张胜
连云港市港圣开关制造有限公司 222000
摘要：为保证输配电系统工作稳定性及安全性，对高压开关柜的设计研究工作可谓是重中之重。在此背景下，文中以物联网技术为基础，针对智能高压开关柜设计进行论述，其中核心技术涵盖了对编码传输、软件解码等。
关键词：高压开关柜；智能设计；物联网
引言
在配电系统运转过程中，为了保证其工作状态的稳定性和安全性，需要及时对运行电量等重要数据进行监控测量，高压开关柜为此监测部分的重要设备，同时还承担着关合、开断电力线路的作用。在高温高负荷的工作情况下，传统高压开关柜的故障率居高不下，容易引起较多事故，如机械操作故障、绝缘性能老化等，甚至可能引起爆炸、烧柜等威胁人身安全的重大事故。在当前的物联网时代下，传统在线监测装置难以达到配电需求，因此为了保障电网安全和超大规模输配电状态的可靠性，因此需要对高压开关柜进行智能化升级，以达到提高其综合在线监测能力和自动化运转的目的，大幅度提升电力系统运行的可靠性。
1.物联网技术
物联网，指的是通过使用全球定位等技术对相关信息的采集，实现智能化识别和管理目标物体与过程的技术，其核心技术包括了射频设别技术及传感器，能够达到高效的实时采集信息目的。实时采集，具体是指对目标物体或过程采集其相对应的位置、光热信息或者生物等各类信息，这些信息在网络传输中具有海量传输特性，以此实现人或者物之间多种泛在的链接。
作为互联网技术衍生发展出的新技术——物联网，其在互联网基础上拓展后可以实现监控、定位和追踪等功能，并且具有突出的自动性与实时性，另外在实际运用中，物联网也展现出自身优秀的指令监控和数据运行功能，由此实现了实时无线设备管理和控制[1]。
当物联网技术被应用于高压开关柜中，可为开关柜构建传感器监测网络，通过开关柜对外界的感知从而全方面监测可能影响其运行的因素。其中运用到的核心物联网技术包括Zigbee、RFID等，在遵循IEC 61850协议的背景下，可以使智能高压开关柜在拥有基础功能的同时，实现识别、控制和监测等功能升级，通过综合监测主机运行状态，将重要数据传输至一体化信息平台[2]。
2.基于物联网的智能高压开关柜设计
2.1系统架构
本文研究的智能开关柜系统总体结构如下图1所示，系统构架由发送端及系统后台构成。发送端负责的主要任务有：间接播放开关柜语音信息，发送PT2262编码后开门时间信息，关闭语音提醒及发送确认操作事件信息，发送关门事件信息，发送低电量报警事件信息等；而系统后台负责的主要任务有：记录开关柜操作确认时间、开关门时间，提供低电量警报及操作记录查询等。
.png)
2.2发送端设计
系统发送端构架如图2所示，其中传感器控制模块核心为单片机，以磁性开关控制其柜门开关状态。语音模块核心则为具备51单片机内核语音芯片的WT588D，可将计算机中储存的语音信息下载至外挂大容量储存器，或者芯片内置SPI-Flash储存器中。选用WT588D的理由为其具有的独特优点，可通过220个语音地址进行多段语音组合，能够大幅度减少为开关柜录音时的出错率及劳力工作量，可通过分段为相应编号的开关柜或者相应部分进行录制，极大程度上简化语音录制工作。
.png)
单片机不仅能够控制柜门开关状态，同时也可以控制语音输出工作[3]。语音播报功能的核心为WT588D芯片以及单片机，利用I/O端口线与WT588D芯片连接打到系统控制语音播放的目的。发射模块则选用DF发射模块，通过对频段、工作频率、发射功率以及调幅的设置，提升智能化高压开关柜的无线发送性能。与开阔区域中DF模块的最大发射距离为800m，在笔者使用5号电池进行实际测试中，其有效发射距离可达100m以上，可满足系统无线通信需求[5]。
编码器选择采用CMOS工艺打造的编解码电路PT2262，具有低价位和低功耗的特性，为当下行业中使用最为广泛的芯片之一，在无线通讯电路地址编码过程中性能优异。笔者设计的智能开关柜中采用六位数据码和地址码，使开关柜拥有单个对应地址，六位数据码则对应不同事件，两者组成的12位编码可通过数据识别进行开关柜以及相对应事件判别。最后，是电压监视电路部分，此部分采用用滞回比较电路进行对电源的监测，通过电路输出端产生的负跳变控制单片机对电压过低数据的采集，并实施相对应救急方案[4]。
2.3系统后台结构
图3为系统后台构架，其中无线接受模块与开关柜发送端一致，通过信号反相将无线接受电路收到的物理信号传输至C8051F330单片机作为输入软件解码信号。后台触摸屏选用TPC1063H设备型号，接受解码信息后通过TPC1063H记录开关柜事件和编号，并搭载MCGS软件及实时多任务操作系统WinCE.NTE。
.png)
2.4无线通信
编码传输技术是保障发送端与后台数据交换可靠性的关键所在，笔者在设计中选择PT2262的原因除了其具有低价位、低功耗等特性外，PT2262还具有外部原件少的特点，可用于无线发射电路中，其解码程序流程如图4所示。
.png)
结论
随着物联网技术的发展，在传统开关柜无法满足数据监测问题的困境下，智能高压开关柜的应用成为业内的主流趋势。为保障智能高压开关柜在具备传统开关柜基础功能的前提下，进一步提升其数据监控的实时性和工作状态的稳定性、安全性，在设计过程中需要全面结合现代物联网技术特性进行配件选择和系统构建。本文选用了低价位、低功率的无线数据编码芯片PT2262，及具备51单片机内核语音芯片的WT588D进行智能高压开关柜的系统设计，并且在实际测试中，开关柜表现出了优良的数据传输特性，提高了运行效率，因此值得推广与应用。
参考文献
[1]张鸿涛，徐连明，张一文，等．物联网关键技术及系统应用[M]．北京：机械工业出版社，2012．
[2]黄新波，贺霞，王霄宽，等．智能变电站的关键技术及应用实例[J]．电力建设，2012，33(10)：29-33．
[3]李朝青．单片机原理及串行外设接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2008．
[4]邬伟奇．PT2262编码芯片的软件解码[J].微计算机信息杂志，2014(7)：110-112.
[5]王质朴．MCS-51单片机原理、接口及应用[M].北京:北京理工大学出版社，2009．
作者：张胜；性别：男；出生年月日：19691007；籍贯（省市）：四川省重庆市；民族：汉；学历学位：本科；现职称：副高；研究方向：机械电气一体化