CN103595117B - 一种井下ups电源管理监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井下UPS电源管理监测系统，属于煤矿井下安全技术领域。所述系统包括多个UPS电源、显示终端和红外遥控器，每个UPS电源彼此互相通过CAN总线串联成闭环电路结构，显示终端与多个UPS电源中的任意一个UPS电源通过CAN总线电连接，红外遥控器通过红外线与每个UPS电源无线连接，每个UPS电源的直流输出端彼此互相连接。本发明采用多个UPS电源并行连接的方式，以及通过环网CAN总线控制每个UPS电源的通断，简化了供电系统的电路结构，提高了UPS电源系统的可靠性和供电稳定性，实现了对生命保障系统和监控设备的不间断供电。

Description

一种井下UPS电源管理监测系统
技术领域
本发明涉及煤矿井下安全技术领域，特别涉及一种井下UPS电源管理监测系统。
背景技术
随着国家对煤矿安全的治理，煤矿安全有着大幅度的提高，但煤矿井下各种各样的灾害、事故依然存在，形势还很严峻。“以人为本”是当今社会的普遍共识，在发生事故、矿难的情况下人的自救和社会援救都是矿山应急救援的工作重点。救护装备中的救生舱或避难硐室是井下避险系统重点推广的装备设施。在事故、灾变发生地及波及地区由于损毁或根据需要切断交流电源，为了保障救生舱或避难硐室的生命保障设备正常、高效运行，需要对救生舱或避难硐室所使用的UPS备用电源进行有效的管理、电能综合配给，并对影响设备使用和安全的主要参数电池电极温度（T）、充电电流（II）、电池剩余电量（SOC）、工作状态、输出电流（IO）进行监测管理，从而确保电源管理监测装置在低功耗模式下稳定、可靠的连续工作120小时，以使被困人员获得更大的生存时间，等待救援人员的施救。
目前，煤矿井下使用的UPS备用电源多为单体独立工作电源箱，通过简单的并联组合或集散式组合，构建成集中供电的不间断电源箱组进行应用。但是，单体独立工作电源箱受到煤矿安标电量的限制，无法长时间用于应急避险中的较大功率用电设备，同时单体独立工作电源箱供电中一旦电源箱内部部件损坏，受煤矿特殊环境限制可能整套设备无法使用，安全系数较低；通过简单并联的电源在本易发生事故的场所使用，存在极大的安全隐患，且井下布线较为复杂；通过集散式控制多路电源箱，一方面本身就增加了用电设备，同时一旦主控制单元损坏，整组电源箱可能都不能使用，也存在着安全系数低的问题。
发明内容
为了解决煤矿井下使用的UPS备用电源安全系数低、井下布线复杂、以及无法长时间应用在大功率设备上等问题，本发明提供了一种井下UPS电源管理监测系统，包括多个UPS电源、显示终端和红外遥控器，每个UPS电源彼此互相通过CAN总线串联成闭环电路结构，所述显示终端与所述多个UPS电源中的任意一个UPS电源通过CAN总线电连接，所述红外遥控器通过红外线与每个UPS电源无线连接，每个UPS电源的直流输出端彼此互相连接。
所述每个UPS电源包括单片机、显示器、传感器、充放电控制电路、电池容量自检电路和电池组；所述单片机分别与传感器、显示器、充放电控制电路和电池容量自检电路电连接；所述电池组分别与电池容量自检电路、充放电控制电路和传感器电连接。
所述电池组由多个锂离子电池串联构成。
所述每个UPS电源上均设置有1个CAN总线接口。
本发明采用多个UPS电源并行连接的方式，以及通过环网CAN总线控制每个UPS电源的通断，简化了供电系统的电路结构，提高了UPS电源系统的可靠性和供电稳定性，实现了对救生舱（或避难硐室）和监控设备的不间断供电，保证了生命保障系统和监控设备的不间断运行；同时，还可以对每个UPS电源的剩余电量、输出电流、电池组之间的平衡情况、设备运行状态等信息进行显示，以及对电池电极温度异常、电池组电压异常报警和过流保护功能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的井下UPS电源管理监测系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种井下UPS电源管理监测系统，该系统为井下救生舱或避难硐室的生命保障系统和井下各种监控设备提供后备电源。该系统包括N个UPS电源（N是大于1的自然数）、显示终端101和红外遥控器102。其中，每个UPS电源彼此互相通过CAN总线串联，形成一个闭环电路结构；显示终端101通过CAN总线与N个UPS电源中的任意一个UPS电源电连接，用于显示CAN总线上承载的各种状态信息，本实施例中显示终端101是通过CAN总线与UPS电源1电连接；红外遥控器102通过红外线与每个UPS电源无线连接；每个UPS电源的直流输出端彼此互相连接，形成一种星形电路连接结构。在实际应用中，显示终端101通常安装在地面之上的控制室中，可以选用工业用计算机、工业用上位机等作为显示终端。
在本实施例中，每个UPS电源上均设置有1个CAN总线接口通过CAN总线接口与CAN总线电连接（应注意，图1中所示的每个单片机两侧的CAN数据总线均是从单片机自身上的1个CAN总线接口引出，图中仅是为了更加清楚地体现出UPS电源彼此相互串联的关系，而并不表示单片机上设置有2个CAN总线接口），从而实现N个UPS电源的闭环串联。在本实施例中，每个UPS电源包括单片机104、显示器103、传感器107、充放电控制电路106、电池容量自检电路105和电池组108；其中，单片机104分别与传感器107、显示器103、充放电控制电路106和电池容量自检电路105电连接，电池组108分别与电池容量自检电路105、充放电控制电路106和传感器107电连接。传感器107，用于检测电池组108的平衡情况、UPS电源设备状态及电池电极温度等信息，并将这些信息传输到单片机104。电池容量自检电路105，用于检测电池组108的剩余电量信息，并将剩余电量信息传输到单片机104。充放电控制电路106，用于检测电池组108的充电电流和输出电流信息，将这些信息传输到单片机104，并在单片机104的控制下，接通或断开充放电控制电路，实现对电池组的充电或放电控制。单片机104，用于对传感器107、充放电控制电路106和电池容量自检电路105获得的各种状态信息进行分析及处理，并根据状态信息的分析处理结果，控制电池组108的充电或放电；同时，单片机104还将获得的各种状态信息通过CAN总线传输到地面之上的显示终端101，以使调度中心人员能实时了解每个UPS电源的剩余电量、输出电流、充电电流、电池电极温度、电池组平衡情况和设备状态等信息，便于平时维护、对故障及时检修，并在遇险情况下使地面对井下救生舱或避难硐室的可持续生命保障能力有详细的了解。显示器103可以是液晶显示器、CRT显示器或等离子显示器等，用于显示单片机104获得的各种状态信息；在实际应用中，考虑到煤矿井下空间狭小，应采用小型化的显示器，并且通过红外遥控器102实现显示器页面的翻页控制。根据现有煤矿相关规定，避险用备用电池组的最大容量为60Ah，本实施例的电池组108由8个锂离子电池串联构成，每个锂离子电池的容量是60Ah，以便提供最大的电池容量和输出电压；另外，还可以根据救生舱或避难硐室，以及监控设备的实际供电需要，选择6或4个容量为60Ah的锂离子电池构成电池组，本实施例不限制电池组中的锂离子电池的数量和容量，只要满足相关技术要求和符合井下安全标准即可。
在实验过程中，采用20个UPS电源及CAN总线组成环网的UPS电源管理监测系统，并将该系统配接到四路救生舱及二十路监控设备上，经过实验测试，可连续供电120小时，而且当任一个UPS电源损坏时，救生舱内的生命保障系统和监控设备都能够正常的运行，从而最大限度地保证了井下避险人员的生命安全。另外，在UPS电源处于备用状态时，还可以通过CAN总线对每个UPS电源进行每月一次的循环自检，确保UPS电源设备的可靠。
本发明实施例提供的UPS电源管理监测系统采用CAN总线环网式控制，确保了任一UPS电源损坏都不会影响整个UPS电源管理监测系统的使用，提高了整个后备电源系统的安全系数，并可以根据每个UPS电源的自身电量及输出对象的变换，由单片机控制自动切换到其他的UPS电源，实现了整个UPS电源管理监测系统的智能控制，从而在灾变环境下，能够更加有效地分配设备用电，提高了整个井下生命保障系统和其他用电设备的使用时间，最大限度地增加了灾变后遇险人员生命保障的可靠性。
本发明实施例采用多个UPS电源并行连接的方式，以及通过环网CAN总线控制每个UPS电源的通断，实现了对救生舱（或避难硐室）和监控设备的不间断供电，保证了生命保障系统和监控设备的不间断运行；同时，还可以对每个UPS电源的剩余电量、输出电流、电池组之间的平衡情况、设备运行状态等信息进行显示，以及对电池电极温度异常、电池组电压异常报警和过流保护功能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种井下UPS电源管理监测系统，包括多个UPS电源、显示终端和红外遥控器，其特征在于，每个UPS电源彼此互相通过CAN总线串联成闭环电路结构，所述显示终端与所述多个UPS电源中的任意一个UPS电源通过CAN总线电连接，所述红外遥控器通过红外线与每个UPS电源无线连接，每个UPS电源的直流输出端彼此互相连接；所述每个UPS电源上均设置有1个CAN总线接口；所述多个UPS电源及所述CAN总线组成环网，使得所述井下UPS电源管理监测系统能采用CAN总线环网式控制；所述每个UPS电源包括单片机、显示器、传感器、充放电控制电路、电池容量自检电路和电池组；所述单片机分别与传感器、显示器、充放电控制电路和电池容量自检电路电连接；所述电池组分别与电池容量自检电路、充放电控制电路和传感器电连接；所述电池组由多个锂离子电池串联构成。
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