礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，包括中央處理單元，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷、定時(shí)、存儲(chǔ)、人機(jī)通話；開(kāi)關(guān)量輸入單元，用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開(kāi)關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)短路跳閘功能實(shí)現(xiàn)；人機(jī)接口單元，用于人對(duì)裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實(shí)現(xiàn)防爆開(kāi)關(guān)與上位機(jī)的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運(yùn)行；數(shù)據(jù)采集單元，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；所述中央處理單元由DSP和單片機(jī)構(gòu)成，DSP分別與所述開(kāi)關(guān)量輸入單元、開(kāi)關(guān)量輸出單元連接，單片機(jī)與所述人機(jī)接口單元連接。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)裝置計(jì)算速度慢、計(jì)算精度低和保護(hù)功能不完善的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)勘探領(lǐng)域，具體是一種礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下工作條件極其惡劣，環(huán)境潮濕，負(fù)荷波動(dòng)較大，必須全部采用電纜供電，但由此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏電和接地故障。在嚴(yán)重短路、接地故障下，可能出現(xiàn)電弧，甚至引發(fā)爆炸事故，直接危及人身安全和正常生產(chǎn)活動(dòng)。然而目前井下所使用的防爆開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置存在著漏電保護(hù)受電網(wǎng)運(yùn)行方式和故障特性影響較大、保護(hù)準(zhǔn)確性差、功能不夠完備和通用性不好等問(wèn)題，不能滿足礦井供電數(shù)字化發(fā)展的要求。因此，研究在新條件下能夠保障井下正常安全生產(chǎn)的防爆開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了提供一種礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，以解決傳統(tǒng)裝置計(jì)算速度慢、計(jì)算精度低和保護(hù)功能不完善的問(wèn)題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，包括中央處理單元，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷、定時(shí)、存儲(chǔ)、人機(jī)通話；開(kāi)關(guān)量輸入單元，用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開(kāi)關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)短路跳閘功能實(shí)現(xiàn)；人機(jī)接口單元，用于人對(duì)裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實(shí)現(xiàn)防爆開(kāi)關(guān)與上位機(jī)的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運(yùn)行；數(shù)據(jù)采集單元，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；外圍擴(kuò)展電路單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷、定時(shí)、存儲(chǔ)；所述中央處理單元由DSP和單片機(jī)構(gòu)成，DSP分別與所述開(kāi)關(guān)量輸入單元、開(kāi)關(guān)量輸出單元和外圍擴(kuò)展電路單元連接，單片機(jī)與所述人機(jī)接口單元連接。
[0005]作為進(jìn)一步說(shuō)明，以上所述通信單元包括CAN通信單元和RS-485信單元,所述DSP通過(guò)CAN通信單元與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；所述單片機(jī)通過(guò)RS-485信單元與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
[0006]作為進(jìn)一步說(shuō)明，以上所述DSP和單片機(jī)通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)信息交換。
[0007]作為進(jìn)一步說(shuō)明，以上所述DSP為80296SA。
[0008]作為進(jìn)一步說(shuō)明，以上所述單片機(jī)為P89C61X2。主要負(fù)責(zé)人機(jī)對(duì)話，處理紅外遙控操作、人機(jī)對(duì)話、液晶顯示、與上位機(jī)通信等實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng)任務(wù)，選用PHILIPS公司的P89C61X2。P89C61XZ內(nèi)部包括1024字節(jié)RAM，32路I/O輸入輸出通道，3個(gè)16位定時(shí)器，內(nèi)嵌6源4優(yōu)先級(jí)中斷以及內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器。
[0009]作為進(jìn)一步說(shuō)明，以上所述數(shù)據(jù)采集單元包括:
數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；
信號(hào)調(diào)理電路，用于模擬信號(hào)的調(diào)節(jié)，除去超過(guò)范圍的高頻分量；
其中信號(hào)調(diào)理電路采用RC無(wú)源低通濾波器將處理后信號(hào)送入采用2片16位A/D 轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。[0010]作為進(jìn)一步說(shuō)明，以上所述人機(jī)接口單元包括按鍵輸入單元、液晶顯示單元和紅外接收單元。
[0011]作為進(jìn)一步說(shuō)明，以上所述外圍擴(kuò)展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時(shí)鐘模塊DS1644、程序存儲(chǔ)器AT49F1025以及晶振模塊。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、由于裝置實(shí)時(shí)性的要求很高，功能配置也較多，所以為了分擔(dān)主CPU的負(fù)擔(dān)，增加了一塊單片機(jī)作為從CPU負(fù)責(zé)人機(jī)對(duì)話、液晶顯示、與上位機(jī)通信等實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng)任務(wù)。此DSP和單片機(jī)的雙CPU結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)裝置計(jì)算速度慢、計(jì)算精度低和保護(hù)功能不完善的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了雙CPU結(jié)構(gòu)并行工作、分工合作的優(yōu)點(diǎn)以及DSP芯片運(yùn)算速度快、擅長(zhǎng)數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)，既滿足繼電保護(hù)速動(dòng)性、選擇性和可靠性的要求，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量的高精度。
[0013]2、本發(fā)明系統(tǒng)選用的S TM32F103芯片是一款基于Cortex — M3核心的32位ARM微控制器，它不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，而且有支持睡眠、停機(jī)和待機(jī)3種省電模式，為系統(tǒng)的低功耗、本質(zhì)安全性設(shè)計(jì)提供了保障。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
[0016]實(shí)施例:
一種礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，包括中央處理單元，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷、定時(shí)、存儲(chǔ)、人機(jī)通話；開(kāi)關(guān)量輸入單元，用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開(kāi)關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)短路跳閘功能實(shí)現(xiàn)；人機(jī)接口單元，用于人對(duì)裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實(shí)現(xiàn)防爆開(kāi)關(guān)與上位機(jī)的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運(yùn)行；數(shù)據(jù)采集單元，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；外圍擴(kuò)展電路單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷、定時(shí)、存儲(chǔ)；中央處理單元由DSP ( 80296SA)和單片機(jī)(P89C61X2)構(gòu)成，DSP ( 80296SA)分別與開(kāi)關(guān)量輸入單元、開(kāi)關(guān)量和外圍擴(kuò)展電路單元輸出單元連接，單片機(jī)(P89C61X2)與人機(jī)接口單元連接。
[0017]通信單元包括CAN通信單元和RS-485信單元，DSP ( 80296SA)通過(guò)CAN通信單元與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；單片機(jī)(P89C61X2)通過(guò)RS-485信單元與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。DSP和單片機(jī)通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)信息交換。
[0018]數(shù)據(jù)采集單元包括:
數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；
信號(hào)調(diào)理電路，用于模擬信號(hào)的調(diào)節(jié)，除去超過(guò)范圍的高頻分量；
其中信號(hào)調(diào)理電路采用RC無(wú)源低通濾波器將處理后信號(hào)送入采用2片16位A/D 轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。
[0019]人機(jī)接口單元包括按鍵輸入單元、液晶顯示單元和紅外接收單元。[0020]外圍擴(kuò)展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時(shí)鐘模塊DS1644、程序存儲(chǔ)器AT49F1025以及晶振模塊。
[0021]DSP作為主CPU控制模擬量的采集和計(jì)算、保護(hù)的判斷、開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出。
[0022]單片機(jī)(P89C61X2)作為從CPU通過(guò)RS-485通信單元負(fù)責(zé)人機(jī)對(duì)話、液晶顯示、與上位機(jī)通信等實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng)任務(wù)。
[0023]其中數(shù)據(jù)采集模塊包括信號(hào)調(diào)理電路及數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，交流信號(hào)分別經(jīng)過(guò)電壓互感器或電流互感器引入信號(hào)調(diào)理電路，之后送入數(shù)模轉(zhuǎn)換單元經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換處理成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。由DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊采用光電耦合器件驅(qū)動(dòng)繼電器完成跳閘及警報(bào)功能。同時(shí)DSP通過(guò)串行通信將數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)人機(jī)接口模塊的IXD顯示器及功能按鍵正常工作。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:包括中央處理單元，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、邏輯判斷、定時(shí)、存儲(chǔ)、人機(jī)通話；開(kāi)關(guān)量輸入單元，用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開(kāi)關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)短路跳閘功能實(shí)現(xiàn)?’人機(jī)接口單元，用于人對(duì)裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實(shí)現(xiàn)防爆開(kāi)關(guān)與上位機(jī)的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運(yùn)行；數(shù)據(jù)采集單元，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；外圍擴(kuò)展電路單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷、定時(shí)、存儲(chǔ)；所述中央處理單兀由DSP和單片機(jī)構(gòu)成，DSP分別與所述開(kāi)關(guān)量輸入單兀、開(kāi)關(guān)量輸出單兀和外圍擴(kuò)展電路單元連接，單片機(jī)與所述人機(jī)接口單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述通信單元包括CAN通信單元和RS-485通信單元,所述DSP通過(guò)CAN通信單元與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；所述單片機(jī)通過(guò)RS-485通信單元與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述DSP和單片機(jī)通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)信息交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述DSP為80296SA。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述單片機(jī)為P89C61X2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元包括: 數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)； 信號(hào)調(diào)理電路，用于模擬信號(hào)的調(diào)節(jié)，除去超過(guò)范圍的高頻分量； 其中信號(hào)調(diào)理電路采用RC無(wú)源低通濾波器將處理后信號(hào)送入采用2片16位A/D 轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述人機(jī)接口單元包括按鍵輸入單元、液晶顯示單元和紅外接收單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦用低壓開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述外圍擴(kuò)展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時(shí)鐘模塊DS1644、程序存儲(chǔ)器AT49F1025以及晶振模塊。
【文檔編號(hào)】H02H7/22GK103715665SQ201310712089
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】陳金龍, 伍軼斌, 胡俊鑫, 覃祖茂, 謝燕武, 伍正中, 張利學(xué), 李勇, 吳旻馨, 馬永麗 申請(qǐng)人:柳州騰龍煤電科技股份有限公司