礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，包括中央處理單元，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關(guān)量輸入單元，用于開關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動作，驅(qū)動短路跳閘功能實現(xiàn)；人機接口單元，用于人對裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實現(xiàn)防爆開關(guān)與上位機的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運行；數(shù)據(jù)采集單元，實時數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；所述中央處理單元由DSP和單片機構(gòu)成，DSP分別與所述開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元連接，單片機與所述人機接口單元連接。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)裝置計算速度慢、計算精度低和保護(hù)功能不完善的問題。
【專利說明】礦用高壓開關(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，具體是一種礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤礦現(xiàn)代化程度的不斷提高和井下高壓供電距離的增加，對煤礦井下供電系統(tǒng)可靠性！安全性和連續(xù)性的要求越來越高；同時，由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，負(fù)荷波動大，工況很不穩(wěn)定，瓦斯煤塵積聚、滴水冒頂事故等會使電氣設(shè)備絕緣強度逐漸降低，同時由于操作人員維護(hù)不當(dāng)或操作錯誤、輸電線路的導(dǎo)線斷裂等原因，經(jīng)常會出現(xiàn)漏電及單相接地故障"接地故障若不及時排除，電網(wǎng)各相線會運行在線電壓下，長期運行將導(dǎo)致絕緣擊穿，甚至發(fā)生三相或兩相短路事故，單相接地、相間短路故障發(fā)生時產(chǎn)生的電弧能量會引起瓦斯、煤塵爆炸，直接危及人身安全和礦井生產(chǎn)，為了避免事故的發(fā)生，保障人身安全，有效減小事故范圍，研究高性能的高壓防爆開關(guān)綜合保護(hù)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和重大的經(jīng)濟價值。
[0003]高壓開關(guān)綜合保護(hù)器是我國煤礦井下供電系統(tǒng)最為關(guān)鍵的配電設(shè)備，基于多處理器技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的高壓開關(guān)智能綜合保護(hù)系統(tǒng)，不僅具有完善的保護(hù)和控制功能，而且具有液晶漢字顯示、運行數(shù)據(jù)查詢、故障記錄翻查和聯(lián)網(wǎng)通訊等功能。它的推廣和應(yīng)用不但可以提高我國煤礦配電設(shè)備的智能化水平，保障人員和設(shè)備的安全，而且可以組網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，為礦井供電的無人化打下基礎(chǔ)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了提供一種礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，以解決傳統(tǒng)裝置計算速度慢、計算精度低和保護(hù)功能不完善的問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，包括中央處理單元，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關(guān)量輸入單元，用于開關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動作，驅(qū)動短路跳閘功能實現(xiàn)；人機接口單元，用于人對裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實現(xiàn)防爆開關(guān)與上位機的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運行；數(shù)據(jù)采集單元，實時數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；外圍擴展電路單元，用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷、定時、存儲；所述中央處理單元由DSP和單片機構(gòu)成，DSP分別與所述開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元和外圍擴展電路單元連接，單片機與所述人機接口單元連接。
[0006]作為進(jìn)一步說明，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CAN通信單元與上位機實現(xiàn)通信；所述單片機通過RS-485信單元與上位機實現(xiàn)通信。
[0007]作為進(jìn)一步說明，以上所述DSP和單片機通過串行通信實現(xiàn)信息交換。
[0008]作為進(jìn)一步說明，以上所述DSP為STM32F103。
[0009]作為進(jìn)一步說明，以上所述單片機為P89C61X2。主要負(fù)責(zé)人機對話，處理紅外遙控操作、人機對話、液晶顯示、與上位機通信等實時性要求不高的系統(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16位定時器，內(nèi)嵌6源4優(yōu)先級中斷以及內(nèi)部時鐘振蕩器。
[0010]作為進(jìn)一步說明，以上所述數(shù)據(jù)采集單元包括:
數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
信號調(diào)理電路，用于模擬信號的調(diào)節(jié)，除去超過范圍的高頻分量；
其中信號調(diào)理電路采用RC無源低通濾波器將處理后信號送入采用2片16位A/D 轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。
[0011]作為進(jìn)一步說明，以上所述人機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。
[0012]作為進(jìn)一步說明，以上所述外圍擴展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時鐘模塊DS1644、程序存儲器AT49F1025以及晶振模塊。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、由于裝置實時性的要求很高，功能配置也較多，所以為了分擔(dān)主CPU的負(fù)擔(dān)，增加了一塊單片機作為從CPU負(fù)責(zé)人機對話、液晶顯示、與上位機通信等實時性要求不高的系統(tǒng)任務(wù)。此DSP和單片機的雙CPU結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)裝置計算速度慢、計算精度低和保護(hù)功能不完善的缺點，充分發(fā)揮了雙CPU結(jié)構(gòu)并行工作、分工合作的優(yōu)點以及DSP芯片運算速度快、擅長數(shù)字信號處理的優(yōu)點，既滿足繼電保護(hù)速動性、選擇性和可靠性的要求，同時又實現(xiàn)了實時測量的高精度。
[0014]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，它不僅簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，而且有支持睡眠、停機和待機3種省電模式，為系統(tǒng)的低功耗、本質(zhì)安全性設(shè)計提供了保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式并不局限于實施例表示的范圍。
[0017]實施例:
一種礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，包括中央處理單元，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關(guān)量輸入單元，用于開關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動作，驅(qū)動短路跳閘功能實現(xiàn)；人機接口單元，用于人對裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實現(xiàn)防爆開關(guān)與上位機的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運行；數(shù)據(jù)采集單元，實時數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；外圍擴展電路單元，用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷、定時、存儲；中央處理單元由DSP ( STM32F103)和單片機(P89C61X2)構(gòu)成，DSP ( STM32F103)分別與開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量和外圍擴展電路單元輸出單元連接，單片機(P89C61X2 )與人機接口單元連接。
[0018]通信單元包括CAN通信單元和RS-485信單元，DSP ( STM32F103)通過CAN通信單元與上位機實現(xiàn)通信；單片機(P89C61X2)通過RS-485信單元與上位機實現(xiàn)通信。DSP和單片機通過串行通信實現(xiàn)信息交換。
[0019]數(shù)據(jù)采集單元包括:
數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
信號調(diào)理電路，用于模擬信號的調(diào)節(jié)，除去超過范圍的高頻分量；
其中信號調(diào)理電路采用RC無源低通濾波器將處理后信號送入采用2片16位A/D 轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。
[0020]人機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。
[0021]外圍擴展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時鐘模塊DS1644、程序存儲器AT49F1025以及晶振模塊。
[0022]DSP作為主CPU控制模擬量的采集和計算、保護(hù)的判斷、開關(guān)量的輸入和輸出。
[0023]單片機(P89C61X2)作為從CPU通過RS-485通信單元負(fù)責(zé)人機對話、液晶顯示、與上位機通信等實時性要求不高的系統(tǒng)任務(wù)。
[0024]其中數(shù)據(jù)采集模塊包括信號調(diào)理電路及數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，交流信號分別經(jīng)過電壓互感器或電流互感器引入信號調(diào)理電路，之后送入數(shù)模轉(zhuǎn)換單元經(jīng)過Α/D轉(zhuǎn)換處理成單片機可識別的數(shù)字信號。由DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后驅(qū)動開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊采用光電耦合器件驅(qū)動繼電器完成跳閘及警報功能。同時DSP通過串行通信將數(shù)據(jù)傳入單片機，單片機驅(qū)動人機接口模塊的IXD顯示器及功能按鍵正常工作。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:包括中央處理單元，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯判斷、定時、存儲、人機通話；開關(guān)量輸入單元，用于開關(guān)狀態(tài)及斷路器的分、合閘狀態(tài)的采集；開關(guān)量輸出單元，用于控制繼電器動作，驅(qū)動短路跳閘功能實現(xiàn)?’人機接口單元，用于人對裝置的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)，同時裝置給人以反饋信息；通信單元，用于實現(xiàn)防爆開關(guān)與上位機的通信并監(jiān)視和控制供電系統(tǒng)的運行；數(shù)據(jù)采集單元，實時數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理；外圍擴展電路單元，用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷、定時、存儲；所述中央處理單兀由DSP和單片機構(gòu)成，DSP分別與所述開關(guān)量輸入單兀、開關(guān)量輸出單兀和外圍擴展電路單元連接，單片機與所述人機接口單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用高壓開關(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CAN通信單元與上位機實現(xiàn)通信；所述單片機通過RS-485通信單元與上位機實現(xiàn)通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述DSP和單片機通過串行通信實現(xiàn)信息交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述DSP為STM32F103。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述單片機為P89C61X2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的礦用高壓開關(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，用于模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號； 信號調(diào)理電路，用于模擬信號的調(diào)節(jié)，除去超過范圍的高頻分量； 其中信號調(diào)理電路采用RC無源低通濾波器將處理后信號送入采用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所述的礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述人機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所述的礦用高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于:所述外圍擴展電路單元，包括看門狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM時鐘模塊DS1644、程序存儲器AT49F1025以及晶振模塊。
【文檔編號】H02H7/22GK103715666SQ201310712185
【公開日】2014年4月9日 申請日期: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 申請人:柳州騰龍煤電科技股份有限公司