CN103715666A - 矿用高压开关综合保护装置 - Google Patents

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陈金龙
伍轶斌
胡俊鑫
覃祖茂
谢燕武
伍正中
张利学
李勇
吴旻馨
马永丽
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LIUZHOU TENGLONG COAL-FIRED ELECTRICITY TECHNOLOGY Co Ltd
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LIUZHOU TENGLONG COAL-FIRED ELECTRICITY TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种矿用高压开关综合保护装置，包括中央处理单元，用于实现数据采集、计算、逻辑判断、定时、存储、人机通话；开关量输入单元，用于开关状态及断路器的分、合闸状态的采集；开关量输出单元，用于控制继电器动作，驱动短路跳闸功能实现；人机接口单元，用于人对装置的状态进行干预，同时装置给人以反馈信息；通信单元，用于实现防爆开关与上位机的通信并监视和控制供电系统的运行；数据采集单元，实时数据的采集及预处理；所述中央处理单元由DSP和单片机构成，DSP分别与所述开关量输入单元、开关量输出单元连接，单片机与所述人机接口单元连接。本发明解决了传统装置计算速度慢、计算精度低和保护功能不完善的问题。

Description

矿用高压开关综合保护装置
技术领域
本发明属于地质勘探领域，具体是一种矿用高压开关综合保护装置。
背景技术
随着煤矿现代化程度的不断提高和井下高压供电距离的增加,对煤矿井下供电系统可靠性!安全性和连续性的要求越来越高；同时,由于煤矿井下工作环境恶劣,负荷波动大,工况很不稳定,瓦斯煤尘积聚、滴水冒顶事故等会使电气设备绝缘强度逐渐降低，同时由于操作人员维护不当或操作错误、输电线路的导线断裂等原因,经常会出现漏电及单相接地故障"接地故障若不及时排除,电网各相线会运行在线电压下,长期运行将导致绝缘击穿,甚至发生三相或两相短路事故，单相接地、相间短路故障发生时产生的电弧能量会引起瓦斯、煤尘爆炸,直接危及人身安全和矿井生产，为了避免事故的发生,保障人身安全,有效减小事故范围,研究高性能的高压防爆开关综合保护系统具有重要的现实意义和重大的经济价值。
高压开关综合保护器是我国煤矿井下供电系统最为关键的配电设备,基于多处理器技术和现场总线技术的高压开关智能综合保护系统,不仅具有完善的保护和控制功能,而且具有液晶汉字显示、运行数据查询、故障记录翻查和联网通讯等功能。它的推广和应用不但可以提高我国煤矿配电设备的智能化水平,保障人员和设备的安全,而且可以组网实现远程操作,为矿井供电的无人化打下基础。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种矿用高压开关综合保护装置，以解决传统装置计算速度慢、计算精度低和保护功能不完善的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种矿用高压开关综合保护装置，包括中央处理单元，用于实现数据采集、计算、逻辑判断、定时、存储、人机通话；开关量输入单元，用于开关状态及断路器的分、合闸状态的采集；开关量输出单元，用于控制继电器动作，驱动短路跳闸功能实现；人机接口单元，用于人对装置的状态进行干预，同时装置给人以反馈信息；通信单元，用于实现防爆开关与上位机的通信并监视和控制供电系统的运行；数据采集单元，实时数据的采集及预处理；外围扩展电路单元，用于对数据进行逻辑判断、定时、存储；所述中央处理单元由DSP和单片机构成，DSP分别与所述开关量输入单元、开关量输出单元和外围扩展电路单元连接，单片机与所述人机接口单元连接。
作为进一步说明，以上所述通信单元包括CAN通信单元和RS-485信单元，所述DSP通过CAN通信单元与上位机实现通信；所述单片机通过RS-485信单元与上位机实现通信。
作为进一步说明，以上所述DSP和单片机通过串行通信实现信息交换。
作为进一步说明，以上所述DSP为STM32F103。
作为进一步说明，以上所述单片机为P89C61X2。主要负责人机对话，处理红外遥控操作、人机对话、液晶显示、与上位机通信等实时性要求不高的系统任务，选用PHILIPS公司的P89C61X2。P89C6lXZ内部包括1024字节RAM，32路I/O输入输出通道，3个16位定时器,内嵌6源4优先级中断以及内部时钟振荡器。
作为进一步说明，以上所述数据采集单元包括：
数模转换单元，用于模拟信号转化成数字信号；
信号调理电路，用于模拟信号的调节，除去超过范围的高频分量；
其中信号调理电路采用RC无源低通滤波器将处理后信号送入采用2片16位A/D
转换芯片的数模转换单元。
作为进一步说明，以上所述人机接口单元包括按键输入单元、液晶显示单元和红外接收单元。
作为进一步说明，以上所述外围扩展电路单元，包括看门狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM时钟模块DS1644、程序存储器AT49F1025以及晶振模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、由于装置实时性的要求很高,功能配置也较多,所以为了分担主CPU的负担,增加了一块单片机作为从CPU负责人机对话、液晶显示、与上位机通信等实时性要求不高的系统任务。此DSP和单片机的双CPU结构,克服了传统装置计算速度慢、计算精度低和保护功能不完善的缺点,充分发挥了双CPU结构并行工作、分工合作的优点以及DSP芯片运算速度快、擅长数字信号处理的优点,既满足继电保护速动性、选择性和可靠性的要求,同时又实现了实时测量的高精度。
2、本发明系统选用的S TM32F103芯片是一款基于Cortex—M3核心的32位ARM微控制器，它不仅简化了系统的硬件设计，而且有支持睡眠、停机和待机3种省电模式，为系统的低功耗、本质安全性设计提供了保障。
附图说明
图1是本发明电路原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。
实施例：
一种矿用高压开关综合保护装置，包括中央处理单元，用于实现数据采集、计算、逻辑判断、定时、存储、人机通话；开关量输入单元，用于开关状态及断路器的分、合闸状态的采集；开关量输出单元，用于控制继电器动作，驱动短路跳闸功能实现；人机接口单元，用于人对装置的状态进行干预，同时装置给人以反馈信息；通信单元，用于实现防爆开关与上位机的通信并监视和控制供电系统的运行；数据采集单元，实时数据的采集及预处理；外围扩展电路单元，用于对数据进行逻辑判断、定时、存储；中央处理单元由DSP（ STM32F103）和单片机（P89C61X2）构成，DSP（ STM32F103）分别与开关量输入单元、开关量和外围扩展电路单元输出单元连接，单片机（P89C61X2）与人机接口单元连接。
通信单元包括CAN通信单元和RS-485信单元，DSP（ STM32F103）通过CAN通信单元与上位机实现通信；单片机（P89C61X2）通过RS-485信单元与上位机实现通信。DSP和单片机通过串行通信实现信息交换。
数据采集单元包括：
数模转换单元，用于模拟信号转化成数字信号；
信号调理电路，用于模拟信号的调节，除去超过范围的高频分量；
其中信号调理电路采用RC无源低通滤波器将处理后信号送入采用2片16位A/D
转换芯片的数模转换单元。
人机接口单元包括按键输入单元、液晶显示单元和红外接收单元。
外围扩展电路单元，包括看门狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM时钟模块DS1644、程序存储器AT49F1025以及晶振模块。
DSP作为主CPU控制模拟量的采集和计算、保护的判断、开关量的输入和输出。
单片机（P89C61X2）作为从CPU通过RS-485通信单元负责人机对话、液晶显示、与上位机通信等实时性要求不高的系统任务。
其中数据采集模块包括信号调理电路及数模转换单元，交流信号分别经过电压互感器或电流互感器引入信号调理电路，之后送入数模转换单元经过A/D转换处理成单片机可识别的数字信号。由DSP进行数据处理后驱动开关量输入模块、开关量输出模块采用光电耦合器件驱动继电器完成跳闸及警报功能。同时DSP通过串行通信将数据传入单片机，单片机驱动人机接口模块的LCD显示器及功能按键正常工作。

Claims (8)

1.一种矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：包括中央处理单元，用于实现数据采集、计算、逻辑判断、定时、存储、人机通话；开关量输入单元，用于开关状态及断路器的分、合闸状态的采集；开关量输出单元，用于控制继电器动作，驱动短路跳闸功能实现；人机接口单元，用于人对装置的状态进行干预，同时装置给人以反馈信息；通信单元，用于实现防爆开关与上位机的通信并监视和控制供电系统的运行；数据采集单元，实时数据的采集及预处理；外围扩展电路单元，用于对数据进行逻辑判断、定时、存储；所述中央处理单元由DSP和单片机构成，DSP分别与所述开关量输入单元、开关量输出单元和外围扩展电路单元连接，单片机与所述人机接口单元连接。
2.根据权利要求1所述的矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：所述通信单元包括CAN通信单元和RS-485通信单元，所述DSP通过CAN通信单元与上位机实现通信；所述单片机通过RS-485通信单元与上位机实现通信。
3.根据权利要求1所述的矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：所述DSP和单片机通过串行通信实现信息交换。
4.根据权利要求1所述的矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：所述DSP为STM32F103。
5.根据权利要求1所述的矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：所述单片机为P89C61X2。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：所述数据采集单元包括：
数模转换单元，用于模拟信号转化成数字信号；
信号调理电路，用于模拟信号的调节，除去超过范围的高频分量；
其中信号调理电路采用RC无源低通滤波器将处理后信号送入采用2片16位A/D
转换芯片的数模转换单元。
7.根据权利要求6所述的矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：所述人机接口单元包括按键输入单元、液晶显示单元和红外接收单元。
8.根据权利要求6所述的矿用高压开关综合保护装置，其特征在于：所述外围扩展电路单元，包括看门狗MAX705、存放整定值的NVS-RAM时钟模块DS1644、程序存储器AT49F1025以及晶振模块。
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