专利名称：具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿井胶带输送机供电系统控制保护领域，特别涉及一种具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置。
背景技术：
随着现代化大型煤矿运输系统的不断发展，矿井胶带输送机在向长距离、高带速、 大功率方向发展。为分散胶带的张力，减少胶带的机械强度，大型胶带输送机都采用多台电动机拖动，典型的布置形式是“2+1”模式，即机头布置2台电动机、中间布置1台电动机。为减轻直接启动给传动装置带来的冲击，延长输送机关键零部件的使用寿命，减少启动电流对电网中其它电气设备的冲击，解决多电动机驱动功率平衡问题，煤矿用胶带输送机都采用软启动。目前常用的软启动驱动方式有组合开关+电动机+可调速液力耦合器+减速机、组合开关+电动机+可控启动传输装置(Controlled StartTransmission, CST)、组合开关+变频器+电动机+减速机。由于驱动系统复杂，矿井运输事故占事故总数的左右，其中组合开关故障造成的停电停工事故频繁发生。究其原因是现行胶带输送机软启动供电系统中的组合开关采用了 QJZ矿用隔爆兼本质安全型组合开关系列产品，这些产品由于元器件本身质量问题或使用维护不当，时常发生故障，故障后又因控制回路多、 内部接线复杂、更换不便、故障排除时间长，从而导致整个工作面生产不能正常进行，造成极大经济损失。为解决上述问题，保证矿井持续、高效、安全运行，迫切需要设计一种可靠性高、更换便捷、操作简单的控制保护装置来取带目前为胶带输送机供电的QJZ系统组合开关，实现故障后快速切换，保证胶带输送机供电的连续性，减少主要设备故障引发的停工事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置，它主要解决目前为胶带输送机供电的QJZ系统组合开关存在故障率高，维修更换时间长的问题。当供电设备发生故障时，只需更换一下主备腔体中的硬连接单元和两腔体上的电缆快速插接装置，无需更改其他控制线，即可利用同一套启动、停止按钮，控制备用腔体中的控制单元，实现快速切换，确保连续供电。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是—种具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置，其特征在于该装置具有一主一备两个独立腔体为胶带输送机供电，每个腔体分别通过2个电缆快速插接引入装置与电源侧相连，3个快速插接引出装置与驱动胶带输送机的3台电动机的定子绕组相连，两腔体外侧各设计一个副腔体放置控制线端子排，切换时只需打开该腔体调整端子排接线即可；主、备腔体是相对的，工作腔体称为主腔，另一个则为备用腔；两个独立腔体含有结构相同的互为冷备用的主控单元和备控单元，每一控制单元又细分为微处理器单元、整定单元、显示单元、传感器单元、漏电信号处理单元、电流信号处理单元、电压信号处理单元、本安先导单元、程序控制单元、驱动单元、硬连接单元和控制线端子排单元；所述的硬连接单元是主、备腔体中的2个多极插芯连接器插座和1个多极插芯连接器插头；每一腔体中的其中一个插座与自身控制单元中的本安先导电路控制线、驱动单元的接触器常开辅助触点、程序控制信号线相连，另一个插座与备用腔体控制单元中的本安先导电路控制线、驱动单元的接触器常开辅助触点、程序控制信号线相连，2个插座均固定在所在腔体；1 个插头与控制线端子排单元一端相连，若自身腔体工作，则插头插到接自身单元控制线的插座上；若备用腔体工作，则插头插到接备用单元控制线的插座上。当主腔体控制单元发生故障时，只需将该腔体中硬连接单元的插头插到接备用腔控制线的插座上，再将该腔体5 个电缆快速插接插头更换到备用腔体相应的位置上，无需更换备用腔体端子排另一侧的接线。所述的具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置，其特征在于 所述的控制单元中，(1)微处理器单元是控制核心，主要包括C8051F040微处理器、晶振以及复位电路；( 整定单元用于输入负荷参数，由4个按键组成，各按键通过单总线与微处理器的输入口相连；(3)显示单元为液晶触摸屏，用于3台电机状态显示，通过RS485总线与微处理器的串口相连；(4)传感器单元包括电流和电压互感器，采集3台电机各相的电流及线路电压，送至信号处理单元；( 信号处理单元包括漏电、电流及电压信号处理电路， 将反映绝缘状态及传感器的信号转换为0-3. 3V的直流或交流信号，送至微处理器的A/D端口 ；(6)本安先导单元是最先接收启动、停止信号的电路，其本安部分与远控按钮相连，其执行单元与微处理器的输入口相连；(7)程序控制单元用于3台电机的顺序启动，其输入端与微处理器的输出口相连，其输出端与硬连接单元相连；(8)驱动单元为控制电机起停的接触器，接触器的一组常开辅助触点与硬连接单元相连，接触器和微处理器之间设有中间继电器。本发明一种具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置所具有的积极效果在于灵活的控制方式保证了该装置既可独立控制电动机的程序运行、可也联合胶带输送机保护装置控制电动机的运行；动作可靠的保护电路为电动机提供完备的保护， 降低各类危险事故发生的概率；尤其是故障时的快速切换功能，保证了胶带输送机工作的连续性，提高了整个工作面的生产效率。
图1是本发明的快速切换装置结构图。图2是本发明的系统结构框图。图3是本发明的本安先导电路图。图4是本发明的程序控制电路图。图5是本发明的硬连接单元接线图。图6是本发明的微处理器单元电路图。图7是本发明的漏电检测单元电路图。图8是本发明的电流和电压信号处理单元电路图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例进一步详细描述本发明所述的一种具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置，本领域的普通技术人员在阅读了本实施例后，能够理解和实施本发明，同时也能够实现本发明所述目标。具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置结构图如图1所示。控制保护装置设计有一主一备两个独立腔体为驱动胶带输送机的3台电动机供电；主、备腔体是相对的，工作腔体定义为主腔体，这里假设左侧为主腔体，右侧为备用腔体；主、备腔体上各有 5 个电缆快速插接装置 SlU S12、S21、S22、Lll、L12、L13、L21、L22、L23，SlU S12、 S21、S22用于连接电源进线，LlU L12、L13、L21、L22、L23用于3路负荷供电；两腔体外侧各设计一个副腔体放置控制线端子排Xl 1、X12、X13、X21、X22、X23，更改控制方式时只需打开该腔体调整端子排接线即可。矿井胶带输送机供电系统控制保护装置的主备腔体分别含有结构一致的互为冷备用的主控单元和备控单元，控制系统结构框图如图2所示。每一控制单元又包括微处理器单元、整定单元、显示单元、传感器单元、漏电信号处理单元、电流信号处理单元、电压信号处理单元、本安先导单元、程序控制单元、驱动单元、硬连接单元和控制线端子排单元。该装置的特征是当3台电动机供电设备发生故障时能够快速切换，并对电动机进行灵活控制和完善保护，保证胶带输送机供电的连续性。所述的故障快速切换功能除了上述的双腔体、电缆快速插接装置、主备冗余控制单元外，在控制保护装置的主备腔体内还增设了硬连接单元Jliz、J12Z、J11T、J21Z、J22Z、 J22T，硬连接单元是多极插芯连接器。J11Z、J12Z、J21Z、J22Z为连接器插座，固定在各自的腔体内JllT和J22T为连接器插头。硬连接单元和控制线端子排单元接线图如图5 所示。11:I1、11:I2、11:I3、11:I4是主腔体第1台电动机的本安先导控制线和程序控制线；12:I1、12:I2、12:I3、12:I4是主腔体第2台电动机的本安先导控制线和程序控制线； 13 II、13 12、13 13、13 14是主腔体第3台电动机的本安先导控制线和程序控制线；K11、 K12、K13是主腔体电动机控制回路中的接触器，1、2是其常开辅助触点。上述控制线与主腔体的硬连接单元JllZ相连，同时通过穿墙套管与备用腔体的硬连接单元J21Z相连。21: II、 21:Ι2、21:Ι3、21:Ι4是备用腔体第1台电动机的本安先导控制线和程序控制线；22:11、 22:Ι2、22:Ι3、22:Ι4是备用腔体第2台电动机的本安先导控制线和程序控制线；23: II、 23:Ι2、23:Ι3、23:Ι4是备用腔体第3台电动机的本安先导控制线和程序控制线；Κ21、Κ22、 Κ23是备用腔体电动机控制回路中的接触器，1、2是其常开辅助触点。上述控制线与备用腔体的硬连接单元J22Z相连，同时通过穿墙套管与主腔体的硬连接单元J12Z相连。JllT和 J22T分别与本腔体的端子排单元相连，通过调整端子排另一侧的接线，可实现3台电动机的单台控制和程序控制，示例接线为程序控制方式。所述的电动机控制与保护功能是通过微处理器单元、整定单元、显示单元、传感器单元、漏电信号处理单元、电流信号处理单元、电压信号处理单元、本安先导单元、程序控制单元及驱动单元实现的。(1)微处理器单元是指C8051F040单片机最小系统，如图6所示， 在晶振Yl下工作，按键Sl实现复位功能。( 整定单元设计为4个按键，依次为数字键、下移键、确认键、整定键，与微处理器的P0. 0-P0. 3输入口相连。( 显示单元为中达电通公司的D0P-B05S100液晶触摸屏，通过RS485总线与微处理器的串口相连，显示电机和系统状态。(4)漏电信号处理单元如图7所示，24V交流经整流桥U8整流，电容C16、C17、C18、C19滤波，电源调整器U9、R16、R17稳压后变成+22VDC。该附加直流电源通过由线路绝缘电阻和调压电阻R18、R19构成的分压电路，将反映绝缘状况的Lea信号限流限压R20、D11后送至微处理器的A/D端口，进行采样处理。( 电流及电压信号处理单元如图8所示，将各相电流传感器的信号分别接至1+和1-，经电阻R21转换为电压信号，滤波R22、R23、C20、C21、 C22后送至微处理器的A/D端口，进行交流采样；对电压信号，先将电压互感器的信号接至电流型二次电压互感器Tl的V+和V-，经电阻RM、R25变成ImA左右的电流信号，然后采用如电流信号相同的处理方法将其变成交流信号，送至微处理器的A/D端口处理判别。(6)本安先导单元如图3所示，它由信号检测单元9V 、D7、Fl、Cl、Rl、R2、Ul、R7、R4，信号鉴别单元 18V 、D1、D2、D3、D4、C2、U2、C3、C4、C5、R5、R6 和执行单元 R8、R9、U3、D6、Jl 组成。 其中，Ul为光电耦合器、U2为稳压器件、U3为电压比较器、Jl为直流继电器。Il和12连接到硬连接单元，配合微处理器，实现远程启动控制与保护。(7)程序控制单元如图4所示，它采用复合控制方式，由隔离电路U4A、U5A、RIO、Rl 1、TO、R12、R13和驱动执行电路U7A、U7B、 U8、D8、D9、J2 组成。其中，U4A 为 74LS06、U5A 为 74LS07、U6 为光电耦合器、U7 为 74HC14、 U8为SN75452、J2为直流继电器。13和14连接到硬连接单元，配合微处理器，实现电动机的顺序起停。(8)驱动单元为控制电机起停的接触器Kll、K12、K13、K21、K22、K23，接触器的一组常开辅助触点与硬连接单元相连，接触器和微处理器之间设有中间继电器。矿井胶带输送机供电系统控制保护装置正常工作时，装置通过主腔体的电缆快速连接装置Sll和S12与上级馈电开关相连，通过L11、L12、L13与3台电动机定子绕组相连； 主腔体的端子排接成如图5所示的程序控制方式(也可根据需要接成单台独立控制方式)， 备用腔体端子排可以不用接线；将插头JllT插到插座JllZ上；按下启动按钮，主腔体第1 台电动机启动，延时Δ tl第2台电动机自动投入，再延时Δ t2第3台电动机投入；按下停止按钮第3台电动机停车，延时Δ t3第2台电动机停车，Δ t4之后第1台延时停车；若第2 台电动机故障停车，第1台立即停车，第3台延时Δ t5停车。当主腔体因故障导致3台电动机无法运行时，只需将主腔体的电缆快速插头接到备用腔体S21、S22、L21、L22、L23处，将插头JllT插到插座J12Z上，按下启动按钮，备用腔体控制单元控制3台电动机依次启动， 实现故障快速切换，保证了胶带机工作的连续性，提高了工作面的生产效率。综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置，其特征在于该装置具有一主一备两个独立腔体为胶带输送机供电，每个腔体分别通过2个电缆快速插接引入装置与电源侧相连，3个快速插接引出装置与驱动胶带输送机的3台电动机的定子绕组相连，两腔体外侧各设计一个副腔体放置控制线端子排，切换时只需打开该腔体调整端子排接线即可；主、备腔体是相对的，工作腔体称为主腔，另一个则为备用腔；两个独立腔体含有结构相同的互为冷备用的主控单元和备控单元，每一控制单元又细分为微处理器单元、整定单元、显示单元、传感器单元、漏电信号处理单元、电流信号处理单元、电压信号处理单元、本安先导单元、程序控制单元、驱动单元、硬连接单元和控制线端子排单元；所述的硬连接单元是主、备腔体中的2个多极插芯连接器插座和1个多极插芯连接器插头；每一腔体中的其中一个插座与自身控制单元中的本安先导电路控制线、驱动单元的接触器常开辅助触点、程序控制信号线相连，另一个插座与备用腔体控制单元中的本安先导电路控制线、驱动单元的接触器常开辅助触点、程序控制信号线相连，2个插座均固定在所在腔体；1 个插头与控制线端子排单元一端相连，若自身腔体工作，则插头插到接自身单元控制线的插座上；若备用腔体工作，则插头插到接备用单元控制线的插座上。当主腔体控制单元发生故障时，只需将该腔体中硬连接单元的插头插到接备用腔控制线的插座上，再将该腔体5 个电缆快速插接插头更换到备用腔体相应的位置上，无需更换备用腔体端子排另一侧的接线。
2.根据权利要求1所述的具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置， 其特征在于所述的控制单元中，(1)微处理器单元是控制核心，主要包括C8051F040微处理器、晶振以及复位电路；( 整定单元用于输入负荷参数，由4个按键组成，各按键通过单总线与微处理器的输入口相连；(3)显示单元为液晶触摸屏，用于3台电机状态显示，通过RS485总线与微处理器的串口相连；(4)传感器单元包括电流和电压互感器，采集3台电机各相的电流及线路电压，送至信号处理单元；( 信号处理单元包括漏电、电流及电压信号处理电路，将反映绝缘状态及传感器的信号转换为0-3. 3V的直流或交流信号，送至微处理器的A/D端口 ； (6)本安先导单元是最先接收启动、停止信号的电路，其本安部分与远控按钮相连，其执行单元与微处理器的输入口相连；(7)程序控制单元用于3台电机的顺序启动，其输入端与微处理器的输出口相连，其输出端与硬连接单元相连；(8)驱动单元为控制电机起停的接触器，接触器的一组常开辅助触点与硬连接单元相连，接触器和微处理器之间设有中间继电器。
全文摘要
本发明涉及一种具快速切换功能的矿井胶带输送机供电系统控制保护装置。该装置通过主备腔体中的硬连接单元和两腔体上的电缆快速插接插头，实现故障时主备控制单元的快速切换，确保胶带输送机供电的连续性，提高工作面的生产效率。它主要解决目前为胶带输送机供电的QJZ系统组合开关存在故障率高，维修更换时间长的问题。当供电设备发生故障时，只需更换一下主备腔体中的硬连接单元和两腔体上的电缆快速插接装置，无需更改其他控制线，即可利用同一套启动、停止按钮，控制备用腔体中的控制单元，实现快速切换，确保连续供电。
文档编号E21F13/00GK102201698SQ20111010713
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年2月25日
发明者宋建成, 李海英, 王芳 申请人:上海理工大学