专利名称：井下智能本安型电源网的制作方法
技术领域：
本发明井下智能本安型电源网，属于井下电源网技术领域。
背景技术：
目前煤矿井下针对传感器的本安电源供电方式，全部为将AC127V/660V-50HZ 的交流电源经过电源转换为5V-24V的直流本安电源，然后通过接线盒直接导线连接供 电。这种供电方式的主要不足之处在于，每次接入或断开一个节点都需要回路处于断电 状态，因为在防爆环境中不允许设备带电开盖连接，这样就影响同一回路中其他设备的 正常工作；另外，节点位置变化不灵活，每次增加或移动一个节点都需要在接入处断开 电缆，采用防爆接线盒接线，这样不仅增加了电缆断点，节点不能灵活移动，且整体不 具备远程遥控断电、闭合的能力。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，所要解决的技术问题是提供一种不用断电也不用 断开电缆就可以安全接入本安电源的井下智能本安型电源网。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为井下智能本安型电源网， 包括提供恒定电流的直流或者交流恒流源，连接恒流源输入端和输出端的主闭合回 路；在所述主闭合回路上通过钳形结构挂接有电源网络节点、可移动卡钳式智能本 安电源，电源网络节点和智能本安电源之间通过电力线载波的方式通信。所述的电源网络节点包括主控制器、串行数据总线接口、电力线载波接口、电 源管理总线接口、以太网口和触摸屏，主控制器分别和串行数据总线接口、电力线载波 接口、电源管理总线接口、以太网口、触摸屏连接；电源网络节点通过以太网和内部主 控制器对智能本安电源进行远程开关状态和输出电压的控制，输出电流随着输出电压的 不同，根据本安曲线做自适应调整；所述的智能本安电源由本安变换电路、控制电路和通信电路组成，所述的本安 变换电路由依次连接的整流滤波电路、变压电路、二次整流滤波电路、两级稳压电路、 两级限流电路和本安输出端口组成，通信电路由电力线载波通信电路、异步串行通信电 路组成；所述的控制电路包括辅助电源、DSP控制电路、基极驱动电路、比较放大电 路和采样电路，其结构为辅助电源与DSP控制电路相连，为DSP控制电路供电，采样 电路的输入端分别与本安变换电路的两级稳压电路和两级限流电路的输出端相连，采样 电路的输出端与比较放大电路的输入端相连，比较放大电路的输出端与DSP控制电路相 连，DSP控制电路同时与基极驱动电路相连，基极驱动电路与变压电路相连；DSP控制 电路上还设置有多个通讯接口。所述控制电路的控制方法为在两级稳压电路和两极限流电路的输出端实时对电压电流采样，采样后将采样电压经比较放大电路放大，然后与设定的基准电压相比 较，如果实际本安输出值小于基准电压，通过DSP控制电路对变压电路进行调整，增大 变压电路中脉冲的频率或者占空比，再经过二次整流滤波以及两级稳压限流，最后本安 输出；如果实际本安输出值大于基准电压，通过DSP控制电路对变压电路进行调整，减 小变压电路中脉冲的频率或占空比，再经过二次整流滤波以及两级稳压限流，最后本安 输出。所述电源网络节点对智能本安电源的控制方法为首先，电源网络节点对网络 中的每一个智能本安电源进行地址和级别注册；接着，智能本安电源向电源网络节点申 请接通；然后，电源网络节点根据网络负荷状态通过级别高低来决定智能本安电源的接 通，并设定输出电压值；当网络中负荷超标，电源网络节点根据网络中智能本安电源的 级别来依次关闭低级别的智能本安电源，直至整个网络负荷正常。DSP控制电路上设置的通讯接口为串行数据总线接口、电力线载波接口和电源 管理总线接口。在整流滤波电路和变压电路之间设置有充电电池作为备用电源。本发明与现有技术相比所具有的有益效果为1、在安装本安电源时，不需要接线盒，只需在需要安装本安电源的场所，有恒 流源供电电缆就可以了，智能本安电源采用互感器原理，结合类似钳形表卡座的结构， 只要把智能本安电源卡在恒流源的供电电缆上就可以了。2、提供电源网络节点，该设备有较好的人机接口，如本安显示屏、本安键盘 和本安鼠标，通过该设备可以对该电源网内的任何一个智能本安电源进行配置，配置的 具体内容包括开关状态、输出电压和优先级，同时提供以太网接口，通过TCP/IP协 议，用户可以远程对上述内容进行配置。3、系统提供优先级功能当系统挂接的智能本安电源较多时，在接近恒流源能 提供的功率时，优先级较低的智能本安电源将自动关闭，同时提供告警指示。
下面结合附图对本发明做进一步说明图1为本发明的硬件结构示意图；图2为本发明中电源网络节点的结构示意图；图3为本发明中智能本安电源的结构示意图。图中1为恒流源、2为主闭合回路、3为电源网络节点、4为智能本安电源、5 为本安变换电路、6为控制电路、7为变压电路。
具体实施例方式如图1、图2、图3所示，本发明井下智能本安型电源网，包括提供恒定电流 的直流或者交流恒流源1，连接恒流源1输入端和输出端的主闭合回路2 ；在所述主闭合回路2上通过钳形结构挂接有电源网络节点3、可移动卡钳式智能 本安电源4，电源网络节点3和智能本安电源4之间通过电力线载波的方式通信。所述的电源网络节点3包括主控制器、串行数据总线接口、电力线载波接口、电源管理总线接口、以太网口和触摸屏，主控制器分别和串行数据总线接口、电力线载 波接口、电源管理总线接口、以太网口、触摸屏连接；电源网络节点3通过以太网和内 部主控制器对智能本安电源4进行远程开关状态和输出电压的控制，输出电流随着输出 电压的不同，根据本安曲线做自适应调整；所述的智能本安电源4由本安变换电路5、控制电路6和通信电路组成，所述的 本安变换电路5由依次连接的整流滤波电路、变压电路7、二次整流滤波电路、两级稳压 电路、两级限流电路和本安输出端口组成，通信电路由电力线载波通信电路、异步串行 通信电路组成；所述的控制电路6包括辅助电源、DSP控制电路、基极驱动电路、比较放大 电路和采样电路；其结构为辅助电源与DSP控制电路相连，为DSP控制电路供电，采 样电路的输入端分别与本安变换电路5的两级稳压电路和两级限流电路的输出端相连， 采样电路的输出端与比较放大电路的输入端相连，比较放大电路的输出端与DSP控制电 路相连，DSP控制电路同时与基极驱动电路相连，基极驱动电路与变压电路7相连；DSP 控制电路上还设置有多个通讯接口。所述控制电路6的控制方法为在两级稳压电路和两极限流电路的输出端实时 对电压电流采样，采样后将采样电压经比较放大电路放大，然后与设定的基准电压相比 较，如果实际本安输出值小于基准电压，通过DSP控制电路对变压电路7进行调整，增 大变压电路7中脉冲的频率或者占空比，再经过二次整流滤波以及两级稳压限流，最后 本安输出；如果实际本安输出值大于基准电压，通过DSP控制电路对变压电路7进行调 整，减小变压电路7中脉冲的频率或占空比，再经过二次整流滤波以及两级稳压限流， 最后本安输出。所述电源网络节点3对智能本安电源4的控制方法为首先，电源网络节点3对 网络中的每一个智能本安电源4进行地址和级别注册；接着，智能本安电源4向电源网络 节点3申请接通；然后，电源网络节点3根据网络负荷状态通过级别高低来决定智能本安 电源4的接通，并设定输出电压值；当网络中负荷超标，电源网络节点3根据网络中智能 本安电源4的级别来依次关闭低级别的智能本安电源4，直至整个网络负荷正常。DSP控制电路上设置的通讯接口为串行数据总线接口、电力线载波接口和电源 管理总线接口。在整流滤波电路和变压电路7之间设置有充电电池作为备用电源。本发明井下智能本安型电源网中智能本安电源4的DSP控制电路由DSP芯片实 现，DSP芯片的型号为TMS320F28020PT，智能本安电源4的变压电路7包括开关和变压 器，本发明中的变压电路7可以用开关电源变压器实现；所述的智能本安电源4中的通信 电路为现有技术。在本发明井下智能本安型电源网系统中，由恒流源1输出一定功率的恒定电 流，根据实际供电需要，在此网路上挂接智能本安电源4，来进行稳定电压输出。本发明中智能本安电源4的原理为交流电经输入源输入智能本安电源4后， 先经过第一次整流滤波，将交流电转换为直流电，一部分直流电进入辅助电源，辅助电 源将第一次整流滤波后的强电转换为弱电，另一部分直流电进入充电电池对充电电池进 行充电，最后一部分直流电进入变压电路7，充电电池也与变压电路7相连，变压电路7由开关和变压器组成，可以用开关电源变压器实现，经过变压电路7后，再对直流电进 行第二次整流滤波、两级稳压和两级限流后变为本安输出。为了控制本安输出电压的稳 定性，本安输出的直流电会进入一个控制电路6，即反馈电路，控制电路6包括采样电 路、比较放大电路、DSP控制电路、基极驱动电路和辅助电源，本安输出的直流电经过 采样电路采样后，与预先设置好的基准电压进行比较，比较信号经放大后进入DSP控制 电路，由软件编程进行控制，DSP控制电路输出PWM信号，通过调节脉冲频率或者占空 比，驱动变压电路7中的开关，最终输出合适的直流电压，DSP控制电路由辅助电源为其 供电，为适应需要，智能本安电源4可以进行5V-24V多路输出。另外，上位机控制信 号可以经过电力线载波接口进入DSP控制电路，对本安输出进行远程调控。智能本安电源4的输入源可以为两种方式，即恒流源1和交流127V输入，允许 输入波动士20%，根据使用环境，对应输入接口。在有恒流源1供电的场所，应用互感 器原理，结合类似钳形表的卡座结构，把智能本安电源4卡在恒流源1供电电缆上即可， 增加了本安电源使用的灵活性。此智能本安电源4配有UART即串行数据总线接口、电力线载波接口、PMbus即 电源管理总线接口。通过电力线载波接口，智能本安电源4可以和上位机进行通讯，上 位机通过电力线传输控制信号，对智能本安电源4的输出进行控制。通过串行数据总线 接口，智能本安电源4可以在井下配接本安显示屏、本安键盘和本安鼠标，实现对智能 本安电源4的井下配置，配置的具体内容包括开关状态、输出电压和优先级，串行数 据总线接口可以为RS232等接口。所述的电力线载波技术为现有技术。本发明中电源网络节点3上设有以太网口，这样，不仅可以通过触摸屏在井下 对智能本安电源4进行控制，也可以通过以太网实现对智能本安电源4的远程控制。
权利要求
1.井下智能本安型电源网，其特征在于包括提供恒定电流的直流或者交流恒流源 (1)，连接恒流源⑴输入端和输出端的主闭合回路⑵；在所述主闭合回路(2)上通过钳形结构挂接有电源网络节点(3)、可移动卡钳式智能 本安电源(4)，电源网络节点(3)和智能本安电源(4)之间通过电力线载波的方式通信。所述的电源网络节点(3)包括主控制器、串行数据总线接口、电力线载波接口、电 源管理总线接口、以太网口和触摸屏，主控制器分别和串行数据总线接口、电力线载波 接口、电源管理总线接口、以太网口、触摸屏连接；电源网络节点(3)通过以太网和内 部主控制器对智能本安电源(4)进行远程开关状态和输出电压的控制，输出电流随着输 出电压的不同，根据本安曲线做自适应调整；所述的智能本安电源(4)由本安变换电路(5)、控制电路(6)和通信电路组成，所述 的本安变换电路(5)由依次连接的整流滤波电路、变压电路(7)、二次整流滤波电路、两 级稳压电路、两级限流电路和本安输出端口组成，通信电路由电力线载波通信电路、异 步串行通信电路组成；所述的控制电路(6)包括辅助电源、DSP控制电路、基极驱动电路、比较放大电 路和采样电路，其结构为辅助电源与DSP控制电路相连，为DSP控制电路供电，采样 电路的输入端分别与本安变换电路(5)的两级稳压电路和两级限流电路的输出端相连， 采样电路的输出端与比较放大电路的输入端相连，比较放大电路的输出端与DSP控制电 路相连，DSP控制电路同时与基极驱动电路相连，基极驱动电路与变压电路(7)相连； DSP控制电路上还设置有多个通讯接口。
2.根据权利要求1所述的井下智能本安型电源网，其特征在于所述控制电路(6)的控 制方法为在两级稳压电路和两极限流电路的输出端实时对电压电流采样，采样后将采 样电压经比较放大电路放大，然后与设定的基准电压相比较，如果实际本安输出值小于 基准电压，通过DSP控制电路对变压电路(7)进行调整，增大变压电路(7)中脉冲的频率 或者占空比，再经过二次整流滤波以及两级稳压限流，最后本安输出；如果实际本安输 出值大于基准电压，通过DSP控制电路对变压电路(7)进行调整，减小变压电路(7)中 脉冲的频率或占空比，再经过二次整流滤波以及两级稳压限流，最后本安输出。
3.根据权利要求1所述的井下智能本安型电源网，其特征在于所述电源网络节点(3) 对智能本安电源(4)的控制方法为首先，电源网络节点(3)对网络中的每一个智能本安 电源⑷进行地址和级别注册；接着，智能本安电源⑷向电源网络节点⑶申请接通； 然后，电源网络节点(3)根据网络负荷状态通过级别高低来决定智能本安电源(4)的接 通，并设定输出电压值；当网络中负荷超标，电源网络节点⑶根据网络中智能本安电 源(4)的级别来依次关闭低级别的智能本安电源(4)，直至整个网络负荷正常。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的井下智能本安型电源网，其特征在于DSP控制 电路上设置的通讯接口为串行数据总线接口、电力线载波接口和电源管理总线接口。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的井下智能本安型电源网，其特征在于在整流 滤波电路和变压电路(7)之间设置有充电电池作为备用电源。
全文摘要
本发明井下智能本安型电源网，属于井下电源网技术领域。所要解决的技术问题是在井下电源网中接入本安电源时不用断电也不用断开电缆。采用的技术方案为井下智能本安型电源网，包括提供恒定电流的直流或者交流恒流源，连接恒流源输入端和输出端的主闭合回路；在所述主闭合回路上通过钳形结构挂接有电源网络节点、可移动卡钳式智能本安电源，电源网络节点和智能本安电源之间通过电力线载波的方式通信。在本井下智能本安型电源网中安装本安电源时，不需要接线盒，只需在需要安装本安电源的场所，有恒流源供电电缆就可以了，智能本安电源采用互感器原理，结合类似钳形表卡座的结构，只要把智能本安电源卡在恒流源的供电电缆上就可以了。
文档编号H02J13/00GK102013730SQ201010577568
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月4日 优先权日2010年12月4日
发明者付国军, 刘凯华, 张志峰, 贾华忠, 高波 申请人:山西科达自控工程技术有限公司