一种煤矿井下双CPU软起动控制系统的制作方法

本发明涉及一种煤矿井下双CPU软起动控制系统，特别适用煤矿井下安全要求较高的场合，用于实现井下三相异步电动机的软起动。

背景技术：

三相异步电动机因其不可替代的优势应用于各行各业，煤矿井下刮板机、转载机、破碎机等大多都采用三相异步电动机来驱动。三相异步电动机较大的起动电流给电机本身和电网都造成较大危害，这一问题可以在三相异步电动机前加装软起动器解决。现代软起动器绝大多数是以晶闸管为核心器件的软起动器，需要采用控制芯片控制晶闸管的触发角实现软起动控制。目前大多数软起动器采用单一的单片机进行控制，单片机擅长复杂的数学计算，但容易受到干扰。在井下复杂环境条件下，当遇到紧急事件比如紧急闭锁信号时，单片机需要判断中断优先级，反应时间长；另一方面，当受到干扰无法处理紧急闭锁信号时，井下生命财产安全会受到极大的威胁，给正常煤矿生产带来极大的安全隐患。本发明涉及的一种煤矿井下双CPU软起动控制系统可以有效解决上述问题，单片机负责触发脉冲的复杂计算和事件的判断， PLC处理与安全相关的起动、停止、脉冲静止、故障、接触器控制、漏电保护等事项，即使单片机出现故障也不会影响整个系统的安全性。煤矿井下双CPU软起动控制系统对煤炭行业以人为本，安全生产有重要的现实意义。

技术实现要素：

基于解决井下常规单CPU软起动控制系统存在的安全隐患问题，本发明提出一种煤矿井下双CPU软起动控制系统，以实现煤矿井下三相异步电动机安全软起动。

为实现上述目的，本发明提出了一种煤矿井下双CPU软起动控制系统技术方案。

一种煤矿井下双CPU软起动控制系统，包括：接触器K1、接触器K2、接触器控制电路、按键、漏电保护电路、可控硅过热保护电路、PLC、C8051F040单片机、液晶显示、同步信号采集电路、触发电路、电流检测电路、晶闸管组件SCR、三相异步电动机M；PLC与C8051F040单片机通过RS485接口连接，接触器控制电路、按键、漏电保护电路、可控硅过热保护电路分别与PLC连接，电流检测电路、液晶显示与同步信号检测电路分别与C8051F040单片机连接，C8051F040单片机通过触发电路与晶闸管组件SCR连接，接触器K2与晶闸管组件SCR并联，接触器K1与晶闸管串联后再与三相异步电动机连接。

所述接触器K1串联在晶闸管组件SCR的前端，作为系统主回路总开关，三相异步电动机需要起动时，首先闭合接触器K1；

所述接触器K2并联在晶闸管组件SCR两端，起旁路接触器的作用，三相异步电动机起动结束后，闭合接触器K2，将晶闸管组件从主回路中释放出来，延长其寿命；

所述接触器控制电路连接在PLC与两个接触器之间，用于驱动两个接触器；

所述按键是8位开关量独立式输入单元，与PLC输入端子相连接；

所述漏电保护电路装在系统主回路上，与PLC连接，用于检测主回路漏电情况；

所述可控硅过热保护电路装在晶闸管组件上，与PLC连接，用于检测晶闸管组件的温度；

所述PLC是系统的一个控制CPU，与接触器控制电路、按键、漏电保护电路、可控硅过热保护电路及C8051F040单片机连接；

所述C8051F040单片机是系统的另一个控制CPU，与液晶显示、同步信号采集、触发电路、电流检测电路及PLC连接；

所述液晶显示器是TFT480272RS-4.3液晶显示屏，液晶显示屏的（4、5、6、7）管脚与C8051F040单片机（U22）的P7.6、P0.1、P0.0和P7.7相连接；

所述同步信号采集电路通过端子引入同步变压器采集信号TC1、TC2、TC3进行电阻分压、二极管电压保护及电压偏置电路（U7A）与C8051F040单片机（U22）的P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7连接；

所述触发电路是晶闸管组件SCR通过光耦（U1、U2、U3、U4、U5、U6）与C8051F040单片机（U22）的P3.5、P3.6、P3.7连接；

所述电流检测电路通过端子将电流互感器的输出信号TA1、TA2、TA3经过调理电路（U7B、U8A、U8B）与C8051F040单片机（U22）的AIN0.0、AIN0.1、AIN0.2连接；

所述晶闸管组件SCR串联在主回路中，由三组双向反并联晶闸管组成；

所述三相异步电动机M与晶闸管组件SCR连接。

本发明用于煤矿井下双CPU软起动控制系统，其中双CPU是PLC与C8051F040单片机。C8051F040单片机与控制晶闸管触发信号相关单元同步信号检测电路、触发电路、电流检测电路、液晶显示连接，同时与PLC经过RS485通信连接，主要用于根据系统回馈的同步信号、电流采集等信号进行运算发出晶闸管组件SCR触发信号。PLC与系统安全信号相关单元按键、漏电保护电路、可控硅过热保护电路及接触器控制电路连接，同时与C8051F040单片机进行通信。

C8051F040单片机工作受控于PLC，C8051F040单片机与PLC工作相互协调，二者相辅相成，本发明的相关安全控制信号都由PLC完成，本发明的复杂逻辑运算由C8051F040单片机来完成，二者各取所长共同完成本发明所有工作，提高本发明的可靠性和安全性。

本发明所提出的煤矿井下双CPU软起动控制系统与现有技术相比具有以下优点：（1）当单片机受到的干扰和误码动作时，PLC可以及时断开接触器，切断主回路，停止晶闸管触发脉冲触发，保证人员安全，防止设备误动作；（2）利用C8051F040单片机内部集成的三个施密特电压比较器检测电压同步信号，以及内部集成的A/D采样电路，极大地简化了控制器的外围电路，控制系统可靠稳定；（3）对三相电源电压信号独立监测，区别于现有的检测一相绕组电压，然后通过时间延时估计其它两相的相位关系，优点在于可以适应煤矿井下三相电源相位不平衡问题，根据实际三相的电压相位分别触发对应晶闸管，提高系统可靠性。

附图说明

图1是本发明煤矿井下双CPU软起动控制系统的总体结构原理示意图；

图2是本发明煤矿井下双CPU软起动控制系统的C8051F040单片机最小系统原理示意图；

图3是本发明煤矿井下双CPU软起动控制系统PLC连接原理示意图；

图4是本发明煤矿井下双CPU软起动控制系统同步信号检测电路原理示意图；

图5是本发明煤矿井下双CPU软起动控制系统电流检测电路原理示意图；

图6是本发明煤矿井下双CPU软起动控制系统触发电路原理示意图；

图7是本发明煤矿井下双CPU软起动控制系统RS485通信原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图用具体实施例来进一步详细描述本发明所称的煤矿井下双CPU软起动控制系统，所述领域的技术人员在阅读了本具体实施例后，能够实现本发明所述的技术方案，同时也能够体现本发明所述的优点与积极效果。

如图1所示，煤矿井下双CPU软起动控制系统，整个系统包括触器K1、接触器K2、接触器控制电路、按键、漏电保护电路、可控硅过热保护电路、PLC、C8051F040单片机、液晶显示、同步信号采集电路、触发电路、电流检测电路、晶闸管组件SCR、三相异步电动机M。其中：所述的C8051F040单片机包括CPU（U22）、复位电路（U9）、晶振（Y1）以及用于调试的JTAG接口（P3）；所述的同步信号采集电路包括电压跟随的电路（U7A），对同步电压信号TC1、TC2、TC3进行处理后进入单片机（U22）；所述触发电路包括6路光耦隔离电路（U1、U2、U3、U4、U5、U6）；所述电流检测电路包括3路信号调理电路（U7B、U8A、U8B）。

如图2所示，煤矿井下双CPU软起动控制系统的C8051F040单片机最小系统包括复位电路（U9）和晶振（Y1）与CPU（U22）对应管脚相连接，JTAG（P3）直接与CPU（U22）的JTAG管脚相连接。

如图3所示，煤矿井下双CPU软起动控制系统PLC连接原理示意图，PLC通过RS485通信接口与单片机（U22）连接，Q0.5、Q0.6与接触器控制电路的继电器连接，Q0.4与指示灯连接显示系统故障状态，通过PLC I/O口与单片机（U22）连接，实现软起/软停、控制故障、脉冲静止、控制器复位功能。

如图4所示，煤矿井下双CPU软起动控制系统同步信号检测电路，将外部三相电压互感器输出的电压信号TC1、TC2、TC3经过电阻分压和二极管电压钳位保护，以及通过电压跟随器（U7A）的电压偏置处理后与C8051F040单片机（U22）的P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7连接，在单片机内部进行电压比较并产生同步信号。

如图5所示，煤矿井下双CPU软起动控制系统电流检测电路将外部电流互感器的输出信号经过调理电路（U7B、U8A、U8B）与单片机（U22）的AIN0.0、AIN0.1、AIN0.2连接，单片机对其进行A/D采样，数据处理。

如图6所示，煤矿井下双CPU软起动控制系统触发电路是晶闸管组件SCR通过光耦（U1、U2、U3、U4、U5、U6）与单片机（U22）的P3.5、P3.6、P3.7连接，是将单片机通过运算发出的触发脉冲信号经过光耦隔离电压放大形成晶闸管触发脉冲对晶闸管组件SCR进行触发。

如图7所示，煤矿井下双CPU软起动控制系统RS485通信接口电路，PLC通过RS485通信接口电路与单片机（U22）的TX0、RX0、P4.3相连接， PLC和单片机（U22）之间经过MAX485芯片进行电平转换后实现RS485通信功能。

本发明在上述一种煤矿井下双CPU软起动控制系统的硬件结构基础上，本专业技术人员可以得到相应的系统应用软件以及软件的组合，并能够实现井下三相异步电动机可靠安全软起动，在本说明书中涉及到其它技术内容以及技术术语应当按照本领域的公知常识和惯用的技术手段理解和实施，也可以通过合理的分析推理设置实施。