郭 立張 飛周國有

（1.國網(wǎng)鄭州供電公司，河南 鄭州 450000；2.鄭州華力信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000）

開關(guān)柜就地遙控裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

郭 立1張 飛2周國有1

（1.國網(wǎng)鄭州供電公司，河南 鄭州 450000；2.鄭州華力信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000）

本文針對配電網(wǎng)現(xiàn)場操作存在的人身安全隱患，設(shè)計實現(xiàn)了就地遙控裝置，實現(xiàn)開關(guān)柜安全距離外的現(xiàn)場遙控倒閘操作，為現(xiàn)場操作人員的人身安全提供技術(shù)保障。遙控裝置具備自學(xué)習(xí)功能，編碼功能，現(xiàn)場操作簡單方便，有著廣闊的應(yīng)用前景和較強的市場競爭力。

配電網(wǎng)；開關(guān)柜；就地遙控

0.前言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力需求的迅猛增加，城市配電網(wǎng)建設(shè)也日新月異，配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。為了提高供電可靠性，實現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供，停電檢修等工作，對開關(guān)設(shè)備的倒閘操作也越來越頻繁。而現(xiàn)場運行操作人員由于開關(guān)設(shè)備質(zhì)量等原因，在操作過程中有可能危及人身安全。

本文針對開關(guān)柜現(xiàn)場操作所帶來的安全隱患，設(shè)計實現(xiàn)了一種就地遙控裝置，操作人員可以通過遙控器在距離環(huán)網(wǎng)柜、開閉所開關(guān)柜安全距離以外的場所對開關(guān)柜遙控操作，并且裝置具有編碼功能，通過對開關(guān)編碼防止誤操作。

1.終端設(shè)計要求

1.1 總的要求

系統(tǒng)設(shè)計輸出產(chǎn)品適用于各種類型的開關(guān)柜成套設(shè)備，實現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)斷路器或負(fù)荷開關(guān)的遙控操作功能。

1.2 功能要求

（1）系統(tǒng)構(gòu)成分為接收控制設(shè)備和手持遙控設(shè)備。

（2）接收控制設(shè)備能夠方便地進(jìn)行現(xiàn)場安裝固定和接線，具備多個回路的控制和位置監(jiān)測（斷路器位置、接地刀）功能，具備可擴展性，可支持6路、12路、18路開關(guān)柜。

（3）接收控制設(shè)備能夠進(jìn)行設(shè)定，能夠進(jìn)行五防邏輯判別；能夠與手持遙控設(shè)備進(jìn)行信息交互。

（4）接收控制設(shè)備預(yù)留在線升級接口，便于現(xiàn)場維護(hù)和升級；

（5）手持遙控設(shè)備具備按鍵輸入功能、方便攜帶和操作。

（6）操作防勿動，防交叉作業(yè)串?dāng)_，防操作抖動且分閘優(yōu)先。

（7）系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品符合電力行業(yè)自動化產(chǎn)品設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和電磁兼容方面相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

終端裝置采用。具體硬件構(gòu)成如圖1所示。

3.硬件設(shè)計

3.1 遙控編碼

遙控編碼主要由遙控按鍵，編碼CPU和輸出通信接口3部分組成。

編碼CPU識別當(dāng)前被按下的按鍵生成控制命令，并前綴加入96位唯一識別ID，形成一個完整的遙控命令幀。然后根據(jù)特定的滾動算法對遙控命令幀進(jìn)行加密。完成加密后將生成的完整幀以二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的格式送入信號調(diào)制電路。

3.2 信號調(diào)制與解調(diào)

主要由調(diào)制電路和解調(diào)電路組成，遙控設(shè)備和接收終端設(shè)備中均設(shè)計。

信號調(diào)制，采用ASK數(shù)字信號調(diào)制方式，將編碼好的控制命令以二進(jìn)制方式注入一定頻率的載波。然后通過發(fā)送電路發(fā)送出去。

信號解調(diào)，采用超再生接收電路，將收到的無線信號經(jīng)過選頻電路選頻后，將某一頻率載波上的“0”，“1”編碼逐一解調(diào)，并送往CPU解碼。

因此來說，能夠在不同的頻率上同時建立多個（256個）信道，且互相之間不構(gòu)成串?dāng)_。

表1　

3.3 遙控解碼

遙控解碼主要有通信接口，CPU組成，信號出口。

利用通信接口，CPU將解調(diào)電路輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，流接收并保存。待收到完整的幀的時候，首先啟動滾動解碼算法，將加密的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流中的遙控命令解碼出來，并根據(jù)遙控命令，執(zhí)行信號出口操作。

3.4 執(zhí)行輸出

執(zhí)行輸出主要由驅(qū)動電路和執(zhí)行繼電器組成，安裝于接收終端裝置中。

CPU通過驅(qū)動電路控制執(zhí)行繼電器，最終輸出跳合閘信號，最終完成受控對象（斷路器、負(fù)荷開關(guān)等）的合分閘操作。

3.5 無線收發(fā)

一是開展了農(nóng)村水利發(fā)展戰(zhàn)略、重大課題研究。圍繞農(nóng)業(yè)水價綜合改革和基層水利服務(wù)體系建設(shè)，編制了農(nóng)業(yè)水價綜合改革2013年項目立項指南；指導(dǎo)27個省編寫了2013年度項目實施方案；總結(jié)了2008年以來全國農(nóng)業(yè)水價綜合改革情況；起草了《關(guān)于大力發(fā)展農(nóng)民用水合作組織的指導(dǎo)意見（草稿）》。堅持把農(nóng)村水利重大課題研究作為重要支撐點，先后承擔(dān)了2項“十二五”國家科技支撐項目和8項水利部公益性行業(yè)科研項目的課題研究。完成了水利部重大課題“國內(nèi)外農(nóng)田水利建設(shè)和管理對比研究”、2012年全國灌溉水利用系數(shù)測算分析。

采用串口無線透傳模塊實現(xiàn)，其支持65535個地址和255個信道。

其工作方式有4種：一般模式，喚醒模式，喚醒模式，省電模式，休眠模式。通過外部引腳M0、M1來實現(xiàn)模式切換。模塊有4種工作模式，由引腳M0、M1設(shè)置；詳細(xì)情況見表1。

終端常規(guī)狀態(tài)為省電模式，遙控器處于喚醒模式。遙控連接失敗進(jìn)入休眠模式，終端連接失敗進(jìn)入0信道。通過跳頻和修改通信地址，防止交叉作業(yè)時串?dāng)_。

4.遙控過程

4.1 遙控學(xué)習(xí)

本方案采用特征碼固定方式。每個遙控器有一個固定的特征碼（設(shè)備ID），用于中斷對遙控器的學(xué)習(xí)識別。

操作方式采用終端學(xué)習(xí)的方式來進(jìn)行。開放兩個獨立的信道一個用于學(xué)習(xí)（CH_Sty），一個用于操作（CH_ Act）。在學(xué)習(xí)頻道，遙控器將特征碼寫入終端，終端此時只認(rèn)知該遙控，并每秒鐘被詢問一次，如果詢問中斷則，遙控器進(jìn)入關(guān)閉模式。

特征碼學(xué)習(xí)流程示意圖如圖2所示。

4.2 終端運行流程

（1）常規(guī)狀態(tài)下處于0信道監(jiān)聽狀態(tài)（手操器召喚信道），紅燈亮，不接受按鍵遙控的任何指令；

（2）按下終端學(xué)習(xí)按鍵，進(jìn)入按鍵遙控學(xué)習(xí)模式，調(diào)到信道1；

（3）10秒鐘之內(nèi)收到按鍵遙控任何數(shù)據(jù)幀，記錄當(dāng)前遙控ID，并回復(fù)確認(rèn)幀，進(jìn)入狀態(tài)4；否則，返回狀態(tài)1；

（4）進(jìn)入步驟3遙控器約定的信道和地址，至少每10秒鐘接收到一個數(shù)據(jù)幀，如果未收到返回狀態(tài)1，如果收到了，判斷數(shù)據(jù)幀。如果數(shù)據(jù)幀是聯(lián)絡(luò)詢問幀，則恢復(fù)確認(rèn)幀，并保持此狀態(tài)；如果數(shù)據(jù)幀是操作幀，則進(jìn)入狀態(tài)5；

（5）判斷當(dāng)前操作回路是否完整，和是否具備操作條件，如具備則執(zhí)行操作，操作完成后，返回執(zhí)行操作確認(rèn)幀，否則不執(zhí)行操作，返回拒絕操作確認(rèn)幀。然后回到狀態(tài)4。

4.3 遙控器運行流程

（1）設(shè)備上電，此時未建立鏈路，黃燈長亮，遙控自動進(jìn)入信道1，地址為廣播。

（2）按下遙控器任意按鍵，發(fā)送遙控指令（附帶一個隨機的信道和地址協(xié)商），如果收到正確的返回幀，表明建立了鏈路，則進(jìn)入狀態(tài)3。

（3）進(jìn)入?yún)f(xié)商的約定信道和地址，綠燈長亮，每秒鐘發(fā)送一個鏈路詢問幀，如果收到回復(fù)，清除連接失敗記錄，并點亮綠燈，如果收不到回復(fù)則將紅燈點亮半秒鐘，綠燈熄滅，并記錄一次連接失敗，如果失敗次數(shù)超過10，則進(jìn)入狀態(tài)4。

（4）連接中斷，關(guān)閉遙控?zé)o線功能，紅燈常量，等待關(guān)機。

結(jié)語

本文利用現(xiàn)代微處理器技術(shù)和無線通信技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了一款適用于環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)柜斷路器就地遙控操作的終端裝置。方便現(xiàn)場運行操作人員采用就地遙控方式進(jìn)行開關(guān)操作，降低人身傷害風(fēng)險，為現(xiàn)場操作人員的人身安全提供了技術(shù)保障。

本文中的設(shè)計方案和終端設(shè)計均已投入到了實際產(chǎn)品和應(yīng)用當(dāng)中，取得良好的運行效果。今后，根據(jù)現(xiàn)場運行情況和經(jīng)驗，對終端進(jìn)行進(jìn)一步地功能優(yōu)化和完善。

［1］孫錦華.現(xiàn)代調(diào)制與解調(diào)計數(shù)［M］.西安：電子科技大學(xué)出版社，2014.

［2］ ST《STM32F系列ARM內(nèi)核32位高性能微控制器參考手冊V10_1》［Z］.

［3］ ST《STM32F103xCDE數(shù)據(jù)手冊》英文第5版［Z］.

［4］ ST《STM32F10xxxCortex-M3編程手冊》［Z］.

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