礦用組合開關(guān)專利背景

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

礦用組合開關(guān)專利目的

《礦用組合開關(guān)》的目的是針對2007年5月前已有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)加以改進(jìn)，提供一種功能強(qiáng)大、反應(yīng)速度快、可靠性和抗干擾性及實(shí)時(shí)性好的礦用組合開關(guān)。

礦用組合開關(guān)技術(shù)方案

《礦用組合開關(guān)》具有至少一組處于電源與負(fù)荷之間的主隔離開關(guān)組及一組輔助隔離開關(guān)組，每組主隔離開關(guān)組包括主隔離開關(guān)、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(guān)組包括輔助隔離開關(guān)、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(diào)理模塊、處理模塊、顯示模塊、控制模塊及先導(dǎo)模塊，且對應(yīng)每組主隔離開關(guān)組設(shè)置有一調(diào)理模塊和一處理模塊；輔助隔離開關(guān)組通過電源模塊連接調(diào)理模塊、處理模塊和顯示模塊；調(diào)理模塊與處理模塊間、處理模塊與顯示模塊、先導(dǎo)模塊、控制模塊間、顯示模塊與先導(dǎo)模塊、控制模塊間均采用CAN總線雙向信號(hào)反饋連接；主隔離開關(guān)組與調(diào)理模塊連接；真空接觸器與處理模塊間設(shè)置有中間繼電器；先導(dǎo)模塊連接若干先導(dǎo)控制回路。

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

進(jìn)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(guān)組有三組，每組均對應(yīng)一個(gè)調(diào)理模塊與一個(gè)處理模塊。

為便于理解上述方案，現(xiàn)對方案中的一些結(jié)構(gòu)或名詞作如下說明：

礦用組合開關(guān)主回路的控制和保護(hù)采用了多個(gè)DSP數(shù)字信號(hào)處理器，完成信號(hào)處理、實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能和各回路的通、斷及程序控制。

主回路的控制和保護(hù)由顯示模塊、控制模塊、先導(dǎo)模塊、處理模塊、調(diào)理模塊、鍵盤、液晶顯示器等組成，采用網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制處理結(jié)構(gòu)，運(yùn)用了DSP數(shù)字信號(hào)處理、CAN現(xiàn)場總線、自適應(yīng)檢測和網(wǎng)絡(luò)化接口等創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理、控制、保護(hù)、中文顯示、故障診斷和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接等功能。

顯示模塊：接受鍵盤的命令，完成人機(jī)交互功能；通過通訊口組成網(wǎng)絡(luò)，接收遠(yuǎn)方控制命令；邏輯數(shù)據(jù)計(jì)算傳遞；互診斷數(shù)據(jù)流控制；顯示采集計(jì)算數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)、存儲(chǔ)故障狀態(tài)等，供用戶觀看、查詢。液晶顯示器為320×240點(diǎn)陣中文顯示，顯示信號(hào)量大、直觀，方便了故障的判斷和處理。

控制模塊：漏電保護(hù)檢測；實(shí)現(xiàn)接觸器、過載、漏電閉鎖、漏電保護(hù)、高壓絕緣檢測等試驗(yàn)功能；完成起動(dòng)、停止、主從順序控制、低速控制、高速控制、時(shí)間轉(zhuǎn)換、電流轉(zhuǎn)換、先導(dǎo)控制。

先導(dǎo)模塊：檢測回路的先導(dǎo)信號(hào)。先導(dǎo)模塊可識(shí)別出控制信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)如：停止、起動(dòng)、運(yùn)行、短路、反向。先導(dǎo)模塊檢測到正確的控制信號(hào)后，將控制信號(hào)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(guān)量數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理，實(shí)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、?？刂啤⒙╇婇]鎖投入控制。每個(gè)處理模塊可處理三個(gè)回路的數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)實(shí)際需要的回路數(shù)，選用不同數(shù)量的處理模塊。

調(diào)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(hào)轉(zhuǎn)換成0～3.3V的電壓信號(hào)供處理模塊采樣處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電氣隔離。

鍵盤：用戶輸入設(shè)置參數(shù)的人機(jī)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(hù)倍數(shù)、日期、時(shí)間等，控制模塊會(huì)判斷輸入數(shù)據(jù)的正確性，提示用戶錯(cuò)誤的輸入；開始試驗(yàn)功能；顯示系統(tǒng)狀態(tài)、每個(gè)回路工作狀態(tài)和故障狀態(tài)。

顯示模塊、控制模塊、先導(dǎo)模塊、處理模塊的核心采用電機(jī)數(shù)字化控制專用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），運(yùn)算速度32MIPS，模塊之間通過220kbps數(shù)據(jù)傳輸速率的局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）組成全分布控制處理的系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)控制、互診斷功能。

CAN現(xiàn)場總線已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。它的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，傳輸時(shí)間短，并有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，出錯(cuò)率極低。CAN總線為多主方式，不分主從，網(wǎng)絡(luò)上任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。該控制、保護(hù)系統(tǒng)中將開停信號(hào)定為高優(yōu)先級，可滿足實(shí)時(shí)要求。由CAN總線組成的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備的連線和信號(hào)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(gòu)系統(tǒng)。用戶只需要根據(jù)實(shí)際控制的回路數(shù)，選用不同數(shù)量的處理模塊，便可以構(gòu)成新的系統(tǒng)。

顯示模塊將設(shè)置參數(shù)通過CAN總線發(fā)送到控制模塊和每個(gè)處理模塊?？刂颇K、先導(dǎo)模塊及處理模塊的數(shù)據(jù)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(guān)改善效果

《礦用組合開關(guān)》的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了起動(dòng)控制設(shè)備的組合化、多控制、多功能、高可靠的要求，為煤炭工業(yè)達(dá)到減人提效、高產(chǎn)高效的目標(biāo)提供了有力支持。

圖1是《礦用組合開關(guān)》具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)方框示意圖。

圖中，1為主隔離開關(guān)組，11為主隔離開關(guān)，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(guān)組，21為輔助隔離開關(guān)，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(diào)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(dǎo)模塊，61為先導(dǎo)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(guān)》具有至少一組處于電源與負(fù)荷之間的主隔離開關(guān)組及一組輔助隔離開關(guān)組，每組主隔離開關(guān)組包括主隔離開關(guān)、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(guān)組包括輔助隔離開關(guān)、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(diào)理模塊、處理模塊、顯示模塊、控制模塊及先導(dǎo)模塊，且對應(yīng)每組主隔離開關(guān)組設(shè)置有一調(diào)理模塊和一處理模塊；輔助隔離開關(guān)組通過電源模塊連接調(diào)理模塊、處理模塊和顯示模塊；調(diào)理模塊與處理模塊間、處理模塊與顯示模塊、先導(dǎo)模塊、控制模塊間、顯示模塊與先導(dǎo)模塊、控制模塊間均采用CAN總線雙向信號(hào)反饋連接；主隔離開關(guān)組與調(diào)理模塊連接；真空接觸器與處理模塊間設(shè)置有中間繼電器；先導(dǎo)模塊連接若干先導(dǎo)控制回路。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用組合開關(guān)，其特征在于：所述的控制模塊、先導(dǎo)模塊、處理模塊及調(diào)理模塊、顯示模塊均采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用組合開關(guān)，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(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的礦用組合開關(guān)，其特征在于：所述的主隔離開關(guān)組有三組，每組均對應(yīng)一個(gè)調(diào)理模塊與一個(gè)處理模塊。

《礦用組合開關(guān)》具有三組處于電源與負(fù)荷之間的主隔離開關(guān)組1及一組輔助隔離開關(guān)組2，每組主隔離開關(guān)組1包括主隔離開關(guān)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(guān)組2包括輔助隔離開關(guān)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(yīng)每組主隔離開關(guān)組1設(shè)置有一調(diào)理模塊3和一處理模塊4；輔助隔離開關(guān)組2通過電源模塊25連接調(diào)理模塊3、處理模塊4和顯示模塊5；調(diào)理模塊3與處理模塊4間、處理模塊4與顯示模塊5、先導(dǎo)模塊6、控制模塊7間、顯示模塊5與先導(dǎo)模塊6、控制模塊7間均采用CAN總線雙向信號(hào)反饋連接；主隔離開關(guān)組1與調(diào)理模塊3連接；真空接觸器12與處理模塊4間設(shè)置有中間繼電器8；先導(dǎo)模塊6連接八組先導(dǎo)控制回路61。控制模塊7、先導(dǎo)模塊6、處理模塊4及調(diào)理模塊3、顯示模塊5均采用DSP數(shù)字信號(hào)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(jié)合實(shí)施例的特點(diǎn)及構(gòu)造說明工作原理：

先導(dǎo)控制回路61中開停的先導(dǎo)信號(hào)由先導(dǎo)模塊6接收，先導(dǎo)模塊檢測控制信號(hào)的狀態(tài)，由于意外原因造成信號(hào)的線路短路時(shí)，先導(dǎo)模塊會(huì)及時(shí)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(shí)送給顯示模塊5在液晶顯示器51顯示此回路“先導(dǎo)短路”，并報(bào)警提醒用戶。先導(dǎo)模塊檢測到控制信號(hào)為啟動(dòng)狀態(tài)并在2到5秒內(nèi)轉(zhuǎn)換到運(yùn)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(qū)動(dòng)真空接觸器導(dǎo)通，接通主回路電源，電機(jī)得電運(yùn)行。調(diào)理模塊3上的電流互感器15將主回路電流轉(zhuǎn)換成0～3.3V的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過總線輸入到處理模塊。處理模塊根據(jù)信號(hào)大小自動(dòng)調(diào)整放大倍數(shù)，通過2MSPS的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）隨時(shí)跟蹤電網(wǎng)的頻率，并根據(jù)電網(wǎng)頻率，在一個(gè)周期同步采樣多個(gè)回路的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字自適應(yīng)的濾波器23，濾掉干擾信號(hào)，得到正確的有效電流信號(hào)。處理模塊在真空接觸器的起動(dòng)過程中和起動(dòng)后應(yīng)能檢測到中間繼電器和真空接觸器閉合，否則認(rèn)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(jù)負(fù)載實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)相敏保護(hù)和反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)自動(dòng)切換，同時(shí)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(dāng)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(shí)立即斷開真空接觸器，同時(shí)將故障信號(hào)和數(shù)據(jù)發(fā)送給其它相關(guān)處理模塊、控制模塊和顯示模塊，用作顯示和報(bào)警。處理模塊同時(shí)采用故障安全措施，當(dāng)處理模塊和相關(guān)模塊發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)斷開所控回路的真空接觸器，確保控制的安全性。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)處理模塊的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送入顯示模塊顯示。

2013年，《礦用組合開關(guān)》獲得第八屆江蘇省專利項(xiàng)目獎(jiǎng)金獎(jiǎng)。

組合開關(guān)是一種體積小、接線方式多、使用非常方便的開關(guān)電器。選擇組合開關(guān)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)組合開關(guān)應(yīng)根據(jù)用電設(shè)備的電壓等級、容量和所需觸頭數(shù)進(jìn)行選用。組合開關(guān)用于一般照明、電熱電路時(shí)，其額定電流應(yīng)等于或大于被控制電路中各負(fù)載電流的總和；組合開關(guān)用于控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5~2.5倍。

(2)組合開關(guān)接線方式很多，應(yīng)能夠根據(jù)需要，正確地選擇相應(yīng)規(guī)格的產(chǎn)品。

(3)組合開關(guān)本身是不帶過載保護(hù)和短路保護(hù)的。如果需要這類保護(hù)。就必須另設(shè)其他保護(hù)電器。

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

組合開關(guān)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(guān)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(cuò)。

組合開關(guān)由裝在同一轉(zhuǎn)軸上的多個(gè)單極旋轉(zhuǎn)開關(guān)疊裝在一起組成。

(1)由于組合開關(guān)的通斷能力較低。故不能用來分?jǐn)喙收想娏鳌．?dāng)用于控制電動(dòng)機(jī)作可逆運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須在電動(dòng)機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，才允許反向接通。

(2)當(dāng)操作頻率過高或負(fù)載功率因數(shù)較低時(shí)，組合開關(guān)要降低容量使用，否則影響開關(guān)壽命。

(3)在使用時(shí)應(yīng)注意，組合開關(guān)每小時(shí)的轉(zhuǎn)換次數(shù)一般不超過15～20次。

(4)經(jīng)常檢查開關(guān)固定螺釘是否松動(dòng)，以免引起導(dǎo)線壓接松動(dòng)，造成外部連接點(diǎn)放電、打火、燒蝕或斷路。

(5)檢修組合開關(guān)時(shí)，應(yīng)注意檢查開關(guān)內(nèi)部的動(dòng)、靜觸片接觸情況，以免造成內(nèi)部接點(diǎn)起弧燒蝕。