CN201884062U - 一种矿用本安型自动排水与测控保护装置 - Google Patents

Abstract

一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，包括测控保护主板、人机界面和开关电源，测控保护主板包括CPU主控单元、数据采集电路、A/D转换电路、本安型开关状态监测电路和开关控制电路，本安型开关状态检测电路检测水泵开关的状态信号，检测到的状态信号传输至所述CPU主控单元，所述数据采集电路包括电流信号调理电路、电压信号调理电路、漏电电阻检测电路和本安型水位检测电路，分别检测水泵的电流信号、电压信号和漏电信号。本实用新型将煤矿井下自动排水与煤矿电网微机保护结合，集测量水位、测量电量、自动控制水泵启停、水泵电机保护、显示、通信、事件记录等多种功能于一体，使之构成用于煤矿井下自动排水和煤矿电网综合自动化系统的智能终端装置。

Description

一种矿用本安型自动排水与测控保护装置

技术领域

本实用新型涉及矿用本安型自动排水与测控保护装置，属于煤矿井下自动化检测技术领域和井下电力系统微机保护技术领域，可用于一般煤矿井下和高瓦斯煤矿井下的水泵自动控制及其测控保护系统。

背景技术

目前，我国多数煤矿井下排水是通过人工手动控制实现，人工操作的排水系统不仅劳动强度大，启停时间长，效率低，而且由于自动化程度低，人的参与较多，难以实现实时监测，及时启停。由于操作步骤多，人为误操作隐患大，不适合现代化的矿井管理。现阶段对煤矿井下水位检测和实时自动排水控制技术尚未成熟，也是煤矿自动化领域急需解决的难题。少数煤矿企业自主研发了一些自动排水系统，但存在许多不足之处，如水位检测精度不高、采用可编程逻辑器件PLC作为控制核心使排水成本较高，需要使用专用控制柜；自动排水系统与水泵开关分体安装，功能单一，使系统复杂化，这些都不便于煤矿电网综合自动化系统的统一综合管理。

煤矿自动化的程度同时依赖于井下供电系统，因此对井下低压电网、低压用电设备的保护显得尤为重要。电力系统微机保护技术发展至今，已经较为成熟，抗干扰能力强、响应灵敏、动作速度快，保护性能远优于传统的模拟式电磁继电保护。因此将微机保护技术引入井下供电系统，提高保护装置的可靠性，减小保护装置维护工作量，确保井下供电安全性，为煤矿自动化提供有力保证。

如中国专利申请号为CN200710185265.3号发明专利申请，公开日为2008年4月9日，公开了一种矿用隔爆兼本安型数字化自动排水系统，属于煤矿井下自动化检测技术领域，目的在于公开一种能够准确、安全、可靠检测煤矿井下水仓水位并实时启动排水系统的防爆兼本安型数字化自动控制系统的技术方案，其特征在于该系统由本安型数字水位传感器I、隔爆兼本安型控制回路II和本安电源电路III三部分组成，是一套数字化、智能化监控系统，具有实时采集并存储水位信号，监控水泵电机工作状态、水仓流量，并实时控制电机的开停，实现数据显示、设限报警和上位机串口通信等功能。并按照煤矿行业安全标准设计，防爆标志为Exdib，可广泛应用于一般矿井和高瓦斯矿井的井下水仓水位的自动监测和自动化排水系统。该装置根据水位来启动、停止外部的隔爆开关，功能较单一；即该装置仅仅实现水位检测、水位显示、控制节点输出，但外部的水泵电机控制、开关保护与控制等功能不涉及，未能实现全部功能，需要与其他的设备组合使用，势必造成系统复杂、安全可靠性降低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于解决上述传统排水技术中的难题，克服现有技术的缺点与不足，公开一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，将煤矿井下自动排水与煤矿电网微机保护结合，集测量水位、测量电量、自动控制水泵启停、水泵电机保护、显示、通信、事件记录等多种功能于一体，使之构成用于煤矿井下自动排水和煤矿电网综合自动化系统的智能终端装置。

按照本实用新型提供的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，包括测控保护主板、与所述测控保护主板连接的人机界面和开关电源，所述测控保护主板和开关电源安装在同一防爆外壳内，所述测控保护主板包括CPU主控单元、数据采集电路、A/D转换电路、本安型开关状态监测电路和开关控制电路，所述本安型开关状态检测电路适于与外部水泵开关相连接，检测水泵开关的状态信号，检测到的状态信号传输至所述CPU主控单元，所述的数据采集电路包括电流信号调理电路、电压信号调理电路、漏电电阻检测电路和本安型水位检测电路，所述电流信号调理电路、电压信号调理电路、漏电电阻检测电路与外部的水泵相连接，分别检测水泵的电流信号、电压信号和漏电信号，检测到的电流信号、电压信号和漏电信号经所述A/D转换电路进行转换后传输至所述CPU主控单元；所述本安型水位检测电路适于与外部的水位传感器相连接，检测水位信号，检测到的水位信号传输至所述CPU主控单元，所述开关控制电路适于与外部水泵开关相连接，所述CPU主控单元根据检测到的电流信号、电压信号、漏电信号和水位信号产生水泵控制信号，水泵控制信号经所述开关控制电路传输至水泵开关，控制外部水泵工作。

按照本实用新型提供的一种矿用本安型自动排水与检测保护装置还具有如下附属技术特征：

所述测控保护主板还包括分别与所述CPU主控单元相连接的通信接口电路、看门狗电路、JTAG芯片测试电路、实时日历时钟电路、LCD驱动电路和本安型按键检测电路，所述CPU主控单元通过所述通信接口电路与上位机进行通信，所述CPU主控单元由所述看门狗电路进行复位，所述CPU主控单元通过JTAG芯片测试电路对各部件分别进行测试，所述LCD驱动电路和所述本安型按键检测电路还与所述人机界面相连接。

所述人机界面包括按键、LCD显示器及LED指示灯，所述LCD显示器与所述LCD驱动电路相连接，所述按键与所述本安型按键检测电路相连接。

所述本安型水位检测电路由本安电源处理电路、模拟开关、信号发生电路、信号采集电路、滤波电路和光耦组成，所述CPU主控单元输出数字信号经过所述光耦隔离后选通所述模拟开关的指定通道，由所述信号发生电路向水位传感器发送信号，再由所述信号采集电路采集水位传感器的输出电压，经过所述滤波电路滤除高频信号，最后由所述光耦隔离，输出数字信号到所述CPU主控单元。

所述测控保护主板上的各电路模块设置在同一印制电路板上。

所述通信接口电路采用的是RS485通信接口。

所述本安型开关状态监测电路和本安型按键检测电路由所述开关电源供电。

所述的LED指示灯包括电源指示灯、故障指示灯、发送指示灯和接收指示灯。

所述按键包括上选择、下选择、确认、复位、启动和停止六个按键。

所述测控保护主板周围分布有开关电源进线、开关控制输入输出线、水位传感器进线、电流电压进线和所述通信线。

按照本实用新型提供的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置的技术效果在于：本实用新型的保护装置为一个集测量、保护、控制、显示、通信等多功能于一体终端设备，其集井下自动排水与电机微机保护于一体，能够实时采集水位信息，监控水泵电机工作状态，自动控制水泵的启停，实现漏电闭锁保护、短路保护、过载保护、过/欠压保护和断相保护，实现数据显示和与上位机通信，测量准确，安全可靠，与水泵控制开关一起安装在防爆外壳内，并按照煤矿行业安全标准设计，特别适用于一般煤矿井下和高瓦斯煤矿井下的自动排水及其电网保护系统。

附图说明

图1矿用本安型自动排水与测控保护装置结构框图

图2矿用本安型自动排水与测控保护装置外形结构图

图3测控保护主板原理框图

图4本安型水位检测电路原理框图

图5通信组网系统连接图

图中各图号的构件名称为：

Ⅰ-测控保护主板      Ⅱ-人机界面     Ⅲ-开关电源

1、电流信号调理电路        2、电压信号调理电路

3、漏电电阻检测电路        4、本安型水位检测电路

5、A/D转换电路             6、本安型开关状态监测电路

7、开关控制电路            8、CPU主控单元

9、实时日历时钟电路        10、JTAG芯片测试电路

11、看门狗电路             12、通信接口电路

13、LCD驱动电路            14、本安型按键检测电路

15、本安电源处理电路       16、模拟开关

17、信号发生电路           18、信号采集电路

19、滤波电路               20、光耦

21、按键                   22、LCD显示器

23、LED指示灯              24、开关电源进线

25、开关控制输入输出线     26、水位传感器进线

27、电流电压进线           28、RS485通信线

具体实施方式

参见图1和图3，按照本实用新型提供的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置的实施例，包括测控保护主板Ⅰ、与所述测控保护主板Ⅰ连接的人机界面Ⅱ和开关电源Ⅲ，所述测控保护主板Ⅰ和开关电源Ⅲ安装在同一防爆外壳内，所述测控保护主板Ⅰ是矿用本安型自动排水与测控保护装置的核心部分。所述测控保护主板Ⅰ包括CPU主控单元8、数据采集电路、A/D转换电路5、本安型开关状态监测电路6和开关控制电路7，所述本安型开关状态检测电路6适于与外部水泵开关相连接，检测水泵开关的状态信号，检测到的状态信号传输至所述CPU主控单元8，所述的数据采集电路包括电流信号调理电路1、电压信号调理电路2、漏电电阻检测电路3和本安型水位检测电路4，所述的电流信号调理电路1输入为二次侧相电流，电压信号调理电路2输入为二次侧线电压且额定值为AC36V。所述电流信号调理电路1、电压信号调理电路2、漏电电阻检测电路3与外部的水泵相连接，分别检测水泵的电流信号、电压信号和漏电信号，检测到的电流信号、电压信号和漏电信号经所述A/D转换电路5进行转换后传输至所述CPU主控单元8；所述本安型水位检测电路4适于与外部的水位传感器相连接，检测水位信号，检测到的水位信号传输至所述CPU主控单元8，所述开关控制电路7适于与外部水泵开关相连接，所述CPU主控单元8根据检测到的电流信号、电压信号、漏电信号和水位信号产生水泵控制信号，水泵控制信号经所述开关控制电路7传输至水泵开关，控制外部水泵工作。所述开关电源Ⅲ输入为AC100V电压，输出为DC±12V，DC5V电源电压，与测控保护主板一起安装在开关防爆外壳内。本实用新型通过本安型开关状态监测电路6和开关控制电路7与开关连接，从开关上采集电流电压、开关状态，并给开关输出控制量。实现对开关的检测和控制。本实用新型将水位检测、水位显示、水泵控制、水泵电机保护与测量控制、对外通信、隔爆开关整体等全部结合在一起，实现的功能更全面，智能化程度更高，简化了系统复杂性。

参见图1和图3，在本实用新型给出的上述实施例中，所述测控保护主板还包括分别与所述CPU主控单元相连接的通信接口电路12、看门狗电路11、JTAG芯片测试电路10、实时日历时钟电路9、LCD驱动电路13和本安型按键检测电路14，所述CPU主控单元通过所述通信接口电路12与上位机进行通信，所述CPU主控单元由所述看门狗电路11进行复位，所述CPU主控单元通过JTAG芯片测试电路对各部件分别进行测试，所述LCD驱动电路13和所述本安型按键检测电路14还与所述人机界面相连接。

参见图2和图3，在本实用新型给出的上述实施例中，所述人机界面Ⅱ包括按键21、LCD显示器22及LED指示灯23，所述LCD显示器22与所述LCD驱动电路13相连接，所述按键21与所述本安型按键检测电路14相连接。所述的LCD显示器22为高速并行接口，通过LCD驱动电路13与CPU的外扩存储器并行接口连接，由测控保护主板引出排针安装在防爆壳体上。

参见图1至图3，在本实用新型给出的上述实施例中，所述CPU主控单元直接与A/D转换电路5、本安型开关状态监测电路6、开关控制电路7、通信接口电路12、看门狗电路11、JTAG芯片测试电路10、实时日历时钟电路9、LCD驱动电路13、本安型按键检测电路14连接，通过电流信号调理电路1、电压信号调理电路2、漏电电阻检测电路3以及水位信号检测电路4采集水泵的电压、电流和水位信息，监测水泵电机工作状态，采集的信息存储在CPU内部RAM里，通过LCD显示器22显示，通过通信接口电路12与上位机通信，一些重要数据如整定参数等保存在CPU内部EEPROM里，通过按键21可对系统参数进行修改。当水泵电机处于停机状态且检测到水位超过设定高水位时，输出继电器信号控制开关启动电机；当水泵电机处于启动状态且检测到水位低于设定低水位，输出继电器信号控制开关停止电机。同时，当电机处于停止状态启动漏电闭锁保护，当电机处于启动状态启动短路保护、过载保护、过/欠压保护、断相保护，一旦出现故障在规定动作时间内输出跳闸信号并由看门狗电路11实现手动或自动复位。所述实时日历时钟电路9提供日期和时间信息。

参见图4，在本实用新型给出的上述实施例中，所述本安型水位检测电路4由本安电源处理电路15、模拟开关16、信号发生电路17、信号采集电路18、滤波电路19和光耦20组成，所述CPU主控单元8输出数字信号经过所述光耦20隔离后选通所述模拟开关16的指定通道，由所述信号发生电路17向水位传感器发送信号，再由所述信号采集电路18采集水位传感器的输出电压，经过所述滤波电路19滤除高频信号，最后由所述光耦20隔离，输出数字信号到所述CPU主控单元8。

参见图3，在本实用新型给出的上述实施例中，所述测控保护主板上的各电路模块设置在同一印制电路板上。所述测控保护主板将水位检测、水泵控制、水泵电机测控保护功能集成在一起，使得本实用新型具有的功能更加全面，无需设置其他附属部件。

参见图3，在本实用新型给出的上述实施例中，所述通信接口电路12采用的是RS485通信接口。采用RS485通信接口能够更好的与上位机进行通信，将本实用新型中的数据及时准确的传输至上位机中，上位机也能更好的对本实用新型实现远程控制。

参见图4，在本实用新型给出的上述实施例中，所述本安型开关状态监测电路6和本安型按键检测电路14由所述开关电源Ⅲ供电。所述开关电源Ⅲ的电源经本安电源处理电路15处理后，提供给所述本安型开关状态监测电路6和本安型按键检测电路14。本实用新型可以实现集中供电，并将所有部件集中安装在防爆壳体中，提高了安全性。

参见图2，在本实用新型给出的上述实施例中，所述的LED指示灯23包括电源指示灯、故障指示灯、发送指示灯和接收指示灯。上述指示灯露置在防爆壳体上，能够清楚的显示出工作状态。

参见图2，在本实用新型给出的上述实施例中，所述按键21包括上选择、下选择、确认、复位、启动和停止六个按键。用于修改系统整定参数、查看运行信息、查看事件记录、手动启动/停止水泵等。

参见图2，在本实用新型给出的上述实施例中，所述测控保护主板Ⅰ周围分布有开关电源进线24、开关控制输入输出线25、水位传感器进线26、电流电压进线27和所述通信线28。上述线缆穿出防爆壳体与外部各部件进行连接。

本实用新型矿用本安型自动排水与测控保护装置可作为煤矿电网综合自动化系统的智能终端装置，提供了标准的RS485通信接口，方便煤矿井下各种设备的组网运行，通信组网系统连接图如图5所示，利用本装置组网后可通过远方监控主机统一调度，实现煤矿井下排水系统的全局化智能排水，也可以与其他终端设备组网运行。

Claims (10)

1.一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，包括测控保护主板(I)、与所述测控保护主板(I)连接的人机界面(II)和开关电源(III)，其特征在于：所述测控保护主板(I)和开关电源(III)安装在同一防爆外壳内，所述测控保护主板(I)包括CPU主控单元(8)、数据采集电路、A/D转换电路(5)、本安型开关状态监测电路(6)和开关控制电路(7)，所述本安型开关状态检测电路(6)将检测到的水泵开关状态信号传输至所述CPU主控单元(8)，所述的数据采集电路包括电流信号调理电路(1)、电压信号调理电路(2)、漏电电阻检测电路(3)和本安型水位检测电路(4)，所述电流信号调理电路(1)、电压信号调理电路(2)、漏电电阻检测电路(3)将分别检测到的水泵电流信号、电压信号和漏电信号经所述A/D转换电路(5)进行转换后传输至所述CPU主控单元(8)；所述本安型水位检测电路(4)将检测到的水位信号传输至所述CPU主控单元(8)，所述CPU主控单元(8)产生的水泵控制信号经所述开关控制电路(7)传输至水泵开关。

2.如权利要求1所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述测控保护主板还包括分别与所述CPU主控单元相连接的通信接口电路(12)、看门狗电路(11)、JTAG芯片测试电路(10)、实时日历时钟电路(9)、LCD驱动电路(13)和本安型按键检测电路(14)，所述LCD驱动电路(13)和所述本安型按键检测电路(14)还与所述人机界面相连接。 

3.如权利要求2所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述人机界面(II)包括按键(21)、LCD显示器(22)及LED指示灯(23)，所述LCD显示器(22)与所述LCD驱动电路(13)相连接，所述按键(21)与所述本安型按键检测电路(14)相连接。

4.如权利要求1所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述本安型水位检测电路(4)由本安电源处理电路(15)、模拟开关(16)、信号发生电路(17)、信号采集电路(18)、滤波电路(19)和光耦(20)组成。

5.如权利要求1所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述测控保护主板上的各电路模块设置在同一印制电路板上。

6.如权利要求2所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述通信接口电路(12)采用的是RS485通信接口。

7.如权利要求3所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述本安型开关状态监测电路(6)和本安型按键检测电路(14)由所述开关电源供电。

8.如权利要求3所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述的LED指示灯(23)包括电源指示灯、故障指示灯、发送指示灯和接收指示灯。

9.如权利要求3所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述按键(21)包括上选择、下选择、确认、复位、启动和停止六个按键。 

10.如权利要求1所述的一种矿用本安型自动排水与测控保护装置，其特征在于：所述测控保护主板(I)周围分布有开关电源进线(24)、开关控制输入输出线(25)、水位传感器进线(26)、电流电压进线(27)和所述通信线(28)。 

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