一种矿用电气设备保护装置的制作方法

本发明涉及电气设备技术领域，具体为一种矿用电气设备保护装置。

背景技术：

目前，国产煤矿井下电气保护装置主要采用继电器控制和熔断器保护，这两种保护元件因本身的离散性，加之整定、更换和检修不便，可靠性较低，而且监控装置体积大，线路复杂，当被保护系统发生短路、断相、过载及接地等故障时，其保护的结果都将作用于跳闸、切断电源，而不能准确地判断出故障类型，给技术人员带来了诸多不便，而且所使用的保护装置近二十年来在技术上没有大的突破，功能也比较单一，在安全性、可靠性和技术性上存在许多不足，难以适应煤矿生产的需要。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种矿用电气设备保护装置，结构灵活，能够实现多方面检测和远程监控，便于进行集中管控，安全可靠，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿用电气设备保护装置，包括安装保护盒和远程服务器，所述安装保护盒的背面固定焊接有支撑背板，正面顶端镶嵌有接线端子，内部安装有集成电路板，所述集成电路板的上表面焊接有所有的电气元件，核心为嵌入式主控模块，所述嵌入式主控模块的数据交互端连接有人机交互模块，数据采集端连接有数据采集模块，通信端口连接有数据通信模块，所述数据通信模块通过无线信道进行数据传输，连接到远程服务器；所述嵌入式主控模块的命令输出端连接有动作执行模块和报警模块，同时还连接有数据存储模块；所述远程服务器还内置有云数据库。

作为本发明一种优选的技术方案，所述嵌入式主控模块包括嵌入式处理器，所述嵌入式处理器采用s3c2440系列芯片，嵌入式处理器的电源引脚连接有充电锂电池，时钟引脚连接有时钟晶振，且嵌入式处理器内置有通过ahb和apb总线。

作为本发明一种优选的技术方案，所述人机交互模块包括液晶显示器和功能选择按键，所述液晶显示器的数据端还连接有lcd驱动器，所述液晶显示器和功能选择按键镶嵌在安装保护盒的正面。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据采集模块包括互感器信号采集电路，所述互感器信号采集电路的输出端连接有a/d转换器，控制端连接有开关量输入输出控制电路，所述a/d转换器与嵌入式处理器的数据输入端电连接，开关量输入输出控制电路的控制端与嵌入式处理器电平输出端电连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据通信模块包括以太网控制器，所述以太网控制器采用crystallan的cs8900a控制芯片，以太网控制器的内部集成有曼彻斯特编解码器和数据链路控制器，所述曼彻斯特编解码器的输入端连接有isa总线接口，输出端连接有以太网信号收发器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述动作执行模块包括升压变换器和多路电子开关，多路电子开关的输出端并联有电磁继电器，所述电磁继电器连接到接线端子的输入端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述报警模块包括放大驱动器，所述放大驱动器的输出端并联有警示灯和报警蜂鸣器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据存储模块包括flash存储器和sdram存储器，所述flash存储器采用k9f1208uom的nandflash，sdram存储器采用的hy57v561602bt存储器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该嵌入式多功能矿用电气设备保护装置，通过设置嵌入式主控模块，利用嵌入式处理器控制数据采集模块，实现井下数据实时采集操作；通过设置动作执行模块，结合数据采集功能，形成闭环反馈调节，提高检测精确度同时实现自动保护功能；通过设置报警模块，利用放大驱动器驱动警示灯和报警蜂鸣器井下声光报警，增加安全提醒功能；通过设置数据通信模块，利用以太网控制器控制曼彻斯特编解码器和以太网信号收发器，实现与远程服务器的远程数据传输，实现了远程监控功能，便于进行远程管理和集中管控，节省人力物力；本发明结构灵活，能够实现多方面检测和远程监控，便于进行集中管控，安全可靠。

附图说明

图1为本发明模块结构示意图；

图2为本发明外观结构示意图；

图3为互感器信号采集电路原理图；

图4为数据通信模块电路原理图。

图中：1-安装保护盒；2-接线端子；3-集成电路板；4-嵌入式主控模块；5-人机交互模块；6-数据采集模块；7-数据通信模块；8-远程服务器；9-动作执行模块；10-报警模块；11-数据存储模块；12-云数据库；13-嵌入式处理器；14-充电锂电池；15-时钟晶振；16-液晶显示器；17-功能选择按键；18-lcd驱动器；19-a/d转换器；20-开关量输入输出控制电路；21-以太网控制器；22-曼彻斯特编解码器；23-数据链路控制器；24-isa总线接口；25-以太网信号收发器；26-升压变换器；27-多路电子开关；28-电磁继电器；29-放大驱动器；30-警示灯；31-报警蜂鸣器；32-flash存储器；33-sdram存储器；34-互感器信号采集电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种矿用电气设备保护装置，包括安装保护盒1和远程服务器8，所述安装保护盒1的背面固定焊接有支撑背板，正面顶端镶嵌有接线端子2，内部安装有集成电路板3，所述集成电路板3的上表面焊接有所有的电气元件，核心为嵌入式主控模块4，所述嵌入式主控模块4的数据交互端连接有人机交互模块5，数据采集端连接有数据采集模块6，通信端口连接有数据通信模块7，所述数据通信模块7通过无线信道进行数据传输，连接到远程服务器8；所述嵌入式主控模块4的命令输出端连接有动作执行模块9和报警模块10，同时还连接有数据存储模块11；所述远程服务器8还内置有云数据库12；

所述嵌入式主控模块4包括嵌入式处理器13，所述嵌入式处理器13采用s3c2440系列芯片，嵌入式处理器13的电源引脚连接有充电锂电池14，时钟引脚连接有时钟晶振15，且嵌入式处理器13内置有通过ahb和apb总线；所述人机交互模块5包括液晶显示器16和功能选择按键17，所述液晶显示器16的数据端还连接有lcd驱动器18，所述液晶显示器16和功能选择按键17镶嵌在安装保护盒1的正面；所述数据采集模块6包括互感器信号采集电路34，所述互感器信号采集电路34的输出端连接有a/d转换器19，控制端连接有开关量输入输出控制电路20，所述a/d转换器19与嵌入式处理器13的数据输入端电连接，开关量输入输出控制电路20的控制端与嵌入式处理器13电平输出端电连接。

所述数据通信模块7包括以太网控制器21，所述以太网控制器21采用crystallan的cs8900a控制芯片，以太网控制器21的内部集成有曼彻斯特编解码器22和数据链路控制器23，所述曼彻斯特编解码器22的输入端连接有isa总线接口24，输出端连接有以太网信号收发器25；所述动作执行模块9包括升压变换器26和多路电子开关27，多路电子开关27的输出端并联有电磁继电器28，所述电磁继电器28连接到接线端子2的输入端；所述报警模块10包括放大驱动器29，所述放大驱动器29的输出端并联有警示灯30和报警蜂鸣器31；所述数据存储模块11包括flash存储器32和sdram存储器33，所述flash存储器32采用k9f1208uom的nandflash，sdram存储器33采用的hy57v561602bt存储器。

本发明的工作原理：所述安装保护盒1采用绝缘防水材料制成，且表面涂覆有防腐涂料，能够适应井底潮湿阴暗的环境，有效保护内部电气元件，延长使用寿命，所述接线端子2用于连接至待检测的线路当中，所述集成电路板3用于将所有的电气元件集成为一体，有效减小整体体积；

所述嵌入式主控模块4为整个装置的控制中枢，所述嵌入式处理器13采用s3c2440系列芯片，s3c2440在低功耗、高性能的基础上，通过ahb和apb总线又配备了众多的外设接口，使其在嵌入式开发领域得到越来越广泛的应用，其中：ahb主要用于高性能模块如cpu、dma、总线控制器和内存控制器等之间的连接，它包括以下一些特性：单个时钟边沿操作，非三态的实现方式，支持突发传输，支持分段传输，支持多个主控制器，可配置32位～128位总线宽度，支持字节、半字节和字的传输；apb主要用于低带宽的周边外设之间的连接，其可用于uart、gpio、spi、watchdogtimer、i²c等的连接，它的总线架构不像ahb支持多个主模块，在apb中唯一的主模块就是apb桥，其特性包括：两个时钟周期传输，无需等待周期和回应信号，控制逻辑简单，只有四个控制信号；

（1）所述嵌入式处理器13由充电锂电池14进行供电，接通电源后，时钟晶振15开始起振，提供标准时钟周期，所述人机交互模块5用于进行功能选择和参数设置，所述功能选择按键17可以通过按下相应的按键，嵌入式处理器13扫描到对应的端口后调用相应的执行程序，所述lcd驱动器18可以将嵌入式处理器13输出的信号转换成lcd格式，并通过液晶显示器16显示出来；

（2）当开始进行检测时，数据采集模块6开始工作，所述开关量输入输出控制电路20由可控硅组成，当嵌入式处理器13对应的通道输出高电平时打开相应的互感器信号采集电路34，所述互感器信号采集电路34用于进行对用电设备的电压和电流参数进行采集，利用互感器特性将模拟电信号传输至a/d转换器19，通过a/d转换器19转换成数字信号后送入至嵌入式处理器13；

（3）所述嵌入式处理器13接收到信号后，从数据存储模块11中的flash存储器32中读取处理程序，将接收到的信号进行解析编码并与设定值进行比较，处理后的数据送入sdram存储器33存储并建立本地数据库，当嵌入式处理器13判断出现故障时，将立即启动动作执行模块9和报警模块10；

（4）所述动作执行模块9用于自动切断用电设备线路，所述多路电子开关27在嵌入式处理器13的控制下打开或关闭对应的电气通路，所述升压变换器26将嵌入式处理器13输出的电压进行升压变换，输出的高电压将控制电磁继电器28被吸起，从而切断通路，实现电路保护操作；

（5）所述报警模块10用于实现声音和灯光报警，所述述放大驱动器29将嵌入式处理器输出电流进行放大，放大后的电流分流点亮警示灯30并驱动报警蜂鸣器31发出声音警报，提醒井下工作人员；

（6）所述数据通信模块7通过以太网实现远程数据传输操作，所述以太网控制器21采用eee802．3介质访问控制块(mac)，支持全双工操作，完全依照ieee802．3以太网标准，通过数据链路控制器23负责处理有关以太网数据帧的发送和接收配置，所述isa总线接口24用于与嵌入式处理器13直连，将待发送输出传输至曼彻斯特编解码器22的输入端，所述曼彻斯特编解码器22按照曼彻斯特编码规则将待发送数据进行编码，编码后的数据通过以太网信号收发器25发送至远程服务器8；

所述远程服务器8接收数据并做进一步分析处理，并将处理后的数据汇总后上传至云数据库12便于进行后期统计调用。

该嵌入式多功能矿用电气设备保护装置，通过设置嵌入式主控模块4，利用嵌入式处理器13控制数据采集模块6，实现井下数据实时采集操作；通过设置动作执行模块9，结合数据采集功能，形成闭环反馈调节，提高检测精确度同时实现自动保护功能；通过设置报警模块10，利用放大驱动器29驱动警示灯30和报警蜂鸣器31井下声光报警，增加安全提醒功能；通过设置数据通信模块7，利用以太网控制器25控制曼彻斯特编解码器22和以太网信号收发器25，实现与远程服务器8的远程数据传输，实现了远程监控功能，便于进行远程管理和集中管控，节省人力物力；本发明结构灵活，能够实现多方面检测和远程监控，便于进行集中管控，安全可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。