以完成本系统软件编译、调试、连接、仿真等整套开发流程，为C 语言编程提供可靠的开发环境。C 语言编程简易明了、言简意赅，在结构功能、可读性、可维护性等方面具有较大优势，符合本系统编程所需语言要求，系统软件流程如图2 所示。

图2 系统软件流程图

系统开机，程序自动初始化后，下一步指令进入main()函数内的LCD 触摸屏参数设置与显示子程序，给临界温度赋值T、动态显示低压配电柜内的实时监测温度t；之后，顺序进入t 与T 的温度判断子程序，当t＜T 时，监测温度未达到临界温度，门内温度较低，指令自动进入是否获取无线红外信号的判断子程序，当未获取到无线红外信号时，程序返回温度判断子程序，依次循环；当t≥T 或获取到无线红外信号时，指令控制发送高电平脉冲信号，打开MOSFET 开关管，接通开关控制电路，打开电柜门，高电平延时5s 后转为低电平脉冲信号，关闭MOSFET 开关管，断开开关控制电路，程序返回温度判断子程序，等待下一次开启指令。延时5s 关闭开关控制电路，能够在非必要时降低电能消耗，节约能源。

3 结论

低压配电柜智能开关系统是从实际问题角度出发，解决银行运维机房中低压配电柜门在运维人员巡检时的安全问题。该系统采用AT89C51 单片机及A/D、供电电源等外围电路，外接柜内温度监测单元、开关控制单元、遥控单元、警示单元等系统模块，实现了智能开关系统的硬件设计，同时，依托于Keil C51开发环境，采用C 语言编程方式，绘制出了系统软件主程序流程图，从软硬件方面实现了低压配电柜智能开关系统，有效解决了非接触式打开问题，同时具有远程超温报警、自动弹射等功能，确保了运维人员的操作安全。