CN205429889U - 一种分布式矿用充电设备运行状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式矿用充电设备运行状态监测装置，包括主监测模块、多个子监测模块、传感模块和充电机，主监测模块包括主处理器、显示模块和CAN通信模块，显示模块与主处理器相连，所述主处理器通过CAN通信模块与各子监测模块通讯，每个子监测模块分别连接一个传感模块和充电机，传感模块的输入端与充电机相连，传感模块的输出端与子监测模块相连，子监测模块与充电机相连。本实用新型通过CAN通信模块将各子监测模块与主监测模块连接起来，根据矿用充电装置数量和布局进行灵活的组网，形成一个分布式监测系统，可实现对多个矿用充电设备运行状态参数的数据与信息传输，更加便于对矿用充电设备运行状态进行实时监测与管理。

Description

一种分布式矿用充电设备运行状态监测装置

技术领域

本实用新型涉及矿用充电设备领域，特别涉及一种分布式矿用充电设备运行状态监测装置。

背景技术

目前新建的矿用充电站普遍实行无人值班或少人值守，这就需要充电机的可靠性及自动化程度高，功能更加完善，能够具有较高的免维护性。这样使得分布式、模块化、智能化成为充电站的发展方向，而高性能的充电电源和高自动化程度的充电机监控系统是其中的关键技术。因此，对矿井专用充电机的监控技术进行研究，开发出矿井专用数字化充电设备，对我国的能源开发，将具有十分重要的理论意义和工程应用价值。

矿用充电运行状态的监测主要是通过监测矿用充电设备蓄电池的电压、电流、温度等同蓄电池性能密切相关的参数，得出当前蓄电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的蓄电池性能判断标准进行比较，从而诊断出蓄电池的当前健康状态是否良好。

早期的矿用充电设备充电运行状态在线检测仪采用的多为集中采集与监测的方法，这种方法的缺点是布线多且线路长，既浪费人力物力又容易引入干扰。此外矿用充电设备，需要监测的电池的数量不同，少则几十只，多则数百只，因此集中采集、集中监控的方式很难适应各种情况。鉴于上述问题，对于矿用充电设备电池组的监测仪开始采用分散采集、集中监控的分布式测量系统。随着电子技术和计算机技术的发展，传统的日常维护及测量方法已经被计算机为核心的实时在线测量所取代，通过在线监测矿用充电设备蓄电池组的参数，可以及时了解矿用充电设备蓄电池组的工作状态、工作、特性及蓄电池组的维护情况，而且具有功能多、速度快、测量准确等特点。目前的矿用测量系统大都采用RS232或RS485总线标准，采用这些标准的系统只能是主从式系统。在这些系统中，一般设上位机为主机，由主机发出采集数据命令，前置机依次向主机发送采集数据，而前置机无法主动向主机请求发送数据。

CAN总线是德国Bosch公司未解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而推出的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，距离可达10km。当信号传输距离达到10km时，CAN总线仍可以提供高达5kbps的数据传输速率。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。CAN总线是一种多主机局部网络系统标准，它具有多主节点、高可靠性及扩充性能好等特点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、监测方便、适用范围广的分布式矿用充电设备运行状态监测装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种分布式矿用充电设备运行状态监测装置，包括主监测模块、多个子监测模块、传感模块和充电机，所述主监测模块包括主处理器、显示模块和CAN通信模块，显示模块与主处理器相连，所述主处理器通过CAN通信模块与各子监测模块通讯，每个子监测模块分别连接一个传感模块和充电机，传感模块的输入端与充电机相连，传感模块的输出端与子监测模块相连，子监测模块与充电机相连。

上述分布式矿用充电设备运行状态监测装置中，所述子监测模块包括充电主电路、子处理器、驱动电路、开关量模块，充电主电路包括依次串接的输入整流滤波电路、全桥逆变电路、功率变压器、输出整流滤波电路，输出整流滤波电路的输出端与充电机相连，所述子处理器通过CAN通信模块与主处理器连接，开关量模块与子处理器相连，所述驱动电路的输入端与子处理器相连，驱动电路的输出端与全桥逆变电路相连。

上述分布式矿用充电设备运行状态监测装置中，所述传感模块包括电流检测电路、电压检测电路和温度传感器，电流检测电路的输入端与输出整流滤波电路的输出端相连，电流检测电路的输出端与子处理器相连，电压检测电路的输入端与输出整流滤波电路的输出端相连，电压检测电路的输出端与子处理器相连，温度传感器安装在蓄电池上，其信号输出端与子处理器相连。

上述分布式矿用充电设备运行状态监测装置中，所述显示模块采用带触屏TFT屏。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型通过CAN通信模块将各子监测模块与主监测模块连接起来，实现矿井充电设备充电运行状态参数和状态信号的接收和发送，根据矿用充电装置数量和布局进行灵活的组网，形成一个分布式监测系统，可实现对多个矿用充电设备运行状态参数的数据与信息传输，更加便于对矿用充电设备运行状态进行实时监测与管理。

2、本实用新型的子处理器将采集到的电流、电压信号进行处理，并通过CAN通信模块送到主处理器中，主处理器采用并行总线方式与带触屏TFT屏连接，实现对矿用充电设备运行状态参数的实时显示和监测，可广泛应用于各种矿用充电场合，有着广泛的应用价值和极大的市场需求。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为图1中子监测模块的结构框图。

图3为图1中CAN通信模块的电路图。

图4为图2中电流检测电路的电路图。

图5为图2中电压检测电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括主监测模块11、多个子监测模块、传感模块和充电机，所述主监测模块11包括主处理器、显示模块和CAN通信模块，显示模块采用带触屏TFT屏，显示模块与主处理器相连，所述主处理器通过CAN通信模块与各子监测模块通讯，每个子监测模块分别连接一个传感模块和充电机，传感模块的输入端与充电机相连，传感模块的输出端与子监测模块相连，子监测模块与充电机相连。

如图2所示，所述子监测模块包括充电主电路、子处理器、驱动电路、开关量模块、CAN驱动电路，充电主电路包括依次串接的输入整流滤波电路、全桥逆变电路、功率变压器、输出整流滤波电路，输出整流滤波电路的输出端与充电机相连。输入整流滤波电路将三相工频网电转换成脉动直流电，并通过电容滤波而成为平滑的直流电，该直流电经过全桥逆变电路后转换为20kHz的高频交流电，功率变压器将高压高频交流电转换为低压高频交流电，输出整流滤波电路将低压交流电转换为平滑的直流电压输出。所述子处理器通过CAN通信模块与主处理器连接，子处理器采用LPC2119，AD0和AD1通道用于检测充电电流和电压信号，CAN驱动电路将LPC2119的CAN接口信号转换为CAN总线信号，开关量模块与子处理器相连，输入输出开关量信号占用LPC2119的通用I/O口，所述驱动电路的输入端与子处理器相连，驱动电路的输出端与全桥逆变电路相连，驱动电路用于将子处理器产生的数字PWM信号转换为控制功率开关管开通与关断的信号。

如图2所示，所述传感模块包括电流检测电路、电压检测电路和温度传感器，电流检测电路的输入端与输出整流滤波电路的输出端相连，电流检测电路的输出端与子处理器相连，电压检测电路的输入端与输出整流滤波电路的输出端相连，电压检测电路的输出端与子处理器相连，温度传感器安装在蓄电池上，其信号输出端与子处理器相连。

图3为本实用新型的CAN通信模块的电路图。LPC2119的CAN控制器的输入和输出信号经过6N137光电隔离后送入CAN驱动器82C250。82C250提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，提供对总线的差动发送和接收功能，最高速率可达1Mbps。其内部具有限流电路，可防止发送输出级对电源、地或负载短路。在总线上至少可以连接110个节点。引脚8为斜率电阻输入端，设置其电位可以将82C250设置在待机模式、斜率控制和高速模式等三种工作模式。在本实施例应用中，82C250的8脚接地，工作在高速工作模式，不限制信号电平的上升和下降的斜率。CAN_H和CAN_L信号线必须采取双绞线。为避免多个设备相互之间的干扰，所有的设备之间完全隔离，图中6N137就是光电隔离的数据传输器。所有节点的82C250均由电缆中的电源集中供电，这个电源是完全独立供电的，不与任何设备相连。

参见图4，图4为本实用新型的电流检测电路的电路图。本实用新型采用霍尔电流传感器LA25-NP对充电设备的充电电流进行检测。霍尔电流传感器具有电气隔离性能好、测量精度高、线性度好、抗外界电磁和温度等干扰因素能力强、体积小和安装简单方便等优点。LA25-NP输出的是电流信号，经过R1和R2构成的电流转换电压电路后，形成幅度范围为0~5V的电压信号。由于LPC2119的A/D电路的输入信号的幅度是0~3.3V，因此通过R1和R2构成的分压电路，将0~5V的电压信号转换为0~3.3V。电流信号经过R3、C2、C3构成的RC滤波电路后再经过运放U2构成的射极跟随器送入A/D转换器。

参见图5，图5为本实用新型的电压检测电路的电路图。图中充电电压信号Vin首先通过R1和R2构成的分压电路进行降压，将可能的最高电压分压为适合LPC2119进行A/D采样的范围。电压信号经过LC及RC滤波后送入运算放大器U1B构成的射随跟随器以提高信号的负载能力。U2为双光电隔离器TLP521-2，该光耦具有传输带宽宽、线性度好、隔离电压高等优点，非常适合充电电压信号的隔离传输。U1A、U2和U3A共同构成电压信号的线性隔离传输电路。

本实用新型的工作原理如下：子监测模块将充电主电路输出电压、输出电流和温度量转换为电气参量，经子处理器处理后输出电压、电流和温度数字信号，并将信号通过CAN通信模块分别传输至主监测模块11，由带触屏TFT屏实时显示矿用充电运行状态信息，实现对矿用充电装置运行过程中充电状态的实时监测。综上所述，本实用新型可搭载到任意具备搭载条件的矿用充电设备中，可对多路的矿用充电设备的电池进行实时充电电压、充电电流、充电温度的监测，并可通过CAN总线进行长达10km的数据传输到上位机，这样就可在远距离的控制端实时掌握矿用充电设备的电池充电状态，并及时发现其中出现的问题，为及时给予设备检修提供了可能。

Claims (4)

1.一种分布式矿用充电设备运行状态监测装置，其特征在于：包括主监测模块、多个子监测模块、传感模块和充电机，所述主监测模块包括主处理器、显示模块和CAN通信模块，显示模块与主处理器相连，所述主处理器通过CAN通信模块与各子监测模块通讯，每个子监测模块分别连接一个传感模块和充电机，传感模块的输入端与充电机相连，传感模块的输出端与子监测模块相连，子监测模块与充电机相连。

2.根据权利要求1所述的分布式矿用充电设备运行状态监测装置，其特征在于：所述子监测模块包括充电主电路、子处理器、驱动电路、开关量模块，充电主电路包括依次串接的输入整流滤波电路、全桥逆变电路、功率变压器、输出整流滤波电路，输出整流滤波电路的输出端与充电机相连，所述子处理器通过CAN通信模块与主处理器连接，开关量模块与子处理器相连，所述驱动电路的输入端与子处理器相连，驱动电路的输出端与全桥逆变电路相连。

3.根据权利要求2所述的分布式矿用充电设备运行状态监测装置，其特征在于：所述传感模块包括电流检测电路、电压检测电路和温度传感器，电流检测电路的输入端与输出整流滤波电路的输出端相连，电流检测电路的输出端与子处理器相连，电压检测电路的输入端与输出整流滤波电路的输出端相连，电压检测电路的输出端与子处理器相连，温度传感器安装在蓄电池上，其信号输出端与子处理器相连。

4.根据权利要求1所述的分布式矿用充电设备运行状态监测装置，其特征在于：所述显示模块采用带触屏TFT屏。