CN111682505B - 可编程控制电机保护器及矿井井下绞车调度系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可编程控制电机保护器，包括电源模块、显示模块、IO模块及CPU主控板；所述CPU主控板包括采样单元、逻辑控制单元、扩展通讯接口，所述逻辑控制单元获取所述显示模块提供的电机保护设定参数、采样单元提供的系统电压、电流、漏电电阻数据、及光耦隔离输入单元提供的外部控制开关量信号，并根据预先输入的逻辑控制程序输出电机保护控制信号和系统逻辑控制信号，进而实现电机保护控制和系统逻辑控制。本发明提供的可编程控制电机保护器，在原有电机保护器基础上增加了对多台电机或其他执行设备协同工作的逻辑控制功能，降低了因额外增加控制器的成本。基于所述可编程控制电机保护器，本发明还提供一种矿井井下绞车调度系统和方法。

Description

可编程控制电机保护器及矿井井下绞车调度系统和方法

技术领域

本发明涉及电机保护器技术领域，具体涉及一种可编程控制电机保护器及应用该可编程控制电机保护器的矿井井下绞车调度系统和方法。

背景技术

电动机保护器的作用是对电机进行保护控制，在电机发生过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热等情况下，断开电机主回路电路以实现保护的目的、绕组老化予以报警或保护控制。

现有技术中，电机保护器主要是通过电流互感器、变压器等转换设备读取电机的运行数据，单片机通过对采集数据的运算实现对电机的保护。由于各领域自动化程度越来越高，多电机、多设备协同工作的场景也日趋增多，现有的电机保护器无法实现多机的协同工作，需要额外增加控制器才能实现。增加控制器势必会增加成本，且使数据通讯繁琐。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种可编程控制电机保护器解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可编程控制电机保护器，在原有电机保护器基础上增加了对多台电机或其他执行设备协同工作的逻辑控制功能，降低了因额外增加控制器的成本。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种可编程控制电机保护器，包括电源模块、显示模块、IO模块及CPU主控板，所述电源模块为所述IO模块和CPU主控板提供电源；

所述CPU主控板包括用于采集系统电压、电流、漏电电阻数据的采样单元、与所述采样单元电连接且可编程的逻辑控制单元、与所述逻辑控制单元电连接的扩展通讯接口，所述逻辑控制单元与所述显示模块和IO模块电连接；

所述显示模块包括用于显示所述逻辑控制单元发送的实时监测数据的显示单元、用于输入电机保护设定参数的参数输入单元；

所述IO模块包括用于收集外部控制开关量信号并与所述逻辑控制单元电连接的光耦隔离输入单元、与所述逻辑控制单元电连接用于输出电机保护控制信号和系统逻辑控制信号的输出单元；

所述逻辑控制单元获取所述显示模块提供的电机保护设定参数、所述采样单元提供的系统电压、电流、漏电电阻数据、及所述光耦隔离输入单元提供的外部控制开关量信号，并根据预先输入的逻辑控制程序获得电机保护控制信号和系统逻辑控制信号，并传输至所述输出单元，进而实现电机保护控制和系统逻辑控制。

进一步地，所述采集单元为采样单片机，其型号为STC 8G1K08。

进一步地，所述逻辑控制单元为主控单片机，其型号为STC 8A8K64S4。

进一步地，所述外部控制开关量信号包括启停信号、反馈信号和行程信号。

进一步地，所述光耦隔离输入单元、所述逻辑控制单元及所述输出单元之间传输的数据信号为布尔量数据。

进一步地，所述IO模块还包括与上位机连接用于输出系统逻辑控制信号的控制通讯接口，所述控制通讯接口为RS485通讯接口。

进一步地，所述扩展通讯接口连接模拟量采样的扩展设备及开关量信号输入端口。

进一步地，所述电源模块由外接AC24V电源供电，并转换为直流电压后输出至所述IO模块和CPU主控板。

基于所述可编程控制电机保护器，本发明还提供一种矿井井下绞车调度系统和方法。

一种矿井井下绞车调度系统，包括刹车减速机、矿车、所述的可编程控制电机保护器、矿车首端行程开关、矿车中间行程开关、矿车尾端行程开关、刹车行程开关和电机运行按钮开关；

所述光耦隔离输入单元与所述矿车首端行程开关、矿车中间行程开关、矿车尾端行程开关、矿车行程开关、矿车运行按钮开关、以及所述刹车减速机的电机和刹车电连接，并将相应的开关量信号发送至所述逻辑控制单元；

所述采样单元用于采集所述电机的电压、电流、漏电电阻数据；

所述逻辑控制单元根据逻辑控制程序输出电机保护控制信号，以及电机和刹车的逻辑控制信号。

一种矿井惊吓绞车调度方法，应用所述矿井井下绞车调度系统，包括如下步骤：

当矿车处在首端位置时，按一次正转启动，刹车松开后电机启动，矿车到中间位置停车，到位后刹车闭合；按两次正转启动，刹车松开后电机启动，矿车到尾端位置停车，到位后刹车闭合，闭锁电机正转；

当矿车处在中间位置时，按一次正转启动，矿车运行到尾端；按一次反转启动，矿车运行到首端；

当矿车处在尾端位置时，按一次反转启动，刹车松开后电机启动，矿车到中间位置停车，到位后刹车闭合；按两次反转启动，刹车松开后电机启动，矿车到首端位置停车，到位后刹车闭合，闭锁电机反转。

与现有技术相比，本发明提供的可编程控制电机保护器，有益效果在于：

一、本发明提供的可编程控制电机保护器，在原有对电机进行保护控制的基础上，增加了对多台电机或其他执行设备协同工作的逻辑控制功能，降低了因额外增加控制器的成本。

二、本发明提供的可编程控制电机保护器，CPU主控板还包含与逻辑控制单元电连接的扩展通讯接口，可根据需要接入模拟量采样的扩展设备，从而可对多回路进行数据采集，实现对多路电机进行保护控制；同时也可以根据需要输入扩展开关量信号，使可编程控制电机保护器满足其他应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的可编程控制电机保护器的结构框图；

图2是本发明提供的矿井井下绞车调度系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，是本发明提供的可编程控制电机保护器的结构框图。本发明提供的可编程控制电机保护器100包括电源模块1、CPU主控板2、IO模块3、显示模块4。

其中，电源模块1为CPU主控板2、IO模块3及显示模块4提供电源，电源模块1由外接AC24V电源供电，且电源模块1将AC24V电源转换成直流电压后输出至CPU主控板2、IO模块3和显示模块4。具体的，输出的直流电压为DC12V、DC3V、DC5V中的一种，或者其它小于12V的直流电压。

CPU主控板2包括采样单元21、与采样单元21电连接的逻辑控制单元22、与逻辑控制单元22电连接的扩展通讯接口23、显示通讯接口24。

采样单元21用于采集电机运行时的电压、电流、漏电电阻等数据，并将数据发送至逻辑控制单元22。本实施例中，采样单元21为采样单片机，其型号为STC 8G1K08。

逻辑控制单元22为可编程逻辑控制单片机，其型号为STC 8A8K64S4。逻辑控制单元22为CPU主控板2的核心部分，在本发明中，不仅用于电机的保护控制，还根据预先输入的逻辑控制程序，对系统进行逻辑控制。

扩展通讯接口23用于连接模拟量采样的扩展设备及开关量信号输入端口，用于根据实际情况扩展电机保护器的功能。

显示通讯接口24用于显示模块4与逻辑控制单元22的通讯连接，以及逻辑控制单元22的逻辑控制程序输入。其中，输入逻辑控制程序时，采用蓝牙连接通讯。

IO模块3为输入输出模块，具体包括光耦隔离输入单元31和输出单元32，其中光耦隔离输入单元31用于收集外部控制开关量信号，并将采集的信号发送至逻辑控制单元22，输出单元32用于输出控制信号，实现电机保护控制和系统逻辑控制。其中光耦隔离输入单元31采集的外部控制开关量信号包括启停信号、行程信号以及反馈信号等，根据实际应用环境而确定具体采集的开关量信号。

本实施例中，光耦隔离输入单元31、逻辑控制单元22及信号输出单元32之间传输的数据信号为布尔量数据。

显示模块4与逻辑控制单元22通过显示通讯接口24通讯连接，其包括用于显示逻辑控制单元22发送的实时监测数据的显示单元41、以及用于输入电机保护设定参数的参数输入单元42。具体的，逻辑控制单元22发送的实时监测数据包括由采样单元21提供的系统电压、电流、漏电电阻等数据，对应地，参数输入单元42向逻辑控制单元22发送的电机保护设定参数包括额定电压、额定电流、临界电压等参数数据。

根据以上各模块的功能，逻辑控制单元22的工作原理是：

逻辑控制单元22将采样单元21提供的实时监测数据(包括电压、电流、漏电电阻等数据)与参数输入单元42提供的预设参数数据(额定电压、额定电流、临界电压等参数)进行比较，判断是否发生过载、短路、欠压或漏电等情况，并根据电机保护控制逻辑，输出电机保护控制信号，控制电机正常运行或断开主回路。当实时电压、电流、漏电电阻值处于设定范围内时，电机正常运转；当实时电压、电流、漏电电阻处于设定范围外时，电机主回路断开。

逻辑控制单元22根据光耦隔离输入单元31提供的外部控制开关量信号，并依据预先输入的系统逻辑控制程序，获得系统逻辑控制信号，并将该控制信号传输至出输出单元32，控制系统各部件按照设定逻辑程序工作。

为方便控制，本发明提供的IO模块3还可以包括与上位机连接用于输出逻辑控制信号的控制通讯接口33，增加了上位机进行逻辑控制的路径。优选地，控制通讯接口33为RS485通讯接口。

本发明提供的可编程控制电机保护器，可通过扩展通讯接口23，对多条回路进行数据采样，从而使逻辑控制单元22能对多台电机进行保护控制。与现有技术相比，一台电机保护器即可对多台电机进行保护控制，大大降低了成本。

以下通过具体应用对本发明提供的可编程逻辑控制电机保护器作进一步阐述。

请结合参阅图2，是本发明提供的矿井井下绞车调度系统的结构示意图。一种矿井井下绞车调度系统200包括可编程控制电机保护器100、刹车减速机201、矿车202、矿车首端行程开关203、矿车中间行程开关204、矿车尾端行程开关205、刹车行程开关206、电机运行按钮开关207。

其中刹车减速机201包括电机2011、刹车2012，刹车2012为电磁抱刹，电机2011通电时刹车2012也通电吸合，这时刹车2012对电机2011不制动，当电机2011断电时刹车2012断电，并在弹簧的作用下刹住电机，使电机2011快速停止工作。

电机运行按钮开关207包括正转、反转、停机操作按钮，可根据设定的控制逻辑、矿车的位置等信息按下相应的操作按钮。

可编程控制电机保护器100的结构及工作原理如上所述，在本实施例中，光耦隔离输入单元31与矿车首端行程开关203、矿车中间行程开关204、矿车尾端行程开关205、刹车行程开关206、电机运行按钮开关207、以及电机2011和刹车2012电连接，光耦隔离输入单元31采集的外部控制开关量信号包括矿车位置信号、电机启停信号、电机和刹车状态反馈信号，同时光耦隔离输入单元31将采集的信号等发送至逻辑控制单元22。逻辑控制单元22根据设定的控制逻辑控制电机、刹车的工作状态，使矿车达到指定位置。

同时，采样单元21与电机2011电连接，用于采集电机主回路的电压、电流、漏电电阻等数据；逻辑控制单元22将实时监测的电压、电流、漏电电阻等数据信息与预先输入的额定电压、额定电流、临界电压、漏电电阻等数据进行比较，并输出电机保护控制信号。当电机运转时主回路的电压、电流、漏电电阻值处于设定范围内时，电机正常运转；当电机运转时的电压、电流、漏电电阻处于设定范围外时，电机主回路断开，刹车刹住电机，使电机2011快速停止工作。

现有技术中，矿井井下绞车调度系统需要使用两台电机起动器，分别用于对绞车电机和刹车电机进行制动，同时需要单独使用一台可编程控制器对绞车电机起动器和刹车电机起动器进行控制，成本高、数据通讯繁琐。

相较于现有技术，本发明中仅需使用一台所述可编程控制电机保护器，即可实现矿井井下绞车调度系统的功能，并且可以根据实际需要增加其他一些逻辑控制功能，大大降低了成本，提高了现场应用的灵活性。

基于所述矿井井下绞车调度系统，本发明还提供一种矿井井下绞车调度方法。

一种矿井井下绞车调度方法，包括如下步骤：

当矿车处在首端位置时，按一次正转启动，刹车松开后电机启动，矿车到中间位置停车，到位后刹车闭合；按两次正转启动，刹车松开后电机启动，矿车到尾端位置停车，到位后刹车闭合，闭锁电机正转；

当矿车处在中间位置时，按一次正转启动，矿车运行到尾端；按一次反转启动，矿车运行到首端；

当矿车处在尾端位置时，按一次反转启动，刹车松开后电机启动，矿车到中间位置停车，到位后刹车闭合；按两次反转启动，刹车松开后电机启动，矿车到首端位置停车，到位后刹车闭合，闭锁电机反转。

与现有技术相比，本发明提供的可编程控制电机保护器，有益效果在于：

一、本发明提供的可编程控制电机保护器，在原有对电机进行保护控制的基础上，增加了对多台电机或其他执行设备协同工作的逻辑控制功能，降低了因额外增加控制器的成本。

二、本发明提供的可编程控制电机保护器，CPU主控板还包含与逻辑控制单元电连接的扩展通讯接口，可根据需要接入模拟量采样的扩展设备，从而可对多回路进行数据采集，实现对多路电机进行保护控制；同时也可以根据需要输入扩展开关量信号，使可编程控制电机保护器满足其他应用场景。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿井井下绞车调度方法，其特征在于，应用矿井井下绞车调度系统，所述矿井井下绞车调度系统包括可编程控制电机保护器、刹车减速机、矿车、矿车首端行程开关、矿车中间行程开关、矿车尾端行程开关、刹车行程开关和电机运行按钮开关；

所述可编程控制电机保护器包括电源模块、显示模块、IO模块及CPU主控板，所述电源模块为所述IO模块和CPU主控板提供电源；

所述CPU主控板包括用于采集系统电压、电流、漏电电阻数据的采样单元、与所述采样单元电连接且可编程的逻辑控制单元、与所述逻辑控制单元电连接的扩展通讯接口，所述逻辑控制单元与所述显示模块和IO模块电连接；

所述显示模块包括用于显示所述逻辑控制单元发送的实时监测数据的显示单元、用于输入电机保护设定参数的参数输入单元；

所述IO模块包括用于收集外部控制开关量信号并与所述逻辑控制单元电连接的光耦隔离输入单元、与所述逻辑控制单元电连接用于输出电机保护控制信号和系统逻辑控制信号的输出单元；所述外部控制开关量信号包括启停信号、反馈信号和行程信号；

所述逻辑控制单元获取所述显示模块提供的电机保护设定参数、所述采样单元提供的系统电压、电流、漏电电阻数据、及所述光耦隔离输入单元提供的外部控制开关量信号，并根据预先输入的逻辑控制程序获得电机保护控制信号和系统逻辑控制信号，并传输至所述输出单元，进而实现电机保护控制和系统逻辑控制；

所述光耦隔离输入单元与所述矿车首端行程开关、矿车中间行程开关、矿车尾端行程开关、刹车行程开关、电机运行按钮开关、以及所述刹车减速机的电机和刹车电连接，并将相应的开关量信号发送至所述逻辑控制单元；

所述采样单元用于采集所述电机的电压、电流、漏电电阻数据；

所述逻辑控制单元根据逻辑控制程序输出电机保护控制信号，以及电机和刹车的逻辑控制信号；

矿井井下绞车调度方法包括如下步骤：

当矿车处在首端位置时，按一次正转启动，刹车松开后电机启动，矿车到中间位置停车，到位后刹车闭合；按两次正转启动，刹车松开后电机启动，矿车到尾端位置停车，到位后刹车闭合，闭锁电机正转；

当矿车处在中间位置时，按一次正转启动，矿车运行到尾端；按一次反转启动，矿车运行到首端；

当矿车处在尾端位置时，按一次反转启动，刹车松开后电机启动，矿车到中间位置停车，到位后刹车闭合；按两次反转启动，刹车松开后电机启动，矿车到首端位置停车，到位后刹车闭合，闭锁电机反转。

2.根据权利要求1所述的矿井井下绞车调度方法，其特征在于，所述采样单元为采样单片机，其型号为STC 8G1K08。

3.根据权利要求1所述的矿井井下绞车调度方法，其特征在于，所述逻辑控制单元为主控单片机，其型号为STC 8A8K64S4。

4.根据权利要求1所述的矿井井下绞车调度方法，其特征在于，所述光耦隔离输入单元、所述逻辑控制单元及所述输出单元之间传输的数据信号为布尔量数据。

5.根据权利要求1所述的矿井井下绞车调度方法，其特征在于，所述IO模块还包括与上位机连接用于输出系统逻辑控制信号的控制通讯接口，所述控制通讯接口为RS485通讯接口。

6.根据权利要求1所述的矿井井下绞车调度方法，其特征在于，所述扩展通讯接口连接模拟量采样的扩展设备及开关量信号输入端口。

7.根据权利要求1所述的矿井井下绞车调度方法，其特征在于，所述电源模块由外接AC24V电源供电，并转换为直流电压后输出至所述IO模块和CPU主控板。

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