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礦山電力保護裝置通信系統分析與實(shí)現論文
礦產(chǎn)行業(yè)作為我國社會(huì )經(jīng)濟的重要支柱，國內的礦產(chǎn)量是非常大的。雖然國家大力強化了礦井的安全，投入大量的資金，然而，我國每年依然有著(zhù)礦山事故的發(fā)生，死亡的人數占全球礦山事故死亡人數的一半以上。強化礦山電力安全是當今礦產(chǎn)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題，這是一個(gè)非常嚴酷的挑戰。在礦山的開(kāi)采過(guò)程中，電力供應和保護是最重要的一個(gè)環(huán)節，保護礦山電力輸送具有重要的作用。因此，確保通訊系統的正常工作和處理數據準確性對礦山的開(kāi)采有極其重要的作用。文章對礦山電力保護裝置數據處理與通信系統進(jìn)行一些技術(shù)分析，并提出相應的技術(shù)措施。
1礦山電力保護原理
根據安全規程對規定礦山電店配置應確保短路保護及應裝過(guò)流裝置，保護裝置要確保電網(wǎng)的最大容量，線(xiàn)路需要設有漏電保護裝置、撿漏保護裝置、漏電封閉、欠壓保護裝置、負載保護裝置、短路保護裝置等設備。礦山電力保護主要有過(guò)負荷保護、漏電保護、短路保護等原理。
1.1負荷保護
礦井下過(guò)電力負荷是主要的故障，在井下有著(zhù)風(fēng)機、排水設備、各式絞車(chē)、傳送裝置、挖掘設備等都給電網(wǎng)造成過(guò)負荷的現象，這極有可能造成電網(wǎng)短路燃燒。其過(guò)負荷主要是因為線(xiàn)路、變壓器、電動(dòng)機長(cháng)時(shí)間運作，并且電動(dòng)機超負荷啟動(dòng)或者頻繁啟動(dòng)都會(huì )造成電網(wǎng)過(guò)負荷現象。機器在正啟動(dòng)的時(shí)候需要的電能是非常大的，在負載的情況下啟動(dòng)，瞬間需要的電能更大，這要求電網(wǎng)的承受力要強，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，甚至會(huì )產(chǎn)生爆炸和火災等。過(guò)載保護原理，過(guò)載保護是保護電力負荷的重要設備，短暫的電力負荷對電網(wǎng)造成的傷害較少，但是長(cháng)時(shí)間的負荷對電網(wǎng)和設備造成的傷害是非常大的。此設備在電流過(guò)大是能夠增強其電阻，防止電流過(guò)大對電路和設備造成損害，從而增加了電力負荷的保護功能[1]。
1.2漏電保護
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)境復雜，濕氣嚴重，灰塵多、且空氣中含有易燃燒的氣體。一旦線(xiàn)路和設備出現漏電現象，那么就會(huì )造成礦井的爆炸和燃燒，漏電是礦井中最危險的潛在因素。漏電保護應具備漏電閉鎖和自動(dòng)跳閘，并且要實(shí)時(shí)監控漏電絕緣狀態(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)行細致認真的維修。以上原因可通過(guò)漏電檢測解決，其原理為增加直流電源檢測、電流定向保護，直流副電源能夠隨時(shí)的檢測主線(xiàn)路路是否漏電，如有漏電馬上向電源系統報告，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
電網(wǎng)和設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、線(xiàn)損熱損和通訊影響等。電路電路可通國電流鑒副保護、相敏保護、負序保護等。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，相敏保護是在大型機械啟動(dòng)的時(shí)候控制器感性負載，負序保護是通過(guò)正序分量，負序電流進(jìn)行三相對稱(chēng)保護的[3]。
2礦山電力保護設計與實(shí)現
礦山電力保護設計主要分為硬件系統設計方案和軟件系統設計方案。其中良好的硬件系統具有準確性和可靠性，整體的安裝、維修和調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。良好的軟件系統需要具備模塊化保護裝置、軟件在滿(mǎn)足流暢等條件時(shí)，其設計和結構要簡(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礦山電力保護硬件設計和實(shí)現
通過(guò)電源電力路設計、時(shí)鐘電路設計、信號采集設計、通訊接口設計、人機交換設計等實(shí)現電力保護硬件設計。（1）電源電路設計，通過(guò)云杰電子提供的電源模塊系列，例如MEW30-S5S24D等，實(shí)現電源的設計，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，能夠實(shí)現安全隔離。（2）時(shí)鐘電路設計，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）信號采集，可以通過(guò)電流采集和交流電壓實(shí)現，其主要的功能是通過(guò)電網(wǎng)中的開(kāi)入量、電路信號、低電壓并利用A/D轉換，從而實(shí)現信號采集設計。A/D更能夠很好的進(jìn)行強弱電隔離。還能夠通過(guò)ADC輸入信號設計，通過(guò)切換硬件控制，將電流輸入芯片，從而實(shí)現A/D轉換和信號采集。ADC輸入信號調離，TMS320F28335中含有高達12位的ADC，并且配置了5個(gè)通道輸入。（4）通信接口設計，設計CAN總線(xiàn)接口、CAN收發(fā)器等設備，CAN最初是德國B(niǎo)OSCH公司應用到汽車(chē)生產(chǎn)車(chē)間的。通過(guò)接口能夠實(shí)現總線(xiàn)和控制器之間的鏈接，能夠對電力有一個(gè)有效的保護。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)議的數據鏈路層和物理層，是實(shí)現微機處理接口的電路組成[4]。（5）人機交換設計，可以通過(guò)紅外遙控單元、按鍵接口、液晶顯示單元等實(shí)現人機交互設計，可在遙控器上設計取消功能、移動(dòng)功能、確認功能、遞增遞減功能等，這能夠有效的提高職工人員控制設備的效率。同時(shí)還可以設計預留鍵，在職工人員確定其操作時(shí)，再次確認。并且通過(guò)液晶顯示單元，能夠清晰的顯示要操作的流程，還能夠清晰的監控電力輸送的情況，從而實(shí)現有效的電力保護。
2.2礦山電力保護軟件設計和實(shí)現
礦山電力保護軟件需要通過(guò)軟件模塊劃分、嵌入式系統、CAN總線(xiàn)通訊等方式進(jìn)行設計和實(shí)現。（1）軟件模塊劃分可分為自檢測單元、數據采集模塊、電能數據處理、通信模塊、執行動(dòng)作模塊及運算分析模塊。需要分工明確，并且相互作用的形式，才能夠實(shí)現電力的軟件保護。其流程為初始化DSP、初始化BSS、使用BIOS初始化各模塊、初始化函數指針、調用用戶(hù)程序、利用BIOS啟動(dòng)DSP、執行IDLE循環(huán)。（2）嵌入式系統利用Unix、Linux、Windows等通用的在操做系統、其流程是中斷服務(wù)入口、利用CPU寄存器保存、調用中斷函數、執行功能代碼、退出調用中斷函數、恢復數據、中斷執行回指令、中斷程序出口。這展現了嵌入式系統能夠對電力進(jìn)行保護的可能性，利用系統進(jìn)行刪除、創(chuàng )建和任務(wù)劃分，其流程為就緒、運行、等待/掛起、中斷狀態(tài)、休眠等狀態(tài)。除此之外，軟件抗干擾設計可以采用共外線(xiàn)按鈕處理、多次采集評估設計、引入watdhdog技術(shù)從而實(shí)現軟件抗干擾的設計[5]。
3結束語(yǔ)
總而言之，對礦山電力保護的原理、礦山電力保護設計和實(shí)現都有了深刻的認識。我們也對礦山電力保護原理中的負荷保護、漏電保護、短路保護有了較深的理解，也礦山電力保護設計和實(shí)現中的礦山電力保護硬件設計和實(shí)現、礦山電力保護軟件設計和實(shí)現有了全面的認識。通過(guò)文章的闡述，希望能為優(yōu)化礦山電力保護裝置數據處理與通信系統的相關(guān)部門(mén)提供有效的幫助，從而提高礦山電力保護裝置數據處理與通信系統的效率，進(jìn)而提高礦山電力保護裝置的安全性，并提高整個(gè)礦山電力輸送工作的效率。
參考文獻：
[1]婁建華,王潔.煤礦電力保護裝置遠程升級系統設計[J].電子世界,2016,(8):147-148.
[2]梁胤程,楊超宇,徐昕軍.基于Hadoop的礦山電力設備監控保護系統設計與研究[J].煤炭工程,2015,11(7):110-113.
[3]張曼,陳寧,何婕,石慧霞.群組專(zhuān)用移動(dòng)通信技術(shù)在礦山水文監測中的應用[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)安全監測預警系統設計及關(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的數字化礦山配電網(wǎng)保護方法[J].陜西煤炭,2016,7(4):101-103.
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