矿用组合开关专利目的

《矿用组合开关》的目的是针对2007年5月前已有技术中的上述缺点加以改进，提供一种功能强大、反应速度快、可靠性和抗干扰性及实时性好的矿用组合开关。

矿用组合开关技术方案

《矿用组合开关》具有至少一组处于电源与负荷之间的主隔离开关组及一组辅助隔离开关组，每组主隔离开关组包括主隔离开关、真空接触器、漏电闭锁检测、电压互感器及电流互感器，辅助隔离开关组包括辅助隔离开关、电源变压器、滤波器、隔离变压器及电源模块，其特征在于：还具有调理模块、处理模块、显示模块、控制模块及先导模块，且对应每组主隔离开关组设置有一调理模块和一处理模块；辅助隔离开关组通过电源模块连接调理模块、处理模块和显示模块；调理模块与处理模块间、处理模块与显示模块、先导模块、控制模块间、显示模块与先导模块、控制模块间均采用CAN总线双向信号反馈连接；主隔离开关组与调理模块连接；真空接触器与处理模块间设置有中间继电器；先导模块连接若干先导控制回路。

前述的控制模块、先导模块、处理模块及调理模块、显示模块均采用DSP数字信号处理器。

进一步地，前述的显示模块采用CAN总线联接液晶显示器及键盘。

较好地方式是前述的主隔离开关组有三组，每组均对应一个调理模块与一个处理模块。

为便于理解上述方案，现对方案中的一些结构或名词作如下说明：

矿用组合开关主回路的控制和保护采用了多个DSP数字信号处理器，完成信号处理、实现各种保护功能和各回路的通、断及程序控制。

主回路的控制和保护由显示模块、控制模块、先导模块、处理模块、调理模块、键盘、液晶显示器等组成，采用网络集成式全分布控制处理结构，运用了DSP数字信号处理、CAN现场总线、自适应检测和网络化接口等创新技术，实现数字化处理、控制、保护、中文显示、故障诊断和网络联接等功能。

显示模块：接受键盘的命令，完成人机交互功能；通过通讯口组成网络，接收远方控制命令；逻辑数据计算传递；互诊断数据流控制；显示采集计算数据、设置参数、存储故障状态等，供用户观看、查询。液晶显示器为320×240点阵中文显示，显示信号量大、直观，方便了故障的判断和处理。

控制模块：漏电保护检测；实现接触器、过载、漏电闭锁、漏电保护、高压绝缘检测等试验功能；完成起动、停止、主从顺序控制、低速控制、高速控制、时间转换、电流转换、先导控制。

先导模块：检测回路的先导信号。先导模块可识别出控制信号的当前状态如：停止、起动、运行、短路、反向。先导模块检测到正确的控制信号后，将控制信号发送给显示模块和控制模块供显示和控制接触器；检测环境温度。

处理模块：采样模拟量和开关量数据；数据处理，实现短路、过载、缺相、接触器故障、中间继电器故障、漏电闭锁、漏电闭锁、过压、欠压、接触器粘连等故障判断；接触器开、停控制、漏电闭锁投入控制。每个处理模块可处理三个回路的数据，用户可根据实际需要的回路数，选用不同数量的处理模块。

调理模块：主回路的电流、电压和反映回路绝缘电阻大小的信号转换成0～3.3V的电压信号供处理模块采样处理，同时实现电气隔离。

键盘：用户输入设置参数的人机界面，如回路总数、电压电流互感器校正系数、额定电流、额定电压、控制方式、控制对象、短路保护倍数、日期、时间等，控制模块会判断输入数据的正确性，提示用户错误的输入；开始试验功能；显示系统状态、每个回路工作状态和故障状态。

显示模块、控制模块、先导模块、处理模块的核心采用电机数字化控制专用数字信号处理器（DSP），运算速度32MIPS，模块之间通过220kbps数据传输速率的局域网络（CAN）组成全分布控制处理的系统，并实现控制、互诊断功能。

CAN现场总线已经成为国际标准。它的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，传输时间短，并有CRC校验及其它检错措施，出错率极低。CAN总线为多主方式，不分主从，网络上任何一个节点均可在任意时刻向网络上其它节点发送信息。该控制、保护系统中将开停信号定为高优先级，可满足实时要求。由CAN总线组成的网络集成式全分布控制系统，结构简单，设备的连线和信号的往返传输次数减少，提高了系统的工作可靠性，便于功能模块化，易于重构系统。用户只需要根据实际控制的回路数，选用不同数量的处理模块，便可以构成新的系统。

显示模块将设置参数通过CAN总线发送到控制模块和每个处理模块。控制模块、先导模块及处理模块的数据也通过CAN总线发送到显示模块，并在液晶显示器上显示。

矿用组合开关改善效果

《矿用组合开关》的优点是：实现了起动控制设备的组合化、多控制、多功能、高可靠的要求，为煤炭工业达到减人提效、高产高效的目标提供了有力支持。

2007年5月前的矿用组合开关的保护控制核心一般采用单片机、PLC甚至分离元件如JDB、8SX等的方案，其反应速度慢，控制的功能很难做到多元化，对供电系统的保护、控制效率低，可靠性、抗干扰性等性能差。

图1是《矿用组合开关》具体实施方式的结构方框示意图。

图中，1为主隔离开关组，11为主隔离开关，12为真空接触器，13为漏电闭锁检测，14为电压互感器，15为电流互感器，2为辅助隔离开关组，21为辅助隔离开关，22为电源变压器，23为滤波器，24为隔离变压器，25为电源模块，3为调理模块，4为处理模块，5为显示模块，51为液晶显示器，52为键盘，6为先导模块，61为先导控制回路，7为控制模块，8为中间继电器，9为CAN现场总线。

1、《矿用组合开关》具有至少一组处于电源与负荷之间的主隔离开关组及一组辅助隔离开关组，每组主隔离开关组包括主隔离开关、真空接触器、漏电闭锁检测、电压互感器及电流互感器，辅助隔离开关组包括辅助隔离开关、电源变压器、滤波器、隔离变压器及电源模块，其特征在于：还具有调理模块、处理模块、显示模块、控制模块及先导模块，且对应每组主隔离开关组设置有一调理模块和一处理模块；辅助隔离开关组通过电源模块连接调理模块、处理模块和显示模块；调理模块与处理模块间、处理模块与显示模块、先导模块、控制模块间、显示模块与先导模块、控制模块间均采用CAN总线双向信号反馈连接；主隔离开关组与调理模块连接；真空接触器与处理模块间设置有中间继电器；先导模块连接若干先导控制回路。

2、根据权利要求1所述的矿用组合开关，其特征在于：所述的控制模块、先导模块、处理模块及调理模块、显示模块均采用DSP数字信号处理器。

3、根据权利要求1所述的矿用组合开关，其特征在于：所述的显示模块采用CAN总线联接液晶显示器及键盘。

4、根据权利要求1或2或3所述的矿用组合开关，其特征在于：所述的主隔离开关组有三组，每组均对应一个调理模块与一个处理模块。

《矿用组合开关》具有三组处于电源与负荷之间的主隔离开关组1及一组辅助隔离开关组2，每组主隔离开关组1包括主隔离开关11、真空接触器12、漏电闭锁检测13、电压互感器14及电流互感器15，辅助隔离开关组2包括辅助隔离开关21、电源变压器22、滤波器23、隔离变压器24及电源模块25，对应每组主隔离开关组1设置有一调理模块3和一处理模块4；辅助隔离开关组2通过电源模块25连接调理模块3、处理模块4和显示模块5；调理模块3与处理模块4间、处理模块4与显示模块5、先导模块6、控制模块7间、显示模块5与先导模块6、控制模块7间均采用CAN总线双向信号反馈连接；主隔离开关组1与调理模块3连接；真空接触器12与处理模块4间设置有中间继电器8；先导模块6连接八组先导控制回路61。控制模块7、先导模块6、处理模块4及调理模块3、显示模块5均采用DSP数字信号处理器。显示模块5采用CAN总线联接液晶显示器51及键盘52。

以下结合实施例的特点及构造说明工作原理：

先导控制回路61中开停的先导信号由先导模块6接收，先导模块检测控制信号的状态，由于意外原因造成信号的线路短路时，先导模块会及时检测到发送给控制模块7，控制模块立即发出停止真空接触器12的命令，同时送给显示模块5在液晶显示器51显示此回路“先导短路”，并报警提醒用户。先导模块检测到控制信号为启动状态并在2到5秒内转换到运行状态，将发送给控制模块，控制模块在被控回路没有漏电等故障，则发送“开”命令到处理模块4，处理模块使停止漏电闭锁检测，主回路中间继电器8闭合，驱动真空接触器导通，接通主回路电源，电机得电运行。调理模块3上的电流互感器15将主回路电流转换成0～3.3V的电压信号，这个信号通过总线输入到处理模块。处理模块根据信号大小自动调整放大倍数，通过2MSPS的高速模数转换器（A/D）转换成数字信号。数字信号处理器（DSP）随时跟踪电网的频率，并根据电网频率，在一个周期同步采样多个回路的数据，经过数字自适应的滤波器23，滤掉干扰信号，得到正确的有效电流信号。处理模块在真空接触器的起动过程中和起动后应能检测到中间继电器和真空接触器闭合，否则认为中间继电器或真空接触器故障，发出断开真空接触器命令。处理模块根据负载实际情况实现相敏保护和反时限过负荷保护自动切换，同时检测真空接触器和中间继电器的状态，发出正确的控制指令，当检测到回路发生短路、过载、缺相、真空接触器故障、中间继电器故障、漏电闭锁、过压、欠压、真空接触器粘连等故障时立即断开真空接触器，同时将故障信号和数据发送给其它相关处理模块、控制模块和显示模块，用作显示和报警。处理模块同时采用故障安全措施，当处理模块和相关模块发生故障时自动断开所控回路的真空接触器，确保控制的安全性。系统运行时处理模块的数据实时送入显示模块显示。

2013年，《矿用组合开关》获得第八届江苏省专利项目奖金奖。

组合开关是一种体积小、接线方式多、使用非常方便的开关电器。选择组合开关时应注意以下几点。

(1)组合开关应根据用电设备的电压等级、容量和所需触头数进行选用。组合开关用于一般照明、电热电路时，其额定电流应等于或大于被控制电路中各负载电流的总和；组合开关用于控制电动机时，其额定电流一般取电动机额定电流的1.5~2.5倍。

(2)组合开关接线方式很多，应能够根据需要，正确地选择相应规格的产品。

(3)组合开关本身是不带过载保护和短路保护的。如果需要这类保护。就必须另设其他保护电器。

组合开关又称转换开关，在电气控制线路中，常被作为电源引入的开关，可以直接启动或停止小功率电动机或使电动机正反转，倒顺等。局部照明电路也常用它来控制。

组合开关有单极、双极、三极、四极几种，额定持续电流有10、25、60、100A等多种。

组合开关可使控制回路或测量回路线路简化，可在一定程度上避免操作上的失误和差错。

组合开关由装在同一转轴上的多个单极旋转开关叠装在一起组成。

(1)由于组合开关的通断能力较低。故不能用来分断故障电流。当用于控制电动机作可逆运转时，必须在电动机完全停止转动后，才允许反向接通。

(2)当操作频率过高或负载功率因数较低时，组合开关要降低容量使用，否则影响开关寿命。

(3)在使用时应注意，组合开关每小时的转换次数一般不超过15～20次。

(4)经常检查开关固定螺钉是否松动，以免引起导线压接松动，造成外部连接点放电、打火、烧蚀或断路。

(5)检修组合开关时，应注意检查开关内部的动、静触片接触情况，以免造成内部接点起弧烧蚀。