CN101013635A - 防止电气误操作的智能远控闭锁方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止电气误操作的智能远控闭锁方法及其装置，包括掌上电脑、蓝牙开锁器和智能锁具，掌上电脑内嵌防止电气误操作应用软件和蓝牙模块，与蓝牙开锁器通过蓝牙模块进行通讯，采集处理智能锁具相关信息，按照“五防”规则进行逻辑判断后发出操作指令，驱动蓝牙开锁器动作，智能锁具自动开锁并反馈操作信息，操作人员按照掌上电脑显示及语音指挥完成相关操作。本发明以蓝牙通讯的方式实现远距自动闭环控制，全面实现电气防误操作，可广泛用于6－500KV变、配电站(所)各种室内、外断路器、隔离开关等的电气防误操作闭锁装置。

Description

防止电气误操作的智能远控闭锁方法及其装置

技术领域

本发明属于电气系统防止电气误操作的技术措施领域，具体涉及一种防止电气误操作的智能远控闭锁方法及其装置。

背景技术

在电力系统为防止电气误操作事故，统称“五防”：即防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂(合)接地线(接地开关)；防止带接地线(接地开关)合断路器(隔离开关)；防止误入带电间隔，而发展起来的微机型防误闭锁装置的一般结构形式由以下四部分组成：

通过在智能模拟盘上的操作，将操作指令送入工控机，打出操作票，同时通过串口通讯，将操作票输入电脑钥匙之中，然后用电脑钥匙再去打开装于各操作部位的编码锁，进行操作。

其存在问题主要有：

1、结构环节多，辅助操作时间长，操作速度慢，变电站停电检修时间长。

2、电脑钥匙仅实现按给定的顺序对锁具检码开锁，对操作路线上或间隔内是否有高压电这样的开锁条件不能判断，不能防止带电合接地刀闸及防止误入带电间隔，不能全部实现“五防”功能，因此仍然存在事故隐患。

3、所用锁具多为编码挂锁，非固定安装强制闭锁，可能出现“走空行程”(即打开闭锁装置后，未进行实际操作，即转入下一步操作内容的开锁和操作)现象，而导致误操作事故。

4、造价太高，适合110KV以上变电站及大型发电厂使用，35KV以下变电站数量众多，如果大量配置必然造成极大的浪费。

公告日2001年1月10日，公告号CN2414457Y的中国专利公开了一种在此基础上改进的微机联动闭锁装置，包括电脑钥匙和锁具，其中电脑钥匙包括微处理机和光电采码模块，锁具上设有光电编码、机械变码和光电反馈，电力系统的操作票规定的操作顺序及防误规则都以软件编程的手段固化在电脑钥匙中，采用非接触式光电采码，微机控制开锁，省去了智能模拟盘和工控微机、结构简单、操作方便。

公告日2006年9月20日，公告号CN1276445C的中国专利公开了一种进一步改进的微机联动闭锁装置，包括锁具和与其匹配的电子钥匙，在锁具上设置有用于检测锁具及其开关状态的信息输出单元，在电子钥匙上设置有用于接受上述状态信息的采集单元、控制单元、显示单元、电磁铁驱动单元、电源单元以及可编程逻辑器单元。其锁具采用机械触点的方式对每个锁具进行锁具编码，锁具同时提供一个光电反馈信号和一个机械变码信号，从而使得电子钥匙不仅能识别锁具(锁具编码)，而且可以获取与锁具相联的开关的状态(光电反馈信号)和锁具自身的状态(机械变码)；电子钥匙和与其相配合使用的锁具以及控制回路形成闭环，通过光电反馈读取闭锁装置状态，利用机械变码杜绝“走空程”现象，可防止带电接地和解决防止误入带电间隔等问题；与常规微机联动闭锁方案相比，更具有技术和成本优势。

上述两种改进型微机防误闭锁装置的结构图为：

其主要特点是：

1、依据变电站的电气操作票及防误规则，编程储存于电脑钥匙之中，直接对锁具进行开锁操作，快速方便，操作辅助动作少，大大缩短了停电操作时间。

2、电脑钥匙通过红外线通讯采集锁具编码、开锁条件及操作到位信息，实现了对锁具实现“依顺序、按条件”开锁，抓住了电气防误操作的根本；锁具固定安装，强制闭锁，避免“走空行程”现象；五防功能完善。

其主要缺点是采用机械编码或编码芯片编码数量有限，电脑钥匙需插入锁具进行人工接触式的开锁操作和辅助操作动作，给操作过程带来不便，同时电脑钥匙只能提供一些报警和显示，不能依据“五防”规则主动指导人员操作。

电气防误闭锁系统的另一种在线防误操作系统的技术路线是：用安装网络控制器实现防误控制，通过敷设电缆，将装于现场的电磁锁具与防误主机相连接，将锁具状况及操作位置信息汇集到防误主机，由防误主机判断下达开锁指令。该系统虽五防功能完善，克服了“走空行程”现象，但系统复杂，需在变电站现场敷设大量电缆和外接电源，施工难度大、工期长、造价高，在中小型变电站中应用，难度较大。

将掌上电脑应用于电气防误闭锁系统，目前主要集中于增强电脑钥匙功能，将掌上防误主控微机、通讯、适配器以及电脑钥匙三位合体，形成PDA电脑钥匙，利用掌上电脑代替电脑钥匙中微处理芯片的部分功能，即利用掌上电脑模拟常规微机闭锁系统的工控微机和智能模拟盘功能，加上手动接触式开锁机构等部件，从而形成PDA电脑钥匙。也有的改进产品将掌上电脑的电源以接触方式送到锁具，每一锁具中增设电磁开锁机构，但不管怎样，上述产品均停留在增强电脑钥匙功能层面，仍然需要配备多把电脑钥匙，其开锁方式仍是接触式的手动开锁。

公开日2006年9月20日，公开号CN1835145A的中国专利公开了一种掌上微机防误闭锁系统，仍然采用钳握式开锁机构的电脑钥匙，只不过新增加PDA组件，既不能采集锁具状态和开锁条件信息，也不能对现场锁具进行远距自动闭环控制，只能进行常规的模拟预演和操作票的生成、修改、输出、显示，亦无与电脑钥匙和锁具通讯功能，锁具结构仍为机械编码锁，只能按照掌上电脑生成的工作票保证开锁顺序，不具备开锁条件判断及操作到位信息检测及操作后自动闭锁功能，对掌上电脑的利用停留在很低的层面，在实现完善的“五防”上亦未有本质改进及提高，不能主动按“五防”规则指导操作人员操作。

蓝牙(Bluetooth)技术是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互连，可以在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。如借助采用了蓝牙技术的市品掌上电脑(也称PDA，个人数字助理Personal Digital Assistant)，用户可很方便地与其它采用蓝牙技术的笔记本电脑等数字设备或内嵌蓝牙模块的工业数字设备进行通信或联入因特网，蓝牙技术自1998年问世以来在无线通信领域以及各种工业领域已得到快速的发展，如市场可提供完整的PDA软硬件解决方案、蓝牙PDA的终端产品及实用的工业数字设备内嵌式蓝牙模块。

发明内容

本发明的发明目的是：克服现有技术存在的不足，采用掌上电脑和蓝牙技术，新设计一种通用的开锁器和一种配套的智能锁具，以通用开锁器为“桥梁”，掌上电脑以无线通讯的方式对智能锁具采码采信，遥控编码，从而实现远距自动闭环控制，智能锁具存储所在开关位置所有“五防”信息，只需插入通用开锁器，并操作掌上电脑，即可彻底实现非接触式自动开锁操作，不但依顺序、而且按条件开锁，更进一步的，可严格按照“五防”要求指导操作人员操作，对操作过程进行监督和自动检查、自动纠错，从根本上提供一种全面实现电气防误操作的划时代的智能远控闭锁方法及其装置。

本发明的技术方案是：提供一种防止电气误操作的智能远控闭锁方法，其特征在于：包括掌上电脑、蓝牙开锁器和智能锁具；采用掌上电脑通过内嵌的防止电气误操作应用软件模拟、指导、监控操作过程，操作人员按照掌上电脑显示及语音指挥完成相关操作，掌上电脑通过与一个公共的蓝牙开锁器无线通讯对智能锁具进行采码采信，按照“五防”规则进行逻辑判断后发出操作指令，遥控驱动蓝牙开锁器动作开锁，操作完成后，智能锁具反馈操作到位闭锁后信息，掌上电脑进行逻辑判断并对操作过程及下一步操作进行屏幕和语音指示。

本发明还提供一种采用上述方法的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：包括带有蓝牙模块的掌上电脑、蓝牙开锁器和智能锁具；掌上电脑内嵌防止电气误操作应用软件；智能锁具包括锁具机械机构和锁体内设置的锁具编码及开关信息检测处理单元；蓝牙开锁器包括可与锁具编码及开关信息检测处理单元通讯的可编程微控制器单元、可与掌上电脑通讯的开锁器蓝牙模块、电磁开锁单元和电源单元；电磁开锁单元和开锁器蓝牙模块分别同可编程微控制器单元连接，电源单元分别与上述单元连接。

进一步地，所述的防止电气误操作应用软件依照变电站一次接线图及所有操作点设备按防误规则所规定的操作顺序编写，同时附加开锁条件、操作到位闭锁后信息作为逻辑判断的判据。

所述的掌上电脑与公共的蓝牙开锁器通过蓝牙方式通讯。

所述的防止电气误操作应用软件以掌上电脑语音方式指导操作人员进行电气操作。

所述的可编程微控制器单元还与状态指示单元和电源监控单元连接。

所述的状态指示单元由一个三色指示灯完成状态指示。

所述的电磁开锁单元由开关电路、限流电路和电磁线圈组成。

所述的锁具编码及开关信息检测处理单元由蓝牙开锁器插入智能锁具为其供电。

所述的锁具编码及开关信息检测处理单元包括可编程微处理器单元、开关信息检测单元、通讯单元和电源单元，开关信息检测单元、通讯单元分别与可编程微处理器单元连接：电源单元分别与上述单元连接供电。

所述的开关信息检测单元包括霍尔元件和外接接线端子。

本发明与现有技术比较，具有如下优点：

1、本发明的防止电气误操作的智能远控闭锁方法及装置能够按“五防”规则自动对锁具编码和操作机构状态以及开锁条件信息进行检测和纠错，指挥操作人员进行操作，并对操作过程及结果进行监督检测，将操作结果的信息进行反馈，实现了闭环控制，有效的防止断路器“拒动”、隔离开关、接地刀、接地线操作的“走空行程”和开关柜柜门“虚掩”等多发问题，彻底杜绝误操作事故的发生。

2、本发明全过程语音指挥操作，用高新智能技术，通过检测、监控手段保证操作过程及任务的完成，从而使操作人员不发生失误。这种用技术手段强化组织措施，代替和加强监护人的作用，真正体现了电气“五防”的发展方向，实现了电气防误理念上的重大突破：即不但用技术措施达到在操作者失误时阻止误操作的进行，而且实现了用技术措施指导组织措施的作用，即同时指导操作人员进行正确的操作，是从根本上解决防止电气误操作的出路所在。

3、掌上电脑在操作过程中语音朗读操作票上的操作步骤和操作内容，实现操作监护人的唱票作用，操作过程变得“有声有色”，大屏幕显示，界面友好，可随意携带，操作者只需聆听语音提示和告警从容有序操作，操作过程变得轻松流畅。

4、实现了“依顺序、按条件”开锁，把顺序作为开锁的必要条件，高压有电与否、上一步操作到位与否作为开锁的充分条件，实现了真正完善的五防功能。

5、掌上电脑蓝牙技术、独创性的蓝牙开锁器和智能锁具所组成的智能远控闭锁装置，用一个开锁器使PDA与众多的智能锁具之间实现无线通讯和控制的方法，集信息采集、传输与电磁自动开锁系统合体的新型结构，简单、高效，实现了辅助操作动作最少、操作方便、快捷，达到了了功能性、可靠性、方便性的高度统一。

6、本发明实现了采用永磁体(锁具机械结构)与电磁(开锁器电磁开锁单元)技术的完美结合，达到低电压、小电流、低功耗的自动开锁新技术，这种采用公共的开锁器，电磁开锁系统(开锁器电磁开锁单元)与闭锁机构(锁具)分离的结构形式，大大简化了安装于现场的锁具机械结构。

7、本发明技术先进，实现“三无”：

无重码，掌上电脑通过蓝牙开锁器对智能锁具遥控自动编码，锁体内置单片机，编码数量可达65536个；

无线通讯，只需插入蓝牙开锁器，即可进行无接触式的远距自动采码采信，无线信息传输；

无线控制，远距自动开锁，采用无需外接电源和敷设电缆的电磁开锁机构。

8、由于锁具的编码是用PDA通过遥控实现，给锁具在开关柜上和变电站中的现场安装带来很大的方便性，即在制造安装过程中，不必顾及操作顺序及编号，只需在变电站投运前通调时一次性集中解决，这一特点对防误系统的“三同时”：“同时设计，同时安装，同时投运”带来极大的方便。

9、操作方式极为灵活：可以竖向操作，也可横向操作；由于是“依顺序、按条件”开锁，即使跳步操作，也不会引起故障。在大型变电站中可以同时启动两套防误操作系统，以加快停送电的进程。在15米之内，两台PDA之间可以实现数据交互和无线通讯。

10、PDA与智能模拟盘之间可以进行正反向的数据交互和无线通讯：在智能模拟盘上进行模拟操作，操作部位及顺序以无线通讯的方式被PDA接收。PDA通过蓝牙开锁器，对锁具进行操作，操作结果由PDA通过无线通讯回传给智能模拟盘，使盘上开关状态与现场的实际状态保持一致。

11、PDA与台式微机之间可以通过网络适配器进行数据无线通讯。模拟操作在台式电脑中进行，PDA按给定操作顺序，通过蓝牙开锁器LY-K对锁具进行停送电和倒闸操作，其操作的结果通过无线通讯回传到台式电脑，使其与现场操作过的情况保持一致并可以在模拟操作的同时打印出操作票。

12、具备巡视功能，在软件中先设定巡视点和巡视路线，操作人员按顺序走完特定的巡视点，可完成变电站的巡视工作，巡视人员每个巡视点的时间能在巡视记录中记载.

附图说明

图1为本发明防止电气误操作的智能远控闭锁方法的示意图；

图2为本发明的蓝牙开锁器的结构原理方框图；

图3为蓝牙开锁器的实施例的结构原理方框图；

图4为蓝牙开锁器的实施例的线路图；

图5为本发明的智能锁具的结构原理方框图；

图6为智能锁具的实施例锁具编码及开关信息检测处理单元的结构原理方框图；

图7为智能锁具实施例锁具编码及开关信息检测处理单元的线路图；

图8为智能锁具实施例机械机构部分结构示意图；

图中：1-锁体、2-锁轴、3-永磁衔铁、4-闭锁销、5-弹簧、6-霍尔元件、7-永久磁钢

图9为本发明的防止电气误操作的智能远控闭锁方法的操作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明防止电气误操作的智能远控闭锁方法的示意图中：

1、掌上电脑：

掌上电脑PDA是防误操作系统的核心及指挥中心，其采用内嵌蓝牙通讯模块的现有技术，提供一种低能耗、低成本和高性能的嵌入式处理平台，它是移动通信、手持便携设备和嵌入式解决方案的常用平台。操作系统可采用微软公司开发的WINCE操作系统，该系统拥有多线程、多任务，确定性的实施、完全抢先式优先级的特点，拥有良好的通讯能力，图形用户界面出色，PDA防止电气误操作应用软件采用嵌入式的程序设计方法，面向对象的模块化结构，利用系统的多线程、多任务特点实现图形的模拟操作、设备的拉合实验与现场解锁操作等功能。

本发明掌上电脑内嵌的防止电气误操作应用软件设计方案：依据变电站一次系统接线图及所有操作点设备按防误规则所规定的操作顺序编程，特别附加开锁操作条件、操作到位闭锁后信息作为逻辑判断的判据；在此基础上，软件可生成设备对位模拟演示图板，经过“五防”规则审查，自动生成正确的操作票，在常规操作顺序外，操作票附加操作条件、及操作到位闭锁后信息作为操作许可条件，在转入设备操作状态后，不但通过语音朗读工作票要求操作人“依顺序”逐步进行解锁操作，而且即时检测开锁条件，要求操作人“按条件”开锁，掌上电脑通过语音指挥操作人员严格按照操作票操作，同时对操作过程进行监督，如果开锁条件不满足，即发出告警阻止继续操作，并语音指示开锁条件，换句话说，只要开锁的全部条件得到满足，就不会发生误操作。因此其五防功能是切实能够达到的、是同类微机闭锁系统最完善的。这种不但用技术措施达到在操作者失误时阻止误操作的进行，而且用技术措施强化组织措施，用语音指导操作者正确操作，用监控检测手段，保证操作过程及任务的正确，从而使操作人员不发生失误的思路和方法应是防误理念上的重大突破，是从根本上彻底解决了防止电气误操作的行业难题。

该软件相当于变电站电气防误操作的数据库，利用独创的蓝牙无线通讯技术非接触式的远距检测智能锁具编码和开锁条件，并进行逻辑判断，从而发出开锁指令，实现远距无接触式的电磁锁自动开锁功能以及接受操作机构操作到位的反馈信息，判断操作步骤任务是否正确、全面完成。上述功能的实现，不仅在显示屏面上即时显现，操作错误时语音告警，还同时用语音指示正确操作应满足的条件，从而使操作者在操作过程中，不一定看屏上的显示，只须聆听语音指示，即可完成操作任务，PDA在操作过程中朗读操作票上的操作步骤和操作内容，达到操作监护人的唱票作用，该种效果是同类微机闭锁装置所不能达到的。

该程序的界面采用WINDOWS系统的窗口化图形界面，将变电站的一次接线图显示给用户，用户利用触摸屏完成图形模拟操作任务；当模拟操作任务确定，开始进行操作时，利用WINCE系统的实施抢先式特点和蓝牙无线功能，实时、快速地与蓝牙开锁器通讯检测用户的操作情况，当检测到用户需要操作设备时，启动防止电气误操作应用软件内的“五防”解锁逻辑判断条件，判断是否允许操作设备和操作逻辑是否正确，只有模拟操作设备和五防逻辑都正确时，系统向蓝牙开锁器发送开锁命令，并指挥操作人员完成操作任务。

关于市售掌上电脑及其内嵌程序设计的图形显示、报警、语音功能的实现均采用现有技术，在此不再赘述。

2、蓝牙开锁器：

本发明的蓝牙开锁器设计达到采集信息、转换信息传输方式并实现远距自动开锁的作用，由于设置了可与掌上电脑进行无线通讯的蓝牙模块、微处理器及其相应电路，形成一个即能与PDA进行无线数据通讯，又能接收开锁指令，对锁具实现自动开锁的防误操作系统的“中继站”，只要用一个蓝牙开锁器，即可使掌上电脑与众多的智能锁具之间实现无线通讯和远距自动闭环控制，即：蓝牙开锁器可按操作顺序与所有的锁具进行有线数据及信息采集，经其加工处理，以无线通讯的方式被PDA接收；PDA依开锁顺序、编码是否正确、开锁条件是否满足作为判据并下达开锁指令，当操作完毕时PDA接收电气开关重新闭锁操作到位的信号，发出本操作步骤操作完毕进入下一步操作的指示，从而配合掌上电脑实现对锁具的非接触式远距的检测和控制。这种借助一个公用开锁器，内含与闭锁机构分离的电磁开锁系统，作为信息、指令“中继站”，不管插入哪个闭锁机构的固定安装的智能锁具，掌上电脑就可实现对其通讯、遥控的独特思路，为本发明所独创。

3、智能锁具：

锁具是实现防误功能的执行元件。本发明满足了智能锁具应当具备的结构特征及性能：首先，锁具采用微机编码，通讯传输，遥控采码，其编码量远远满足锁具所在部位的编码在一个站内(或一个区域网内)无重码现象；其次，锁具可实现所在部位除顺序以外的其他开锁条件(例如高压是否有电，上一步操作是否到位等)的信息检测；再次，锁具可以在操作完成后再次自动闭锁，实现反向强制闭锁功能并发出操作到位闭锁后的信号。本发明通过在锁具中置入单片机电路，内置霍尔元件进行信息检测，并设置相应的接受外接开关或外接其它条件信息端口来实现上述功能。

示例：在变配电站停、送电操作过程中，根据“五防”规定，在操作隔离开关时，其所对应的断路器必须处于断开状态，即隔离开关不得在带电状态下进行分、合闸操作。所以，在操作隔离开关前，必须检查和验证其所对应的断路器的分、合闸状态，这就是对隔离开关进行操作的“条件”。如果隔离开关的闭锁采用机械编码挂锁，只能实现利用触码严格界定其工作地点，而对于其本身工况、周边条件和执行结果都不能反馈，只能按顺序对其进行解锁操作，却无从进行条件判断；如果此前对应断路器的闭锁亦采用机械编码挂锁，解锁后并未进行实际操作，发生了“走空程”，且未得到告警纠正，则继续对隔离开关进行解锁操作时，即使编码验证“顺序”正确，亦将发生误操作。因此，采用智能锁具，引入“条件”信息作为开锁判据，恰恰是“五防”必须要求的，目前广泛采用的机械编码挂锁并不能实现完善的“五防”要求。

本发明的智能锁具，由于采用了电磁开锁系统与闭锁机构分离的设计思路，因此锁具结构得到简化，很容易根据闭锁部位的不同要求，可设计成开关闭锁器，刀闸锁，接地锁和门锁等与操作开关结构相适应的不同结构形式。锁具以固定方式安装在开关设备的操作机构上，锁具的锁轴安装在操作机构可动部位，锁具的锁体安装在设备的固定部位，锁具闭锁时，锁轴的位移使设备可动部位与不可动部位在闭锁状态无法相对移动，从而实现设备的整体闭锁。锁具解锁时，插入蓝牙开锁器，通过锁具编码及开关信息检测处理单元检测锁具编码及开锁条件，掌上电脑无线接收并依此进行五防逻辑判断，确认该项操作是否符合条件，若不符合条件，则无法解锁，并进行错误告警，若符合条件，则给出解锁指令，通过蓝牙开锁器驱动电磁解锁回路动作，锁具自动解锁，操作人员通过移动锁轴，允许进行设备操作。操作完成后，智能锁具在锁轴弹簧作用下自动再次闭锁，锁具编码及开关信息检测处理单元检测发出操作到位闭锁后信息，掌上电脑给出“操作完成”语音提示，即可取下蓝牙开锁器，按照掌上电脑指示，进行下一项操作。

图2本发明的蓝牙开锁器的结构原理方框图中，蓝牙开锁器包括可与锁具编码及开关信息检测处理单元通讯的可编程微控制器单元、可与掌上电脑通讯的开锁器蓝牙模块、电磁开锁单元和电源单元；电磁开锁单元和开锁器蓝牙模块分别同可编程微控制器单元连接，电源单元分别与上述单元连接。开锁器蓝牙模块实现蓝牙开锁器和掌上电脑之间的无线数据通讯，既可接收掌上电脑的操作指令，将其转换成为可编程微控制器单元可以识别、处理、执行的信息，通过开锁器蓝牙模块和可编程微控制器单元之间的I/O端口传送给可编程微控制器单元，又可将可编程微控制器单元从智能锁具的锁具编码及开关信息检测处理单元检测获得并进行处理后的锁具编码、开锁条件、操作反馈信息等数据信号转换为无线传输信号转发给掌上电脑。当蓝牙开锁器插入智能锁具时，可编程微控制器单元完成定时向智能锁具的锁具编码及开关信息检测处理单元检测获取其锁具编码、开锁条件，并对经锁具编码及开关信息检测处理单元处理过的数据信号经互相连接的插头(座)进行接收、处理后通过开锁器蓝牙模块转发给掌上电脑；进一步，根据掌上电脑开锁指令，完成信号处理后发出动作信号经可编程微控制器单元的I/O端口发送给电磁开锁单元，由电磁开锁单元完成非接触式的自动开锁；电源单元与上述单元连接并为其供电。

本发明的独创性的蓝牙开锁器，用一个公共的开锁器使掌上电脑PDA与众多的智能锁具之间实现了无线通讯和控制，其集信息采集、蓝牙传输与电磁自动开锁系统合体的新型结构，简单、高效，达到了了功能性、可靠性、方便性的高度统一。

图3本发明蓝牙开锁器的实施例的结构原理方框图中，可编程微控制器单元的I/O端口还与状态指示单元和电源监控单元连接；其中状态指示单元完成当蓝牙开锁器接通电源、与掌上电脑之间建立通讯、执行开锁动作以及电源电压低报警时给出不同的状态指示；电源监控单元完成对电源电压的检测，当电源电压达到低电压报警设定值时，通过与可编程微控制器单元之间的I/O端口发出报警信号；电源单元分别与上述单元连接供电。

图4本发明蓝牙开锁器的实施例的线路图中：

可编程微控制器单元包括集成电路U1(采用单片机，即MCU-Micro Controller Unit)、晶振电路、锁具信息采集电路和外围电路。晶振电路由晶振片X1和电容C5、C6组成，给单片机提供时钟频率，使其进入工作状态；锁具信息采集电路由插头座JP1、电阻R12、R13组成，当蓝牙开锁器插入智能锁具时，通过插头座.JP1建立起蓝牙开锁器与锁具之间的信息有线传输通道；外围电路包括电容C1等，满足U1工作设置。

开锁器蓝牙模块包括集成电路U2及其外围电路，其中发光二极管DS1和电阻R3组成蓝牙模块连接状态指示电路，电阻R2、按钮S1组成清除模块参数电路，电阻R1为偏置电阻，开关S2拨到R4位置时为正常工作状态，开关S2拨到R5位置时为参数设置状态，电容C2组成稳压电路，开锁器蓝牙模块实现蓝牙开锁器和掌上电脑之间的无线数据通讯。

电磁开锁单元包括由电阻R6、三极管DS2和继电器K1所组成的开关电路，由电阻R7、R8、三极管DS4和继电器K2所组成的限流电路，电磁线圈L1。当满足开锁条件时，蓝牙开锁器接受开锁指令，驱动电磁开锁单元中由三极管DS2和继电器K1所组成的开关电路1、3导通，电磁线圈L1在全电压下启动，自动吸出锁具上的永磁衔铁及闭锁销，将锁具打开。当永磁衔铁及闭锁销吸出后，经设定时间，DS4及K2所组成的继电器动作，将电阻R8串入电磁开锁线路，以达到大电流吸合，小电流保持，节约电流消耗的目的。

状态指示单元由一个三色指示灯DS3和电阻R9组成。在接通电源后，三色指示灯DS3呈红色亮光，当系统进入正常工作，蓝牙模块与掌上电脑PDA之间建立通讯联系时，DS3变为蓝色闪烁光，当开锁电路工作时，DS3呈绿色闪烁亮光，当电池电压下降到一定数值时，DS3转为闪烁红色亮光。

电源监控单元由电阻R10和R11组成电压量检测电路，U1通过其I/O接口接受数据，当电池电压下降到一定数值时，驱动DS3转为闪烁红色亮光，提示蓝牙开锁器不能保证正常工作，应进行充电处理。

电源单元包括小型高性能锂电池和插头座JP4，既与前述各单元连接为蓝牙开锁器电气回路供电，又当蓝牙开锁器插入智能锁具时通过其插头座JP4为锁具编码及开关信息检测处理单元供电。

其中：

可编程微控制器单元集成电路U1的RC6/TX/CK(17)和RC7RX/DT(18)管脚分别与蓝牙模块集成电路U2的TXD(5)和RXD(6)管脚对应连接；RAO/ANO(2)和RA1/AN1(3)管脚分别与电磁开锁单元的电阻R7、R6对应连接；RBO(21)、RB1(22)、RB2(23)管脚分别与状态指示单元的三色指示灯DS3的1端BLUE、3端GREEN、4端RED对应连接；RA2/AN2(4)管脚与电源监控单元R10和R11串联电路的中点连接；OSC1/CLK1(9)和OSC2/CLKO(10)管脚分别与晶振电路晶振片X1的1端和2端对应连接，同时分别通过电容C5、C6接电源地；RC3/SCK/SCL(14)和RC4/SDI/SDA(15)管脚分别与锁具信息采集插头座JP1的1端和2端对应连接，同时分别通过电阻R12、R13接至电源正端；VDD(20)管脚和电源正端连接，同时通过电容C1与电源地和VSS(8、19)管脚连接；

开锁器蓝牙模块集成电路U2的CLR(1)端通过开关S2接点及电阻R4、R5后分别接电源正端和地；LNK(2)端通过电阻R3接至发光二极管DS1正极，DS1负极接地，CTS(3)和RTS(4)端之间接有电阻R1；VCC(23、24)端并接至电源正极，GND(19、20、21、22)端并接至电源负极，VCC端和GND端之间接有电容C2；Sleep(15)端通过电阻R2接到电源正极，同时可通过按钮S1接地；

电磁开锁单元的三极管DS2基极接电阻R6，发射极接地，集电极通过继电器K1的线圈后接电源正极；三极管DS4基极接电阻R7，发射极接地，集电极通过继电器K2的线圈后接电源正极；当蓝牙开锁器接受开锁指令，电磁线圈L1在全电压下启动时，电磁线圈L1一端经继电器K1接点3和1接地，一端经继电器K2接点1和2接电源正极，设定时间后继电器K2动作，将电阻R8串入电磁开锁线路，电磁线圈L1经电阻R8接电源正极；

状态指示单元的三色指示灯DS3的2端通过电阻R9接至电源正端，1、3、4端与集成电路U1的RB0、RB1、RB2管脚分别对应连接；

电源监控单元的电阻R10和R11串联后的中点接至集成电路U1的RA2/AN2端，R10的另一端接电源正端，R11的另一端接电源地。

本发明蓝牙开锁器中的集成电路U1采用Atmel公司生产的AT89C2051，也可以采用Philips公司的89系列和Microchip公司的PIC系列PIC16F73等型号的单片机芯片；集成电路U2采用内置只读存储器(ROM)的基带处理器，LMX9830等蓝牙模块均可以。

典型元件参数：

电阻：R1∶1K，R2∶10K，R3∶1K，R4∶10K，R5∶10K，R6∶1K，R7∶1K，R8∶50Ω/3W，R9∶1K，R10∶100K，R11∶51K；电容：C1∶0.1μF，C2∶0.1μF，C5∶15pF，C6∶15pF，电源3.3V。

图5本发明的智能锁具的结构原理方框图中，智能锁具包括锁具机械机构和锁体内设置的锁具编码及开关信息检测处理单元。当蓝牙开锁器插入智能锁具时，锁具编码及开关信息检测处理单元完成对锁具编码、锁具开锁条件以及操作反馈信息等数据信号的采集和处理并与蓝牙开锁器的可编程微控制器单元通讯；锁具机械机构可在蓝牙开锁器接到开锁指令，驱动电磁开锁单元发出开锁动作时，在电磁开锁单元的电磁力下，实现可靠的非接触式的自动开锁。锁具机械机构可根据闭锁部位的不同要求，设计成开关闭锁器，刀闸锁，接地锁和门锁等并固定安装，与操作机构存在机械的固定关系，克服了编码挂锁的不足，可以实现强制闭锁，避免“走空行程”。

图6智能锁具的实施例锁具编码及开关信息检测处理单元的结构原理方框图中，锁具编码及开关信息检测处理单元包括可编程微处理器单元、开关信息检测单元、通讯单元和电源单元，电源单元分别与上述单元连接供电；可编程微处理器单元分别通过I/O端口与开关信息检测单元、通讯单元连接。

可编程微处理器单元完成对锁具所在开关的位置进行编码，同时对开关信息检测单元采集到的开关状态信息、开关操作条件信息等的数据处理并通过通讯单元与蓝牙开锁器通讯。对锁具的编码利用掌上电脑内嵌编码程序通过蓝牙开锁器进行遥控自动编码，可选择在变电站等系统投入运行前的调试阶段统一完成，由掌上电脑通过蓝牙开锁器对其遥控写码并存储，在锁具的制造和安装过程中，则不必顾及操作顺序及编码，从而为锁具在变电站的现场安装带来极大的方便性。

开关信息检测单元既可完成对操作完成后的开关状态及闭锁信息进行检测，以实现对操作过程和结果的监督检测，有效地针对断路器的“拒动”、隔离开关、接地刀、接地线操作的“走空行程”和开关柜柜门的“虚掩”等问题，通过准确、及时反馈信息，阻止进一步操作的进行，从而有效杜绝误操作事故的发生，又可完成对开关操作应具备的条件如高压有电与否、上一步操作到位与否或其它特定信号的采集检测，在“依顺序”开锁的基础上，进一步实现“按条件”开锁，从而实现完善的五防功能。

通讯单元提供锁具编码及开关信息检测处理单元与蓝牙开锁器可编程微控制器单元之间建立通讯的适配电路和插头(座)。当蓝牙开锁器插入智能锁具时，相应的连接插头(座)插入配套的插座(头)，建立通讯电路通道。

电源单元提供蓝牙开锁器为智能锁具供电的适配电路和插头(座)并进行电源指示。当蓝牙开锁器插入智能锁具时，相应的连接插头(座)插入配套的插座(头)，建立供电通道，智能锁具电路板被供电，电源单元同时分别与可编程微处理器单元、开关信息检测单元、通讯单元连接，为其供电。

图7智能锁具实施例锁具编码及开关信息检测处理单元的线路图中：

可编程微处理器单元包括集成电路U1(采用单片机Microcomputer Unit)、程序写入接口JP2、电源反向保护二极管D1及由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9组成的外围电路，单片机U1芯片的编码数量可达65536个，从技术上实现锁具所在部位的编码，在一个站内(或一个区域网内)无重码现象。

开关信息检测单元包括霍尔元件U2、U3、U4和外接接线端子JP3。采用现有技术的霍尔器件是一种磁传感器，以霍尔效应为其工作基础，可在各种与磁场及其变化有关的场合中使用。当电气操作完成并到位时，测位霍尔元件检测操作机构的磁场及其变化，发出操作到位信号，其作用是利用操作到位时依靠锁具内部电路的对应检测获得到位信号，无需在锁具之外设置检测元件或利用操作机构的辅助功能形成外置开关电路。在锁具的锁体上还设置有外接接线端子JP3，用于接入高压带电时的开关信息、上一步操作到位等其他特定信号，作为开锁条件信息输入，实现多种条件信息的反馈采集。同时接线端JP3也可外接输入操作到位的开关信息开关闭锁信息，或在锁具之外设置位置检测元件，检测开关柜的柜门是否关好等外接信息。

通讯单元包括插头座JP1和相应电路，锁具编码及开关信息检测处理单元电路板位于锁体腔内，当蓝牙开锁器插入智能锁具时，智能锁具通过插头座JP1和蓝牙开锁器建立通讯通道。

电源单元包括由电容C1、电阻R6和发光二极管DS1组成的电源指示电路以及插头座JP4，当蓝牙开锁器插入智能锁具时，通过JP4建立供电通道，为锁具编码及开关信息检测处理单元电路板供电并通过DS1发光指示。

其中：

可编程微处理器单元集成电路U1的RA2/AN2/Vref-(1)、RA3/AN3/Vref+(2)、RA4/AN4/TOCK1(3)管脚分别与霍尔元件U3、U2、U4的OUTPUT(3)端连接，同时分别通过电阻R2、R1、R3与电源正极连接；RA5/MCLR/Vpp(4)管脚与插头座JP2的1端连接，同时通过电阻R7与电源正极连接，通过电容C2与电源地连接；Vss(5、6)两管脚并接接地；RB1/SDI/SDA(8)和RB4/SCK/SCL(11)管脚分别同插头座JP1的2端和1端对应连接；RB6/TIOSO/TICKI/PGC(13)RB7/TIOSI/PGD(14)管脚分别同插头座JP2的5端和4端对应连接；Vdd(15、16)两管脚并接接至电源正极；RA6/OSC2/CLKO(17)管脚与插头座JP3的1端连接，同时通过电阻R9与电源正极连接；RA7/OSC1/CLKI(18)、RAO/ANO(19)、RA1AN1R4(20)管脚分别与插头座JP3的2端、5端、6端对应连接，同时分别通过电阻R8、R5、R4与电源正极连接；

开关信息检测单元的霍尔元件U2、U3、U4的Vdd(1)端分别与电源正极连接，GND(2)端分别与电源地连接，OUTPUT(3)端分别同集成电路U1的管脚2、管脚1、管脚3对应连接；插头座JP3的1、2、5、6端分别同集成电路U1的管脚17、18、19、20对应连接，插头座JP3的3端和4端分别接电源地和电源正极；

通讯单元插头座JP1的1端和2端分别同集成电路U1的管脚11和管脚8对应连接；

电源单元插头座JP4的1端和2端分别与锁具编码及开关信息检测处理单元电路板的电源地和电源正端连接，电源指示电路发光二极管DS1的负端接地，正端通过电阻R6与电源正端连接，电阻R6与DS1串联后与电容C1并联；

插头座JP2的1、4、5端分别同集成电路U1的管脚4、14、13对应连接，插头座JP2的3端和2端分别接电源地和电源正极；二极管D1的负端接电源正端，正端接电源地。

本发明智能锁具实施例中的集成电路U1采用Atmel公司生产的AT89C2051，也可以采用Philips公司的89系列和Microchip公司的PIC系列PIC6C61等型号的低功耗单片机芯片。

典型元件参数：

电阻R1∶1K，R2∶1K，R3∶1K，R4∶1K，R5∶1K，R6∶1K，R7∶1K，R8∶1K，R9∶1K；电容C1∶104pF，C2∶104pF；D1∶IN4001。

图8智能锁具实施例机械机构部分结构示意图中，在正常无外力的情况下在弹簧5的弹力作用下，闭锁销4深入锁轴2的孔内，处于闭锁状态。闭锁销4顶部同体设计有永磁衔铁3，当蓝牙开锁器插入锁体1且当PDA发出开锁指令，接通电磁开锁机构的电路时，电磁线圈产生的极性与永磁衔铁3的极性相反，相互磁吸力只要大于闭锁弹簧的弹力，即可将永磁衔铁3吸出，带动锁销使锁销处于解锁状态。由于锁销顶部装设有与电磁线圈产生磁极相反的永磁衔铁3，该种结构使得电磁线圈回路中只要有较小磁力即可实现自动解锁，因此蓝牙开锁器配套电磁锁具这种采用永磁体与电磁的复合技术可以在低电压、小电流、低功耗的情况下工作，可以用小型锂电池满足远距离自动开锁的要求。

锁体1腔内插入由单片机U1及霍尔元件U2、U3、U4等所组成的电路板，锁轴2上嵌有永久磁钢7与霍尔元件6的安装位置相对应。其作用是利用位置检测原理，当电磁开锁电路接通，闭锁销4自动打开，操作人员拔出锁轴，对操作机构按规定动作进行操作时，永久磁钢7移动位置引起磁场变化，霍尔元件6发出开锁信号；当操作到位并在锁轴上的弹簧机构作用下再次自动闭锁后，永久磁钢7移动位置再次引起磁场变化，霍尔元件6发出操作到位闭锁信号，上述信号经单片机U1的数据处理并回传到蓝牙开锁器，再经开锁器蓝牙模块的处理变为无线讯号，转发给PDA，用以作为操作信号及操作到位闭锁后信息，掌上电脑据此对蓝牙开锁器电磁线圈回路进行相应控制并作为操作过程及操作条件及操作完成判据。

本发明的智能锁具的机械机构设计成一方面靠自身的弹簧弹力作用，可靠的闭锁；另一方面在衔铁上设计出当开锁时只需较小的外来磁力(不需外接强力电源)即能可靠的自动开锁的机构(永磁衔铁结构)。该锁具的机械机构由于采用了永磁体(永磁衔铁)与电磁(蓝牙开锁器电磁开锁系统)的复合技术，达到了低电压、小电流、低功耗的自动开锁水平。

该锁具锁轴上的弹簧机构使得在开关等设备操作完成后自动闭锁，符合国家电网公司最新颁布的《防止电气误操作装置的管理规定》中的强制闭锁原则。

由于采用公共的开锁器，电磁开锁系统与闭锁机械机构相分离的结构形式，使得安装于现场的锁具机械机构得到简化。

该锁具可根据闭锁部位的不同要求，设计成开关闭锁器，刀闸锁，接地锁和门锁等并固定安装，与操作机构存在机械的固定关系，克服了编码挂锁的不足，可以实现强制闭锁，避免“走空行程”。

图9本发明的防止电气误操作的智能远控闭锁方法的操作流程示意图中：开始首先用掌上电脑PDA调出一次结线图，进行模拟操作，从而确定操作顺序及范围，生成操作序列和操作票，然后启动操作，掌上电脑开始朗读操作票上的操作步骤和操作内容，将蓝牙开锁器插入智能锁具给智能锁具上电，电脑指令通过蓝牙模块发给蓝牙开锁器，智能锁具检测锁具编码及开锁条件，进行处理后将信息回传蓝牙开锁器，蓝牙开锁器进行信息处理后通过蓝牙模块无线通讯转发给掌上电脑，掌上电脑进行逻辑判断，如果编码错误或不满足开锁条件，则发出错误告警音，如果编码正确且开锁条件满足，则发出开锁指令，同时给出“可以操作”语音指示，蓝牙开锁器通过无线通讯接到开锁指令后，电磁开锁电路自动接通，闭锁销自动打开，操作人员拔出锁轴，对操作机构按规定动作进行操作，当操作机构操作到位并自动闭锁后，智能锁具对霍尔元件发出的开关闭锁后的操作到位信号进行数据处理并回传到蓝牙开锁器，蓝牙开锁器对信息处理后进一步转发给掌上电脑，掌上电脑收到操作到位闭锁后信息后给出“操作完成”语音指示，该步操作完成，语音提示进入下一步操作。

本发明可直接采用市品掌上电脑，嵌入所编防误软件，通过独创蓝牙开锁器，以无线通讯的方式对所设计智能锁具采码采信，远距自动闭环控制，全面实现防止电气误操作的方法及其装置，可广泛用于6-500KV变、配电站(所)各种室内、外断路器、隔离开关的电气防误操作闭锁装置，也可通过改造传统的微机型防误装置构成新的无线分布式微机防误闭锁系统。如内嵌蓝牙模块的掌上电脑PDA与加装了蓝牙模块的智能模拟盘之间可以进行正反向的数据交互和无线通讯：在智能模拟盘上进行模拟操作，操作部位及顺序以无线通讯的方式被PDA接收。PDA通过蓝牙开锁器，对智能锁具进行操作，操作结果由PDA通过无线通讯回传给智能模拟盘，使盘上开关状态与现场的实际状态保持一致；同时PDA与台式微机之间也可以通过加装网络适配器进行数据无线通讯，模拟操作在台式电脑中进行，PDA按给定操作顺序，通过蓝牙开锁器对智能锁具进行停送电和倒闸操作，其操作的结果通过无线通讯回传到台式电脑，使其与现场操作过的情况保持一致并可以在模拟操作的同时打印出操作票；本发明还具备巡视功能，只要在软件中预先设定巡视点和巡视路线，操作人员按顺序走完特定的巡视点，即可完成变电站的巡视工作，巡视人员每个巡视点的时间能在巡视记录中记载。

Claims (10)

1、一种防止电气误操作的智能远控闭锁方法，其特征在于：包括掌上电脑、蓝牙开锁器和智能锁具，掌上电脑通过内嵌的防止电气误操作应用软件模拟、指导、监控操作过程，操作人员按照掌上电脑显示及语音指挥完成相关操作，掌上电脑通过与一个公共的蓝牙开锁器无线通讯对智能锁具进行采码采信，按照“五防”规则进行逻辑判断后发出操作指令，遥控驱动蓝牙开锁器动作开锁，操作完成后，智能锁具反馈操作到位闭锁后信息，掌上电脑进行逻辑判断并对操作过程及下一步操作进行屏幕和语音指示。

2、采用权利要求1所述的方法的一种防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：包括带有蓝牙模块的掌上电脑、蓝牙开锁器和智能锁具；掌上电脑内嵌防止电气误操作应用软件；智能锁具包括锁具机械机构和锁体内设置的锁具编码及开关信息检测处理单元；蓝牙开锁器包括可与锁具编码及开关信息检测处理单元通讯的可编程微控制器单元、可与掌上电脑通讯的开锁器蓝牙模块、电磁开锁单元和电源单元；电磁开锁单元和开锁器蓝牙模块分别同可编程微控制器单元连接，电源单元分别与上述单元连接。

3、根据权利要求1所述的防止电气误操作的智能远控闭锁方法，其特征在于：所述的防止电气误操作应用软件依照变电站一次接线图及所有操作点设备按防误规则所规定的操作顺序编写，同时附加开锁条件、开关操作到位闭锁后信息作为逻辑判断的判据。

4、根据权利要求2所述的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：所述的防止电气误操作应用软件以掌上电脑语音方式指导操作人员进行电气操作。

5、根据权利要求2所述的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：所述的可编程微控制器单元还与状态指示单元和电源监控单元连接。

6、根据权利要求5所述的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：所述的状态指示单元由一个三色指示灯完成状态指示。

7、根据权利要求2所述的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：所述的电磁开锁单元由开关电路、限流电路和电磁线圈组成。

8、根据权利要求2所述的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：所述的锁具编码及开关信息检测处理单元由蓝牙开锁器插入智能锁具为其供电。

9、根据权利要求2所述的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：所述的锁具编码及开关信息检测处理单元包括可编程微处理器单元、开关信息检测单元、通讯单元和电源单元，开关信息检测单元、通讯单元分别与可编程微处理器单元连接；电源单元分别与上述单元连接供电。

10、根据权利要求9所述的防止电气误操作的智能远控闭锁装置，其特征在于：所述的开关信息检测单元包括霍尔元件和外接接线端子。

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