專利名稱：用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及煤礦機(jī)械智能控制領(lǐng)域，具體是ー種用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的電機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
目前，煤礦采掘設(shè)備絕大部分是采用中央控制器集中控制的方式，信號采集、過程控制、設(shè)備驅(qū)動和故障診斷等全部由中央控制器完成，可適應(yīng)比較簡單的控制系統(tǒng)。但是隨著自動化技術(shù)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，煤礦采掘設(shè)備的功能更加齊全，電氣控制系統(tǒng)越來越龐大、復(fù)雜，中央控制器的負(fù)荷越來越大，集中控制已無法滿足采掘設(shè)備需要，而且完全依靠中央控制器的性能來保證設(shè)備系統(tǒng)的可靠性，安全性較低，一旦局部設(shè)備出現(xiàn)故障，將波及整個設(shè)備系統(tǒng)，影響設(shè)備運行的穩(wěn)定性。因此，考慮到煤炭行業(yè)的特殊性，設(shè)備運行的惡劣環(huán)境，以及對設(shè)備運行可靠性和穩(wěn)定性的極高要求，采用分級遞階的控制系統(tǒng)(即分布式控制系統(tǒng))，通過功能分層、危險分散來提高采掘設(shè)備系統(tǒng)的可靠性和應(yīng)用的靈活性，則成為當(dāng)前煤礦采掘設(shè)備智能控制領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢。而研發(fā)適用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的控制模塊或控制器則成為當(dāng)前的首要工作。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了實現(xiàn)煤炭采掘設(shè)備系統(tǒng)的分布式控制，減輕中央控制器的負(fù)荷，提高煤炭采掘設(shè)備控制系統(tǒng)的可靠性和運行穩(wěn)定性，針對煤礦采掘設(shè)備的電機(jī)控制部分，提供了 ー種用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的電機(jī)控制器。本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的電機(jī)控制器，包括控制單元、執(zhí)行單元、采樣單元、過熱保護(hù)檢測単元、漏電檢測単元，以及用于手動操控電機(jī)工作的手動控制単元；所述控制單元包含CPU、與CPU相連的數(shù)字量輸入接ロ模塊(即DI模塊)、通訊接ロ模塊(即DP模塊)、模擬量輸入接ロ模塊(即Al模塊)、數(shù)字量輸出接ロ模塊(即DO模塊)；所述執(zhí)行単元包含兩個皆由數(shù)字量輸出接ロ模塊驅(qū)動的繼電器，且兩繼電器的常開觸點分別串聯(lián)于電機(jī)回路中控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器的控制回路；所述采樣単元包含用于檢測電機(jī)三相電壓的電壓互感器、ー組用于檢測電機(jī)正轉(zhuǎn)時電機(jī)三相電流的電流互感器、ー組用于檢測電機(jī)反轉(zhuǎn)時電機(jī)三相電流的電流互感器、以及與上述電流互感器、電壓互感器一一對應(yīng)連接的信號處理電路，且各信號處理電路的輸出端與模擬量輸入接ロ模塊連接；所述過熱保護(hù)檢測単元包含PTC檢測電路、PT100檢測電路、以及用于連接檢測電路與電機(jī)內(nèi)感溫元件的多路選擇開關(guān)，多路選擇開關(guān)與PTC檢測電路、PT100檢測電路為——對應(yīng)，多路選擇開關(guān)的輸出端分別與對應(yīng)的PTC檢測電路、PT100檢測電路連接，PTC檢測電路和PTlOO檢測電路的輸出端分別經(jīng)光耦與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接，多路選擇開關(guān)的控制端與數(shù)字量輸出接ロ模塊連接；所述漏電檢測単元包含檢測端與電機(jī)回路連接的漏電檢測電路，漏電檢測電路輸出端經(jīng)光耦與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接；手動控制単元通過雙路切換開關(guān)K與數(shù)字量輸入接ロ模塊相連；數(shù)字量輸入接ロ模塊還連接有兩路開關(guān)量輸入支路，一路開關(guān)量輸入支路由電機(jī)回路中控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器的輔助觸點構(gòu)成，一路開關(guān)量輸入支路由電機(jī)回路中控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器的輔助觸點構(gòu)成，兩輔助觸點>J2-!的一端與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接。具體使用時，本控制器的通訊接ロ模塊經(jīng)現(xiàn)場總線與上級控制器連接，用以接收上級控制器所發(fā)控制指令和向上級控制器反饋電機(jī)運行狀態(tài)信息;CPU對上級控制器所發(fā)控制指令進(jìn)行識別，通過數(shù)字量輸出接ロ模塊驅(qū)動執(zhí)行單元動作，控制電機(jī)的啟、停和正、 反轉(zhuǎn)如控制指令為啟動電機(jī)正轉(zhuǎn)運行，則驅(qū)動與電機(jī)回路中控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器對應(yīng)的繼電器得電，其常開觸點閉合，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器動作，電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動；如控制指令為停止電機(jī)，則驅(qū)動與電機(jī)回路中控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器對應(yīng)的繼電器失電，其常開觸點斷開，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器動作，電機(jī)停止運行。其中，本控制器的地址可設(shè)定，即CPU的通訊接ロ模塊(DP站點)的地址可設(shè)定設(shè)定，用以在多個控制器共存的系統(tǒng)中，控制器通過設(shè)定地址站點來確保本設(shè)備的唯一性，提高控制的精確性。本控制器在電機(jī)運行過程中，通過采樣単元實時檢測電機(jī)的交流電壓、電機(jī)正反轉(zhuǎn)時的實時交流電流，并將檢測結(jié)果通過模擬量輸入接ロ模塊傳輸至CPU，CPU以檢測結(jié)果為依據(jù)，實時判斷電機(jī)是否過流過載、斷相、相不平衡、粘連，一旦有故障發(fā)生，立即通過數(shù)字量輸出接ロ模塊驅(qū)動執(zhí)行單元動作，停止電機(jī)運行，進(jìn)而實現(xiàn)過流過載保護(hù)、斷相保護(hù)、相不平衡保護(hù)、粘連保護(hù)；此外，可依據(jù)檢測結(jié)果計算有功功率、無功功率、能量損耗和功率因數(shù)等電量參數(shù)，并運用到電機(jī)運行保護(hù)中；需要特別說明的是，傳統(tǒng)電機(jī)的保護(hù)通過電流來實現(xiàn)，本控制器的電機(jī)保護(hù)是通過功率和電流共同作用來完成的。本控制器設(shè)置的漏電檢測単元在啟動之前檢測電機(jī)回路對地絕緣水平，一旦出現(xiàn)異常，立即觸發(fā)數(shù)字量輸入接ロ模塊，上報CPU，由CPU通過數(shù)字量輸出接ロ模塊驅(qū)動執(zhí)行單元動作，停止電機(jī)運行，實現(xiàn)漏電閉鎖保護(hù)；過熱保護(hù)檢測単元同時設(shè)置了兩類檢測電路PTC檢測電路和PT100檢測電路，使得本控制器能通用于采用PTC熱敏電阻作為感溫元件的電機(jī)和采用鉬電阻作為感溫元件的電機(jī)，過熱保護(hù)檢測單元通過電機(jī)內(nèi)的感溫元件實時監(jiān)控電機(jī)繞組的溫度，基于電機(jī)內(nèi)感溫元件的數(shù)量不唯一，在CPU對多路選擇開關(guān)的控制下，檢測電路能對電機(jī)內(nèi)的感溫元件進(jìn)行逐一巡檢，一旦出現(xiàn)溫度異常，立即觸發(fā)數(shù)字量輸入接ロ模塊，上報CPU，由CPU通過數(shù)字量輸出接ロ模塊驅(qū)動執(zhí)行單元動作，停止電機(jī)運行，實現(xiàn)過熱保護(hù)；手動控制単元主要用于調(diào)試或緊急情況下實施本地控制，在閉合雙路切換開關(guān)K的狀態(tài)下，通過手動控制單元即可實施手動操控電機(jī)啟停和正反轉(zhuǎn)。兩路開關(guān)量輸入支路基于接觸器輔助觸點與主觸點動作一致而設(shè)置，能有效判斷接觸器動作是否與控制指令相符合，實現(xiàn)對電機(jī)回路中控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器的自保；應(yīng)用時，將兩路開關(guān)量輸入支路與檢測電源連接或者接地，即電機(jī)回路中控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器的兩輔助觸點>J2-!的另一端與檢測電源連接或者接地，以高電平或低電平反饋接觸器動作信息；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所述控制器是針對煤礦采掘設(shè)備和煤炭行業(yè)特殊要求而開發(fā)的分布式測控單元，為構(gòu)建適用于煤礦采掘設(shè)備的分布式控制系統(tǒng)而提供的專用控制器，且其中的核心處理器CPU只需具備中等性能、較小的程序空間和內(nèi)存空間、獨立的輸入輸出能力，即可直接面對底層傳感器和執(zhí)行部件，完成電機(jī)所需的邏輯控制功能，實現(xiàn)底層信號的采集和控制命令的執(zhí)行以及對電機(jī)本身的各種保護(hù)。本控制器的研制成功，不僅能加快分布式控制系統(tǒng)在煤礦采掘設(shè)備上的應(yīng)用，提高采掘機(jī)械的高科技含量，還能促進(jìn)采掘設(shè)備電氣控制技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)煤礦采掘設(shè)備向信息化、智能化方向邁進(jìn)。其中，所述控制單元的電路結(jié)構(gòu)、以及手動控制單元、信號處理電路、PTC檢測電路、PT100檢測電路、漏電檢測電路皆屬于現(xiàn)有公知電路，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說能夠以多種電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。 本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、合理，可實施性強(qiáng)，具有良好的可靠性和運行穩(wěn)定性，為實現(xiàn)煤炭采掘設(shè)備系統(tǒng)的分布式控制，提供了必要的設(shè)備基礎(chǔ)。
圖I為本實用新型的原理方框圖。
具體實施方式
如圖I所示，用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的電機(jī)控制器，包括控制單元、執(zhí)行単元、采樣單元、過熱保護(hù)檢測単元、漏電檢測単元，以及用于手動操控電機(jī)工作的手動控制單兀；所述控制單元包含CPU、與CPU相連的數(shù)字量輸入接ロ模塊(即DI模塊)、通訊接ロ模塊(即DP模塊)、模擬量輸入接ロ模塊(即Al模塊)、數(shù)字量輸出接ロ模塊(即DO模塊)；所述執(zhí)行単元包含兩個皆由數(shù)字量輸出接ロ模塊驅(qū)動的繼電器，且兩繼電器的常開觸點分別串聯(lián)于電機(jī)回路中控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器的控制回路；所述采樣単元包含用于檢測電機(jī)三相電壓的電壓互感器、ー組用于檢測電機(jī)正轉(zhuǎn)時電機(jī)三相電流的電流互感器、ー組用于檢測電機(jī)反轉(zhuǎn)時電機(jī)三相電流的電流互感器、以及與上述電流互感器、電壓互感器一一對應(yīng)連接的信號處理電路，且各信號處理電路的輸出端與模擬量輸入接ロ模塊連接；所述過熱保護(hù)檢測単元包含PTC檢測電路、PT100檢測電路、以及用于連接檢測電路與電機(jī)內(nèi)感溫元件的多路選擇開關(guān)，多路選擇開關(guān)與PTC檢測電路、PT100檢測電路為——對應(yīng)，多路選擇開關(guān)的輸出端分別與對應(yīng)的PTC檢測電路、PT100檢測電路連接，PTC檢測電路和PTlOO檢測電路的輸出端分別經(jīng)光耦與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接，多路選擇開關(guān)的控制端與數(shù)字量輸出接ロ模塊連接；所述漏電檢測単元包含檢測端與電機(jī)回路連接的漏電檢測電路，漏電檢測電路輸出端經(jīng)光耦與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接；手動控制単元通過雙路切換開關(guān)K與數(shù)字量輸入接ロ模塊相連；數(shù)字量輸入接ロ模塊還連接有兩路開關(guān)量輸入支路，一路開關(guān)量輸入支路由電機(jī)回路中控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器的輔助觸點構(gòu)成，一路開關(guān)量輸入支路由電機(jī)回路中控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器的輔助觸點構(gòu)成，兩輔助觸點>J2-!的一端與數(shù)字量輸入接ロ 模塊連接。
權(quán)利要求1.ー種用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的電機(jī)控制器，其特征在于包括控制單元、執(zhí)行單元、采樣單元、過熱保護(hù)檢測単元、漏電檢測単元，以及用于手動操控電機(jī)工作的手動控制單兀; 所述控制単元包含CPU、與CPU相連的數(shù)字量輸入接ロ模塊、通訊接ロ模塊、模擬量輸入接ロ模塊、數(shù)字量輸出接ロ模塊； 所述執(zhí)行単元包含兩個皆由數(shù)字量輸出接ロ模塊驅(qū)動的繼電器，且兩繼電器的常開觸點分別串聯(lián)于電機(jī)回路中控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器的控制回路； 所述采樣単元包含用于檢測電機(jī)三相電壓的電壓互感器、一組用于檢測電機(jī)正轉(zhuǎn)時電機(jī)三相電流的電流互感器、ー組用于檢測電機(jī)反轉(zhuǎn)時電機(jī)三相電流的電流互感器、以及與上述電流互感器、電壓互感器一一對應(yīng)連接的信號處理電路，且各信號處理電路的輸出端與模擬量輸入接ロ模塊連接； 所述過熱保護(hù)檢測単元包含PTC檢測電路、PTlOO檢測電路、以及用于連接檢測電路與電機(jī)內(nèi)感溫元件的多路選擇開關(guān)，多路選擇開關(guān)與PTC檢測電路、PT100檢測電路為一一對應(yīng)，多路選擇開關(guān)的輸出端分別與對應(yīng)的PTC檢測電路、PT100檢測電路連接，PTC檢測電路和PT100檢測電路的輸出端分別經(jīng)光耦與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接，多路選擇開關(guān)的控制端與數(shù)字量輸出接ロ模塊連接； 所述漏電檢測単元包含檢測端與電機(jī)回路連接的漏電檢測電路，漏電檢測電路輸出端經(jīng)光耦與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接； 手動控制単元通過雙路切換開關(guān)K與數(shù)字量輸入接ロ模塊相連； 數(shù)字量輸入接ロ模塊還連接有兩路開關(guān)量輸入支路，一路開關(guān)量輸入支路由電機(jī)回路中控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器的輔助觸點構(gòu)成，一路開關(guān)量輸入支路由電機(jī)回路中控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器的輔助觸點構(gòu)成，兩輔助觸點>J2-!的一端與數(shù)字量輸入接ロ模塊連接。
專利摘要本實用新型涉及煤礦機(jī)械智能控制領(lǐng)域，具體是一種用于煤礦采掘設(shè)備實現(xiàn)分布式控制的電機(jī)控制器。實現(xiàn)了煤炭采掘設(shè)備系統(tǒng)的分布式控制。所述電機(jī)控制器，包括控制單元、執(zhí)行單元、采樣單元、過熱保護(hù)檢測單元、漏電檢測單元，以及用于手動操控電機(jī)工作的手動控制單元。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、合理，可實施性強(qiáng)，具有良好的可靠性和運行穩(wěn)定性，為實現(xiàn)煤炭采掘設(shè)備系統(tǒng)的分布式控制，提供了必要的設(shè)備基礎(chǔ)。
文檔編號H02P5/74GK202406074SQ20112054776
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者呼守信, 唐會成, 孟鐳, 張小剛, 張波, 張勝達(dá), 曹建文, 楊晉, 毛金良, 王德光, 石博, 程鳳霞, 賈運紅, 金江, 高旭彬 申請人:中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院, 山西天地煤機(jī)裝備有限公司