用于煤矿采掘设备实现分布式控制的电机控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及煤矿机械智能控制领域，具体是一种用于煤矿采掘设备实现分布式控制的电机控制器。实现了煤炭采掘设备系统的分布式控制。所述电机控制器，包括控制单元、执行单元、采样单元、过热保护检测单元、漏电检测单元，以及用于手动操控电机工作的手动控制单元。本实用新型专利技术结构简单、合理，可实施性强，具有良好的可靠性和运行稳定性，为实现煤炭采掘设备系统的分布式控制，提供了必要的设备基础。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及煤矿机械智能控制领域，具体是一种用于煤矿采掘设备实现分布式控制的电机控制器。
技术介绍
目前，煤矿采掘设备绝大部分是采用中央控制器集中控制的方式，信号采集、过程控制、设备驱动和故障诊断等全部由中央控制器完成，可适应比较简单的控制系统。但是随着自动化技术、传感器技术和网络技术的发展，煤矿采掘设备的功能更加齐全，电气控制系统越来越庞大、复杂，中央控制器的负荷越来越大，集中控制已无法满足采掘设备需要，而且完全依靠中央控制器的性能来保证设备系统的可靠性，安全性较低，一旦局部设备出现故障，将波及整个设备系统，影响设备运行的稳定性。因此，考虑到煤炭行业的特殊性，设备运行的恶劣环境，以及对设备运行可靠性和稳定性的极高要求，采用分级递阶的控制系统（即分布式控制系统），通过功能分层、危险分散来提高采掘设备系统的可靠性和应用的灵活性，则成为当前煤矿采掘设备智能控制领域发展的主要趋势。而研发适用于煤矿采掘设备实现分布式控制的控制模块或控制器则成为当前的首要工作。
技术实现思路
本技术为了实现煤炭采掘设备系统的分布式控制，减轻中央控制器的负荷，提高煤炭采掘设备控制系统的可靠性和运行稳定性，针对煤矿采掘设备的电机控制部分，提供了一种用于煤矿采掘设备实现分布式控制的电机控制器。本技术是采用如下技术方案实现的：用于煤矿采掘设备实现分布式控制的电机控制器，包括控制单元、执行单元、采样单元、过热保护检测单元、漏电检测单元，以及用于手动操控电机工作的手动控制单元；所述控制单元包含CPU、与CPU相连的数字量输入接口模块（即DI模块）、通讯接口模块（即DP模块）、模拟量输入接口模块（即AI模块）、数字量输出接口模块（即DO模块）；所述执行单元包含两个皆由数字量输出接口模块驱动的继电器，且两继电器的常开触点分别串联于电机回路中控制电机正反转的接触器的控制回路；所述采样单元包含用于检测电机三相电压的电压互感器、一组用于检测电机正转时电机三相电流的电流互感器、一组用于检测电机反转时电机三相电流的电流互感器、以及与上述电流互感器、电压互感器一一对应连接的信号处理电路，且各信号处理电路的输出端与模拟量输入接口模块连接；所述过热保护检测单元包含PTC检测电路、PT100检测电路、以及用于连接检测电路与电机内感温元件的多路选择开关，多路选择开关与PTC检测电路、PT100检测电路为一一对应，多路选择开关的输出端分别与对应的PTC检测电路、PT100检测电路连接，PTC检测电路和PT100检测电路的输出端分别经光耦与数字量输入接口模块连接，多路选择开关的控制端与数字量输出接口模块连接；所述漏电检测单元包含检测端与电机回路连接的漏电检测电路，漏电检测电路输出端经光耦与数字量输入接口模块连接；手动控制单元通过双路切换开关K与数字量输入接口模块相连；数字量输入接口模块还连接有两路开关量输入支路，一路开关量输入支路由电机回路中控制电机正转的接触器的辅助触点J1-1构成，一路开关量输入支路由电机回路中控制电机正转的接触器的辅助触点J2-1构成，两辅助触点J1-1 、J2-1的一端与数字量输入接口模块连接。具体使用时，本控制器的通讯接口模块经现场总线与上级控制器连接，用以接收上级控制器所发控制指令和向上级控制器反馈电机运行状态信息；CPU对上级控制器所发控制指令进行识别，通过数字量输出接口模块驱动执行单元动作，控制电机的启、停和正、反转：如控制指令为启动电机正转运行，则驱动与电机回路中控制电机正转的接触器对应的继电器得电，其常开触点闭合，控制电机正转的接触器动作，电机正转启动；如控制指令为停止电机，则驱动与电机回路中控制电机正反转的接触器对应的继电器失电，其常开触点断开，控制电机正反转的接触器动作，电机停止运行。其中，本控制器的地址可设定，即CPU的通讯接口模块（DP站点）的地址可设定设定，用以在多个控制器共存的系统中，控制器通过设定地址站点来确保本设备的唯一性，提高控制的精确性。本控制器在电机运行过程中，通过采样单元实时检测电机的交流电压、电机正反转时的实时交流电流，并将检测结果通过模拟量输入接口模块传输至CPU，CPU以检测结果为依据，实时判断电机是否过流过载、断相、相不平衡、粘连，一旦有故障发生，立即通过数字量输出接口模块驱动执行单元动作，停止电机运行，进而实现过流过载保护、断相保护、相不平衡保护、粘连保护；此外，可依据检测结果计算有功功率、无功功率、能量损耗和功率因数等电量参数，并运用到电机运行保护中；需要特别说明的是，传统电机的保护通过电流来实现，本控制器的电机保护是通过功率和电流共同作用来完成的。本控制器设置的漏电检测单元在启动之前检测电机回路对地绝缘水平，一旦出现异常，立即触发数字量输入接口模块，上报CPU，由CPU通过数字量输出接口模块驱动执行单元动作，停止电机运行，实现漏电闭锁保护； 过热保护检测单元同时设置了两类检测电路：PTC检测电路和PT100检测电路，使得本控制器能通用于采用PTC热敏电阻作为感温元件的电机和采用铂电阻作为感温元件的电机，过热保护检测单元通过电机内的感温元件实时监控电机绕组的温度，基于电机内感温元件的数量不唯一，在CPU对多路选择开关的控制下，检测电路能对电机内的感温元件进行逐一巡检，一旦出现温度异常，立即触发数字量输入接口模块，上报CPU，由CPU通过数字量输出接口模块驱动执行单元动作，停止电机运行，实现过热保护； 手动控制单元主要用于调试或紧急情况下实施本地控制，在闭合双路切换开关K的状态下，通过手动控制单元即可实施手动操控电机启停和正反转。两路开关量输入支路基于接触器辅助触点与主触点动作一致而设置，能有效判断接触器动作是否与控制指令相符合，实现对电机回路中控制电机正反转的接触器的自保；应用时，将两路开关量输入支路与检测电源连接或者接地，即电机回路中控制电机正反转的接触器的两辅助触点J1-1 、J2-1的另一端与检测电源连接或者接地，以高电平或低电平反馈接触器动作信息；与现有技术相比，本技术所述控制器是针对煤矿采掘设备和煤炭行业特殊要求而开发的分布式测控单元，为构建适用于煤矿采掘设备的分布式控制系统而提供的专用控制器，且其中的核心处理器CPU只需具备中等性能、较小的程序空间和内存空间、独立的输入输出能力，即可直接面对底层传感器和执行部件，完成电机所需的逻辑控制功能，实现底层信号的采集和控制命令的执行以及对电机本身的各种保护。本控制器的研制成功，不仅能加快分布式控制系统在煤矿采掘设备上的应用，提高采掘机械的高科技含量，还能促进采掘设备电气控制技术的发展，促进煤矿采掘设备向信息化、智能化方向迈进。其中，所述控制单元的电路结构、以及手动控制单元、信号处理电路、PTC检测电路、PT100检测电路、漏电检测电路皆属于现有公知电路，对于本领域的技术人员来说能够以多种电路结构实现。本技术结构简单、合理，可实施性强，具有良好的可靠性和运行稳定性，为实现煤炭采掘设备系统的分布式控制，提供了必要的设备基础。 附图说明<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矿采掘设备实现分布式控制的电机控制器，其特征在于：包括控制单元、执行单元、采样单元、过热保护检测单元、漏电检测单元，以及用于手动操控电机工作的手动控制单元；
所述控制单元包含CPU、与CPU相连的数字量输入接口模块、通讯接口模块、模拟量输入接口模块、数字量输出接口模块；
所述执行单元包含两个皆由数字量输出接口模块驱动的继电器，且两继电器的常开触点分别串联于电机回路中控制电机正反转的接触器的控制回路；
所述采样单元包含用于检测电机三相电压的电压互感器、一组用于检测电机正转时电机三相电流的电流互感器、一组用于检测电机反转时电机三相电流的电流互感器、以及与上述电流互感器、电压互感器一一对应连接的信号处理电路，且各信号处理电路的输出端与模拟量输入接口模块连接；
所述过热保护检测单元包含PTC检测电路、PT100检测电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小刚，金江，呼守信，张胜达，唐会成，贾运红，石博，程凤霞，孟镭，杨晋，王德光，毛金良，曹建文，高旭彬，张波，
申请(专利权)人：中国煤炭科工集团太原研究院，山西天地煤机装备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：