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本文分析国内外矿用高压组合开关的发展现状,针对国产高压组合开关普遍存在的缺点,设计并实现了一种以DSP为核心处理芯片的矿用高压组合开关综合控制器。该装置可以实时采集组合开关的电压、电流等信号,经过保护算法处理,监视当前组合开关和所载电机的工作状况,一旦出现故障就保护动作,使组合开关迅速跳闸并报警。同时综合控制器还有控制和通信功能。
与现有的组合开关控制保护装置相比,该装置增加了断相闭锁、先导控制、相不平衡保护和Modbus通信,同时对一些控制功能和保护功能的实现提出了新的处理方法。如电机的过热保护,采用数字方法建立电机的发热模型,从原理上解决了电机的发热问题。保护算法采用频率抽样滤波和全波傅氏变换的方法,快捷、高效的获取组合开关的运行状况。
论文主要论述了综合控制器的硬件设计、软件设计和软硬件调试。在系统硬件设计时采用TMS320LF2407A DSP作为综合控制器的核心控制芯片,然后设计各功能模块电路,包括键盘电路、液晶显示电路、Modbus通信电路、信号采样和调理电路、开关量输入电路、开关量输出电路、先导控制电路、真空管漏气检测电路、断相检测电路和漏电检测电路等,构建高效可靠的硬件平台。在软件设计中,采用C语言和汇编语言相结合的方式编程,功能上采用模块化设计,提高开发效率。系统软件包括主程序模块、数据采集和处理模块、故障处理模块、人机界面模块、控制输入输出模块和Modbus通信模块。软硬件的相互配合,使该装置实现对组合开关的各种控制、保护功能,以及与远方监控中心的Modbus通信。
考虑到综合控制器运用于煤矿井下,环境恶劣,针对煤矿井下防爆需要,采用了防爆设计和本安电路设计。软硬件抗干扰设计可保证采样信号不受干扰,使综合控制器运行稳定、可靠和控制输出准确。
经过系统的调试和运行,所设计的综合控制器完成各项控制和保护功能,达到了预期目标。测试结果表明综合控制器具有控制准确、保护反应时间短、较好的人机界面,同时还有稳定的Modbus通信功能。