一种有载调压分接开关操作控制装置及其控制方法.pdf

本发明公开了一种有载调压分接开关操作控制装置及其控制方法，该控制装置包括机械传动部件和微机控制部件两部分，所述的机械传动部件包括电机、减速机，所述的微机控制部件包括微控制器MCU、分接位置信号采集/指示器、一次切换操作完成信号采集器、状态保持器、电机驱动控制器、模拟信号转换器以及极限及超越位置指示器；本发明与现有技术相比较具有结构简单、分立电气元件少、集成度高、维护容易、功能强大、保护完善、定位精确、可靠性高、节能、长寿命等优点。

1.  有载调压分接开关操作控制装置，其特征在于，该控制装置包括机械传动部件和微机控制部件两部分；
所述的机械传动部件包括电机、减速机，其中电机与减速机输入端连接，减速机的输出端与有载开关操作转轴连接，驱动有载开关操作转轴转动；
所述的微机控制部件包括微控制器MCU、分接位置信号采集/指示器、一次切换操作完成信号采集器、状态保持器、电机驱动控制器、模拟信号转换器以及极限及超越位置指示器；所述微控制器MCU的输入端接收到操作信号并产生一操作命令，该操作命令通过与微控制器MCU的输出端连接的状态保持器输出；所述状态保持器的输出端与电机驱动控制器的输入端连接，状态保持器将操作命令送电机驱动控制器；电机驱动控制器与电机电连接；驱动电机工作，所述减速机与所述分接位置信号采集/指示器和一次切换操作完成信号采集器传动连接，带动分接位置信号采集/指示器和一次切换操作完成信号采集器同步旋转；所述分接位置信号采集/指示器与所述分接位置指示指针连接，直接带动位置指示指针同步旋转指示当前分接位置并同时采集连续的分接位置信息以电压信号输出；所述分接位置信号采集/指示器的输出端通过隔离电路与微控制器、模拟信号转换器、极限及超越位置指示器的输入端连接，采集的连续的分接位置信息信号经隔离后输入至微控制器、模拟信号转换器、极限及超越位置指示器；所述模拟信号转换器将接收到的信号转为标准信号输出至上位机，所述极限及超越位置指示器输出极限及超越位置指示信号至微控制器MCU处理；一级切换操作完成信号采集器将操作完成信号经隔离后送至微控制器处理。

2.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电机急减速停车产生的能量由电机驱动控制器消耗。

3.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述减速机包含一减速齿轮机构，该减速齿轮机构与分接位置信号采集/指示器和一次切换操作完成信号采集器传动连接。

4.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电机驱动控制器包括电动机运动控制芯片和变频驱动器，所述的变频驱动器包括三相或单相整流桥、平波电路、逆变器，三相或单相整流桥将三相或单相交流电源转换为脉动直流，由平波电路平滑滤波送至逆变器；所述电动机运动控制芯片输出调制信号驱动逆变器，控制逆变器的输出电压和频率至电动机。

5.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述逆变器为电力电子智能功率模块IPM。

6.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电动机运动控制芯片为电动机微控制器集成电路。

7.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述分接位置信号采集/指示器包括分接位置同步齿轮盘与旋转电位器，所述同步齿轮盘与所述减速齿轮机构连接，所述分接位置同步齿轮盘与分接位置指示指针和旋转电位器连接，带动分接位置指示指针和旋转电位器同步旋转；分接位置指示指针指示当前分接位置；所述旋转电位器串接一分压电阻并加载一直流电压，所述旋转电位器输出与当前分接位置相对应的电压信号至经隔离后输入至微控制器、模拟信号转换器、极限及超越位置指示器。

8.  如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述分接位置同步齿轮盘为将有载开关操作转轴旋转圈数转化为角度位移的同步齿轮盘。

9.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述一级切换操作完成信号采集器包括一级切换同步齿轮盘与光电装置，所述光电装置包括两个光电开关；所述一级切换同步齿轮盘与所述减速齿轮机构连接，在一级切换同步齿轮盘上设置有1个透光过孔，两个光电开关位于所述一级切换同步齿轮盘的上或下方，所述一级切换同步齿轮盘通过所述透光过孔控制两个光电开关的动作。

10.  如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述两个光电开关成90°安装。

11.  如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述一级切换同步齿轮盘为将有载开关完成一次切换操作的操作转轴旋转圈数转化为单圈位移的同步齿轮盘。

12.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述状态保持器为基于FRAM的非易失性的存储器，与微控制器MCU配合，实现操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作。

13.  如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述极限及超越位置指示器采用同步位置信号构成形式。

14.  一种基于权利要求1所述的有载调压分接开关操作控制装置配套使用的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1].当微控制器MCU通过输入端接收到开关操作控制信号后，再根据此时极限及超越位置指示器送来的信号判断当前开关档位是否处于极限位置，以及根据状态保持器反馈的开关操作状态信号、分接位置信号采集/指示器、模拟信号转换器送来的当前开关位置信号，从而确认接收到开关操作控制信号是否为可执行开关操作控制信号；
2].确认接收到开关操作控制信号为可执行开关操作控制信号后，微控制器MCU将开关操作控制信号写入状态保持器，然后保持状态保持器的输出处于开放状态，从而控制电机驱动控制器执行相应的操作；
3].在电机驱动控制器驱动电机旋转执行相应操作，一次切换操作完成信号采集器检测到一次操作已完成，将操作完成信号通过输出端送到微控制器MCU，微控制器MCU接收到操作完成信号后，通过极限及超越位置指示器送来的信号判断当前开关位置是否处于超越位置，若处于超越位置说明切换操作未完成，微控制器MCU将等待下一次操作完成信号的到来；若未处于超越位置说明切换操作已完成，微控制器MCU将开关操作停止信号写入状态保持器，刷新状态保持器内容，同时关闭状态保持器的输出，从而通过电机驱动控制器关停电机，完成此次操作。

15.  如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，在每次操作运行过程中，即电机动作过程中，电机驱动控制器全程监控电机的过流、过压、欠压、温升状况，发现异常情况将发送故障信号到微控制器MCU，微控制器MCU将立即终止此次操作，同时通过开关量输出接口继电器报警。

16.  如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，当开关操作执行过程中突遇掉电情况，状态保持器将自动保存上次操作状态。当重新上电后，微控制器MCU将开放状态保持器的输出，状态保持器则根据保存的上次操作信息驱动电机驱动器执行上次未完成操作。

一种有载调压分接开关操作控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种有载调压分接开关的控制技术领域，特别是涉及一种有载调压分接开关操作控制装置及其控制方法。
背景技术：
有载调压分接开关分接变换电动操作机构(以下简称操作机构)的主要功能是控制有载分接开关的切换操作，实现有载调压的电动控制。现有的有载分接开关操作机构从控制方式上基本可分为电气式和电子智能式两类，其基本功能包括：1、逐级操作；2、分接位置就地显示和远方输出；3、操作电机的电气保护；4、操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作；5、1-N/N-1操作互锁；  5、操作超时自关断，防止连动；6、操作过程中闭锁操作信号输入。
现有的电气式和电子智能式操作机构控制原理说明如下：
电气式操作机构通过按钮、接触器、中间继电器等电气元件，控制电机启动、正转/反转，停止，带动有载开关操作转轴旋转动作，旋转一定圈数，安装在一定位置的行程开关动作，电机被关停，从而实现变换一级有载调压变压器抽头。整个操作过程中通过与操作转轴相连的齿轮机构带动编码尼龙盘动作，以获取二进制码或格雷码输出的分接位置信息并传送到远方。通过时间继电器设定操作超时时间来防止有载开关连动(一级切换操作完成后，操作仍不停止)。通过空气开关，热继电器来实现对操作电机的短路和过热保护。通过反向制动的形式迅速制动电机。
电子智能式操作机构通过智能电子装置替代若干接触器、中间继电器、时间继电器等电气元件，实现对操作电机的启动、停止、正转/反转控制，带动操作转轴旋转动作，通过与操作转轴同步旋转的编码尼龙盘或光电编码器，获取二进制码或格雷码形式输出的分接位置信息传送到智能电子装置，智能电子装置得到分接位置信息后，判断分接位置已变化一级发出停止信号关停操作电机，从而实现变换一级有载调压变压器抽头。通过智能电子装置编程写定的操作超时时间来防止有载开关连动(一级切换操作完成后，操作仍不停止)。通过空气开关，热继电器来实现对操作电机的短路和过热保护。智能电子装置通过EEPROM(能够掉电保存数据)存储操作未完成信息，从而实现操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作；通过反向制动的形式迅速停止电机。
现有的电气式和电子智能式操作机构虽然在功能上均能满足有载调压分接开关分接变换电动操作，并且电子智能式操作机构在性能上比之电气式操作机构有一定的改进和提高，但现有的电气式和电子智能式操作机构在性能、可靠性、使用寿命等方面仍存在以下缺点：
1、可靠性差，故障率高。电气式操作机构为实现有载调压分接开关电动操作机构的功能和性能要求，配套了较多复杂繁琐的机械连动部件，并使用了大量的分立电气元件如空开、接触器、中间继电器、时间继电器、行程开关、热继电器等，造成易发故障点多，可靠性差，同时造成生产加工复杂，调试，维护困难。现有电子智能式操作机构虽然集成了一定控制功能，减少了部分接触器、中间继电器、时间继电器、行程开关等分立电气元件的使用，但由于其通过光电式编码器输出二进制码或格雷码形式的有载开关档位信息，并作为操作电机停止信号，造成信号连线较多，易产生接触不良现象，如果某位二进制码或格雷码传输线断线，将造成该档位操作产生连动故障。
2、操作次数有限，尤其在需频繁操作场合。电气式操作机构由于某些分立元件的电寿命动作次数有限，造成操作机构总体操作次数有限。电气式与电子智能式操作机构为实现操作电动机的准确定位，均直接启动电机，采用反向制动的方式关停电机，反向制动虽然有效，迅速，但电机全速运行后停止时惯性较大，所以反向制动产生的电流很大，幅值可达到堵转电流的两倍，此脉冲电流对电动机和驱动器件都非常有害，频繁操作时，容易使电机过热，击穿电机驱动回路和烧毁电机。
3、保护、报警功能不完善。电气式和电子智能式操作机构在操作保护中均通过设定操作超时时间来防止有载开关连动，即当超过操作超时时间，电机停止信号仍未到来，自动停止操作电机运行。但当电机停止信号失效情况下，由于电机旋转速度受其供电电压和频率的影响，所以通过设定固定的操作超时时间并不能使电机完成一档操作后精确停车定位，极易造成过档，长期操作过档将极大影响有载开关动作弹簧的使用寿命。电动机电气保护过于简单，无齐备的过流、过压、短路、过热保护和报警功能。
4、有载分接开关档位信息的采集和传送方式可靠性不高，分辨率低，连线太多，不适合长距离信号传输。
5、无模拟量形式(4～20Ma，1～5V信号)远距离传输有载开关档位信息的功能。
6、实现操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作功能的控制原理复杂、繁琐。
发明内容：
本发明的目的之一是针对上述现有有载调压分接开关操作控制装置所存在的各种缺陷，而提供一种与现有技术相比结构简单、分立电气元件少、集成度高、功能强大、保护完善、定位精确、可靠性高、长寿命的一种有载调压分接开关操作控制装置。
本发明的目的之二是提供基于上述控制装置来实现的控制方法。
作为本发明第一方面的一有载调压分接开关操作控制装置，该控制装置包括机械传动部件和微机控制部件两部分；
所述的机械传动部件包括电机、减速机，其中电机与减速机输入端连接，减速机的输出端与有载开关操作转轴连接，驱动有载开关操作转轴转动；
所述的微机控制部件包括微控制器MCU、分接位置信号采集/指示器、一次切换操作完成信号采集器、状态保持器、电机驱动控制器、模拟信号转换器以及极限及超越位置指示器；所述微控制器MCU的输入端接收到操作信号并产生一操作命令，该操作命令通过与微控制器MCU的输出端连接的状态保持器输出；所述状态保持器的输出端与电机驱动控制器的输入端连接，状态保持器将操作命令送电机驱动控制器；电机驱动控制器与电机电连接；驱动电机工作，所述减速机与所述分接位置信号采集/指示器和一次切换操作完成信号采集器传动连接，带动分接位置信号采集/指示器和一次切换操作完成信号采集器同步旋转；所述分接位置信号采集/指示器与所述分接位置指示指针连接，直接带动位置指示指针同步旋转指示当前分接位置并同时采集连续的分接位置信息以电压信号输出；所述分接位置信号采集/指示器的输出端通过隔离电路与微控制器、模拟信号转换器、极限及超越位置指示器的输入端连接，采集的连续的分接位置信息信号经隔离后输入至微控制器、模拟信号转换器、极限及超越位置指示器；所述模拟信号转换器将接收到的信号转为标准信号输出至上位机，所述极限及超越位置指示器输出极限及超越位置指示信号至微控制器MCU处理；一级切换操作完成信号采集器将操作完成信号经隔离后送至微控制器处理。
本发明所述电机急减速停车产生的能量由电机驱动控制器消耗。
所述减速机包含一减速齿轮机构，该减速齿轮机构与分接位置信号采集/指示器和一次切换操作完成信号采集器传动连接。
所述电机驱动控制器包括电动机运动控制芯片和变频驱动器，所述的变频驱动器包括三相或单相整流桥、平波电路、逆变器，三相或单相整流桥将三相或单相交流电源转换为脉动直流，由平波电路平滑滤波送至逆变器；所述电动机运动控制芯片输出调制信号驱动逆变器，控制逆变器的输出电压和频率至电动机。
所述逆变器为电力电子智能功率模块IPM。
所述电动机运动控制芯片为电动机微控制器集成电路。
所述分接位置信号采集/指示器包括分接位置同步齿轮盘与旋转电位器，所述同步齿轮盘与所述减速齿轮机构连接，所述分接位置同步齿轮盘与分接位置指示指针和旋转电位器连接，带动分接位置指示指针和旋转电位器同步旋转；分接位置指示指针指示当前分接位置；所述旋转电位器串接一分压电阻并加载一直流电压，所述旋转电位器输出与当前分接位置相对应的电压信号至经隔离后输入至微控制器、模拟信号转换器、极限及超越位置指示器。
所述分接位置同步齿轮盘为将有载开关操作转轴旋转圈数转化为角度位移的同步齿轮盘。
所述一级切换操作完成信号采集器包括一级切换同步齿轮盘与光电装置，所述光电装置包括两个光电开关；所述一级切换同步齿轮盘与所述减速齿轮机构连接，在一级切换同步齿轮盘上设置有1个透光过孔，两个光电开关位于所述一级切换同步齿轮盘的上或下方，所述一级切换同步齿轮盘通过所述透光过孔控制两个光电开关的动作。
所述两个光电开关成90°安装。
所述一级切换同步齿轮盘为将有载开关完成一次切换操作的操作转轴旋转圈数转化为单圈位移的同步齿轮盘。
所述状态保持器为基于FRAM的非易失性的存储器，与微控制器MCU配合，实现操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作。
所述极限及超越位置指示器采用同步位置信号构成形式。
作为本发明第二方面的与上述有载调压分接开关操作控制装置配套使用的控制方法，该方法包括如下步骤：
1.当微控制器MCU通过输入端接收到开关操作控制信号后，再根据此时极限及超越位置指示器送来的信号判断当前开关档位是否处于极限位置，以及根据状态保持器反馈的开关操作状态信号、分接位置信号采集/指示器、模拟信号转换器送来的当前开关位置信号，从而确认接收到开关操作控制信号是否为可执行开关操作控制信号；
2.确认接收到开关操作控制信号为可执行开关操作控制信号后，微控制器MCU将开关操作控制信号写入状态保持器，然后保持状态保持器的输出处于开放状态，从而控制电机驱动控制器执行相应的操作；
3.在电机驱动控制器驱动电机旋转执行相应操作，一次切换操作完成信号采集器检测到一次操作已完成，将操作完成信号通过输出端送到微控制器MCU，微控制器MCU接收到操作完成信号后，通过极限及超越位置指示器送来的信号判断当前开关位置是否处于超越位置，若处于超越位置说明切换操作未完成，微控制器MCU将等待下一次操作完成信号的到来；若未处于超越位置说明切换操作已完成，微控制器MCU将开关操作停止信号写入状态保持器，刷新状态保持器内容，同时关闭状态保持器的输出，从而通过电机驱动控制器关停电机，完成此次操作。
在上述方法中，在每次操作运行过程中，即电机动作过程中，电机驱动控制器全程监控电机的过流、过压、欠压、温升状况，发现异常情况将发送故障信号到微控制器MCU，微控制器MCU将立即终止此次操作，同时通过开关量输出接口继电器报警。
在上述方法中，当开关操作执行过程中突遇掉电情况，状态保持器将自动保存上次操作状态。当重新上电后，微控制器MCU将开放状态保持器的输出，状态保持器则根据保存的上次操作信息驱动电机驱动器执行上次未完成操作。
根据上述技术方案得到的本发明，其由微控制器MCU接收和输出控制信号实现对本发明的全面控制。分接位置信号采集/指示器获得当前分接位置信息送给微控制器MCU处理并以机械指针形式直观显示当前分接位置。通过模拟信号转换器将分接位置信息转为0-5V/0-20mA认标准模拟量信号，使分接位置信息能可靠的长距离输送。操作实现了双重保护，保证了操作不过档并且使每次操作可靠，定位准确；用一种简单可靠的方法实现操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作；通过电机驱动控制器，运用变频调速技术，实现操作全过程速度控制、电机保护、再生制动。本发明与现有技术相比较具有结构简单、分立电气元件少、集成度高、维护容易、功能强大、保护完善、定位精确、可靠性高、节能、长寿命等优点。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为现有电气式控制的操作机构的原理框图。
图2为现有电子智能式控制的操作机构的原理框图。
图3为本发明的原理框图。
图4为本发明中电机驱动控制器的原理框图。
图5为本发明分接位置信号采集/指示器的原理框图。
图6为本发明一次切换操作完成信号采集器的原理框图。
图7为本发明中控制方法的流程图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
现有的有载分接开关操作机构从控制方式上基本可分为电气式和电子智能式两类，这两种的操作原理在前面已有介绍，其具体结构及工作原理如下：
参照图1，现有技术中电气式控制的操作机构中，电机1输出轴通过皮带传动机构与减速机输入轴相连，减速机中的齿轮减速机构2(含大量的连杆、凸轮等)的输出轴与有载分接开关3的有载开关操作轴相连，驱动有载开关操作轴旋转。电气控制回路5(含按钮、接触器、中间继电器、时间继电器、限位开关等电气元件)通过空气开关7、热继电器8与电机1相连，空气开关7，热继电器8实现对操作电机的短路和过热保护。电气控制回路5接收到操作信号后，启动电机1、使电机1向操作方向旋转，从而带动有载分接开关3的有载开关操作轴向操作方向旋转，有载开关操作轴旋转一定圈数后，齿轮减速机构2的操作旋转凸轮触碰到电气控制回路5中限位开关(行程开关)，限位开关动作停止电机1并迅速对电机1反向制动，使电机1停止。电机1运动时齿轮减速机构2带动编码尼龙盘6旋转，以获取反映开关档位位置信息二进制码或格雷码形式输出信号至电气控制回路5。电气控制回路5中的时间继电器用于设定操作超时时间来防止有载开关连动。
参照图2，现有技术中电子智能式控制的操作机构，电机1输出轴通过皮带传动机构与减速机输入轴相连，减速机中的齿轮减速机构2A(含大量的连杆、凸轮等)的输出轴与有载开关操作轴3的有载开关操作轴相连，齿轮减速机构2A与电气式控制的齿轮减速机构2相比，连杆、凸轮数量较少)。智能控制装置5A通过空气开关7、热继电器8与电机1相连，空气开关7，热继电器8实现对操作电机的短路和过热保护。智能控制装置5A接收到操作信号，启动电机1、使电机1向操作方向旋转，从而带动有载开关操作轴3的有载开关操作轴旋转，此时减速机中的齿轮减速机构2A带动编码器6A(光电编码器或编码尼龙盘)同步旋转，编码器6A将开关档位位置信息以二进制码或格雷码形式输出信号送至智能控制装置5，智能控制装置5根据此信号判断操作完成，关停操作电机并迅速对电机1反向制动，使电机1迅速停止。智能控制装置5编程设定固定的操作超时时间来防止有载开关连动。智能控制装置5中编程用掉电存储器EEPROM实现操作过程中掉电，上电自动完成上次操作。
参照图3，是本发明的提供的一种有载分接开关操作控制装置的一个具体实施例。
该有载分接开关操作控制装置包括机械传动部件和微机控制部件两部分。机械传动部件包括电机、减速机。电机1输出轴通过皮带传动机构与减速机中的齿轮减速机构2C(与电气式控制的操作机构的齿轮机构相比，连杆、凸轮数量较少)输入轴相连，减速机中的齿轮减速机构2C的输出轴与有载分接开关3中的有载开关操作轴相连。机械传动部分通过电机1旋转、经减速机减速后、带动有载分接开关3中的有载开关操作轴运动，实现有载调压分接开关的切换操作。
微机控制部件包括微控制器MCU100、分接位置信号采集/指示器200、一级切换操作完成信号采集器300、状态保持器400、电机驱动控制器500、模拟信号转换器600、极限及超越位置指示器700。微机控制部件安装形式分两种：一种是机械传动部件和微机控制部件均安装在操作机构机箱内；另一种是机械传动部件和微机控制部件的分接位置信号采集/指示器200、一级切换操作完成信号采集器300、模拟信号转换器600安装在操作机构机箱内，而由微控制器MCU100、状态保持器400、电机驱动控制器500、极限及超越位置指示器700安装在机箱外(如远方控制室)。
微控制器MCU 100用于实现对有载分接开关3操作程序的集中控制，有载分接开关3分接位置的实时采集，操作信息、故障信息的控制输出，与远方控制系统或其他智能装置通讯。
状态保持器400为基于FRAM的非易失性的存储器，与微控制器MCU100配合，用于保持当前操作状态(即使掉电情况下)，操作完成后取消，从而简单容易的实现操作过程中掉电，并能实现操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作。
电机驱动控制器500用于对操作电机运动全程的分段速度控制、对电机1输出力矩的闭环控制、对电机1的齐备电气保护(过流、过压、短路、过热保护)和报警，对电机制动采用急减速再生制动方式来使电机迅速急停，从而既实现对有载开关操作的精确定位，保证了有载开关动作弹簧的使用寿命，又大大改善了电机因频繁启动/停止产生的过热情况，使之能满足频繁操作场合的需求，同时在不加装电气保护元件情况下，具备了多项电气保护，使电机1运行更可靠。电机1急减速停车产生的能量也由电机驱动控制器500消耗。
分接位置信号采集/指示器200用于指示有载分接开关3当前分接位置，并且将有载分接开关3分接位置信息转化成电压信号，传送至微控制器MCU 100进行A/D转换，计算获得当前分接位置，当微控制器MCU 100根据计算所得的分接位置，发现切换操作己到位，但操作信号并未取消，说明一次切换操作完成信号采集器300失效，则微控制器MCU 100主动发停止信号关停电机并输出报警信号，从而与一级切换操作完成信号采集器300配合，实现双路信号防止连动的操作保护功能而不是现有技术中设定操作超时时间来防止连动，使操作保护更可靠，保证了操作定位精确，防止过档。
一级切换操作完成信号采集器300用于采集一级操作完成信号并将该信号送至微控制器MCU 100，微控制器MCU 100接收到此信号即发减速停车信号给电机驱动控制器500，迅速关停电机1。
模拟信号转换器600用于将分接位置信号采集/指示器200采集的分接位置信息(电压信号)转换成4～20mA和0～5V模拟量信号，使得有载开关位置信息(电压信号)适合长距离传输到远方。如上位机800。
极限及超越位置指示器700采用同步位置信号构成形式，用于获取极限分接位置信息和超越分接位置信息送至微控制器MCU100，用以控制分接开关切换操作程序。
微控制器MCU100的输入端接收到操作信号并产生一操作命令，该操作命令通过与微控制器MCU100的输出端连接的状态保持器400输出；状态保持器400的输出端与电机驱动控制器500的输入端连接，状态保持器400将操作命令送电机驱动控制器500；电机驱动控制器500与电机1电连接；驱动电机1，使电机1向操作方向旋转，通过减速机的减速齿轮机构2C从而带动有载分接开关的有载开关操作轴3旋转。
减速机的减速齿轮机构2C与分接位置信号采集/指示器200和一次切换操作完成信号采集器300传动连接，此时减速机的减速齿轮机构2C带动分接位置信号采集/指示器200和一次切换操作完成信号采集器300同步旋转；分接位置信号采集/指示器200与分接位置指示指针900连接，直接带动位置指示指针900同步旋转以指示当前分接位置，并同时采集连续的分接位置信息以电压信号输出，分接位置信号采集/指示器200的输出端通过隔离电路与微控制器MCU100、模拟信号转换器600、极限及超越位置指示器700的输入端连接，采集的连续的分接位置信息信号经隔离后输入至微控制器MCU100、模拟信号转换器600、极限及超越位置指示器700；模拟信号转换器600将接收到的信号转为标准信号输出至上位机800，极限及超越位置指示器700输出极限及超越位置指示信号至微控制器MCU100处理；一级切换操作完成信号采集器300将操作完成信号经隔离后送至微控制器MCU100处理。
微机型控制器MCU100接收到操作完成信号或根据实时采集的有载分接开关3档位位置信息判断操作已完成，将减速停车命令送状态保持器400，状态保持器400保持输出减速停车命令给电机驱动控制器500，电机驱动控制器500迅速使电机急减速停车，电机1急减速停车产生的能量由电机驱动控制器500消耗，因此电机1将迅速停转。微控制器MCU100与状态保持器400配合，简单容易的实现操作过程中掉电，上电后自动完成上次操作。
由微控制器5实现对本发明的微机型有载分接开关操作控制机构的全面可靠控制，分接位置信号采集/指示器200由减速机的齿轮减速机构2C带动，分接位置指示指针900同步旋转指示当前分接位置，采集连续的分接位置信息以电压信号输出，信号经隔离后输入至微控制器MCU100、模拟信号转换器600、极限及超越位置指示器700，模拟信号转换器600将分接位置信号采集/指示器200送来的分接位置信号转为0～5V/0～20mA标准信号输送至远方系统或其他智能装置，极限及超越位置指示器700输出极限及超越位置指示信号至微控制器MCU100处理，一级切换操作完成信号采集器300输出信号经隔离后送至微控制器MCU100处理，微控制器MCU100通过控制状态保持器400输出，状态保持器400输出连至电机驱动控制器500，从而控制电机驱动控制器500，实现操作全过程控制、保护。
电机驱动控制器500如图4所示，其包括电动机运行控制芯片510和变频驱动器520；变频驱动器包括三相或单相整流桥520、平波电路540、逆变器550，三相或单相交流电源560。三相或单相交流电源560经三相或单相整流桥520变换为脉动直流，由平波电路540平滑滤波送至逆变器550，逆变器550为电力电子智能功率模块IPM；电动机运行控制芯片510为电动机微控制器集成电路，根据微控制器MCU经状态保持器400送来控制信号，经计算分析后，输出6路PWM调制信号驱动逆变器550，控制逆变器550的输出电压和频率(三相交流电)，从而实现对电机1运动全程的分段速度控制、对电动机输出力矩的闭环控制，急减速再生制动。
分接位置信号采集/指示器200如图5所示，其包括分接位置同步齿轮盘210与旋转电位器220。分接位置同步齿轮盘210与减速机的齿轮减速机构2C相连，由减速机的齿轮减速机构2C驱动其同步转动，分接位置同步齿轮盘210将有载分接开关的有载开关操作转轴3旋转圈数转化为角度位移，带动分接位置指示指针和旋转电位器220同步旋转，分接位置指示指针指示当前分接位置，同时分压电阻230(5K)与旋转电位器220(5K)串接输入直流12V电压，则旋转电位器220输出与当前分接位置相对应的0～5V电压信号。
参见图6，一级切换操作完成信号采集器300包括一级切换同步齿轮盘310与光电装置320，光电装置320包括光电开关321、322。一级切换同步齿轮盘310与减速机的齿轮减速机构2C相连，由减速机的齿轮减速机构2C驱动其同步转动。一级切换同步齿轮盘310将有载分接开关的有载开关操作转轴3的旋转圈数转化为单圈位移。在一级切换同步齿轮盘310上有1个透光过孔(图中未出)，光电开关321、322位于所述一级切换同步齿轮盘的上或下方，安装间隔为90°。
减速机的齿轮减速机构2C带动有载分接开关的有载开关操作转轴3旋转时，减速机的齿轮减速机构2C带动一级切换同步齿轮盘3同步旋转，当同步齿轮盘3上透光过孔旋转经过光电开关321、322时，光电开关321、322动作。光电开关321动作为有载开关1-N方向切换操作一级已完成信号，光电开关322动作为有载开关N-1方向切换操作一级已完成信号。
本发明的状态保持器400为2路状态保持器，是一款基于FRAM的非易失性的存储器。它存储类似于传统逻辑信号的输入，并保存电源缺失时的状态，无须通过读存储器获取逻辑电平，同时允许频繁的改变输出状态，操作简单容易。在功能上，输入在时钟CLK的上升沿时被存储和传递到输出。
参见图1，极限及超越位置指示器700由同步信号盘组成，利用分接位置信号采集/指示器200送来的当前分接位置电压信号与预设电压相比较获得分接位置上限和下限信息及超越位置信息送至微控制器MCU100，提供给微控制器MCU100控制操作程序。
本发明为实现有载调压分接开关切换操作过程的全自动，并保证切换操作动作可靠、定位精确，具体运行过程如下：
1、首先按照如下步骤进行初始化程序
1)配置单片机运行参数；
2)键盘中断初始化，使能键盘中断；
3)A/D中断初始化，选择A/D工作模式；
4)通讯口初始化，设置通讯地址、通讯速率；
5)开放操作出口，有未完成操作完成此次操作；
6)关闭操作出口；
7)清逆变器故障标志；
8)清计数器初始值；    
9)清继电器出口信号；
10)开全局中断。
2、然后按照如下步骤进行操作    
如图7所示，上电开机10后，微控制器MCU100上的电源指示1/2的频率闪亮11，微控制器MCU100进入待机和等待指令状态12。当按下微控制器MCU100上的1-N键13或N-1键14后，微控制器MCU100将进入检测是否有相应极限挡位信号步骤15，若检测到有相应的极限挡位信号时，控制程序拒动或操作无效16，返回至待机和等待指令状态12；若没有检测到有相应的极限挡位信号时，微控制器MCU100将输出操作命令，进行电动机构升挡位动作17或电动机构将挡位动作18，1-N继电器19动作吸合或N-1继电器20动作吸合。接着微控制器MCU100检测是否有超越挡位信号21，若有超越挡位信号，则超越此挡位22进入检测运行中是否有非正常停止步骤23，若无超越挡位信号，则直接进入检测运行中是否有非正常停止步骤23。在检测运行中是否有非正常停止步骤23中，若没有检测到运行中有非正常停止信息，则直接进行挡位切换步骤33；若检测到运行中有非正常停止信息，则判断是否有急停信号24；若有急停信号，则电动机构停止动作26，同时急停继电器闭合并输出指令信号27，返回至待机和等待指令状态12；若无急停信号，则观察微控制器MCU100上的电源指示灯25是否有指示，若无，则供电断电30，重新上电、控制机构自动恢复上次操作31，进行挡位切换步骤33；若有指示，则表示故障吸合指示输出，同时电源指示闪烁时间变长28，程序进入故障保护步骤29(包括过电流、电压、欠压、温度)，系统进行自恢复和故障排除32，返回至待机和等待指令状态12。挡位切换步骤33时，1-N输出继电器动作34或N-1输出继电器动作35，操作完成36返回至待机和等待指令状态12。
每秒闪烁装置正常运行指示灯，有故障时改变闪烁频率。定时查询开关位置是否处于极限档位，是，则驱动相应的指示继电器动作。电动机构启动，档位轴心转动，获得当前分接位置信息，根据获得的当前分接位置信息和当前操作状态判断操作是否完成，完成则取消操作同时报警指示电机停庄信号故障。开放中断，等待操作指令。循环运行主程序。
当1-N方向动作停止信号、N-1方向动作停止信号同时出现，退出中断。1-N方向动作停止信号到(光电开关X动作)，操作未处于进行中无效退出中断，电机旋转方向为N-1方向无效退出中断，档位处于连动档状态时无效退出中断。有效时，1-N操作停止数据送状态保持器锁存保持同时输出，延时10MS，电机将动作停止，闭锁状态保持器输入数据锁存及数据输出功能，清操作未完成、1-N、N-1操作指示、档位下限指示继电器信号，清键盘控制寄存器，退出中断。
N-1方向动作停止信号到(光电开关X动作)，操作未处于进行中无效退出中断，电机旋转方向为1-N方向无效退出中断，档位处于连动档状态时无效退出中断。有效时，N-1操作停止数据送状态保持器锁存保持同时输出，延时10MS，电机将动作停止，闭锁状态保持器输入数据锁存及数据输出功能，清操作未完成、1-N、N-1操作指示、档位上限指示继电器信号，清键盘控制寄存器，退出中断。
逆变器故障信号输入，操作未处于进行中无效退出中断。操作处于进行中有效时，逆变器故障标志位置位，判断若电机旋转方向为1-N向时，1-N操作停止数据送状态保持器锁存保持同时输出，延时10MS，电机将动作停止，闭锁状态保持器输入数据锁存及数据输出功能。若电机旋转方向为N-1方向时，N-1操作停止数据送状态保持器锁存保持同时输出，延时10MS，电机将动作停止，闭锁状态保持器输入数据锁存及数据输出功能。最后驱动操作未完成指示继电器动作闭合，清1-N和N-1操作指示继电器信号，清键盘控制寄存器，退出中断。
延时10MS去抖动。1-N/N-1/急停按钮10MS内多键同时按下无效，退出中断。
1-N键按下，操作处于进行中无效退出中断，开关档位处于上限无效退出中断，逆变器故障标志置位无效退出中断，按下有效时，开放操作出口，1-N动作数据送状态保持器锁存保持同时输出，驱动电机进行1-N操作，闭锁状态保持器输入数据锁存功能，驱动1-N操作指示继电器动作闭合，清键盘控制寄存器，退出中断。
N-1键按下，操作处于进行中无效退出中断，开关档位处于下限无效退出中断，逆变器故障标志置位或逆变器正发生故障无效退出中断，按下有效时，开放操作出口，N-1动作数据送状态保持器锁存保持同时输出，驱动电机进行N-1操作，闭锁状态保持器输入数据锁存功能，驱动N-1操作指示继电器动作闭合，清键盘控制寄存器，退出中断。
急停键按下，操作未处于进行中无效退出中断。若操作进行中则有效，判断出电机动作方向，电机停止和电机动作方向数据送状态保持器锁存保持同时输出，延时10MS，电机动作将停止，闭锁状态保持器输入数据锁存功能及数据输出功能，驱动操作未完成指示继电器动作闭合，清1-N和N-1操作指示继电器信号，清键盘控制寄存器，退出中断。
读出AD1DATO寄存器的值，判断是否有操作运行信号，否，则将此值查表1换算成档位位置，将档位信息储存。有，则根据操作方向信号，通过查表2方式，判断此值是否过表2档位值，是，则将电机停止和电机动作方向数据送状态保持器锁存保持同时输出，延时10MS，电机动作将停土，闭锁状态保持器输入数据锁存功能及数据输出功能，驱动档位故障指示继电器动作闭合，，清1-N和N-1操作指示继电器信号，退出中断。
从通讯口接收到1-N动作操作指令，操作处于进行中无效退出中断，开关档位处于上限无效退出中断，逆变器故障标志置位无效退出中断，按下有效时，开放操作出口，1-N动作数据送状态保持器锁存保持同时输出，驱动电机进行1-N操作，闭锁状态保持器输入数据锁存功能，驱动1-N操作指示继电器动作闭合，清键盘控制寄存器，退出中断。
N-1键动作操作指令，操作处于进行中无效退出中断，开关档位处于下限无效退出中断，逆变器故障标志置位或逆变器正发生故障无效退出中断，按下有效时，开放操作出口，N-1动作数据送状态保持器锁存保持同时输出，驱动电机进行N-1操作，闭锁状态保持器输入数据锁存功能，驱动N-1操作指示继电器动作闭合，清键盘控制寄存器，退出中断。
传送当前分接位置操作指令，将当前分接位置信息通过通讯口上传。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。