如何進行斷路器的二次接線正確性檢測設計？
2019-8-16 8:53:22??????點擊：
目前在斷路器裝配完成后，為保證二次接線的正確性，需要人工用萬用表對斷路器儲能輔助接點、分合閘輔助接點、手車工作位及試驗位輔助接點的通斷進行檢測，效率低，準確性差。本文針對這個問題，設計二次接線正確性檢測裝置來提高手車的檢測效率和質量。
高壓開關產品在生產過程中需要對高壓開關的接線正確性進行檢查，以保證高壓開關在投入運行時能夠給高壓開關柜提供正確的狀態和位置信號。不同功能的高壓開關具有不同的接線方案，每種方案接線回路數、回路的插針號均不相同，但每個回路的接線正確性都需人工用萬用表的通斷檔進行測量，一一查找，工作效率低，測量準確性差，容易出現失誤、錯檢和漏檢。
1 設計內容
基于上述問題，本文設計了一種檢測準確率為100%，具有自我保護功能、可更改插針號、適合所有高壓開關類產品的柔性接線正確性檢測裝置。
2 原理框圖
原理框圖如圖1所示。
測量原理：將航空插座的每一個插針通過繼電器組隔離后接入對應的一個單片機I/O口，單片機程序將所有I/O口設置成高壓平，檢測時顯示器電路將要檢測的一組插針號發送給單片機，單片機根據這組插針號對應的I/O口，將其中一個I/O口設置低電平，然后單片機檢測另外一個I/O口是否被拉成低電壓，如果被拉成了低電壓，那么這組插針號間接線相通，否則接線不相通。之后單片機發送檢測結果給顯示電路，顯示電路根據檢測結果顯示紅燈或綠燈，再發送下一組插針號給單片機進行繼續檢測，直到最后一組插針號檢測完成為止。
圖1 原理框圖
3 操作方法
操作人員將外部設備的航空插頭在插入檢測裝置航空插頭插座上之后，可進行2種操作。
1）外部設備控制操作
圖2所示為檢測裝置實物圖。操作人員可以操作裝置面板上的開關及旋鈕，分別完成控制外部設備的儲能、合閘、分閘、閉鎖操作。
圖2 檢測裝置實物圖
2）接線正確性檢測
如圖3顯示器所示，當操作人員需要進行接線正確性檢測時，首先選擇二次方案。本裝置提供6種方案，并在顯示器上預設顯示“方案一”的航空插頭插針號，如果需要更改方案號，操作人員就可以在本裝置上“點擊”需要的方案號，另外還可以根據接線圖在顯示器上“點擊”插針號直接更改插針號。
方案選擇完成后點擊顯示器上的“開始檢測”按鈕，開始檢測顯示器上顯示的每一組插針號外部接線形成回路的通斷，分別按顯示順序進行檢測：當兩個插針號間回路相通時，顯示紅燈；不通時顯示綠燈；當兩個插針號為預留時顯示黑燈。
這一檢測過程時間為2s，操作人員可根據顯示器上紅燈、綠燈迅速查找到接線錯誤的接線，并進行處理修復，處理后再進行檢測。在通斷全部符合要求后，拔下外部設備的航空插頭，完成檢測。
4 設計過程
現在的設計軟件功能非常強大，在沒有制作出真正的線路板時，可以借助仿真軟件完成所有的設計工作。斷路器二次接線正確性檢測裝置的設計也先是借助計算機仿真工具實現的，根據仿真結果制作實際裝置。
首先說明整個仿真系統的搭建：用USART HMI軟件進行顯示器界面設計及顯示器程序的開發（該軟件是深圳市淘晶馳電子有限公司顯示器自帶的開發軟件）；用Keil uVision4單片機C語言編程軟件進行單片機程序開發；用Proteus 7 Professional軟件進行單片機電路設計與仿真；Virtual Serial Ports軟件可以虛擬COM端口，它是橋梁，使USART HMI軟件和Proteus 7 Professional軟件進行仿真時可以串口通信，實現整個系統仿真。
斷路器二次接線正確性檢測裝置設計的難點在于如何設計實現通信協議，使顯示器將數據傳給單片機，單片機處理后再將命令、結果傳回顯示器。
如圖4程序框圖所示，顯示器串口發送數據給單片機一，單片機一處理后由串口發送數據給單片機二，單片機二處理后再由串口發送數據給顯示器。
該裝置設計的數據傳遞格式是7位。
第1位是開始及數據的狀態位。
第2位是檢測過程的組號（即第幾組插針，共30組）。
第3—6位是插針號及檢測結果。
第7位是數據結束位。
圖5所示為Proteus軟件仿真截圖。下面簡述通信仿真的數據傳遞及通信過程。
顯示器發送的數據是55 01 34 35 34 37 AA，55代表數據開始，01代表第一位，34 35 34 37是ACSII碼代表數字4 5 4 7，也就是插針號45和47，AA表示結束。如果檢測的當前位是預留位就直接處理，顯示黑色，不給單片機發送數據。
單片機一在接收到顯示器的數據進行處理后，發送給單片機二的數據有3種，分別是55 01 34 35 34 37 AA，44 02 32 34 33 34 AA，66 05 01 01 01 01 AA。55開始的數據代表插針號不屬于自已管理，未進行任何處理，只進行轉發。
44開始的數據代表只有一個插針號屬于自已管理，I/O口已相應處理，將插針號進行轉發，需進一步處理。66開始的數據代表插針號對應的I/O口都屬自已管理，已處理完畢得到檢測結果，01 01 01 01代表不通，00 00 00 00代表相通。
單片機二的數據是72 30 2E 62 63 6F 3D 47 52 45 45 4E FF FF FF, 73 79 73 30 3D 33 39 FF FF FF，72 30 2E 62 63 6F 3D 47 52 45 45 4E，是ASCII碼，翻譯成字符是r0.bco=GREEN，是檢測結果，表示顯示器上的第一組插針號檢測結果為不通，FF FF FF代表一個命令結束，73 79 73 30 3D 33 39是ASCII碼，翻譯成字符是sys0=39，是變量賦值命令，表示sys0加1（顯示器初始化時sys0=38），可進行下一位檢測。
STC12C5A60S2單片機與顯示器的通信采用串口中斷模式，中斷后先判斷緩沖寄存器收到的數據是不是開始位，若是開始位，則連續再接收6位，然后判斷第7位是不是結束位，若是的話，則進行相應處理。程序如下：
void es() interrupt 4
{
if( shoudaole==0 & chulile==1)
//收到數據了，已經處理了
{
RI=0; //中斷標志位復位
shujua[i]=SBUF; //字符串取數據
if(shujua[0]==0x55|shujua[0]==0x66|shujua[0]
==0x44)
//開始位判斷
{
i++; //連續取數據
}
if(i==7 & shujua[6]==0xaa )
//字符串第7位，結束位判斷
{
P37=!P37;
//通信指示燈閃爍一次，指示通信正常
EA=0; //收到數據組，關中斷
i=0; //字符串復位
receive(); //調用數據處理函數
}
}
} //中斷處理結束
5 主要元件介紹
顯示器采用7in USART HMI智能串口顯示器，無需單片機去驅動，可圖形用戶界面（graphical user interface, GUI）進行設計，自身帶有I/O輸出輸入功能、數據儲存及通信功能，通過串口通信對顯示器自帶控件進行控制。本裝置通過對顯示器進行編寫程序，完成檢測結果的顯示，發送需檢測的插針號給單片機電路，接收和顯示單片機電路發送回來的檢測結果。
單片機電路采用2塊STC12C5A60S2單片機，協同工作，共同完成檢測，并與顯示電路通信。該單片機是由宏晶科技開發的單時鐘/機器周期（1T）的單片機。它是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，而速度提升8～12倍。
內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），可應用于強干擾場合。本裝置中STC12C5A60S2單片機電路主要完成以下任務：接收顯示器發送的信息并對I/O口進行操作；得到通斷檢測結果；發送由串口指令控制顯示器顯示的結果及顯示器變量參數。
高壓開關產品在生產過程中需要對高壓開關的接線正確性進行檢查，以保證高壓開關在投入運行時能夠給高壓開關柜提供正確的狀態和位置信號。不同功能的高壓開關具有不同的接線方案，每種方案接線回路數、回路的插針號均不相同，但每個回路的接線正確性都需人工用萬用表的通斷檔進行測量，一一查找，工作效率低，測量準確性差，容易出現失誤、錯檢和漏檢。
1 設計內容
基于上述問題，本文設計了一種檢測準確率為100%，具有自我保護功能、可更改插針號、適合所有高壓開關類產品的柔性接線正確性檢測裝置。
2 原理框圖
原理框圖如圖1所示。
測量原理：將航空插座的每一個插針通過繼電器組隔離后接入對應的一個單片機I/O口，單片機程序將所有I/O口設置成高壓平，檢測時顯示器電路將要檢測的一組插針號發送給單片機，單片機根據這組插針號對應的I/O口，將其中一個I/O口設置低電平，然后單片機檢測另外一個I/O口是否被拉成低電壓，如果被拉成了低電壓，那么這組插針號間接線相通，否則接線不相通。之后單片機發送檢測結果給顯示電路，顯示電路根據檢測結果顯示紅燈或綠燈，再發送下一組插針號給單片機進行繼續檢測，直到最后一組插針號檢測完成為止。
圖1 原理框圖
3 操作方法
操作人員將外部設備的航空插頭在插入檢測裝置航空插頭插座上之后，可進行2種操作。
1）外部設備控制操作
圖2所示為檢測裝置實物圖。操作人員可以操作裝置面板上的開關及旋鈕，分別完成控制外部設備的儲能、合閘、分閘、閉鎖操作。
圖2 檢測裝置實物圖
2）接線正確性檢測
如圖3顯示器所示，當操作人員需要進行接線正確性檢測時，首先選擇二次方案。本裝置提供6種方案，并在顯示器上預設顯示“方案一”的航空插頭插針號，如果需要更改方案號，操作人員就可以在本裝置上“點擊”需要的方案號，另外還可以根據接線圖在顯示器上“點擊”插針號直接更改插針號。
方案選擇完成后點擊顯示器上的“開始檢測”按鈕，開始檢測顯示器上顯示的每一組插針號外部接線形成回路的通斷，分別按顯示順序進行檢測：當兩個插針號間回路相通時，顯示紅燈；不通時顯示綠燈；當兩個插針號為預留時顯示黑燈。
這一檢測過程時間為2s，操作人員可根據顯示器上紅燈、綠燈迅速查找到接線錯誤的接線，并進行處理修復，處理后再進行檢測。在通斷全部符合要求后，拔下外部設備的航空插頭，完成檢測。
4 設計過程
現在的設計軟件功能非常強大，在沒有制作出真正的線路板時，可以借助仿真軟件完成所有的設計工作。斷路器二次接線正確性檢測裝置的設計也先是借助計算機仿真工具實現的，根據仿真結果制作實際裝置。
首先說明整個仿真系統的搭建：用USART HMI軟件進行顯示器界面設計及顯示器程序的開發（該軟件是深圳市淘晶馳電子有限公司顯示器自帶的開發軟件）；用Keil uVision4單片機C語言編程軟件進行單片機程序開發；用Proteus 7 Professional軟件進行單片機電路設計與仿真；Virtual Serial Ports軟件可以虛擬COM端口，它是橋梁，使USART HMI軟件和Proteus 7 Professional軟件進行仿真時可以串口通信，實現整個系統仿真。
斷路器二次接線正確性檢測裝置設計的難點在于如何設計實現通信協議，使顯示器將數據傳給單片機，單片機處理后再將命令、結果傳回顯示器。
如圖4程序框圖所示，顯示器串口發送數據給單片機一，單片機一處理后由串口發送數據給單片機二，單片機二處理后再由串口發送數據給顯示器。
該裝置設計的數據傳遞格式是7位。
第1位是開始及數據的狀態位。
第2位是檢測過程的組號（即第幾組插針，共30組）。
第3—6位是插針號及檢測結果。
第7位是數據結束位。
圖5所示為Proteus軟件仿真截圖。下面簡述通信仿真的數據傳遞及通信過程。
顯示器發送的數據是55 01 34 35 34 37 AA，55代表數據開始，01代表第一位，34 35 34 37是ACSII碼代表數字4 5 4 7，也就是插針號45和47，AA表示結束。如果檢測的當前位是預留位就直接處理，顯示黑色，不給單片機發送數據。
單片機一在接收到顯示器的數據進行處理后，發送給單片機二的數據有3種，分別是55 01 34 35 34 37 AA，44 02 32 34 33 34 AA，66 05 01 01 01 01 AA。55開始的數據代表插針號不屬于自已管理，未進行任何處理，只進行轉發。
44開始的數據代表只有一個插針號屬于自已管理，I/O口已相應處理，將插針號進行轉發，需進一步處理。66開始的數據代表插針號對應的I/O口都屬自已管理，已處理完畢得到檢測結果，01 01 01 01代表不通，00 00 00 00代表相通。
單片機二的數據是72 30 2E 62 63 6F 3D 47 52 45 45 4E FF FF FF, 73 79 73 30 3D 33 39 FF FF FF，72 30 2E 62 63 6F 3D 47 52 45 45 4E，是ASCII碼，翻譯成字符是r0.bco=GREEN，是檢測結果，表示顯示器上的第一組插針號檢測結果為不通，FF FF FF代表一個命令結束，73 79 73 30 3D 33 39是ASCII碼，翻譯成字符是sys0=39，是變量賦值命令，表示sys0加1（顯示器初始化時sys0=38），可進行下一位檢測。
STC12C5A60S2單片機與顯示器的通信采用串口中斷模式，中斷后先判斷緩沖寄存器收到的數據是不是開始位，若是開始位，則連續再接收6位，然后判斷第7位是不是結束位，若是的話，則進行相應處理。程序如下：
void es() interrupt 4
{
if( shoudaole==0 & chulile==1)
//收到數據了，已經處理了
{
RI=0; //中斷標志位復位
shujua[i]=SBUF; //字符串取數據
if(shujua[0]==0x55|shujua[0]==0x66|shujua[0]
==0x44)
//開始位判斷
{
i++; //連續取數據
}
if(i==7 & shujua[6]==0xaa )
//字符串第7位，結束位判斷
{
P37=!P37;
//通信指示燈閃爍一次，指示通信正常
EA=0; //收到數據組，關中斷
i=0; //字符串復位
receive(); //調用數據處理函數
}
}
} //中斷處理結束
5 主要元件介紹
顯示器采用7in USART HMI智能串口顯示器，無需單片機去驅動，可圖形用戶界面（graphical user interface, GUI）進行設計，自身帶有I/O輸出輸入功能、數據儲存及通信功能，通過串口通信對顯示器自帶控件進行控制。本裝置通過對顯示器進行編寫程序，完成檢測結果的顯示，發送需檢測的插針號給單片機電路，接收和顯示單片機電路發送回來的檢測結果。
單片機電路采用2塊STC12C5A60S2單片機，協同工作，共同完成檢測，并與顯示電路通信。該單片機是由宏晶科技開發的單時鐘/機器周期（1T）的單片機。它是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，而速度提升8～12倍。
內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），可應用于強干擾場合。本裝置中STC12C5A60S2單片機電路主要完成以下任務：接收顯示器發送的信息并對I/O口進行操作；得到通斷檢測結果；發送由串口指令控制顯示器顯示的結果及顯示器變量參數。
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