用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关转让专利
申请号 : CN200710039619.3
文献号 : CN101068069B
文献日 : 2010-07-21
发明人 : 卜海滨 , 李孝忠 , 张朝平 , 景杰 , 景伟涛
申请人 : 上海山源电子电气科技发展有限公司
摘要 :
一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，属煤矿用高压开关技术和微电子技术领域。其特点是供电、断电机构，参数设定、修改装置是附在高压开关箱上的一个带有红外接收器的窗口，和与之配套的红外遥控发射器；红外接收器输出端与单片机的输入端相接，单片机的输出端通过放大电路与执行机构相接。实施本发明后的积极效果是：由于本发明能够实现在不打开柜门的情况下在线修改运行参数，保证了供电的连续性，也保证了生产的连续性，避开了手动操作过程中造成的设备和人身安全的事故隐患；遥控操作，简单、快捷、安全、高效、可靠，是一个有利安全生产的好发明。
权利要求 :
1.用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，包含带有供电、断电机构以及参数设定、修改装置的封闭的高压开关箱(4)，和控制高压通、断的箱内继电器、闸刀系统的执行机构(6)，并由显示器CPU单片机分别与显示的LCD电路、LED电路、看门狗电路相连接，通过通讯接口电路与保护器CPU单片机相沟通；保护器CPU单片机分别与RAM电路、ROM电路、执行电路、采样电路和开入电路相连接完成各种操作，其特征是：供电、断电机构以及参数设定、修改装置是附在高压开关箱(4)上窗口(2)的红外接收器(1)，和与之配套的红外遥控发射器(3)；接收红外发射讯号的红外接收器(1)输出端与显示器CPU单片机的输入端相接。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，其特征是：所述的红外遥控发射器(3)是由红外线控制编码芯片TC9148P的k0-K5分别与对应按键的一端相接，六个按键的另一端均相连后接红外线控制编码芯片的T2端，在T2端与CODE端之间接正向二极管D1，晶体CY并接在两串联电容C1，C2两端，并接红外线控制编码芯片的XT，XT的两脚，两串联电容串接点接地，其振荡频率为455KHZ，载波信号的频率为38KHZ，其输出端TxOUT通过电阻R6接由三极管T1，T2接成复合三极管的输入端，红外发射二极管L1接复合三极管的集电极和带一电阻R2的地之间而构成。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，其特征是：所述的红外接收器(1)是由红外遥控接收芯片TSOP1738其2端接地，1、3端各自接电阻后接电源VCC，并且3端的输出信号与单片机SM5964输入端INT1相接而构成。
4.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，其特征是：所述的显示器CPU单片机和保护器CPU单片机分别由型号为SM5964和80C196KB单片机构成。
说明书 :
技术领域
属煤矿用高压开关技术和微电子技术领域，确切地说是微电子技术和煤矿用高压开关相结合的技术。
背景技术
煤矿井下电气设备的安全运行，是井下安全生产的重要保障，不允许有半点麻痹大意，稍有疏忽就会酿成灾难事故。煤矿井下高压开关普遍使用综合保护器，实现供电过程中对高压设备的保护及测控功能，原有保护器存在诸多安全隐患及不方便使用的地方。
1)原有保护器只能完成修改运行参数的功能，且在供电运行过程中不能进行修改；运行参数是指在电网运行过程中，如果出现短路故障或其他故障类型，能够及时准确跳开高压开关从而切断电源防止事故扩大的设定值，该运行参数保存于综合保护器内部，它是由根据每台井下高压开关的运行负荷的大小不同而计算出来的数值。
2)原有保护器的运行参数的修改只能是通过调整装于综合保护器面板上的类似于倍数选择的拨档开关的方式进行修改，运行参数的修改和整定只能按照额定电流的倍数来进行整定，如1.6倍，2倍，3倍等，这样就存在着误差大，整定范围窄的缺点；
3)井下高压开关为实现在井下存在有危险，易燃的气体环境下安全运行的要求必须设计成密闭完成的腔体结构。同时由于综合保护器是装于高压开关内部。修改综合保护器的运行参数必须首先打开高压开关的柜门，考虑到井下生产的特殊性和安全性，打开高压开关柜门的前提是必须停电，这样不仅操作过程十分繁锁，而且影响到正常供电的连续性，从而影响煤矿企业的安全生产，也影响到企业的安全效益。
1)原有保护器只能完成修改运行参数的功能，且在供电运行过程中不能进行修改；运行参数是指在电网运行过程中，如果出现短路故障或其他故障类型，能够及时准确跳开高压开关从而切断电源防止事故扩大的设定值，该运行参数保存于综合保护器内部，它是由根据每台井下高压开关的运行负荷的大小不同而计算出来的数值。
2)原有保护器的运行参数的修改只能是通过调整装于综合保护器面板上的类似于倍数选择的拨档开关的方式进行修改，运行参数的修改和整定只能按照额定电流的倍数来进行整定，如1.6倍，2倍，3倍等，这样就存在着误差大，整定范围窄的缺点；
3)井下高压开关为实现在井下存在有危险，易燃的气体环境下安全运行的要求必须设计成密闭完成的腔体结构。同时由于综合保护器是装于高压开关内部。修改综合保护器的运行参数必须首先打开高压开关的柜门，考虑到井下生产的特殊性和安全性，打开高压开关柜门的前提是必须停电，这样不仅操作过程十分繁锁，而且影响到正常供电的连续性，从而影响煤矿企业的安全生产，也影响到企业的安全效益。
发明内容
本发明提供不用打开高压开关柜门，不用停电情况下，可在线修改运行参数，并可进行各种操作的一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关。
本发明采取的技术方案：
一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，包含带有供电、断电机构，参数设定、修改装置的封闭的高压开关箱，和控制高压通、断的箱内继电器、闸刀系统的执行机构，并由显示器CPU单片机分别与显示的LCD电路、LED电路、看门狗电路相连接，通过通讯接口电路与保护器CPU单片机相沟通；保护器CPU单片机分别与RAM电路、ROM电路、执行电路、采样电路和开入电路相连接完成各种操作，其方案是：供电、断电机构，参数设定、修改装置是附在高压开关箱上窗口的红外接收器，和与之配套的红外遥控发射器；接收红外发射讯号的红外接收器输出端与显示器CPU单片机的输入端相接。
所述的红外遥控发射器是由红外线控制编码芯片TC9148P，其k0—K5分别与对应按键的一端相接，六个按键的另一端均相连后接红外线控制编码芯片的T2端，在T2端与CODE端之间接正向二极管D1，晶体CY并接在两串联电容C1，C2两端，并接红外线控制编码芯片的XT，XT的两脚，两串联电容串接点接地，或按厂商推荐连接法使用，其振荡频率为455KHZ，载波信号的频率为38KHZ，其输出端TxOUT通过电阻接由两个三极管接成复合三极管的输入端，红外发射二极管接复合三极管的集电极和带一电阻的地之间。所述的红外接收器，是由红外遥控接收芯片TSOP1738其2端接地，1，3端各自接电阻后接电源VCC，并且3端的输出信号与单片机SM5964输入端INT1(13脚)相接。或按厂商推荐连接法使用。所述的显示器CPU单片机和保护器CPU单片机分别由型号为SM5964和80C196KB单片机构成。
实施本发明后的积极效果是：
由于本发明能够实现在不打开柜门的情况下在线修改运行参数，保证了供电的连续性，并可连续运行参数，实现无极差整定，保证了保护器动作的可靠性和灵敏性；避开了手动操作过程中造成的设备和人身安全的事故隐患；运行参数可以实现在线修改和整定；红外遥控操作不仅可以完成保护器运行参数的修改，还可以完成开关的遥控操作，保护器的时钟整定，保护器动作信息的查询等功能；遥控操作，方便、快捷、安全、可靠、高效。本发明结构简单，集成化程度高，完成功能多，可靠性强，能满足现场的实际需要。
本发明采取的技术方案：
一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，包含带有供电、断电机构，参数设定、修改装置的封闭的高压开关箱，和控制高压通、断的箱内继电器、闸刀系统的执行机构，并由显示器CPU单片机分别与显示的LCD电路、LED电路、看门狗电路相连接，通过通讯接口电路与保护器CPU单片机相沟通；保护器CPU单片机分别与RAM电路、ROM电路、执行电路、采样电路和开入电路相连接完成各种操作，其方案是：供电、断电机构，参数设定、修改装置是附在高压开关箱上窗口的红外接收器，和与之配套的红外遥控发射器；接收红外发射讯号的红外接收器输出端与显示器CPU单片机的输入端相接。
所述的红外遥控发射器是由红外线控制编码芯片TC9148P，其k0—K5分别与对应按键的一端相接，六个按键的另一端均相连后接红外线控制编码芯片的T2端，在T2端与CODE端之间接正向二极管D1，晶体CY并接在两串联电容C1，C2两端，并接红外线控制编码芯片的XT，XT的两脚，两串联电容串接点接地，或按厂商推荐连接法使用，其振荡频率为455KHZ，载波信号的频率为38KHZ，其输出端TxOUT通过电阻接由两个三极管接成复合三极管的输入端，红外发射二极管接复合三极管的集电极和带一电阻的地之间。所述的红外接收器，是由红外遥控接收芯片TSOP1738其2端接地，1，3端各自接电阻后接电源VCC，并且3端的输出信号与单片机SM5964输入端INT1(13脚)相接。或按厂商推荐连接法使用。所述的显示器CPU单片机和保护器CPU单片机分别由型号为SM5964和80C196KB单片机构成。
实施本发明后的积极效果是：
由于本发明能够实现在不打开柜门的情况下在线修改运行参数，保证了供电的连续性，并可连续运行参数，实现无极差整定，保证了保护器动作的可靠性和灵敏性；避开了手动操作过程中造成的设备和人身安全的事故隐患；运行参数可以实现在线修改和整定；红外遥控操作不仅可以完成保护器运行参数的修改，还可以完成开关的遥控操作，保护器的时钟整定，保护器动作信息的查询等功能；遥控操作，方便、快捷、安全、可靠、高效。本发明结构简单，集成化程度高，完成功能多，可靠性强，能满足现场的实际需要。
附图说明
图1与红外遥控器配套的高压开关整体外形结构示意图，
图2高压开关箱剖示图，
图3为本发明整机原理方框示意图
图4为本发明红外遥控发射器电路原理图
图5为本发明红外接收器与单片机接线示意图
图6整机控制与保护电路
图7菜单界面
图2高压开关箱剖示图，
图3为本发明整机原理方框示意图
图4为本发明红外遥控发射器电路原理图
图5为本发明红外接收器与单片机接线示意图
图6整机控制与保护电路
图7菜单界面
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明
一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，包含带有供电、断电机构，参数设定、修改装置的封闭的高压开关箱4，和控制高压通、断的箱内继电器、闸刀系统的执行机构6，并由显示器CPU单片机分别与显示的LCD电路、LED电路、看门狗电路相连接，通过通讯接口电路与保护器CPU单片机相沟通；保护器CPU单片机分别与RAM电路、ROM电路、执行电路、采样电路和开入电路相连接完成各种操作，其结构是：供电、断电机构，参数设定、修改装置是附在高压开关箱4上窗口2的红外接收器1，和与之配套的红外遥控发射器3；接收红外发射讯号的红外接收器1输出端与显示器CPU单片机的输入端相接。所述的红外遥控发射器3是由红外线控制编码芯片TC9148P，其k0—K5分别与对应按键的一端相接，六个按键的另一端均相连后接红外线控制编码芯片的T2端，在T2端与CODE端之间接正向二极管D1，晶体CY并接在两串联电容C1，C2两端，并接红外线控制编码芯片的XT，XT的两脚，两串联电容串接点接地，或按厂商推荐连接法使用，其振荡频率为455KHZ，载波信号的频率为38KHZ，其输出端TxOUT通过电阻R6接由三极管T1，T2接成复合三极管的输入端，红外发射二极管L1接复合三极管的集电极和带一电阻R2的地之间。所述的红外接收器1，是由红外遥控接收芯片TSOP1738其2端接地，1、3端各自接电阻后接电源VCC，并且3端的输出信号与单片机SM5964输入端INT1(13脚)相接。或按厂商推荐连接法使用。所述的显示器CPU单片机和保护器CPU单片机分别由型号为SM5964和80C196KB单片机构成。
一个具体实施控制的实施例；
现结合附图以遥控器控制高压开关遥控合闸过程对本发明作进一步说明。
遥控合闸的执行是靠主机中的继电器带动高压开关的执行机构6来具体完成动作过程的，而主机中的继电器的动作命令的发出是靠显示器以通讯数据流的方式发出具体命令才能够指挥主机完成相应的操作。如图7所示：
在显示器的LCD上编制了相应的菜单结构，每一个菜单都有相对应的通讯指令相配合，用以指挥主机完成相应的操作或完成与显示器的数据交换任务。当需完成开关合闸时，必须将菜单从在菜单项，此时按确认键，就会由显示器发出“EB90010313”通讯数据指令，来指挥主机进行合闸操作过程。显示器在各个菜单间的来回切换和跳转是要靠“↑”，“↓”，“←”，“→”，“确认”，“取消”六个按键来完成的，而六个按键的键码值的获得正是由遥控器通过红外发射信号来输出的。红外遥控器主要由按键电路、编码电路、振荡电路、电源电路、前置放大电路和红外发射电路来组成。电源电路采用两节7号1.5V干电池接至TC9148P芯片的16和1管脚，用以提供工作电源，在16管脚和地管脚上并联有4.7UF电解电容，用于滤除电源回路的干扰。振荡电路引脚2、3通过外接CRB455E晶体和100P瓷片电容构成串联谐振电路，当振荡频率为455KHZ时，则发射振荡频率为38KHZ。只有在按键操作时才会产生振荡，以此降低功耗。
按键电路通过K1-K6键输入分别将“向左键”、“向上键”、“向右键”、“向下键”、“取消键”、“确认键”分别输入TC9148P的4-8管脚。
红外编码电路利用红外编码芯片的键输入引脚(K1-K6)来确定是具体的哪个按键按下，同时产生相应的编码信息。
“向左键”-----“1001”；
“向上键”-----“1010”；
“向右键”-----“1011”；
“向下键”-----“1100”；
“取消键”-----“1101”；
“确认键”-----“1110”；
编码信息采用单键控制方式，即每按一次只能发射一组控制脉冲。前置放大电路通过红外发射输出管脚15接PNP三极管2SA1015和NPN三极管2SA1815组成复合放大电路，用于将编码信息放大整形保证有足够的能量驱动。
红外发射电路接至前置放大电路的输出管脚，红外发射二极管接复合三极管的集电极和带一电阻的地之间。用于将放大后的编码信息调制成标准38KHZ信号，然后将已调制的信号发射出去。
发射波形如下所示：
正脉冲的占空比为1/4时，代表“0”，正脉冲的占空比为3/4时，代表“1”，
位“0”
位“1”
由于六个按键具有不同的按键编码信息，在发射时，也就具有不同的发射波形，那么由红外接收器1接收到波形信息也不相同。
红外发射信息发射出去后由装于高压开关箱窗口2上的红外接收器1接收，红外接收器TSOP1738接之SM5964单片机的INT1管脚，由于单片机的指令周期为微秒级，而已调制的脉宽最大只有20多微秒，如果直接对已调制的信号进行测量，会产生较大的误差。因此须利用红外接收器TSOP1738将接收到的按键编码调制信号进行解调，信号整形及还原。还原后的信号送给单片机端口INT1管脚，然后单片机利用定时器中断的方式，通过记录两次定时器中断数值，便可以分辨出编码信息的“1”高电平和“0”低电平“的信息。如接收到了“1001“信息，单片机便知道是红外遥控器按了一次”向左键“，这样，根据红外遥控器每次发过来的按键编码信息，就可以指挥单片机在LCD菜单上进行相应的跳转。
当需进行遥控合闸操作时，红外遥控器需依次发出四次“向右键“的编码信息，指挥单片机LCD菜单跳转至菜单项，再发出一次“确认键“的编码信息，单片机通过软件逻辑便会产生“EB90010313“的指令信息，通过其通讯接口将指令信息传送给主机。
主机在收到“EB90010313“的指令信息后，通过软件逻辑知道是要完成遥控合闸的操作过程，便通过软件驱动开出回路的箱内继电器，从而带动了闸刀系统的执行机构6来完成具体的合闸过程的。
一种用于煤矿井下对高压供电采用红外遥控操作的高压开关，包含带有供电、断电机构，参数设定、修改装置的封闭的高压开关箱4，和控制高压通、断的箱内继电器、闸刀系统的执行机构6，并由显示器CPU单片机分别与显示的LCD电路、LED电路、看门狗电路相连接，通过通讯接口电路与保护器CPU单片机相沟通；保护器CPU单片机分别与RAM电路、ROM电路、执行电路、采样电路和开入电路相连接完成各种操作，其结构是：供电、断电机构，参数设定、修改装置是附在高压开关箱4上窗口2的红外接收器1，和与之配套的红外遥控发射器3；接收红外发射讯号的红外接收器1输出端与显示器CPU单片机的输入端相接。所述的红外遥控发射器3是由红外线控制编码芯片TC9148P，其k0—K5分别与对应按键的一端相接，六个按键的另一端均相连后接红外线控制编码芯片的T2端，在T2端与CODE端之间接正向二极管D1，晶体CY并接在两串联电容C1，C2两端，并接红外线控制编码芯片的XT，XT的两脚，两串联电容串接点接地，或按厂商推荐连接法使用，其振荡频率为455KHZ，载波信号的频率为38KHZ，其输出端TxOUT通过电阻R6接由三极管T1，T2接成复合三极管的输入端，红外发射二极管L1接复合三极管的集电极和带一电阻R2的地之间。所述的红外接收器1，是由红外遥控接收芯片TSOP1738其2端接地，1、3端各自接电阻后接电源VCC，并且3端的输出信号与单片机SM5964输入端INT1(13脚)相接。或按厂商推荐连接法使用。所述的显示器CPU单片机和保护器CPU单片机分别由型号为SM5964和80C196KB单片机构成。
一个具体实施控制的实施例；
现结合附图以遥控器控制高压开关遥控合闸过程对本发明作进一步说明。
遥控合闸的执行是靠主机中的继电器带动高压开关的执行机构6来具体完成动作过程的，而主机中的继电器的动作命令的发出是靠显示器以通讯数据流的方式发出具体命令才能够指挥主机完成相应的操作。如图7所示：
在显示器的LCD上编制了相应的菜单结构，每一个菜单都有相对应的通讯指令相配合，用以指挥主机完成相应的操作或完成与显示器的数据交换任务。当需完成开关合闸时，必须将菜单从在菜单项，此时按确认键，就会由显示器发出“EB90010313”通讯数据指令，来指挥主机进行合闸操作过程。显示器在各个菜单间的来回切换和跳转是要靠“↑”，“↓”，“←”，“→”，“确认”，“取消”六个按键来完成的，而六个按键的键码值的获得正是由遥控器通过红外发射信号来输出的。红外遥控器主要由按键电路、编码电路、振荡电路、电源电路、前置放大电路和红外发射电路来组成。电源电路采用两节7号1.5V干电池接至TC9148P芯片的16和1管脚，用以提供工作电源，在16管脚和地管脚上并联有4.7UF电解电容，用于滤除电源回路的干扰。振荡电路引脚2、3通过外接CRB455E晶体和100P瓷片电容构成串联谐振电路，当振荡频率为455KHZ时，则发射振荡频率为38KHZ。只有在按键操作时才会产生振荡，以此降低功耗。
按键电路通过K1-K6键输入分别将“向左键”、“向上键”、“向右键”、“向下键”、“取消键”、“确认键”分别输入TC9148P的4-8管脚。
红外编码电路利用红外编码芯片的键输入引脚(K1-K6)来确定是具体的哪个按键按下，同时产生相应的编码信息。
“向左键”-----“1001”；
“向上键”-----“1010”；
“向右键”-----“1011”；
“向下键”-----“1100”；
“取消键”-----“1101”；
“确认键”-----“1110”；
编码信息采用单键控制方式，即每按一次只能发射一组控制脉冲。前置放大电路通过红外发射输出管脚15接PNP三极管2SA1015和NPN三极管2SA1815组成复合放大电路，用于将编码信息放大整形保证有足够的能量驱动。
红外发射电路接至前置放大电路的输出管脚，红外发射二极管接复合三极管的集电极和带一电阻的地之间。用于将放大后的编码信息调制成标准38KHZ信号，然后将已调制的信号发射出去。
发射波形如下所示：
正脉冲的占空比为1/4时，代表“0”，正脉冲的占空比为3/4时，代表“1”，
位“0”
位“1”
由于六个按键具有不同的按键编码信息，在发射时，也就具有不同的发射波形，那么由红外接收器1接收到波形信息也不相同。
红外发射信息发射出去后由装于高压开关箱窗口2上的红外接收器1接收，红外接收器TSOP1738接之SM5964单片机的INT1管脚，由于单片机的指令周期为微秒级，而已调制的脉宽最大只有20多微秒，如果直接对已调制的信号进行测量，会产生较大的误差。因此须利用红外接收器TSOP1738将接收到的按键编码调制信号进行解调，信号整形及还原。还原后的信号送给单片机端口INT1管脚，然后单片机利用定时器中断的方式，通过记录两次定时器中断数值，便可以分辨出编码信息的“1”高电平和“0”低电平“的信息。如接收到了“1001“信息，单片机便知道是红外遥控器按了一次”向左键“，这样，根据红外遥控器每次发过来的按键编码信息，就可以指挥单片机在LCD菜单上进行相应的跳转。
当需进行遥控合闸操作时，红外遥控器需依次发出四次“向右键“的编码信息，指挥单片机LCD菜单跳转至菜单项，再发出一次“确认键“的编码信息，单片机通过软件逻辑便会产生“EB90010313“的指令信息，通过其通讯接口将指令信息传送给主机。
主机在收到“EB90010313“的指令信息后，通过软件逻辑知道是要完成遥控合闸的操作过程，便通过软件驱动开出回路的箱内继电器，从而带动了闸刀系统的执行机构6来完成具体的合闸过程的。