礦山電力保護(hù)裝置通信系統(tǒng)分析與實(shí)現(xiàn)論文

　　礦產(chǎn)行業(yè)作為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要支柱，國(guó)內(nèi)的礦產(chǎn)量是非常大的。雖然國(guó)家大力強(qiáng)化了礦井的安全，投入大量的資金，然而，我國(guó)每年依然有著礦山事故的發(fā)生，死亡的人數(shù)占全球礦山事故死亡人數(shù)的一半以上。強(qiáng)化礦山電力安全是當(dāng)今礦產(chǎn)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題，這是一個(gè)非常嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。在礦山的開(kāi)采過(guò)程中，電力供應(yīng)和保護(hù)是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，保護(hù)礦山電力輸送具有重要的作用。因此，確保通訊系統(tǒng)的正常工作和處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性對(duì)礦山的開(kāi)采有極其重要的作用。文章對(duì)礦山電力保護(hù)裝置數(shù)據(jù)處理與通信系統(tǒng)進(jìn)行一些技術(shù)分析，并提出相應(yīng)的技術(shù)措施。

　　1礦山電力保護(hù)原理

　　根據(jù)安全規(guī)程對(duì)規(guī)定礦山電店配置應(yīng)確保短路保護(hù)及應(yīng)裝過(guò)流裝置，保護(hù)裝置要確保電網(wǎng)的最大容量，線(xiàn)路需要設(shè)有漏電保護(hù)裝置、撿漏保護(hù)裝置、漏電封閉、欠壓保護(hù)裝置、負(fù)載保護(hù)裝置、短路保護(hù)裝置等設(shè)備。礦山電力保護(hù)主要有過(guò)負(fù)荷保護(hù)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)等原理。

　　1.1負(fù)荷保護(hù)

　　礦井下過(guò)電力負(fù)荷是主要的故障，在井下有著風(fēng)機(jī)、排水設(shè)備、各式絞車(chē)、傳送裝置、挖掘設(shè)備等都給電網(wǎng)造成過(guò)負(fù)荷的現(xiàn)象，這極有可能造成電網(wǎng)短路燃燒。其過(guò)負(fù)荷主要是因?yàn)榫�(xiàn)路、變壓器、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，并且電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷啟動(dòng)或者頻繁啟動(dòng)都會(huì)造成電網(wǎng)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象。機(jī)器在正啟動(dòng)的時(shí)候需要的電能是非常大的，在負(fù)載的情況下啟動(dòng)，瞬間需要的電能更大，這要求電網(wǎng)的承受力要強(qiáng)，能夠支持瞬間的電能傳輸，防止線(xiàn)路沒(méi)燒壞，這些都可能會(huì)造成線(xiàn)路燃燒，甚至?xí)�產(chǎn)生爆炸和火災(zāi)等。過(guò)載保護(hù)原理，過(guò)載保護(hù)是保護(hù)電力負(fù)荷的重要設(shè)備，短暫的電力負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)造成的傷害較少，但是長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備造成的傷害是非常大的。此設(shè)備在電流過(guò)大是能夠增強(qiáng)其電阻，防止電流過(guò)大對(duì)電路和設(shè)備造成損害，從而增加了電力負(fù)荷的保護(hù)功能[1]。

　　1.2漏電保護(hù)

　　礦井下的漏電也是發(fā)生事故的主要原因，由于井下的環(huán)境復(fù)雜，濕氣嚴(yán)重，灰塵多、且空氣中含有易燃燒的氣體。一旦線(xiàn)路和設(shè)備出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，那么就會(huì)造成礦井的爆炸和燃燒，漏電是礦井中最危險(xiǎn)的潛在因素。漏電保護(hù)應(yīng)具備漏電閉鎖和自動(dòng)跳閘，并且要實(shí)時(shí)監(jiān)控漏電絕緣狀態(tài)，自動(dòng)切掉電源。同時(shí)要立即啟動(dòng)備用線(xiàn)路進(jìn)行供電，這既能確保電能的輸送，使得機(jī)械不會(huì)停止工作，也能夠確保線(xiàn)路的安全，留給維修人員足夠的時(shí)間進(jìn)行細(xì)致認(rèn)真的維修。以上原因可通過(guò)漏電檢測(cè)解決，其原理為增加直流電源檢測(cè)、電流定向保護(hù)，直流副電源能夠隨時(shí)的檢測(cè)主線(xiàn)路路是否漏電，如有漏電馬上向電源系統(tǒng)報(bào)告，使其能夠快速的切斷主線(xiàn)路的電流，同時(shí)主副線(xiàn)路必須要定向的導(dǎo)電，如此一來(lái)就能夠極大的避免因漏電造成的事故[2]。

　　1.3短路保護(hù)

　　電網(wǎng)和設(shè)備短路是造成井下事故三大原因之一，電路短路主要有線(xiàn)路老化、線(xiàn)路連接錯(cuò)誤、線(xiàn)路元件損壞、人為過(guò)失（如挖溝損傷）等因素。短路的后果是產(chǎn)生低電壓、破壞系統(tǒng)、線(xiàn)損熱損和通訊影響等。電路電路可通國(guó)電流鑒副保護(hù)、相敏保護(hù)、負(fù)序保護(hù)等。其鑒別電路是否存在短路是通過(guò)電流的大小來(lái)判斷的，相敏保護(hù)是在大型機(jī)械啟動(dòng)的時(shí)候控制器感性負(fù)載，負(fù)序保護(hù)是通過(guò)正序分量，負(fù)序電流進(jìn)行三相對(duì)稱(chēng)保護(hù)的[3]。

　　2礦山電力保護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　礦山電力保護(hù)設(shè)計(jì)主要分為硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。其中良好的硬件系統(tǒng)具有準(zhǔn)確性和可靠性，整體的安裝、維修和調(diào)試都為為了方便日后操作的，并在滿(mǎn)足了所有條件下，盡可能的簡(jiǎn)化，例如其體積和成本。良好的軟件系統(tǒng)需要具備模塊化保護(hù)裝置、軟件在滿(mǎn)足流暢等條件時(shí)，其設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)化和降低成本，并且具備在發(fā)出指令時(shí)不受受干擾。

　　2.1礦山電力保護(hù)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　通過(guò)電源電力路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、信號(hào)采集設(shè)計(jì)、通訊接口設(shè)計(jì)、人機(jī)交換設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)電力保護(hù)硬件設(shè)計(jì)。（1）電源電路設(shè)計(jì)，通過(guò)云杰電子提供的電源模塊系列，例如MEW30-S5S24D等，實(shí)現(xiàn)電源的設(shè)計(jì)，其具備了安全隔離、可靠性高、效率高、低功耗的特點(diǎn)。使用EMI能夠有效的過(guò)濾單元，能夠?qū)崿F(xiàn)安全隔離。（2）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，采用的輸入模式為外部振蕩器，XCLKIN從其中獲得。使用XCLKIN和VCC3V3相互連接向GID和NC輸出，又或者利用PC14和PC15使用32.7頻的電流向C21和C23輸出。（3）信號(hào)采集，可以通過(guò)電流采集和交流電壓實(shí)現(xiàn)，其主要的功能是通過(guò)電網(wǎng)中的開(kāi)入量、電路信號(hào)、低電壓并利用A/D轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集設(shè)計(jì)。A/D更能夠很好的進(jìn)行強(qiáng)弱電隔離。還能夠通過(guò)ADC輸入信號(hào)設(shè)計(jì)，通過(guò)切換硬件控制，將電流輸入芯片，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)采集。ADC輸入信號(hào)調(diào)離，TMS320F28335中含有高達(dá)12位的ADC，并且配置了5個(gè)通道輸入。（4）通信接口設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)CAN總線(xiàn)接口、CAN收發(fā)器等設(shè)備，CAN最初是德國(guó)BOSCH公司應(yīng)用到汽車(chē)生產(chǎn)車(chē)間的。通過(guò)接口能夠?qū)崿F(xiàn)總線(xiàn)和控制器之間的鏈接，能夠?qū)﹄娏τ幸粋�(gè)有效的保護(hù)。主要有多主方式工作、非破壞仲裁技術(shù)等。CAN收發(fā)器是由CAN總線(xiàn)協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，是實(shí)現(xiàn)微機(jī)處理接口的電路組成[4]。（5）人機(jī)交換設(shè)計(jì)，可以通過(guò)紅外遙控單元、按鍵接口、液晶顯示單元等實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互設(shè)計(jì)，可在遙控器上設(shè)計(jì)取消功能、移動(dòng)功能、確認(rèn)功能、遞增遞減功能等，這能夠有效的提高職工人員控制設(shè)備的效率。同時(shí)還可以設(shè)計(jì)預(yù)留鍵，在職工人員確定其操作時(shí)，再次確認(rèn)。并且通過(guò)液晶顯示單元，能夠清晰的顯示要操作的流程，還能夠清晰的監(jiān)控電力輸送的情況，從而實(shí)現(xiàn)有效的電力保護(hù)。

　　2.2礦山電力保護(hù)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　礦山電力保護(hù)軟件需要通過(guò)軟件模塊劃分、嵌入式系統(tǒng)、CAN總線(xiàn)通訊等方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。（1）軟件模塊劃分可分為自檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)采集模塊、電能數(shù)據(jù)處理、通信模塊、執(zhí)行動(dòng)作模塊及運(yùn)算分析模塊。需要分工明確，并且相互作用的形式，才能夠?qū)崿F(xiàn)電力的軟件保護(hù)。其流程為初始化DSP、初始化BSS、使用BIOS初始化各模塊、初始化函數(shù)指針、調(diào)用用戶(hù)程序、利用BIOS啟動(dòng)DSP、執(zhí)行IDLE循環(huán)。（2）嵌入式系統(tǒng)利用Unix、Linux、Windows等通用的在操做系統(tǒng)、其流程是中斷服務(wù)入口、利用CPU寄存器保存、調(diào)用中斷函數(shù)、執(zhí)行功能代碼、退出調(diào)用中斷函數(shù)、恢復(fù)數(shù)據(jù)、中斷執(zhí)行回指令、中斷程序出口。這展現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏�進(jìn)行保護(hù)的可能性，利用系統(tǒng)進(jìn)行刪除、創(chuàng)建和任務(wù)劃分，其流程為就緒、運(yùn)行、等待/掛起、中斷狀態(tài)、休眠等狀態(tài)。除此之外，軟件抗干擾設(shè)計(jì)可以采用共外線(xiàn)按鈕處理、多次采集評(píng)估設(shè)計(jì)、引入watdhdog技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)軟件抗干擾的設(shè)計(jì)[5]。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　總而言之，對(duì)礦山電力保護(hù)的原理、礦山電力保護(hù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都有了深刻的認(rèn)識(shí)。我們也對(duì)礦山電力保護(hù)原理中的負(fù)荷保護(hù)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)有了較深的理解，也礦山電力保護(hù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中的礦山電力保護(hù)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)、礦山電力保護(hù)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有了全面的認(rèn)識(shí)。通過(guò)文章的闡述，希望能為優(yōu)化礦山電力保護(hù)裝置數(shù)據(jù)處理與通信系統(tǒng)的相關(guān)部門(mén)提供有效的幫助，從而提高礦山電力保護(hù)裝置數(shù)據(jù)處理與通信系統(tǒng)的效率，進(jìn)而提高礦山電力保護(hù)裝置的安全性，并提高整個(gè)礦山電力輸送工作的效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]婁建華,王潔.煤礦電力保護(hù)裝置遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界,2016,(8):147-148.

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　　[3]張曼,陳寧,何婕,石慧霞.群組專(zhuān)用移動(dòng)通信技術(shù)在礦山水文監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].煤礦安全,2016,2(7):105-108.

　　[4]聶百勝,彭斌,范鵬宏,等.礦山無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2016,6(7):53-58.

　　[5]王波,趙濤,李夢(mèng)超.基于Multi-Agent的數(shù)字化礦山配電網(wǎng)保護(hù)方法[J].陜西煤炭,2016,7(4):101-103.

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