本發(fā)明涉及電氣電子技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)裝置。
背景技術(shù):
選擇性漏電保護(hù)是指當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生漏電故障時(shí),漏電保護(hù)裝置能夠有選擇地發(fā)出故障信號(hào)或切斷故障支路,而非故障線(xiàn)路正常工作,選擇性漏電保護(hù)可以減小故障停電范圍,便于尋找漏電故障源,縮短漏電停電時(shí)間,提高供電的可靠性;選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、快速性和可靠性是實(shí)現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)煤礦低壓饋電開(kāi)關(guān)普遍采用時(shí)序及功率方向型原理,總開(kāi)關(guān)和分開(kāi)關(guān)是通過(guò)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)分級(jí)動(dòng)作,并且分開(kāi)關(guān)判漏電原理存在缺陷,這種方式導(dǎo)致饋電開(kāi)關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)等現(xiàn)象,故障原因查找困難,嚴(yán)重影響煤礦正常生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)以上問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)裝置,搭建完備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并采用集中控制有效減少誤操作,解決了分散性漏電問(wèn)題,可以有效解決背景技術(shù)中的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)裝置,包括保護(hù)安裝盒,所述保護(hù)安裝內(nèi)部固定安裝有集成電路板,所述集成電路板上焊接有主控芯片,所述主控芯片的人機(jī)交互接口連接有人機(jī)交互模塊,主控芯片的電源引腳處連接有電源供給模塊,主控芯片的信號(hào)輸入端連接有信號(hào)采集調(diào)理模塊,所述信號(hào)采集調(diào)理模塊的輸出端連接有接線(xiàn)端子,所述接線(xiàn)端子鑲嵌在保護(hù)安裝盒的正面,主控芯片還連接有信號(hào)輸出模塊,所述信號(hào)輸出模塊包括繼電器控制模塊和報(bào)警模塊,主控芯片的通信引腳還連接有數(shù)據(jù)通信單元,所述數(shù)據(jù)通信單元與遠(yuǎn)程上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案,所述主控芯片采用STM32F103系列嵌入式處理器,且主控芯片上設(shè)置有JTAG接口和硬件看門(mén)狗,所述JTAG接口用于連接上位機(jī)進(jìn)行程序下載和調(diào)試。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案,所人機(jī)交互模塊包括LCD驅(qū)動(dòng)器,所述LCD驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接有液晶觸摸屏和功能按鈕。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案,所述電源供給模塊包括隔離變壓器和備用電源,所述隔離變壓器的輸入端連接到低壓電網(wǎng),備用電源的輸出端和隔離變壓器的輸出端連接有整流橋,所述整流橋的輸出端連接有穩(wěn)壓變換器。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案,所述信號(hào)采集調(diào)理模塊包括電流傳感器組和相位比較器,所述電流傳感器組的輸出端連接有濾波器,濾波器的輸出端連接有采樣保持放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器,所述采樣保持放大器的輸出引腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入引腳電氣相連,且模數(shù)轉(zhuǎn)換器與相位比較器的輸出端均連接至主控芯片的I/O口。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案,所述繼電器控制模塊包括三極管電流放大電路,所述三極管電流放大電路的輸出端連接有多路并聯(lián)繼電器。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案,所述報(bào)警模塊包括驅(qū)動(dòng)器,所述驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接有蜂鳴器和報(bào)警警示燈。
作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案,所述數(shù)據(jù)通信單元包括CAN通信總線(xiàn)、RS485通信總線(xiàn)和射頻編解碼器,所述CAN通信總線(xiàn)、RS485通信總線(xiàn)和射頻編解碼器并聯(lián)接入到通信端口,射頻編解碼器的輸出端還連接有射頻收發(fā)器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:該基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)裝置,通過(guò)設(shè)置主控芯片,結(jié)合信號(hào)采集調(diào)理模塊和信號(hào)輸出模塊形成整體控制網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了集中控制;通過(guò)設(shè)置電源供給模塊,在其中設(shè)置備用電源,能夠有效防止電網(wǎng)故障導(dǎo)致的整體系統(tǒng)癱瘓;通過(guò)設(shè)置信號(hào)采集調(diào)理模塊,利用電流傳感器組進(jìn)行電網(wǎng)電壓和零序電壓采集,利用相位比較器進(jìn)行相位比較,能夠有效減小分級(jí)操作中的誤差,從而有效避免了出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象;通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)通信單元,利用CAN通信總線(xiàn)和RS485通信總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,利用射頻編解碼器和射頻收發(fā)器實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,從而有效提高了裝置靈活性;本發(fā)明搭建完備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并采用集中控制有效減少誤操作,解決了分散性漏電問(wèn)題。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明模塊結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為信號(hào)采集調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為外觀(guān)結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為主控芯片外圍電路原理圖;
圖5為;26-三極管電流放大電路原理圖。
圖中:1-保護(hù)安裝盒;2-集成電路板;3-主控芯片;4-人機(jī)交互模塊;5-電源供給模塊;6-信號(hào)采集調(diào)理模塊;7-接線(xiàn)端子;8-信號(hào)輸出模塊;9-繼電器控制模塊;10-報(bào)警模塊;11-數(shù)據(jù)通信單元;12-JTAG接口;13-硬件看門(mén)狗;14-LCD驅(qū)動(dòng)器;15-液晶觸摸屏;16-功能按鈕;17-隔離變壓器;18-備用電源;19-整流橋;20-穩(wěn)壓變換器;21-電流傳感器組;22-相位比較器;23-濾波器;24-采樣保持放大器;25-模數(shù)轉(zhuǎn)換器;26-三極管電流放大電路;27-多路并聯(lián)繼電器;28-驅(qū)動(dòng)器;29-蜂鳴器;30-報(bào)警警示燈;31-CAN通信總線(xiàn);32-RS485通信總線(xiàn);33-射頻編解碼器;34-射頻收發(fā)器。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例:
請(qǐng)參閱圖1至圖5,本發(fā)明提供一種技術(shù)方案:一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)裝置,包括保護(hù)安裝盒1,所述保護(hù)安裝盒1內(nèi)部固定安裝有集成電路板2,所述集成電路板2上焊接有主控芯片3,所述主控芯片3的人機(jī)交互接口連接有人機(jī)交互模塊4,主控芯片3的電源引腳處連接有電源供給模塊5,主控芯片3的信號(hào)輸入端連接有信號(hào)采集調(diào)理模塊6,所述信號(hào)采集調(diào)理模塊6的輸出端連接有接線(xiàn)端子7,所述接線(xiàn)端子7鑲嵌在保護(hù)安裝盒1的正面,主控芯片3還連接有信號(hào)輸出模塊8,所述信號(hào)輸出模塊8包括繼電器控制模塊9和報(bào)警模塊10,主控芯片3的通信引腳還連接有數(shù)據(jù)通信單元11,所述數(shù)據(jù)通信單元11與遠(yuǎn)程上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;
所述主控芯片3采用STM32F103系列嵌入式處理器,且主控芯片3上設(shè)置有JTAG接口12和硬件看門(mén)狗13,所述JTAG接口12用于連接上位機(jī)進(jìn)行程序下載和調(diào)試;所述人機(jī)交互模塊4包括LCD驅(qū)動(dòng)器14,所述LCD驅(qū)動(dòng)器14的輸出端連接有液晶觸摸屏15和功能按鈕16;所述電源供給模塊5包括隔離變壓器17和備用電源18,所述隔離變壓器18的輸入端連接到低壓電網(wǎng),備用電源18的輸出端和隔離變壓器18的輸出端連接有整流橋19,所述整流橋19的輸出端連接有穩(wěn)壓變換器20;
所述信號(hào)采集調(diào)理模塊6包括電流傳感器組21和相位比較器22,所述電流傳感器組21的輸出端連接有濾波器23,濾波器23的輸出端連接有采樣保持放大器24和模數(shù)轉(zhuǎn)換器25,所述采樣保持放大器24的輸出引腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器25的輸入引腳電氣相連,且模數(shù)轉(zhuǎn)換器25與相位比較器22的輸出端均連接至主控芯片3的I/O口;所述繼電器控制模塊9包括三極管電流放大電路26,所述三極管電流放大電路26的輸出端連接有多路并聯(lián)繼電器27;所述報(bào)警模塊10包括驅(qū)動(dòng)器28,所述驅(qū)動(dòng)器28的輸出端連接有蜂鳴器29和報(bào)警警示燈30;所述數(shù)據(jù)通信單元11包括CAN通信總線(xiàn)31、RS485通信總線(xiàn)32和射頻編解碼器33,所述CAN通信總線(xiàn)31、RS485通信總線(xiàn)32和射頻編解碼器33并聯(lián)接入到通信端口,射頻編解碼器33的輸出端還連接有射頻收發(fā)器34。
本發(fā)明的工作原理:所述保護(hù)安裝盒1采用絕緣防腐材料制成,能夠有效適應(yīng)井底的潮濕環(huán)境,保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)防止出現(xiàn)損壞,所述集成電路板2為PCB板,既能夠提高集成化程度減小體積,同時(shí)提高電路穩(wěn)定性;
所述主控芯片3采用STM32F103系列嵌入式處理器,該處理器是基于A(yíng)RMCortex-M3核心的32位微控制器,LQFP-144封裝;512K片內(nèi)FLASH(相當(dāng)于硬盤(pán)),64K片內(nèi)RAM(相當(dāng)于內(nèi)存),片內(nèi)FLASH支持在線(xiàn)編程(IAP);高達(dá)72M的頻率,數(shù)據(jù),指令分別走不同的流水線(xiàn),以確保CPU運(yùn)行速度達(dá)到最大化;通過(guò)片內(nèi)BOOT區(qū),可實(shí)現(xiàn)串口下載程序(ISP);片內(nèi)雙RC晶振,提供8M和32K的頻率;支持片外高速晶振(8M),和片外低速晶振(32K);其中片外低速晶振可用于CPU的實(shí)時(shí)時(shí)鐘,帶后備電源引腳,用于掉電后的時(shí)鐘行走;42個(gè)16位的后備寄存器(可以理解為電池保存的RAM),利用外置的紐扣電池,和實(shí)現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保存功能;支持JTAG,SWD調(diào)試.配合廉價(jià)的J-LINK,實(shí)現(xiàn)高速低成本的開(kāi)發(fā)調(diào)試方案;多達(dá)80個(gè)IO(大部分兼容5V邏輯),4個(gè)通用定時(shí)器,2個(gè)高級(jí)定時(shí)器,2個(gè)基本定時(shí)器,3路SPI接口,2路I2S接口,2路I2C接口,5路USART,一個(gè)USB從設(shè)備接口,一個(gè)CAN接口,SDIO接口,可兼容SRAM,NOR和NANDFlash接口的16位總線(xiàn)-FSMC;3路共16通道的12位AD輸入,2路共2通道的12位DA輸出;支持片外獨(dú)立電壓基準(zhǔn);CPU操作電壓范圍:2.0-3.6V;
(1)所述主控芯片3用于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理操作,所述JTAG接口12用于進(jìn)行程序下載并進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試操作,所述硬件看門(mén)狗13可以防止程序跑飛進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位操作;所述主控芯片3由電源供給模塊5進(jìn)行供電后正常工作;
正常情況下,所述隔離變壓器18直接接入電網(wǎng),將電網(wǎng)的電壓進(jìn)行降壓變換后輸入至整流橋19,當(dāng)電網(wǎng)供電出現(xiàn)異常時(shí),備用電源18立即補(bǔ)充供電,維持正常工作,所述整流橋19將交流電轉(zhuǎn)換成直流電,輸出的電信號(hào)送入至穩(wěn)壓變換器20,穩(wěn)壓變換器20輸出穩(wěn)定直流電壓至主控芯片3,驅(qū)動(dòng)其開(kāi)始工作;
(2)所述人機(jī)交互模塊4用于進(jìn)行信息輸入出操作,從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能,所述LCD驅(qū)動(dòng)器14用于實(shí)現(xiàn)輸出的LCD電平信號(hào)轉(zhuǎn)換,所述液晶觸摸屏15可以顯示當(dāng)前的操作界面也可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,所述功能按鈕16用于進(jìn)行功能選擇操作,所述主控芯片3接收到輸入指令后,開(kāi)始調(diào)用相應(yīng)程序按照設(shè)定優(yōu)先級(jí)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)處理操作;
(3)所述信號(hào)采集調(diào)理模塊6通過(guò)接線(xiàn)端子7連接到低壓電網(wǎng)的各個(gè)采樣點(diǎn),所述電流傳感器組21用于采集電網(wǎng)電壓和零序電壓大小,不同支路的零序電壓分別送入至相位比較器22的并行輸入端;所述電流傳感器組21將采集到的輸出信號(hào)送入至濾波器23,濾波器23將濾除雜波后的信號(hào)送入至采樣保持放大器24,所述采樣保持放大器24按照設(shè)定頻率開(kāi)始進(jìn)行采樣操作,并且將采集到的信號(hào)進(jìn)行放大,由于采集的均為模擬信號(hào),再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器25傳輸至主控芯片3;
(4)所述主控芯片3根據(jù)數(shù)據(jù)采集區(qū)零序電壓大小,采用修正零序電壓法監(jiān)視漏電電阻,如果參數(shù)超限則說(shuō)明電網(wǎng)發(fā)生漏電故障,執(zhí)行漏電線(xiàn)路判斷程序,否則程序返回;裝置根據(jù)投入的支路數(shù)目采用零序電流相對(duì)比幅法、零序電流方向法和零序電流群體比幅比相法對(duì)故障線(xiàn)路進(jìn)行判斷,當(dāng)支路數(shù)不大于2條時(shí)采用零序電流方向法,否則采用裝置判漏基本算法進(jìn)行決策,基本算法是裝置根據(jù)投入的支路數(shù)和各支路電容電流特點(diǎn)從3種選線(xiàn)算法選定的最為合適的1種算法,如果基本算法決策錯(cuò)誤,裝置采用輔助算法繼續(xù)對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行選線(xiàn);
(5)所述主控芯片3按照處理結(jié)果控制驅(qū)動(dòng)繼電器控制模塊9和報(bào)警模塊10,當(dāng)工作出現(xiàn)異常時(shí),將輸出電流信號(hào)至三極管電流放大電路26,三極管電流放大電路26將信號(hào)放大后,控制對(duì)應(yīng)的多路并聯(lián)繼電器27中的那一個(gè)繼電器跳變至常閉端,斷開(kāi)電路;同時(shí)輸出信號(hào)至驅(qū)動(dòng)器28,驅(qū)動(dòng)器28將功率放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器29開(kāi)始發(fā)出聲音警報(bào),同時(shí)點(diǎn)亮報(bào)警警示燈30;
(6)所述數(shù)據(jù)通信單元11數(shù)據(jù)通信單元11用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作控制,所述CAN通信總線(xiàn)31、RS485通信總線(xiàn)32分別通過(guò)RS485傳輸線(xiàn)和CAN傳輸線(xiàn)連接至不同的數(shù)據(jù)接收設(shè)備,實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸;所述射頻編解碼器33用于將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào),然后通過(guò)射頻收發(fā)器34進(jìn)行射頻收發(fā),實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,提高裝置的靈活性。
該基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)裝置,通過(guò)設(shè)置主控芯片3,結(jié)合信號(hào)采集調(diào)理模塊6和信號(hào)輸出模塊8形成整體控制網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了集中控制;通過(guò)設(shè)置電源供給模塊5,在其中設(shè)置備用電源18,能夠有效防止電網(wǎng)故障導(dǎo)致的整體系統(tǒng)癱瘓;通過(guò)設(shè)置信號(hào)采集調(diào)理模塊6,利用電流傳感器組21進(jìn)行電網(wǎng)電壓和零序電壓采集,利用相位比較器22進(jìn)行相位比較,能夠有效減小分級(jí)操作中的誤差,從而有效避免了出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象;通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)通信單元11,利用CAN通信總線(xiàn)31和RS485通信總線(xiàn)32實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,利用射頻編解碼器33和射頻收發(fā)器34實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,從而有效提高了裝置靈活性;本發(fā)明搭建完備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并采用集中控制有效減少誤操作,解決了分散性漏電問(wèn)題。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。