电气开关柜中空气开关安全作业标示牌及方法与流程

本发明涉及适用于电气开关柜小空间使用的安全作业标示牌，属于电气控制领域。

背景技术：

工厂中的电气设备多，电气设备的开合、控制和保护等操作基本是通过电气柜来完成，开关柜的常规结构如图1所示的框架式结构，多排托架平行、紧凑设置，每排托架上安装控制低压电气设备的二次元件，所述二次元件包括：空气开关、继电器、电度表、电流表、电压表、功率表、功率因数表、频率表、熔断器、转换开关、信号灯和保护装置等。在柜内的二次元件中，空气开关的数量比较大。

当需要对某些电气设备维修时，为了确保生产安全，根据《电力安全工作规程》的要求，电气设备对应的空气开关上必须悬挂“禁止合闸，有人工作”的标示牌，由于开关柜内空间有限，现有安全作业标示牌大多采用挂绳式结构，这种挂绳式标示牌容易掉落，一旦被其他人误操作将空气开关合闸，可能会产生极其严重的安全事故，直接威胁维修人员的人身安全，由于误合闸导致的安全事故时有发生，因此，设计出一款适用于小空间使用的安全标示牌是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决挂绳式安全作业标示牌容易掉落，易引发因误合闸而导致的安全事故的问题，提供了一种电气开关柜中空气开关安全作业标示牌及方法。

本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌包括立板1、上弧板2、下托板3和电气控制箱4；立板1、上弧板2和下托板3构成u型结构夹持在空气开关上，上弧板2具有向下弧度，上弧板2和立板1之间通过弹性部件7连接；下托板3的上表面设置有微动式行程开关sq，所述微动式行程开关sq为常闭型；

立板1的前端面设置有文字警示区、工作指示灯led1和报警指示灯led2，立板1的后端面设置有电气控制箱4，电气控制箱4内包括现场控制单元；

所述现场控制单元包括直流电源e、启动按钮sb1、停止按钮sb2、中间继电器ka1、得电延时继电器kt1、ne555时基集成电路、电解电容c1、电容c2、二极管d1、滑动变阻器rp和扬声器bl，

启动按钮sb1、停止按钮sb2、中间继电器ka1线圈和得电延时继电器kt1线圈串联为第1支路，中间继电器ka1常开触点ka1-1并联在启动按钮sb1两端；

中间继电器ka1常开触点ka1-2和工作指示灯led1串联为第2支路；

所述第1支路和第2支路并联在直流电源e两端；

直流电源e的正极连接得电延时继电器kt1常开触点的一端，得电延时继电器kt1常开触点的另一端同时连接滑动变阻器rp的一端、二极管d1的阴极、ne555时基集成电路的4脚和8脚；ne555时基集成电路的6脚、2脚同时连接滑动变阻器rp的另一端、二极管d1的阳极、电解电容c1的正极和微动式行程开关sq的一端，ne555时基集成电路的5脚连接电容c2的一端，ne555时基集成电路的3脚同时连接报警指示灯led2的阳极和扬声器bl的正极电源接入端；

直流电源e的负极同时连接微动式行程开关sq的另一端、电解电容c1的负极、电容c2的另一端、ne555时基集成电路的1脚、报警指示灯led2的阴极和扬声器bl的负极电源接入端。

优选地，下托板3具有限位部3-1，用于限定标示牌与空气开关的相对位置，所述限位部3-1通过下托板3弯折来实现，以弯折处为界线下托板3分为两部分，微动式行程开关sq设置在远离立板1的部分。

优选地，电气控制箱4内还包括远程通知单元；所述远程通知单元包括中间继电器ka2、单片机、电源开关控制单元、报警通知指令生成单元和通信模块；

电源开关控制单元的输出端与单片机的电源输入端相连；中间继电器ka1的常开触点ka1-3作为电源开关控制单元，中间继电器ka1的常开触点ka1-3的两端分别连接直流电源e的正极和单片机的电源输入端；

报警通知指令生成单元的报警指令输出端与单片机的报警指令输入端相连；中间继电器ka2线圈两端分别连接ne555时基集成电路的3脚和直流电源e的负极；中间继电器ka2的常开触点作为报警通知指令生成单元，中间继电器ka2的常开触点的两端分别连接直流电源e的正极和单片机的报警指令输入端；

单片机通过通信模块将报警指令发送至操作人手机。

优选地，远程通知单元还包括人工呼叫指令生成单元，人工呼叫指令生成单元的呼叫指令输出端与单片机的呼叫指令输入端相连；具有常开触点的呼叫按钮sb3作为人工呼叫指令生成单元，呼叫按钮sb3设置在立板1的前端面，呼叫按钮sb3的两端分别连接直流电源e的正极和单片机的呼叫指令输入端，单片机通过通信模块将人工呼叫指令发送至操作人手机。

优选地，立板1的前端面还设置有显示屏5，电气控制箱4还包括usb接口电路、usb接口6和存储单元；

外部设备通过usb接口6及usb接口电路与单片机的外部指令输入端相连，并将操作人信息写入存储单元，通过显示屏显示操作人的工号或姓名，所述操作人信息包括操作人的工号、姓名和手机号码。

优选地，上弧板2的下表面设置橡胶层。

优选地，工作指示灯led1为绿灯，报警指示灯led2为红灯。

本发明还提供另一个技术方案：一种方法，基于所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌实现，该方法包括以下步骤：

步骤一、按下启动按钮sb1；

安全作业标示牌前端面的工作指示灯led1亮，显示屏上显示操作人工号或姓名；

步骤二、将安全作业标示牌夹持在空气开关上；

微动式行程开关sq被空气开关下端面压合，其常闭触点断开；

步骤三、得电延时继电器kt1的常开触点延时闭合，为现场报警单元提供工作电源；

步骤四、若安全作业标示牌被取下，微动式行程开关sq恢复闭合，触发现场报警单元进行声光报警，同时触发远程通知单元将报警指令发送至操作人手机上。

优选地，在步骤三之后还包括人工呼叫步骤：

按下呼叫按钮，触发远程通知单元将人工呼叫指令发送至操作人手机上。

优选地，还包括信息校验步骤：外部设备向存储单元写入或修改操作人信息时需输入密码进行校验，当输入密码错误次数超过3次时，将安全作业标示牌的位置信息远程发送至操作人手机中。

本发明的有益效果：本发明的安全作业标示牌不但体积小巧、安装使用方便，而且能智能的完成现场报警、远程通知等操作，使标示牌的安全性和智能性得到极大的提升，具体为：

1、体积小巧，适合用于电气开关柜这种小空间。

2、上弧板和立板之间通过弹性部件连接，可通过上弧板调节标示牌夹持高度，以适应不同尺寸的空气开关。

3、安装使用标示牌时，掰动上弧板，同时令下托板的限位部与空气开关贴合，松开上弧板即可轻松完成标示牌的安装，上弧板的下表面设置的橡胶层能增加标示牌与空气开关之间的摩擦系数，防止标示牌掉落。

3、一旦发生其他人员到电气开关柜现场将安全作业标示牌误取下、误撞掉等情况，安装标示牌的操作人能第一时间得到信息，以确保安全。并且现场的工作人员也会因声光报警而意识到自己的错误行为，及时补救，相比于传统挂绳式标示牌掉落无人察觉要安全系数高很多。

4、当电气开关柜现场的其他人员需要进行的工作涉及到被挂牌的空气开关，可以通过标示牌上显示的操作人信息找到该操作人，也可以通过按呼叫按钮将操作人叫回现场进行协商。

5、安全作业标示牌专人专用，其上显示的操作人工号或姓名可通过外部设备(比如电脑)录入和修改，但需要校验密码，这样能有效防止被其他人随意取走使用。

附图说明

图1是常规电气开关柜的结构示意图；

图2是空气开关的结构示意图；

图3是在空气开关上安装本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌的结构示意图；

图4是本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌的立体结构示意图；

图5是本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌的侧视图；

图6是本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌的后视图；

图7是本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌的前视图；

图8是本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌的电路原理图；

图9是本发明所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌的控制框图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图3至图8说明本实施方式，本实施方式所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌包括立板1、上弧板2、下托板3和电气控制箱4；立板1、上弧板2和下托板3构成u型结构夹持在空气开关上，上弧板2具有向下弧度，上弧板2和立板1之间通过弹性部件7连接；下托板3的上表面设置有微动式行程开关sq，所述微动式行程开关sq为常闭型；

立板1的前端面设置有文字警示区、工作指示灯led1和报警指示灯led2，立板1的后端面设置有电气控制箱4，电气控制箱4内包括现场控制单元；

所述现场控制单元包括直流电源e、启动按钮sb1、停止按钮sb2、中间继电器ka1、得电延时继电器kt1、ne555时基集成电路、电解电容c1、电容c2、二极管d1、滑动变阻器rp和扬声器bl，直流电源e采用钮扣式锂电池。

启动按钮sb1、停止按钮sb2、中间继电器ka1线圈和得电延时继电器kt1线圈串联为第1支路，中间继电器ka1常开触点ka1-1并联在启动按钮sb1两端；

中间继电器ka1常开触点ka1-2和工作指示灯led1串联为第2支路；

所述第1支路和第2支路并联在直流电源e两端；

直流电源e的正极连接得电延时继电器kt1常开触点的一端，得电延时继电器kt1常开触点的另一端同时连接滑动变阻器rp的一端、二极管d1的阴极、ne555时基集成电路的4脚和8脚；ne555时基集成电路的6脚、2脚同时连接滑动变阻器rp的另一端、二极管d1的阳极、电解电容c1的正极和微动式行程开关sq的一端，ne555时基集成电路的5脚连接电容c2的一端，ne555时基集成电路的3脚同时连接报警指示灯led2的阳极和扬声器bl的正极电源接入端；

直流电源e的负极同时连接微动式行程开关sq的另一端、电解电容c1的负极、电容c2的另一端、ne555时基集成电路的1脚、报警指示灯led2的阴极和扬声器bl的负极电源接入端。

下托板3具有限位部3-1，用于限定标示牌与空气开关的相对位置，所述限位部3-1通过下托板3弯折来实现，以弯折处为界线下托板3分为两部分，这两部分呈阶梯状，微动式行程开关sq设置在远离立板1的低位阶梯上表面。

上弧板2的下表面设置橡胶层。

工作指示灯led1为绿灯，报警指示灯led2为红灯。

工作原理：

首先在按下立板1后端面的启动按钮sb1。

再安装安全作业标示牌：掰动上弧板2，同时令下托板3的限位部3-1与空气开关前端下角贴合，松开上弧板2即可轻松完成安全作业标示牌的安装，上弧板的下表面设置的橡胶层能增加标示牌与空气开关之间的摩擦系数，防止标示牌掉落。由于上弧板2和立板1之间通过弹性部件7连接，可通过掰动上弧板2实现调节标示牌夹持高度，以适应不同尺寸的空气开关。

安装完安全作业标示牌后，处于立板1后端面的启动按钮sb1和停止按钮sb2不会被人误按结束其工作，除非将安全作业标示牌取下才能接触至这两个按钮，这种设计是为了不让其他人随意停止标示牌的现场报警和远程通知工作。

参见图8，当按下启动按钮sb1后，中间继电器ka1线圈得电，其常开触点ka1-1闭合自锁，使第1支路持续处于通路状态，除非按下停止按钮sb2才会让第1支路切除电源，同时常开触点ka1-2闭合，则工作工作指示灯led1亮绿灯，指示标示牌当前正处于“工作中”的工作状态，提示不要改变当前标示牌下的空气开关的投切状态。

按下启动按钮sb1后，得电延时继电器kt1线圈也同时得电，其常开触点没有立即闭合，而是延时3～5秒，在延时这段时间内可以完成将标示牌卡在空气开关上的操作。当得电延时继电器kt1的常开触点闭合后，ne555及周围元件构成的现场报警单元得到工作电源，启动工作。

在标示牌安装之前，下托板3上表面设置的微动式行程开关sq是闭合状态，在按下sb1后没有立即给ne555提供工作电源，因此，即使sq闭合也无法触发现场报警单元工作，在延时给ne555工作电源的间隙，标示牌卡在空气开关上，安装后的微动式行程开关sq被空气开关下端面压合，其状态由闭合变为断开，则ne555的2脚、6脚的电压为电解电容c1的充电电压，超过ne555工作电压的2/3，ne555的3脚输出低电平，不进行现场报警。

在标示牌使用过程中，若有人将标示牌取下，则sq不再被压合，其状态由断开恢复为闭合，ne555的2脚迅速被拉至低电平，ne555内部翻转，3脚输出高电平，则报警指示灯led2亮红灯，扬声器bl响，进行现场的声光报警，提醒取标示牌的人将标示牌卡回空气开关上，即使是因为工作人员并非有意，只是误将标示牌撞下来的，此时的现场报警也能有效的提醒，提高作业的安全系数。

本实施方式提供的安全作业标示牌，在立板1前端面设置有文字警示区，印刷有“有人工作，禁止合闸”字样，同时，本实施方式提供的安全作业标示牌并不是仅仅具有文字警示区，还具有提醒功能，当安全作业标示牌被取下，其保护的空气开关有被改变投切状态，可能威胁相关操作人生命安全时及时进行声光报警，大幅度提高安全系数。

具体实施方式二：下面结合图9说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，电气控制箱4内还包括远程通知单元；所述远程通知单元包括中间继电器ka2、单片机、电源开关控制单元、报警通知指令生成单元和通信模块；

电源开关控制单元的输出端与单片机的电源输入端相连；中间继电器ka1的常开触点ka1-3作为电源开关控制单元，中间继电器ka1的常开触点ka1-3的两端分别连接直流电源e的正极和单片机的电源输入端；

报警通知指令生成单元的报警指令输出端与单片机的报警指令输入端相连；中间继电器ka2线圈两端分别连接ne555时基集成电路的3脚和直流电源e的负极；中间继电器ka2的常开触点作为报警通知指令生成单元，中间继电器ka2的常开触点的两端分别连接直流电源e的正极和单片机的报警指令输入端；

单片机通过通信模块将报警指令发送至操作人手机。

本实施方式提供了远程通知操作人的方案，这样，即使操作人离电气开关柜有一定距离无法及时获得现场报警信息的情况，也能通过远程通知的方式第一时间得知标示牌的状态被人为改变了。

在实施方式一中，当标示牌被取下，现场报警单元启动，ne555的3脚输出高电平，这也成为远程通知单元的触发条件，中间继电器ka2线圈并联在ne555的3脚和电源负极之间，当ne555的3脚输出高电平时，中间继电器ka2线圈得电，中间继电器ka2常开触点闭合，生成报警通知指令发送给单片机，单片机在接收到该指令后，将标示牌的报警信息通过通信模块远程发送至操作人手机上，发送方式可以是短信，也可以是拨通操作人手机号，使操作人立即得知电气开关柜这边的情况，以保障自身的人身安全。

这种方式的设置，使得操作人可以第一时间获取标示牌的被取下报警信息，不用再担心因有人误合闸而威胁生命安全的问题。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，远程通知单元还包括人工呼叫指令生成单元，人工呼叫指令生成单元的呼叫指令输出端与单片机的呼叫指令输入端相连；具有常开触点的呼叫按钮sb3作为人工呼叫指令生成单元，呼叫按钮sb3设置在立板1的前端面，呼叫按钮sb3的两端分别连接直流电源e的正极和单片机的呼叫指令输入端，单片机通过通信模块将人工呼叫指令发送至操作人手机。

由于电气开关柜空间有限，各部件安装比较紧凑，当维修的操作人将安全标示牌安装在空气开关上离开，去维修相关电气设备，若此时有其他工作人员需要对电气开关柜做其它工作，可能涉及到被标示牌保护住的空气开关，那么，就可以通过按立板1前端面的呼叫按钮来联系操作人，不至于出现找不到人耽误工作的情况，节约工作时间成本。

常开触点的呼叫按钮sb3被按下，由断开状态改变为闭合状态，给单片机发送一个脉冲信号作为呼叫指令，单片机在接到该指令后，通过通信模块完成对操作人的通知，通知方式可以是短信，也可以是拨通操作人手机号，非常方便。只要操作人接到信息会第一时间回到电气开关柜位置。

具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，立板1的前端面还设置有显示屏5，电气控制箱4还包括usb接口电路、usb接口6和存储单元；

外部设备通过usb接口6及usb接口电路与单片机的外部指令输入端相连，并将操作人信息写入存储单元，通过显示屏显示操作人的工号或姓名，所述操作人信息包括操作人的工号、姓名和手机号码。

本实施方式在标示牌的前端增加显示操作人信息的小显示屏，其他工作人员可以获知当前安装标示牌的具体操作人，以便与其联系。

在显示屏上显示的信息是外部设备(比如电脑)通过u口写入的，这样每个维修的工作人员都可以拥有多个专属于自己的小巧的、u型卡件式的安全作业标示牌，使工作效率大幅度提高。

具体实施方式五：本实施方式所述方法是基于实施方式一至四所述电气开关柜中空气开关安全作业标示牌实现，该方法包括以下步骤：

步骤一、按下启动按钮sb1；

安全作业标示牌前端面的工作指示灯led1亮，显示屏上显示操作人工号或姓名；

在同一单位中，每个员工的工号都是唯一的，显示工号就可以直接对应具体操作人，当然显示姓名的方式会令信息更直接，其他人员看到后能更迅速的知道是哪位工作人员在操作当前空气开关。

步骤二、将安全作业标示牌夹持在空气开关上；

微动式行程开关sq被空气开关下端面压合，其常闭触点断开；

步骤三、得电延时继电器kt1的常开触点延时闭合，为现场报警单元提供工作电源；

步骤四、若安全作业标示牌被取下，微动式行程开关sq恢复闭合，触发现场报警单元进行声光报警，同时触发远程通知单元将报警指令发送至操作人手机上。

在步骤三之后还包括人工呼叫步骤：

按下呼叫按钮，触发远程通知单元将人工呼叫指令发送至操作人手机上。

还包括信息校验步骤：外部设备向存储单元写入或修改操作人信息时需输入密码进行校验，当输入密码错误次数超过3次时，将安全作业标示牌的位置信息远程发送至操作人手机中。

校验步骤的设置是为防止其他人员盗用标示牌，既使盗取别人的标示牌也无法修改操作人信息，还会暴露自身的位置，位置信息由gps定位模块提供。