礦用組合開關

圖1是《礦用組合開關》具體實施方式的結構方框示意圖。

圖中，1為主隔離開關組，11為主隔離開關，12為真空接觸器，13為漏電閉鎖檢測，14為電壓互感器，15為電流互感器，2為輔助隔離開關組，21為輔助隔離開關，22為電源變壓器，23為濾波器，24為隔離變壓器，25為電源模塊，3為調理模塊，4為處理模塊，5為顯示模塊，51為液晶顯示器，52為鍵盤，6為先導模塊，61為先導控制回路，7為控制模塊，8為中間繼電器，9為CAN現(xiàn)場總線。

1、《礦用組合開關》具有至少一組處于電源與負荷之間的主隔離開關組及一組輔助隔離開關組，每組主隔離開關組包括主隔離開關、真空接觸器、漏電閉鎖檢測、電壓互感器及電流互感器，輔助隔離開關組包括輔助隔離開關、電源變壓器、濾波器、隔離變壓器及電源模塊，其特征在于：還具有調理模塊、處理模塊、顯示模塊、控制模塊及先導模塊，且對應每組主隔離開關組設置有一調理模塊和一處理模塊；輔助隔離開關組通過電源模塊連接調理模塊、處理模塊和顯示模塊；調理模塊與處理模塊間、處理模塊與顯示模塊、先導模塊、控制模塊間、顯示模塊與先導模塊、控制模塊間均采用CAN總線雙向信號反饋連接；主隔離開關組與調理模塊連接；真空接觸器與處理模塊間設置有中間繼電器；先導模塊連接若干先導控制回路。

2、根據權利要求1所述的礦用組合開關，其特征在于：所述的控制模塊、先導模塊、處理模塊及調理模塊、顯示模塊均采用DSP數(shù)字信號處理器。

3、根據權利要求1所述的礦用組合開關，其特征在于：所述的顯示模塊采用CAN總線聯(lián)接液晶顯示器及鍵盤。

4、根據權利要求1或2或3所述的礦用組合開關，其特征在于：所述的主隔離開關組有三組，每組均對應一個調理模塊與一個處理模塊。

2007年5月前的礦用組合開關的保護控制核心一般采用單片機、PLC甚至分離元件如JDB、8SX等的方案，其反應速度慢，控制的功能很難做到多元化，對供電系統(tǒng)的保護、控制效率低，可靠性、抗干擾性等性能差。

礦用組合開關專利目的

《礦用組合開關》的目的是針對2007年5月前已有技術中的上述缺點加以改進，提供一種功能強大、反應速度快、可靠性和抗干擾性及實時性好的礦用組合開關。

礦用組合開關技術方案

《礦用組合開關》具有至少一組處于電源與負荷之間的主隔離開關組及一組輔助隔離開關組，每組主隔離開關組包括主隔離開關、真空接觸器、漏電閉鎖檢測、電壓互感器及電流互感器，輔助隔離開關組包括輔助隔離開關、電源變壓器、濾波器、隔離變壓器及電源模塊，其特征在于：還具有調理模塊、處理模塊、顯示模塊、控制模塊及先導模塊，且對應每組主隔離開關組設置有一調理模塊和一處理模塊；輔助隔離開關組通過電源模塊連接調理模塊、處理模塊和顯示模塊；調理模塊與處理模塊間、處理模塊與顯示模塊、先導模塊、控制模塊間、顯示模塊與先導模塊、控制模塊間均采用CAN總線雙向信號反饋連接；主隔離開關組與調理模塊連接；真空接觸器與處理模塊間設置有中間繼電器；先導模塊連接若干先導控制回路。

前述的控制模塊、先導模塊、處理模塊及調理模塊、顯示模塊均采用DSP數(shù)字信號處理器。

進一步地，前述的顯示模塊采用CAN總線聯(lián)接液晶顯示器及鍵盤。

較好地方式是前述的主隔離開關組有三組，每組均對應一個調理模塊與一個處理模塊。

為便于理解上述方案，現(xiàn)對方案中的一些結構或名詞作如下說明：

礦用組合開關主回路的控制和保護采用了多個DSP數(shù)字信號處理器，完成信號處理、實現(xiàn)各種保護功能和各回路的通、斷及程序控制。

主回路的控制和保護由顯示模塊、控制模塊、先導模塊、處理模塊、調理模塊、鍵盤、液晶顯示器等組成，采用網絡集成式全分布控制處理結構，運用了DSP數(shù)字信號處理、CAN現(xiàn)場總線、自適應檢測和網絡化接口等創(chuàng)新技術，實現(xiàn)數(shù)字化處理、控制、保護、中文顯示、故障診斷和網絡聯(lián)接等功能。

顯示模塊：接受鍵盤的命令，完成人機交互功能；通過通訊口組成網絡，接收遠方控制命令；邏輯數(shù)據計算傳遞；互診斷數(shù)據流控制；顯示采集計算數(shù)據、設置參數(shù)、存儲故障狀態(tài)等，供用戶觀看、查詢。液晶顯示器為320×240點陣中文顯示，顯示信號量大、直觀，方便了故障的判斷和處理。

控制模塊：漏電保護檢測；實現(xiàn)接觸器、過載、漏電閉鎖、漏電保護、高壓絕緣檢測等試驗功能；完成起動、停止、主從順序控制、低速控制、高速控制、時間轉換、電流轉換、先導控制。

先導模塊：檢測回路的先導信號。先導模塊可識別出控制信號的當前狀態(tài)如：停止、起動、運行、短路、反向。先導模塊檢測到正確的控制信號后，將控制信號發(fā)送給顯示模塊和控制模塊供顯示和控制接觸器；檢測環(huán)境溫度。

處理模塊：采樣模擬量和開關量數(shù)據；數(shù)據處理，實現(xiàn)短路、過載、缺相、接觸器故障、中間繼電器故障、漏電閉鎖、漏電閉鎖、過壓、欠壓、接觸器粘連等故障判斷；接觸器開、?？刂?、漏電閉鎖投入控制。每個處理模塊可處理三個回路的數(shù)據，用戶可根據實際需要的回路數(shù)，選用不同數(shù)量的處理模塊。

調理模塊：主回路的電流、電壓和反映回路絕緣電阻大小的信號轉換成0～3.3V的電壓信號供處理模塊采樣處理，同時實現(xiàn)電氣隔離。

鍵盤：用戶輸入設置參數(shù)的人機界面，如回路總數(shù)、電壓電流互感器校正系數(shù)、額定電流、額定電壓、控制方式、控制對象、短路保護倍數(shù)、日期、時間等，控制模塊會判斷輸入數(shù)據的正確性，提示用戶錯誤的輸入；開始試驗功能；顯示系統(tǒng)狀態(tài)、每個回路工作狀態(tài)和故障狀態(tài)。

顯示模塊、控制模塊、先導模塊、處理模塊的核心采用電機數(shù)字化控制專用數(shù)字信號處理器（DSP），運算速度32MIPS，模塊之間通過220kbps數(shù)據傳輸速率的局域網絡（CAN）組成全分布控制處理的系統(tǒng)，并實現(xiàn)控制、互診斷功能。

CAN現(xiàn)場總線已經成為國際標準。它的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，傳輸時間短，并有CRC校驗及其它檢錯措施，出錯率極低。CAN總線為多主方式，不分主從，網絡上任何一個節(jié)點均可在任意時刻向網絡上其它節(jié)點發(fā)送信息。該控制、保護系統(tǒng)中將開停信號定為高優(yōu)先級，可滿足實時要求。由CAN總線組成的網絡集成式全分布控制系統(tǒng)，結構簡單，設備的連線和信號的往返傳輸次數(shù)減少，提高了系統(tǒng)的工作可靠性，便于功能模塊化，易于重構系統(tǒng)。用戶只需要根據實際控制的回路數(shù)，選用不同數(shù)量的處理模塊，便可以構成新的系統(tǒng)。

顯示模塊將設置參數(shù)通過CAN總線發(fā)送到控制模塊和每個處理模塊?？刂颇K、先導模塊及處理模塊的數(shù)據也通過CAN總線發(fā)送到顯示模塊，并在液晶顯示器上顯示。

礦用組合開關改善效果

《礦用組合開關》的優(yōu)點是：實現(xiàn)了起動控制設備的組合化、多控制、多功能、高可靠的要求，為煤炭工業(yè)達到減人提效、高產高效的目標提供了有力支持。

《礦用組合開關》具有三組處于電源與負荷之間的主隔離開關組1及一組輔助隔離開關組2，每組主隔離開關組1包括主隔離開關11、真空接觸器12、漏電閉鎖檢測13、電壓互感器14及電流互感器15，輔助隔離開關組2包括輔助隔離開關21、電源變壓器22、濾波器23、隔離變壓器24及電源模塊25，對應每組主隔離開關組1設置有一調理模塊3和一處理模塊4；輔助隔離開關組2通過電源模塊25連接調理模塊3、處理模塊4和顯示模塊5；調理模塊3與處理模塊4間、處理模塊4與顯示模塊5、先導模塊6、控制模塊7間、顯示模塊5與先導模塊6、控制模塊7間均采用CAN總線雙向信號反饋連接；主隔離開關組1與調理模塊3連接；真空接觸器12與處理模塊4間設置有中間繼電器8；先導模塊6連接八組先導控制回路61?？刂颇K7、先導模塊6、處理模塊4及調理模塊3、顯示模塊5均采用DSP數(shù)字信號處理器。顯示模塊5采用CAN總線聯(lián)接液晶顯示器51及鍵盤52。

以下結合實施例的特點及構造說明工作原理：

先導控制回路61中開停的先導信號由先導模塊6接收，先導模塊檢測控制信號的狀態(tài)，由于意外原因造成信號的線路短路時，先導模塊會及時檢測到發(fā)送給控制模塊7，控制模塊立即發(fā)出停止真空接觸器12的命令，同時送給顯示模塊5在液晶顯示器51顯示此回路“先導短路”，并報警提醒用戶。先導模塊檢測到控制信號為啟動狀態(tài)并在2到5秒內轉換到運行狀態(tài)，將發(fā)送給控制模塊，控制模塊在被控回路沒有漏電等故障，則發(fā)送“開”命令到處理模塊4，處理模塊使停止漏電閉鎖檢測，主回路中間繼電器8閉合，驅動真空接觸器導通，接通主回路電源，電機得電運行。調理模塊3上的電流互感器15將主回路電流轉換成0～3.3V的電壓信號，這個信號通過總線輸入到處理模塊。處理模塊根據信號大小自動調整放大倍數(shù)，通過2MSPS的高速模數(shù)轉換器（A/D）轉換成數(shù)字信號。數(shù)字信號處理器（DSP）隨時跟蹤電網的頻率，并根據電網頻率，在一個周期同步采樣多個回路的數(shù)據，經過數(shù)字自適應的濾波器23，濾掉干擾信號，得到正確的有效電流信號。處理模塊在真空接觸器的起動過程中和起動后應能檢測到中間繼電器和真空接觸器閉合，否則認為中間繼電器或真空接觸器故障，發(fā)出斷開真空接觸器命令。處理模塊根據負載實際情況實現(xiàn)相敏保護和反時限過負荷保護自動切換，同時檢測真空接觸器和中間繼電器的狀態(tài)，發(fā)出正確的控制指令，當檢測到回路發(fā)生短路、過載、缺相、真空接觸器故障、中間繼電器故障、漏電閉鎖、過壓、欠壓、真空接觸器粘連等故障時立即斷開真空接觸器，同時將故障信號和數(shù)據發(fā)送給其它相關處理模塊、控制模塊和顯示模塊，用作顯示和報警。處理模塊同時采用故障安全措施，當處理模塊和相關模塊發(fā)生故障時自動斷開所控回路的真空接觸器，確?？刂频陌踩?。系統(tǒng)運行時處理模塊的數(shù)據實時送入顯示模塊顯示。

2013年，《礦用組合開關》獲得第八屆江蘇省專利項目獎金獎。

組合開關是一種體積小、接線方式多、使用非常方便的開關電器。選擇組合開關時應注意以下幾點。

(1)組合開關應根據用電設備的電壓等級、容量和所需觸頭數(shù)進行選用。組合開關用于一般照明、電熱電路時，其額定電流應等于或大于被控制電路中各負載電流的總和；組合開關用于控制電動機時，其額定電流一般取電動機額定電流的1.5~2.5倍。

(2)組合開關接線方式很多，應能夠根據需要，正確地選擇相應規(guī)格的產品。

(3)組合開關本身是不帶過載保護和短路保護的。如果需要這類保護。就必須另設其他保護電器。

組合開關又稱轉換開關，在電氣控制線路中，常被作為電源引入的開關，可以直接啟動或停止小功率電動機或使電動機正反轉，倒順等。局部照明電路也常用它來控制。

組合開關有單極、雙極、三極、四極幾種，額定持續(xù)電流有10、25、60、100A等多種。

組合開關可使控制回路或測量回路線路簡化，可在一定程度上避免操作上的失誤和差錯。

組合開關由裝在同一轉軸上的多個單極旋轉開關疊裝在一起組成。

(1)由于組合開關的通斷能力較低。故不能用來分斷故障電流。當用于控制電動機作可逆運轉時，必須在電動機完全停止轉動后，才允許反向接通。

(2)當操作頻率過高或負載功率因數(shù)較低時，組合開關要降低容量使用，否則影響開關壽命。

(3)在使用時應注意，組合開關每小時的轉換次數(shù)一般不超過15～20次。

(4)經常檢查開關固定螺釘是否松動，以免引起導線壓接松動，造成外部連接點放電、打火、燒蝕或斷路。

(5)檢修組合開關時，應注意檢查開關內部的動、靜觸片接觸情況，以免造成內部接點起弧燒蝕。