專利名稱：負(fù)載控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及負(fù)載控制模塊，特別是涉及用于控制將功率源與遠(yuǎn)地電氣負(fù)載連接起來的開關(guān)傳動(dòng)裝置的負(fù)載控制模塊。
研制本發(fā)明的主要用途是用于地下采掘環(huán)境，因此下面對(duì)其的描述涉及這類應(yīng)用。但將會(huì)看到的是，本發(fā)明并不局限于上述特殊的領(lǐng)域，而是適合于向諸如采掘和地面作業(yè)用的電動(dòng)機(jī)、變壓器等大多數(shù)以電力為動(dòng)力的設(shè)備提供負(fù)載控制。
背景技術(shù)：
迄今為止，已有諸如電動(dòng)機(jī)和變壓器之類的大功率電氣設(shè)備經(jīng)過開關(guān)傳動(dòng)裝置與功率源相連。這種開關(guān)傳動(dòng)裝置通常為一臺(tái)特定的設(shè)備而設(shè)置從而在某些預(yù)先確定的負(fù)載特性發(fā)生相當(dāng)?shù)淖兓瘯r(shí)切斷功率源以避免其對(duì)設(shè)備或人身造成的危害。任何設(shè)置或調(diào)節(jié)都必須人工完成，但由于操作者的疲勞或疏忽，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的調(diào)節(jié)。
對(duì)于地下采掘應(yīng)用，比較好的做法是將開關(guān)傳動(dòng)裝置放置在保護(hù)性外罩內(nèi)以確保開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的火花不會(huì)點(diǎn)燃可能存在的易燃?xì)怏w(如甲烷，沼氣)。外罩包括由厚鋼板構(gòu)成并可通過帶門的開孔進(jìn)出的罩殼。這種門的外沿一般靠多個(gè)相隔一定距離的螺栓固定在鄰近的罩殼上。因此，為了設(shè)置或調(diào)節(jié)一臺(tái)特定的設(shè)備的開關(guān)傳動(dòng)裝置，首先需要去除螺栓來打開鋼門，然后設(shè)定開關(guān)傳動(dòng)裝置，接著再把門換上。在這些步序結(jié)束后，還應(yīng)進(jìn)行測(cè)試以保證操作的安全。如果開關(guān)傳動(dòng)裝置設(shè)置得不對(duì)，則必須重復(fù)這樣的過程。因此，任何重新配置都是一件耗時(shí)費(fèi)力的工作。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)(至少在其較佳的實(shí)施例中)就是克服或基本上消除現(xiàn)有技術(shù)的一些不足。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供了一種用于控制將功率源與遠(yuǎn)地電氣負(fù)載連接起來的開關(guān)傳動(dòng)裝置的負(fù)載控制模塊，該模塊包括與負(fù)載相連的用來提供指示負(fù)載預(yù)先確定的運(yùn)行參數(shù)的第一信號(hào)的傳感器單元；以及用來接收所述第一信號(hào)并向開關(guān)傳動(dòng)裝置有選擇地提供第二信號(hào)以在所述負(fù)載與所述參數(shù)發(fā)生偏差時(shí)使負(fù)載與功率源隔絕的控制器。
比較好的做法是將開關(guān)傳動(dòng)裝置和控制器放在保護(hù)性外罩內(nèi)而將傳感器單元和負(fù)載放于遠(yuǎn)離外罩的地方。
還有比較好的做法是使傳感器單元周期性地提供指示預(yù)先確定的負(fù)載情況的第三信號(hào)。更好的做法是使傳感器單元在控制器需要時(shí)提供第三信號(hào)。
在較佳實(shí)施方式中，控制器和傳感器單元經(jīng)一條同時(shí)還向傳感器單元提供電源的通信鏈路進(jìn)行通信。更佳的實(shí)施方式是，開關(guān)傳動(dòng)裝置通過合適的電纜線將功率源與負(fù)載連接起來，其中，電纜線包括通信鏈路。
附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)借助附圖，通過實(shí)例來描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。


圖1為按照本發(fā)明的控制模塊的示意圖。
實(shí)施發(fā)明的較佳方式由圖1可見(圖中尺寸未按比例畫出)，負(fù)載控制模塊1對(duì)將交流功率源3連接到遠(yuǎn)地負(fù)載4(可以是電動(dòng)機(jī)、變壓器、任何其它的電氣設(shè)備或多臺(tái)這樣的設(shè)備)的開關(guān)傳動(dòng)裝置2進(jìn)行控制。模塊1包括安裝在負(fù)載4上用于提供指示負(fù)載預(yù)先確定的運(yùn)行參數(shù)的第一信號(hào)的傳感器單元9。放置在開關(guān)傳動(dòng)裝置2邊上的控制器10接收第一信號(hào)并向開關(guān)傳動(dòng)裝置有選擇地提供第二信號(hào)以在負(fù)載與運(yùn)行參數(shù)發(fā)生偏差時(shí)使負(fù)載4與功率源3隔絕。
功率源3通過適合于所需的電流和電壓負(fù)載的電源總線11與開關(guān)傳動(dòng)裝置2連接。同樣，開關(guān)傳動(dòng)裝置2根據(jù)需要，通過單相或多相電纜線12與負(fù)載4連接。
開關(guān)傳動(dòng)裝置2一般配置成將總線11與電纜線12電氣連接以向負(fù)載4提供電力。本實(shí)施例中的開關(guān)傳動(dòng)裝置2包括主和副接觸器，但是也可以采用開關(guān)、觸發(fā)裝置或其它電路斷路器等。這兩種接觸器都對(duì)各自的繼電器依次作出響應(yīng)，而繼電器又對(duì)控制器10提供的信號(hào)依次作出響應(yīng)。還將看到尤其是在大功率應(yīng)用領(lǐng)域，也可以使用油開關(guān)、空氣開關(guān)或其它電路斷路器。
在本實(shí)施例中，控制器10包含在235mm×105mm×180mm的箱體內(nèi)，而開關(guān)傳動(dòng)裝置2位于圖中用虛線框出的保護(hù)性外罩20內(nèi)。比較好的做法是用足以抵御爆炸和失火破壞的鋼板做成箱體。這一點(diǎn)對(duì)于有可能發(fā)生爆炸的地下采掘應(yīng)用來說尤為重要。
控制器10由絕對(duì)可靠的變壓器(額定功率為18VA，并具有110V的初級(jí)/二組的18V次級(jí))供電。該變壓器必須分開來安裝。
傳感器單元9和控制器10通過在電纜線12的絕緣外層內(nèi)延伸的電纜線21進(jìn)行通信。比較好的做法是，電纜線21由一條既用于通信又用于單元9的供電的導(dǎo)線構(gòu)成。
控制器包括配置為用于110交流控制系統(tǒng)的輸入和輸出。更好的做法是，輸出22采用繼電器觸點(diǎn)并且額定的最大持續(xù)電流為5安培。比較好的做法是使多個(gè)指示輸出端(未畫出)適合于諸如LED和PLC輸入之類的24V直流系統(tǒng)。這些指示輸出最好是采用光隔離器來進(jìn)行開關(guān)。
本實(shí)施例中的控制器包括六塊支持各種硬件的印刷電路板25、26、27、28、29和30。主板25通過有極性扁帶連接器或尺寸各異的導(dǎo)線與其它各板連接從而確保正確連接。所有這些板上的印刷布線都特地設(shè)計(jì)為能提供合適的電流密度并且同時(shí)使相鄰布線之間留出足夠的電壓余隙。將會(huì)看到的是，為了確保失效時(shí)的安全操作，一些布線被地線隔離。
主板25支持要求傳感器單元9提供預(yù)先確定的信號(hào)的中央處理器(未畫出)。一旦獲得這些信號(hào)，接下來就對(duì)其進(jìn)行處理以向電路板26、27、28、29和30提供信息。其中，電路板26支持用于LCD顯示器的驅(qū)動(dòng)器、任何附加的非易失存儲(chǔ)器和RS—232通信鏈路(如果需要)。即，中央處理器獲得的數(shù)據(jù)可以直接顯示和/或與遠(yuǎn)地顯示器通信。本發(fā)明的這個(gè)特點(diǎn)便于中央監(jiān)視多個(gè)這樣的控制器并且可以使崗位上的工作人員獲取相關(guān)的信息來測(cè)試和/或確定負(fù)載參數(shù)的狀態(tài)?？梢垣@得和/或顯示的參數(shù)，例如有過載、短路、單相、欠電流、鎖定轉(zhuǎn)子、接地漏電、凝結(jié)接觸器/失去真空等。
電路板27包含驅(qū)動(dòng)LCD圖形屏幕所需的驅(qū)動(dòng)器。電路板28包含附加的報(bào)警或狀態(tài)指示器、復(fù)位按鈕和測(cè)試按鈕。電路板29是一個(gè)從電流變壓器輸入到電路板26的通過連接。需要該電路板來確保輸入在發(fā)生故障時(shí)絕對(duì)可靠。余下的電路板30包含的部件保證單元在切斷電源后至少兩秒之內(nèi)仍處于運(yùn)行狀態(tài)以避免發(fā)生觸發(fā)性故障。
傳感器單元9通常放于尺寸一般約為170mm×27mm×70mm的箱體內(nèi)并安裝在負(fù)載上或負(fù)載外罩內(nèi)(如果情況允許)。傳感器單元包含一個(gè)本地處理器，當(dāng)電路板25上的中央處理器發(fā)出指令時(shí)，它將從一個(gè)或多個(gè)傳感器或者有關(guān)的存儲(chǔ)器獲得所需的數(shù)據(jù)。中央處理器輸送的指令信號(hào)和遠(yuǎn)地處理器提供的數(shù)據(jù)都通過電纜線21提供的一條通信鏈路運(yùn)載。此外，這條電纜線還擔(dān)負(fù)起向傳感器單元9提供電源的作用。即，如果需要，則在半周內(nèi)向傳感器單元提供電源，而在另一個(gè)半周內(nèi)傳送信息。在其它實(shí)施例中可以采用不同的電力/通信協(xié)議。
向控制器10提供了指示負(fù)載電流的信號(hào)。對(duì)于直到大約450A范圍內(nèi)的電流，匝數(shù)比為1200/1的電流變壓器適合用來提供與控制器輸入兼容的信號(hào)。在這種結(jié)構(gòu)中，所有電流變壓器都采用公共接地的連接方式。最好的做法是，兩個(gè)變壓器向控制器10的相應(yīng)輸入提供各自的信號(hào)。
電流變壓器的次級(jí)電流引出的電壓落在能夠使所測(cè)量的相分為三段范圍的電阻/二極管負(fù)載網(wǎng)絡(luò)上。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，1歐姆、7歐姆和56歐姆的負(fù)載電阻串聯(lián)連接以給出1∶8∶64的測(cè)量范圍。落在兩個(gè)較大電阻上的電壓由背對(duì)背的二極管限定以避免負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中功率的過渡消耗。網(wǎng)絡(luò)能夠承受的最大持續(xù)電流約為2安培。但是對(duì)于持續(xù)時(shí)間不超過1秒的5安培電涌也是能夠承受的。
落在負(fù)載網(wǎng)絡(luò)上的電壓經(jīng)過R—C濾波器輸入至相應(yīng)的控制器10的輸入。因此，可以通過軟件操作整流和選擇范圍，這減少了所需硬件的數(shù)量和復(fù)雜性。
控制器10還設(shè)計(jì)成用來測(cè)試接地漏電。在其中一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所需的物理尺寸而定的匝數(shù)比為355/1或260/1的合適的接地漏電環(huán)向控制器提供電壓。如果對(duì)接地故障沒有限制，則環(huán)的次級(jí)端必須包含故障限定網(wǎng)絡(luò)。該環(huán)通過R—C濾波器與控制器10相連，并且如上所述，利用軟件實(shí)現(xiàn)整流。
傳感器單元9包括多個(gè)接收指示預(yù)先確定的負(fù)載參數(shù)(如溫度、接地連續(xù)性等)的信號(hào)的輸入。比較好的做法是，傳感器單元9還設(shè)計(jì)成用來測(cè)試負(fù)載是否失衡。合適的傳感器包括355/1或260/1的接地漏電環(huán)，它向合適的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)輸送電流。落在網(wǎng)絡(luò)上的電壓可以為傳感器單元9利用。這種布局使得控制器10在發(fā)生接地故障時(shí)能夠區(qū)分出負(fù)載故障和連接電纜線故障。
控制器10可直接或間接通過傳感器單元9獲得足夠的有關(guān)負(fù)載4初始和正常的運(yùn)行參數(shù)信息。這種系統(tǒng)使得可以響應(yīng)諸如過載、短路、單相、欠電流、鎖定轉(zhuǎn)子、接地漏電、凝結(jié)接觸器/失去真空、接地故障閉鎖、接地連續(xù)性以及溫度變動(dòng)之類條件的變化而控制開關(guān)傳動(dòng)裝置2。
模塊1的設(shè)計(jì)有利于自動(dòng)或根據(jù)操作者的需要顯示關(guān)于負(fù)載狀態(tài)的有用信息。
開機(jī)時(shí)控制器10執(zhí)行的自檢程序包括檢查RAM存儲(chǔ)器；檢查外部設(shè)備(如果有)；確保輸出繼電器是斷電的；以及向電流變壓器和接地漏電測(cè)試?yán)^電器充電和檢查所有的電流傳感輸入。
在這些測(cè)試結(jié)束后，控制器將與傳感器單元9進(jìn)行通信。如果控制器檢測(cè)到開路或高阻，則激勵(lì)相應(yīng)的LED來指示傳感器單元失效。但是控制器10將繼續(xù)檢查與傳感器單元的連接。
當(dāng)檢測(cè)到有效的連接時(shí)，控制器10在電纜線21上保持預(yù)先確定的電壓。比較好的是，電壓設(shè)置為最大負(fù)電壓，其保持時(shí)間足夠長(zhǎng)，從而能向傳感器單元9輸送功率。在其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)把施加的負(fù)電壓拉向接地而產(chǎn)生足夠的功率儲(chǔ)備時(shí)，傳感器單元將通知控制器。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，傳感器單元9發(fā)送一串行的編碼報(bào)文，它由8個(gè)以上的數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和2個(gè)停止位組成。比較好的做法是，該報(bào)文將有關(guān)經(jīng)開關(guān)傳動(dòng)裝置2供電的特定電氣負(fù)載的信息中繼給控制器10。例如，如果負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，則報(bào)文可以傳送電動(dòng)機(jī)的功率要求和它的初始特性。
在預(yù)先確定的時(shí)間間隔內(nèi)沒有接收到編碼報(bào)文，控制器10則采用過電流設(shè)置。傳感器單元接下來應(yīng)提供與這些設(shè)置相一致的報(bào)文，控制模塊1則準(zhǔn)備控制并監(jiān)視著開關(guān)傳動(dòng)裝置2。但是如果從傳感器單元9接收的報(bào)文與控制器提供的設(shè)置不符，則激勵(lì)報(bào)警LED。隨后操作者必須檢查這些設(shè)置是否適用于負(fù)載。由控制器推薦的設(shè)置顯示在LCD顯示器上或用相應(yīng)的LED表示。如果需要，可以按下復(fù)位鈕，而控制器則將采用傳感器單元9提供的過載設(shè)置。
電源沒有向負(fù)載供電時(shí)，控制器監(jiān)視各種接地故障或凝結(jié)接觸點(diǎn)器狀態(tài)。而且，控制器還要求監(jiān)視例如繞組線圈溫度的傳感器單元9提供信息。
電源向負(fù)載供電期間，控制器監(jiān)視電流變壓器以檢測(cè)各種過載或接地漏電。采用開關(guān)放大器放大落在負(fù)載網(wǎng)絡(luò)上的交流電壓并移動(dòng)其電平。隨后，在與已經(jīng)設(shè)定的過載設(shè)置進(jìn)行比較之前，如上所述，控制器10軟件整流和平均信號(hào)?？刂破鬟€周期性地要求傳感器單元9提供指示繞組線圈或其它有關(guān)溫度的信號(hào)以避免產(chǎn)生過熱。
傳感器單元9和控制器10都設(shè)計(jì)成可以接收模擬和數(shù)字信號(hào)。但是，為了提供足夠快的操作速度，這些裝置都必須能在1毫秒內(nèi)產(chǎn)生為接下來的判斷所用的所有輸入。由于最終的信號(hào)在一些環(huán)境下必須進(jìn)行比較、平均等，所以如果在某種程度上涉及到模擬信號(hào)，就需要在合理的處理速度范圍內(nèi)提供快速的模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器。比較好的做法是，任何端口服務(wù)和其它內(nèi)務(wù)處理功能也要在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)完成。
如上所述，比較好的做法是使控制器10的輸出驅(qū)動(dòng)繼電器。測(cè)試?yán)^電器由集電極斷開的具有較高額定電流、電壓和增益的晶體管作開關(guān)以提高安全因子。向開關(guān)傳動(dòng)裝置提供信號(hào)的這個(gè)輸出還驅(qū)動(dòng)一個(gè)在正常運(yùn)行期間持續(xù)充電的繼電器。在需要將負(fù)載4與電源3隔絕時(shí)，控制器10將使繼電器處于非激活狀態(tài)。因此，如果控制器10失效，由于鎖定或其他措施，開關(guān)傳動(dòng)裝置將斷開。在本實(shí)施例中，控制器還包括在“通電”狀態(tài)下繼電器發(fā)生機(jī)械故障時(shí)提供信號(hào)的附加檢測(cè)裝置。
雖然模塊1包括一些緊急電源備用以應(yīng)付供電電壓的劇跌，但是這種存儲(chǔ)的能量在總電源切斷30秒內(nèi)將減少到安全的水平。
模塊1提供了用于開關(guān)傳動(dòng)裝置2的單個(gè)控制器。該模塊還可以在發(fā)生過載、短路和接地或電纜線故障時(shí)保護(hù)設(shè)備和工作人員。這種中央控制功能通過提供了有關(guān)負(fù)載的所需信息的遠(yuǎn)地傳感器來實(shí)現(xiàn)。因此，開關(guān)傳動(dòng)裝置2可以由控制器10安全地操作，不管供電的負(fù)載發(fā)生了什么情況。即，控制器10不具備保護(hù)繼電器的特性設(shè)置，但是可以與傳感器單元9進(jìn)行通信以獲得所需的保護(hù)信息從而設(shè)置每個(gè)特定負(fù)載上的保護(hù)繼電器。
一開始由控制器獲取諸如最大電流、起動(dòng)特性等之類的運(yùn)行參數(shù)。此后，控制器收集有關(guān)負(fù)載運(yùn)行和狀態(tài)的數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)既可以直接由控制器10獲取，又可以經(jīng)傳感器單元9間接獲取。根據(jù)數(shù)據(jù)來監(jiān)視負(fù)載。一旦獲取的數(shù)據(jù)與最初的參數(shù)不一致，負(fù)載就與功率源3電氣隔絕。
在本較佳實(shí)施例中，單條導(dǎo)線的通信電纜線21使得傳感器單元9可以在負(fù)半周內(nèi)供電而在正半周內(nèi)由控制器向單元9發(fā)送命令。如上所述，傳感器單元通過將負(fù)半周內(nèi)輸送的電源切換至接地與控制器10通信。
在一些實(shí)施例中，傳感器單元9包括至少一個(gè)數(shù)字輸入以使用于控制和/或監(jiān)督系統(tǒng)的遠(yuǎn)地輸入裝置能夠運(yùn)行。
雖然這里借助實(shí)例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說，對(duì)本發(fā)明還可提出其它多種形式的實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種用于控制將功率源與遠(yuǎn)地電氣負(fù)載連接起來的開關(guān)傳動(dòng)裝置的負(fù)載控制模塊，所述模塊包括與所述負(fù)載相連的用來提供指示所述負(fù)載預(yù)先確定的運(yùn)行參數(shù)的第一信號(hào)的傳感器單元；以及用來接收所述第一信號(hào)并向所述開關(guān)傳動(dòng)裝置有選擇地提供第二信號(hào)以在所述負(fù)載與所述參數(shù)發(fā)生偏差時(shí)使所述負(fù)載與所述功率源隔絕的控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的負(fù)載控制模塊，其特征在于，所述開關(guān)傳動(dòng)裝置和所述控制器位于保護(hù)性外罩內(nèi)而所述傳感器單元和所述負(fù)載位于遠(yuǎn)離所述外罩的地方。
3.如權(quán)利要求1或2所述的負(fù)載控制模塊，其特征在于，所述傳感器單元周期性地提供指示預(yù)先確定的負(fù)載情況的第三信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的負(fù)載控制模塊，其特征在于，所述傳感器單元在所述控制器需要時(shí)提供所述第三信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1—4中任意一項(xiàng)所述的負(fù)載控制模塊，其特征在于，所述控制器和所述傳感器單元經(jīng)一條同時(shí)還向所述傳感器單元提供電源的通信鏈路進(jìn)行通信。
6.如權(quán)利要求1—5中任意一項(xiàng)所述的負(fù)載控制模塊，其特征在于，所述開關(guān)傳動(dòng)裝置通過電力電纜線將有選擇地將所述功率源與所述負(fù)載連接起來，其中，所述電纜線包括通信鏈路。
7.如權(quán)利要求1—6中任意一項(xiàng)所述的負(fù)載控制模塊，其特征在于，所述控制器包括用來檢測(cè)接地漏電故障的裝置。
8.一種基本上與前面附圖所示相同的負(fù)載控制模塊。
全文摘要
一種用于控制將功率源與遠(yuǎn)地電氣負(fù)載連接起來的開關(guān)傳動(dòng)裝置的負(fù)載控制模塊，所述模塊包括與所述負(fù)載相連的用來提供指示所述負(fù)載預(yù)先確定的運(yùn)行參數(shù)的第一信號(hào)的傳感器單元；用來接收所述第一信號(hào)并向所述開關(guān)傳動(dòng)裝置有選擇地提供第二信號(hào)以在所述負(fù)載與所述參數(shù)發(fā)生偏差時(shí)使所述負(fù)載與所述功率源隔絕的控制器。
文檔編號(hào)H02J13/00GK1129999SQ94193165
公開日1996年8月28日 申請(qǐng)日期1994年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月24日
發(fā)明者G·M·格利菲斯, E·G·吉布斯, R·菲迪克, J·W·韋弗 申請(qǐng)人:金屬制造有限公司