專利名稱：具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代化大型煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的不斷發(fā)展，礦井膠帶輸送機(jī)在向長距離、高帶速、 大功率方向發(fā)展。為分散膠帶的張力，減少膠帶的機(jī)械強(qiáng)度，大型膠帶輸送機(jī)都采用多臺電動機(jī)拖動，典型的布置形式是“2+1”模式，即機(jī)頭布置2臺電動機(jī)、中間布置1臺電動機(jī)。為減輕直接啟動給傳動裝置帶來的沖擊，延長輸送機(jī)關(guān)鍵零部件的使用壽命，減少啟動電流對電網(wǎng)中其它電氣設(shè)備的沖擊，解決多電動機(jī)驅(qū)動功率平衡問題，煤礦用膠帶輸送機(jī)都采用軟啟動。目前常用的軟啟動驅(qū)動方式有組合開關(guān)+電動機(jī)+可調(diào)速液力耦合器+減速機(jī)、組合開關(guān)+電動機(jī)+可控啟動傳輸裝置(Controlled StartTransmission, CST)、組合開關(guān)+變頻器+電動機(jī)+減速機(jī)。由于驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)雜，礦井運(yùn)輸事故占事故總數(shù)的左右，其中組合開關(guān)故障造成的停電停工事故頻繁發(fā)生。究其原因是現(xiàn)行膠帶輸送機(jī)軟啟動供電系統(tǒng)中的組合開關(guān)采用了 QJZ礦用隔爆兼本質(zhì)安全型組合開關(guān)系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品由于元器件本身質(zhì)量問題或使用維護(hù)不當(dāng)，時(shí)常發(fā)生故障，故障后又因控制回路多、 內(nèi)部接線復(fù)雜、更換不便、故障排除時(shí)間長，從而導(dǎo)致整個(gè)工作面生產(chǎn)不能正常進(jìn)行，造成極大經(jīng)濟(jì)損失。為解決上述問題，保證礦井持續(xù)、高效、安全運(yùn)行，迫切需要設(shè)計(jì)一種可靠性高、更換便捷、操作簡單的控制保護(hù)裝置來取帶目前為膠帶輸送機(jī)供電的QJZ系統(tǒng)組合開關(guān)，實(shí)現(xiàn)故障后快速切換，保證膠帶輸送機(jī)供電的連續(xù)性，減少主要設(shè)備故障引發(fā)的停工事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置，它主要解決目前為膠帶輸送機(jī)供電的QJZ系統(tǒng)組合開關(guān)存在故障率高，維修更換時(shí)間長的問題。當(dāng)供電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，只需更換一下主備腔體中的硬連接單元和兩腔體上的電纜快速插接裝置，無需更改其他控制線，即可利用同一套啟動、停止按鈕，控制備用腔體中的控制單元，實(shí)現(xiàn)快速切換，確保連續(xù)供電。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置，其特征在于該裝置具有一主一備兩個(gè)獨(dú)立腔體為膠帶輸送機(jī)供電，每個(gè)腔體分別通過2個(gè)電纜快速插接引入裝置與電源側(cè)相連，3個(gè)快速插接引出裝置與驅(qū)動膠帶輸送機(jī)的3臺電動機(jī)的定子繞組相連，兩腔體外側(cè)各設(shè)計(jì)一個(gè)副腔體放置控制線端子排，切換時(shí)只需打開該腔體調(diào)整端子排接線即可；主、備腔體是相對的，工作腔體稱為主腔，另一個(gè)則為備用腔；兩個(gè)獨(dú)立腔體含有結(jié)構(gòu)相同的互為冷備用的主控單元和備控單元，每一控制單元又細(xì)分為微處理器單元、整定單元、顯示單元、傳感器單元、漏電信號處理單元、電流信號處理單元、電壓信號處理單元、本安先導(dǎo)單元、程序控制單元、驅(qū)動單元、硬連接單元和控制線端子排單元；所述的硬連接單元是主、備腔體中的2個(gè)多極插芯連接器插座和1個(gè)多極插芯連接器插頭；每一腔體中的其中一個(gè)插座與自身控制單元中的本安先導(dǎo)電路控制線、驅(qū)動單元的接觸器常開輔助觸點(diǎn)、程序控制信號線相連，另一個(gè)插座與備用腔體控制單元中的本安先導(dǎo)電路控制線、驅(qū)動單元的接觸器常開輔助觸點(diǎn)、程序控制信號線相連，2個(gè)插座均固定在所在腔體；1 個(gè)插頭與控制線端子排單元一端相連，若自身腔體工作，則插頭插到接自身單元控制線的插座上；若備用腔體工作，則插頭插到接備用單元控制線的插座上。當(dāng)主腔體控制單元發(fā)生故障時(shí)，只需將該腔體中硬連接單元的插頭插到接備用腔控制線的插座上，再將該腔體5 個(gè)電纜快速插接插頭更換到備用腔體相應(yīng)的位置上，無需更換備用腔體端子排另一側(cè)的接線。所述的具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置，其特征在于 所述的控制單元中，(1)微處理器單元是控制核心，主要包括C8051F040微處理器、晶振以及復(fù)位電路；( 整定單元用于輸入負(fù)荷參數(shù)，由4個(gè)按鍵組成，各按鍵通過單總線與微處理器的輸入口相連；(3)顯示單元為液晶觸摸屏，用于3臺電機(jī)狀態(tài)顯示，通過RS485總線與微處理器的串口相連；(4)傳感器單元包括電流和電壓互感器，采集3臺電機(jī)各相的電流及線路電壓，送至信號處理單元；( 信號處理單元包括漏電、電流及電壓信號處理電路， 將反映絕緣狀態(tài)及傳感器的信號轉(zhuǎn)換為0-3. 3V的直流或交流信號，送至微處理器的A/D端口 ；(6)本安先導(dǎo)單元是最先接收啟動、停止信號的電路，其本安部分與遠(yuǎn)控按鈕相連，其執(zhí)行單元與微處理器的輸入口相連；(7)程序控制單元用于3臺電機(jī)的順序啟動，其輸入端與微處理器的輸出口相連，其輸出端與硬連接單元相連；(8)驅(qū)動單元為控制電機(jī)起停的接觸器，接觸器的一組常開輔助觸點(diǎn)與硬連接單元相連，接觸器和微處理器之間設(shè)有中間繼電器。本發(fā)明一種具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置所具有的積極效果在于靈活的控制方式保證了該裝置既可獨(dú)立控制電動機(jī)的程序運(yùn)行、可也聯(lián)合膠帶輸送機(jī)保護(hù)裝置控制電動機(jī)的運(yùn)行；動作可靠的保護(hù)電路為電動機(jī)提供完備的保護(hù)， 降低各類危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率；尤其是故障時(shí)的快速切換功能，保證了膠帶輸送機(jī)工作的連續(xù)性，提高了整個(gè)工作面的生產(chǎn)效率。


圖1是本發(fā)明的快速切換裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的本安先導(dǎo)電路圖。圖4是本發(fā)明的程序控制電路圖。圖5是本發(fā)明的硬連接單元接線圖。圖6是本發(fā)明的微處理器單元電路圖。圖7是本發(fā)明的漏電檢測單元電路圖。圖8是本發(fā)明的電流和電壓信號處理單元電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖通過具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明所述的一種具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了本實(shí)施例后，能夠理解和實(shí)施本發(fā)明，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所述目標(biāo)。具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。控制保護(hù)裝置設(shè)計(jì)有一主一備兩個(gè)獨(dú)立腔體為驅(qū)動膠帶輸送機(jī)的3臺電動機(jī)供電；主、備腔體是相對的，工作腔體定義為主腔體，這里假設(shè)左側(cè)為主腔體，右側(cè)為備用腔體；主、備腔體上各有 5 個(gè)電纜快速插接裝置 SlU S12、S21、S22、Lll、L12、L13、L21、L22、L23，SlU S12、 S21、S22用于連接電源進(jìn)線，LlU L12、L13、L21、L22、L23用于3路負(fù)荷供電；兩腔體外側(cè)各設(shè)計(jì)一個(gè)副腔體放置控制線端子排Xl 1、X12、X13、X21、X22、X23，更改控制方式時(shí)只需打開該腔體調(diào)整端子排接線即可。礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置的主備腔體分別含有結(jié)構(gòu)一致的互為冷備用的主控單元和備控單元，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。每一控制單元又包括微處理器單元、整定單元、顯示單元、傳感器單元、漏電信號處理單元、電流信號處理單元、電壓信號處理單元、本安先導(dǎo)單元、程序控制單元、驅(qū)動單元、硬連接單元和控制線端子排單元。該裝置的特征是當(dāng)3臺電動機(jī)供電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠快速切換，并對電動機(jī)進(jìn)行靈活控制和完善保護(hù)，保證膠帶輸送機(jī)供電的連續(xù)性。所述的故障快速切換功能除了上述的雙腔體、電纜快速插接裝置、主備冗余控制單元外，在控制保護(hù)裝置的主備腔體內(nèi)還增設(shè)了硬連接單元Jliz、J12Z、J11T、J21Z、J22Z、 J22T，硬連接單元是多極插芯連接器。J11Z、J12Z、J21Z、J22Z為連接器插座，固定在各自的腔體內(nèi)JllT和J22T為連接器插頭。硬連接單元和控制線端子排單元接線圖如圖5 所示。11:I1、11:I2、11:I3、11:I4是主腔體第1臺電動機(jī)的本安先導(dǎo)控制線和程序控制線；12:I1、12:I2、12:I3、12:I4是主腔體第2臺電動機(jī)的本安先導(dǎo)控制線和程序控制線； 13 II、13 12、13 13、13 14是主腔體第3臺電動機(jī)的本安先導(dǎo)控制線和程序控制線；K11、 K12、K13是主腔體電動機(jī)控制回路中的接觸器，1、2是其常開輔助觸點(diǎn)。上述控制線與主腔體的硬連接單元JllZ相連，同時(shí)通過穿墻套管與備用腔體的硬連接單元J21Z相連。21: II、 21:Ι2、21:Ι3、21:Ι4是備用腔體第1臺電動機(jī)的本安先導(dǎo)控制線和程序控制線；22:11、 22:Ι2、22:Ι3、22:Ι4是備用腔體第2臺電動機(jī)的本安先導(dǎo)控制線和程序控制線；23: II、 23:Ι2、23:Ι3、23:Ι4是備用腔體第3臺電動機(jī)的本安先導(dǎo)控制線和程序控制線；Κ21、Κ22、 Κ23是備用腔體電動機(jī)控制回路中的接觸器，1、2是其常開輔助觸點(diǎn)。上述控制線與備用腔體的硬連接單元J22Z相連，同時(shí)通過穿墻套管與主腔體的硬連接單元J12Z相連。JllT和 J22T分別與本腔體的端子排單元相連，通過調(diào)整端子排另一側(cè)的接線，可實(shí)現(xiàn)3臺電動機(jī)的單臺控制和程序控制，示例接線為程序控制方式。所述的電動機(jī)控制與保護(hù)功能是通過微處理器單元、整定單元、顯示單元、傳感器單元、漏電信號處理單元、電流信號處理單元、電壓信號處理單元、本安先導(dǎo)單元、程序控制單元及驅(qū)動單元實(shí)現(xiàn)的。(1)微處理器單元是指C8051F040單片機(jī)最小系統(tǒng)，如圖6所示， 在晶振Yl下工作，按鍵Sl實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。( 整定單元設(shè)計(jì)為4個(gè)按鍵，依次為數(shù)字鍵、下移鍵、確認(rèn)鍵、整定鍵，與微處理器的P0. 0-P0. 3輸入口相連。( 顯示單元為中達(dá)電通公司的D0P-B05S100液晶觸摸屏，通過RS485總線與微處理器的串口相連，顯示電機(jī)和系統(tǒng)狀態(tài)。(4)漏電信號處理單元如圖7所示，24V交流經(jīng)整流橋U8整流，電容C16、C17、C18、C19濾波，電源調(diào)整器U9、R16、R17穩(wěn)壓后變成+22VDC。該附加直流電源通過由線路絕緣電阻和調(diào)壓電阻R18、R19構(gòu)成的分壓電路，將反映絕緣狀況的Lea信號限流限壓R20、D11后送至微處理器的A/D端口，進(jìn)行采樣處理。( 電流及電壓信號處理單元如圖8所示，將各相電流傳感器的信號分別接至1+和1-，經(jīng)電阻R21轉(zhuǎn)換為電壓信號，濾波R22、R23、C20、C21、 C22后送至微處理器的A/D端口，進(jìn)行交流采樣；對電壓信號，先將電壓互感器的信號接至電流型二次電壓互感器Tl的V+和V-，經(jīng)電阻RM、R25變成ImA左右的電流信號，然后采用如電流信號相同的處理方法將其變成交流信號，送至微處理器的A/D端口處理判別。(6)本安先導(dǎo)單元如圖3所示，它由信號檢測單元9V 、D7、Fl、Cl、Rl、R2、Ul、R7、R4，信號鑒別單元 18V 、D1、D2、D3、D4、C2、U2、C3、C4、C5、R5、R6 和執(zhí)行單元 R8、R9、U3、D6、Jl 組成。 其中，Ul為光電耦合器、U2為穩(wěn)壓器件、U3為電壓比較器、Jl為直流繼電器。Il和12連接到硬連接單元，配合微處理器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動控制與保護(hù)。(7)程序控制單元如圖4所示，它采用復(fù)合控制方式，由隔離電路U4A、U5A、RIO、Rl 1、TO、R12、R13和驅(qū)動執(zhí)行電路U7A、U7B、 U8、D8、D9、J2 組成。其中，U4A 為 74LS06、U5A 為 74LS07、U6 為光電耦合器、U7 為 74HC14、 U8為SN75452、J2為直流繼電器。13和14連接到硬連接單元，配合微處理器，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的順序起停。(8)驅(qū)動單元為控制電機(jī)起停的接觸器Kll、K12、K13、K21、K22、K23，接觸器的一組常開輔助觸點(diǎn)與硬連接單元相連，接觸器和微處理器之間設(shè)有中間繼電器。礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置正常工作時(shí)，裝置通過主腔體的電纜快速連接裝置Sll和S12與上級饋電開關(guān)相連，通過L11、L12、L13與3臺電動機(jī)定子繞組相連； 主腔體的端子排接成如圖5所示的程序控制方式(也可根據(jù)需要接成單臺獨(dú)立控制方式)， 備用腔體端子排可以不用接線；將插頭JllT插到插座JllZ上；按下啟動按鈕，主腔體第1 臺電動機(jī)啟動，延時(shí)Δ tl第2臺電動機(jī)自動投入，再延時(shí)Δ t2第3臺電動機(jī)投入；按下停止按鈕第3臺電動機(jī)停車，延時(shí)Δ t3第2臺電動機(jī)停車，Δ t4之后第1臺延時(shí)停車；若第2 臺電動機(jī)故障停車，第1臺立即停車，第3臺延時(shí)Δ t5停車。當(dāng)主腔體因故障導(dǎo)致3臺電動機(jī)無法運(yùn)行時(shí)，只需將主腔體的電纜快速插頭接到備用腔體S21、S22、L21、L22、L23處，將插頭JllT插到插座J12Z上，按下啟動按鈕，備用腔體控制單元控制3臺電動機(jī)依次啟動， 實(shí)現(xiàn)故障快速切換，保證了膠帶機(jī)工作的連續(xù)性，提高了工作面的生產(chǎn)效率。綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置，其特征在于該裝置具有一主一備兩個(gè)獨(dú)立腔體為膠帶輸送機(jī)供電，每個(gè)腔體分別通過2個(gè)電纜快速插接引入裝置與電源側(cè)相連，3個(gè)快速插接引出裝置與驅(qū)動膠帶輸送機(jī)的3臺電動機(jī)的定子繞組相連，兩腔體外側(cè)各設(shè)計(jì)一個(gè)副腔體放置控制線端子排，切換時(shí)只需打開該腔體調(diào)整端子排接線即可；主、備腔體是相對的，工作腔體稱為主腔，另一個(gè)則為備用腔；兩個(gè)獨(dú)立腔體含有結(jié)構(gòu)相同的互為冷備用的主控單元和備控單元，每一控制單元又細(xì)分為微處理器單元、整定單元、顯示單元、傳感器單元、漏電信號處理單元、電流信號處理單元、電壓信號處理單元、本安先導(dǎo)單元、程序控制單元、驅(qū)動單元、硬連接單元和控制線端子排單元；所述的硬連接單元是主、備腔體中的2個(gè)多極插芯連接器插座和1個(gè)多極插芯連接器插頭；每一腔體中的其中一個(gè)插座與自身控制單元中的本安先導(dǎo)電路控制線、驅(qū)動單元的接觸器常開輔助觸點(diǎn)、程序控制信號線相連，另一個(gè)插座與備用腔體控制單元中的本安先導(dǎo)電路控制線、驅(qū)動單元的接觸器常開輔助觸點(diǎn)、程序控制信號線相連，2個(gè)插座均固定在所在腔體；1 個(gè)插頭與控制線端子排單元一端相連，若自身腔體工作，則插頭插到接自身單元控制線的插座上；若備用腔體工作，則插頭插到接備用單元控制線的插座上。當(dāng)主腔體控制單元發(fā)生故障時(shí)，只需將該腔體中硬連接單元的插頭插到接備用腔控制線的插座上，再將該腔體5 個(gè)電纜快速插接插頭更換到備用腔體相應(yīng)的位置上，無需更換備用腔體端子排另一側(cè)的接線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置， 其特征在于所述的控制單元中，(1)微處理器單元是控制核心，主要包括C8051F040微處理器、晶振以及復(fù)位電路；( 整定單元用于輸入負(fù)荷參數(shù)，由4個(gè)按鍵組成，各按鍵通過單總線與微處理器的輸入口相連；(3)顯示單元為液晶觸摸屏，用于3臺電機(jī)狀態(tài)顯示，通過RS485總線與微處理器的串口相連；(4)傳感器單元包括電流和電壓互感器，采集3臺電機(jī)各相的電流及線路電壓，送至信號處理單元；( 信號處理單元包括漏電、電流及電壓信號處理電路，將反映絕緣狀態(tài)及傳感器的信號轉(zhuǎn)換為0-3. 3V的直流或交流信號，送至微處理器的A/D端口 ； (6)本安先導(dǎo)單元是最先接收啟動、停止信號的電路，其本安部分與遠(yuǎn)控按鈕相連，其執(zhí)行單元與微處理器的輸入口相連；(7)程序控制單元用于3臺電機(jī)的順序啟動，其輸入端與微處理器的輸出口相連，其輸出端與硬連接單元相連；(8)驅(qū)動單元為控制電機(jī)起停的接觸器，接觸器的一組常開輔助觸點(diǎn)與硬連接單元相連，接觸器和微處理器之間設(shè)有中間繼電器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具快速切換功能的礦井膠帶輸送機(jī)供電系統(tǒng)控制保護(hù)裝置。該裝置通過主備腔體中的硬連接單元和兩腔體上的電纜快速插接插頭，實(shí)現(xiàn)故障時(shí)主備控制單元的快速切換，確保膠帶輸送機(jī)供電的連續(xù)性，提高工作面的生產(chǎn)效率。它主要解決目前為膠帶輸送機(jī)供電的QJZ系統(tǒng)組合開關(guān)存在故障率高，維修更換時(shí)間長的問題。當(dāng)供電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，只需更換一下主備腔體中的硬連接單元和兩腔體上的電纜快速插接裝置，無需更改其他控制線，即可利用同一套啟動、停止按鈕，控制備用腔體中的控制單元，實(shí)現(xiàn)快速切換，確保連續(xù)供電。
文檔編號E21F13/00GK102201698SQ20111010713
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者宋建成, 李海英, 王芳 申請人:上海理工大學(xué)