矿用掘进机专用综合保护装置的研究

论文摘要

本论文主要对掘进机的综合保护部分进行了设计研究。在保护原理方面,以传统的检测过流幅值为基础,利用对称分量法增加了对负序、零序电流分量的判断,充分的考虑了软件编程的方便优点,运用了数字滤波技术,抗干扰性能良好。算法上采用傅里叶算法,并对傅立叶算法及其推广算法的滤波性能进行了深入分析。硬件设计采用模块化的设计思想,增加了粘连高压漏电检测模块、低压漏电与温度检测模块、瓦斯检测模块等,主CPU采用集成的系统级芯片8051F020微处理器作为保护装置的核心。人机接口CPU采用8051单片机,两个CPU之间采用RS-232通信。软件设计方面采用模块化设计理念,编程语言采用以C语言为主汇编语言为辅的混合编程的方法。装置体积小、功耗降低、使用操作方便,实现了对掘进机全方位的综合性保护。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 掘进机专用综合保护装置在煤炭开采中的重要意义
• 1.2 掘进机综合保护装置的发展及研究现状
• 1.2.1 基于热继电器、熔断器和过流继电器的掘进机的电气保护设备
• 1.2.2 基于模拟电子式电动机保护器的掘进机保护装置
• 1.2.3 基于数字电子式电动机保护器的掘进机保护装置
• 1.2.4 基于 PLC及其辅助模块的掘进机保护装置
• 1.3 课题的内容
• 2 掘进机综合保护装置的各种保护原理及故障判据
• 2.1 掘进机综合保护装置常见保护形式
• 2.2 掘进机用矿用隔爆型三相异步电动机故障特征分析
• 2.2.1 三相异步电动机的故障特征及保护类型
• 2.2.2 基于过流、负序和零序电流的故障判据
• 2.2.3 对称分量法在故障诊断中的应用
• 2.3 矿用隔爆三相异步电动机的综合保护
• 2.3.1 过载保护
• 2.3.2 短路故障分析及保护判据
• 2.3.3 两段式负序过流保护
• 2.3.4 单相接地故障分析及保护判据
• 2.3.5 欠压和过压故障分析及保护判据
• 2.3.6 矿用电动机的其他保护
• 3 微机保护的数据采集和算法
• 3.1 保护装置的数据采集电路
• 3.1.1 电压形成回路
• 3.1.2 采样电路
• 3.2 微机保护的算法
• 3.2.1 傅氏算法在微机保护中的应用
• 3.2.2 傅氏算法及其推广算法的滤波性能分析
• 3.2.2.1 全波傅氏算法与全波差分傅氏算法
• 3.2.2.2 半波傅氏算法与半波差分傅氏算法
• 3.2.2.3 改进的全波傅氏算法
• 3.2.3 各序分量的算法实现
• 4 保护装置的硬件设计
• 4.1 掘进机综合保护装置硬件组成及各种功能的实现
• 4.2 保护模件的功能和原理
• 4.2.1 掘进机综合保护装置硬件主CPU的选择
• 4.2.2 开关量的输入和输出回路
• 4.2.2.1 开关量输入回路
• 4.2.2.2 开关量输出回路
• 4.2.2.3 开出驱动与开出自检电路原理
• 4.2.2.4 自检告警闭锁
• 4.2.3 保护装置电源模块的设计
• 4.2.3.1 L4960单片集成稳压器的性能指标基本工作原理
• 4.2.3.2 L4960组成的开关电源电路
• 4.2.4 NL检测模块电路原理
• 4.2.4.1 真空接触器真空管的粘连和漏电检测电路原理
• 4.2.4.2 高压绝缘检测电路原理
• 4.2.5 LW检测模块电路原理
• 4.2.5.1 低压漏电检测电路原理
• 4.2.5.2 电机温度保护电路
• 4.2.6 瓦斯闭锁保护电路
• 4.2.7 运行故障显示表头的设计及工作原理
• 4.2.8 通讯接口电路
• 4.2.8.1 UART1增强型串行口介绍
• 4.2.8.2 电平转换电路—RS-232收发器
• 4.2.8.3 电平转换电路—RS-485收发器
• 4.3 人机接口模件的功能与原理
• 4.3.1 人机接口模件的地址分配电路
• 4.3.2 8051与82C55A的硬件接口电路
• 4.3.3 键盘电路
• 4.3.4 液晶显示电路
• 4.3.5 硬件时钟的接口电路
• 4.3.6 人机接口模件的看门狗电路
• 5 保护装置的软件设计
• 5.1 保护装置的软件总体设计
• 5.2 保护模件的软件设计
• 5.2.1 主程序模块
• 5.2.2 采样程序设计
• 5.3 人机接口模件的软件设计
• 5.3.1 主程序模块
• 5.3.2 键盘扫描程序模块
• 5.3.3 液晶显示程序模块
• 5.4 通讯部分的软件设计
• 5.4.1 通讯方式
• 5.4.2 MODBUS协议介绍
• 5.4.3 CRC（循环冗余码）校验技术
• 6 综合保护装置的电磁兼容性
• 6.1 电气设备的电磁兼容性设计
• 6.1.1 三相异步电动机的电磁兼容设计
• 6.1.2 开关电器的电磁兼容设计
• 6.2 控制电路的抗干扰设计
• 6.2.1 硬件抗干扰措施
• 6.2.1.1 电源设计
• 6.2.1.2 信号滤波
• 6.2.1.3 开关量输出隔离
• 6.2.1.4 地线设置
• 6.2.1.5 印刷电路板布线
• 6.2.1.6 元器件的选择
• 6.2.1.7 其他
• 6.2.2 软件抗干扰措施
• 7 综合保护装置的性能测试
• 7.1 静态模拟实验
• 7.2 实验结果与分析
• 结论与后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间发表论文情况
• 附录
• A1 掘进机电控系统
• A2 掘进机综合保护装置实物图
• A3 人机接口模件实物图