一种多路高压大功率程控开关装置
阅读说明：本技术 一种多路高压大功率程控开关装置 (Multi-path high-voltage high-power program-controlled switch device ) 是由 夏福源 孙科学 王世远 潘坤榕 谭芑淞 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多路高压大功率程控开关装置,包括多层开关层、与所述多层开关层连接的驱动电路板；多层开关层包括多路开关组、开关层底板和六角铜柱,多路开关组由开关组通过六角铜柱按叠层方式固定组装得到,开关组包括板对板连接器和固定在开关层底板上的步进电机,板对板连接器包括公连接器和母连接器,母连接器固定在开关层底板上,公连接器与步进电机相连能够在开关层底板上滑动；驱动电路板上连接有与步进电机连接的电机驱动模块、控制装置运行的主控芯片模块、与上位机通信连接的通信组件、以及电源组件。本发明能够解决系统意外断电时,程控开关自动复位的问题,能够解决开关装置局部经过大电流而发热所导致的电力系统不稳定问题。(The invention discloses a multi-path high-voltage high-power program-controlled switch device, which comprises a plurality of layers of switch layers and a driving circuit board connected with the plurality of layers of switch layers; the multi-layer switch layer comprises a multi-way switch group, a switch layer bottom plate and hexagonal copper columns, the multi-way switch group is obtained by fixedly assembling the switch group through the hexagonal copper columns in a laminating mode, the switch group comprises a board-to-board connector and a stepping motor fixed on the switch layer bottom plate, the board-to-board connector comprises a male connector and a female connector, the female connector is fixed on the switch layer bottom plate, and the male connector is connected with the stepping motor and can slide on the switch layer bottom plate; the drive circuit board is connected with a motor drive module connected with the stepping motor, a main control chip module for controlling the operation of the device, a communication component in communication connection with an upper computer and a power supply component. The invention can solve the problem that the program-controlled switch automatically resets when the system is in accidental power failure, and can solve the problem that the power system is unstable due to the heating of the local part of the switch device caused by large current.)
技术领域
本发明涉及一种多路高压大功率程控开关装置，属于电子电气开关技术领域。
背景技术
程控开关是能被程序输出的信号自动控制开关的装置，广泛应用于遥控、自动控制、机电一体化等领域。现有技术在实现程控开关上大多采用继电器，这种方法具有以下缺点：
系统意外断电时，开关一定处于继电器常闭位置；
难以应对高压、大功率的应用场景；
触点连接时接触面积过小，容易发热造成系统不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多路高压大功率程控开关装置，能够解决电力系统意外断电时，程控开关自动复位的问题，能够适应高压大功率情况，能够解决开关局部经过大电流而发热所导致的电力系统不稳定问题。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种多路高压大功率程控开关装置，包括多层开关层、与所述多层开关层连接的驱动电路板，
所述多层开关层包括多路开关组、开关层底板和六角铜柱，多路开关组由开关组通过六角铜柱按叠层方式固定组装得到，所述开关组包括板对板连接器和固定在开关层底板上的步进电机，板对板连接器的弯针铜脚连接预留的需要开闭操作的电缆接口，所述板对板连接器包括公连接器和母连接器，母连接器固定在开关层底板上，公连接器与步进电机相连能够在开关层底板上滑动；
所述驱动电路板上连接有与步进电机连接的电机驱动模块、控制多路高压大功率程控开关装置运行的主控芯片模块、与上位机通信连接将上位机信号传输至主控芯片模块的通信组件、以及为多路高压大功率程控开关装置供电的电源组件。
优选地，一组开关组包括两对板对板连接器和两只步进电机。
优选地，所述驱动电路板和所述多层开关层通过导线相连。
进一步地，所述步进电机上装有滑台，所述滑台与公连接器固定以带动供连接器滑动。
进一步地，所述开关层底板上有凹槽，用于限制公连接器的滑动范围。
进一步地，主控芯片模块为主控芯片模块为以STM32F1系列单片机为核心的控制模块。
进一步地，所述电机驱动模块的输入信号为所述主控芯片模块输出的控制信号，输出信号为所述步进电机的控制信号。
进一步地，所述电机驱动模块的输入信号包括脉冲信号、方向信号和使能信号。
进一步地，所述步进电机采用微型二相步进电机，所述电机驱动模块采用与步进电机相匹配的两相混合式步进电机驱动芯片，型号为THB6128。
优选地，连接所述驱动电路板和所述多层开关层的导线从所述驱动电路板上的所述电机驱动模块传输输出信号电机A相输出、电机B相输出至所述步进电机。
进一步地，所述通信组件包括RS485接口与RS485转串口模块，所述RS485接口与RS485通信电缆连接，将上位机下达的控制信号传输至RS485转串口模块，由RS485转串口模块转换并输出能够被主控芯片模块读取的控制信号。
优选地，所述RS485通信电缆为长度达千米的USB转RS485通信电缆。
优选地，RS485转串口模块包括MAX485芯片，RS485转串口模块的输入为上位机Modbus 协议的控制信号，输出为单片机串口通信协议UART控制信号，将单片机串口通信协议UART控制信号传输至所述主控芯片模块，实现上位机的RS485信号与单片机的TTL信号的转换与隔离。
优选地，所述通信组件实现上位机与单片机的远距离通信。
进一步地，所述电源组件包括+12V电源接口和电源模块，所述电源模块的输入为+12V电源接口输入的+12V带波纹的直流电，输出为所述电机驱动模块需要的+12V直流电以及所述主控芯片模块需要的+5V直流电。
进一步地，所述电源模块的芯片的型号为LM2596S。
优选地，电源模块的电路中还包括与芯片连接的电解电容和大功率电感。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种多路高压大功率程控开关装置所达到的有益效果包括：
本发明提供的多层开关层包括多路开关组、开关层底板和六角铜柱，多路开关组由开关组通过六角铜柱按叠层方式固定组装得到，采用叠层结构，能够保障了多路开关的结构稳定性；
本发明提供的开关组包括板对板连接器和固定在开关层底板上的步进电机，板对板连接器的弯针铜脚连接预留的需要开闭操作的电缆接口，板对板连接器包括公连接器和母连接器，母连接器固定在开关层底板上，公连接器与步进电机相连能够在开关层底板上滑动，利用物理推拉方法避免高压大功率应用场景带来的隐患，能够解决开关局部经过大电流而发热所导致的电力系统不稳定问题，增强开关装置的适用性，能够适应高压大功率情况；板对板连接器的分离/连接不会因电力系统断电而改变，避免了系统断电导致开关复位的问题；
本发明提供的通信组件，上位机能够对多路高压大功率程控开关装置进行远程控制，便于用户操作。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种多路高压大功率程控开关装置的结构框图；
图2是本发明实施例1提供的一种多路高压大功率程控开关装置的开关组的结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的一种多路高压大功率程控开关装置的驱动电路板的结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的一种多路高压大功率程控开关装置的上位机与主控芯片模块的通信示意图；
图5是本发明实施例1提供的一种多路高压大功率程控开关装置的主控芯片模块控制电机驱动模块的示意图；
图6是本发明实施例2提供的一种多路高压大功率程控开关装置的操作流程示意图。
图中：1、步进电机；2、公连接器；3、母连接器；4、开关层底板；5、六角铜柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例是本发明提供的一种多路高压大功率程控开关装置的具体结构，仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1 所示，本发明提供了一种多路高压大功率程控开关装置，包括多层开关层、与所述多层开关层连接的驱动电路板，驱动电路板上连接有与步进电机1连接的电机驱动模块。多层开关层包括多路开关组、开关层底板和六角铜柱，多路开关组由开关组通过六角铜柱按叠层方式固定组装得到。开关组包括板对板连接器和固定在开关层底板上的步进电机1。具体地，多层开关层通过导线与驱动电路板连接。
如图2所示，一个开关层包含两路开关组，一路开关组里有一台步进电机1和一对板对板连接器。板对板连接器的弯针铜脚连接预留的需要开闭操作的电缆接口，板对板连接器包括公连接器2和母连接器3，母连接器3固定在开关层底板上，公连接器2与步进电机1相连能够在开关层底板4上滑动。步进电机1上装有滑台，所述滑台与公连接器2固定，步进电机1的滑台滑动时拖动与其固定的公连接器2滑动，完成板对板连接器的分离和连接动作。开关层底板上有凹槽，用于限制公连接器2的滑动范围。
具体地，步进电机1采用带金属滑台的金属4MM行星减速步进电机。板对板连接器采用浮动自动对中弯头四角焊接型的单芯60-120A板对板连接器。
如图3所示，驱动电路板上连接有与步进电机1连接的电机驱动模块，与上位机通信连接的通信组件，以及控制多路高压大功率程控开关装置运行的主控芯片模块、为多路高压大功率程控开关装置供电的电源组件。其中，通信组件包括RS485接口和RS485转串口模块，电源组件包括+12V电源接口和电源模块。电源模块的通过+12V电源接口接入+12V带波纹的直流电，输出电机驱动模块需要的+12V直流电以及主控芯片模块需要的+5V直流电。
驱动电路板电源组件接入+12V电源，驱动电路板开始工作，电机驱动模块和主控芯片模块的指示灯亮起。驱动电路板提供RS485接口接入上位机的指令，传输到主控芯片模块，主控芯片模块处理后将控制信号输出到电机驱动模块，由电机驱动模块输出驱动信号到多层开关层的步进电机1。
具体地，电源模块的芯片型号为LM2596S，电源模块的电路中还包括与芯片连接的电解电容和大功率电感。电机驱动模块采用与步进电机1相匹配的两相混合式步进电机1驱动芯片，型号为THB6128。主控芯片模块为STM32F1系列单片机，本实施例中，主控芯片模块采用型号为STM32F103VET6的单片机为核心的控制模块。
如图4所示，主控芯片模块通过通信组件与上位机通信连接。上位机下达的控制信号经过USB转RS485通信电缆传输至RS485接口，RS485接口将上位机下达的控制信号传输至RS485转串口模块。RS485转串口模块将上位机Modbus 协议的控制信号，转换为单片机串口通信协议的UART控制信号，以使控制信号能够被主控芯片模块读取。具体地，RS485通信电缆中的A+、B-信号转换为UART串口中的TXD、RXD信号。UART串口中还包括与接地线连接的GND信号。
如图5所示，主控芯片模块连接电机驱动模块，将处理后将控制信号输出到电机驱动模块，由电机驱动模块输出控制信号到多层开关层的步进电机1，电机驱动模块的输入信号包括脉冲信号、方向信号和使能信号。具体地，主控芯片模块定时器输出的PWM波为电机驱动模块提供脉冲信号，Signal1和Signal2两路电平信号分别控制电机运转的方向信号和使能信号。
实施例2：
本实施例是基于实施例1提供的一种多路高压大功率程控开关装置的具体应用场景，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图6所示为一种多路高压大功率程控开关装置的操作流程示意图。具体步骤如下：
步骤一：装置部署及初始化。装置在近程进行人工调整操作，此时上位机内存储开关状态与装置实物状态未必匹配，即步进电机1位置存在错位的可能，故需调整，可以直接更改上位机内存储的开关数据，也可以控制步进电机1反转改变位置。调整完成后，装置实物与上位机内存储开关状态一致，完成初始化。
步骤二：接通装置所在电路系统的电源，电机驱动模块和主控芯片模块电源指示灯亮则为供电正常；若指示灯不亮则逐一排查电机驱动模块和主控芯片模块故障。
步骤三：接通RS485接口的RS485通信电缆，打开上位机中“打开串口”按键，若RS485转串口模块打开成功则通信正常；若RS485转串口模块打开失败则断开通信电缆排查通信故障。
步骤四：用户在上位机上操作，下达控制信号，实现远距离大功率开关控制。
需要说明的是，一种多路高压大功率程控开关装置为低压控制装置，排查内部故障时，不需要断电排查。由于一种多路高压大功率程控开关装置所在电路为高压电路，排查开关装置所在电路系统的故障时，需要将电路系统断电进行排查。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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