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礦山電力保護裝置通信系統(tǒng)分析與實現(xiàn)論文
礦產(chǎn)行業(yè)作為我國社會經(jīng)濟的重要支柱，國內(nèi)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。強化礦山電力安全是當今礦產(chǎn)行業(yè)亟待解決的問題，這是一個非常嚴酷的挑戰(zhàn)。在礦山的開采過程中，電力供應和保護是最重要的一個環(huán)節(jié)，保護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)準確性對礦山的開采有極其重要的作用。文章對礦山電力保護裝置數(shù)據(jù)處理與通信系統(tǒng)進行一些技術(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(jù)安全規(guī)程對規(guī)定礦山電店配置應確保短路保護及應裝過流裝置，保護裝置要確保電網(wǎng)的最大容量，線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
礦井下過電力負荷是主要的故障，在井下有著風機、排水設備、各式絞車、傳送裝置、挖掘設備等都給電網(wǎng)造成過負荷的現(xiàn)象，這極有可能造成電網(wǎng)短路燃燒。其過負荷主要是因為線路、變壓器、電動機長時間運作，并且電動機超負荷啟動或者頻繁啟動都會造成電網(wǎng)過負荷現(xiàn)象。機器在正啟動的時候需要的電能是非常大的，在負載的情況下啟動，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，防止線路沒燒壞，這些都可能會造成線路燃燒，甚至會產(chǎn)生爆炸和火災等。過載保護原理，過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，但是長時間的負荷對電網(wǎng)和設備造成的傷害是非常大的。此設備在電流過大是能夠增強其電阻，防止電流過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。一旦線路和設備出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，那么就會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跳閘，并且要實時監(jiān)控漏電絕緣狀態(tài)，自動切掉電源。同時要立即啟動備用線路進行供電，這既能確保電能的輸送，使得機械不會停止工作，也能夠確保線路的安全，留給維修人員足夠的時間進行細致認真的維修。以上原因可通過漏電檢測解決，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的檢測主線路路是否漏電，如有漏電馬上向電源系統(tǒng)報告，使其能夠快速的切斷主線路的電流，同時主副線路必須要定向的導電，如此一來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，電路短路主要有線路老化、線路連接錯誤、線路元件損壞、人為過失（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電流的大小來判斷的，相敏保護是在大型機械啟動的時候控制器感性負載，負序保護是通過正序分量，負序電流進行三相對稱保護的[3]。
2礦山電力保護設計與實現(xiàn)
礦山電力保護設計主要分為硬件系統(tǒng)設計方案和軟件系統(tǒng)設計方案。其中良好的硬件系統(tǒng)具有準確性和可靠性，整體的安裝、維修和調(diào)試都為為了方便日后操作的，并在滿足了所有條件下，盡可能的簡化，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裝置、軟件在滿足流暢等條件時，其設計和結(jié)構(gòu)要簡化和降低成本，并且具備在發(fā)出指令時不受受干擾。
2.1礦山電力保護硬件設計和實現(xiàn)
通過電源電力路設計、時鐘電路設計、信號采集設計、通訊接口設計、人機交換設計等實現(xiàn)電力保護硬件設計。（1）電源電路設計，通過云杰電子提供的電源模塊系列，例如MEW30-S5S24D等，實現(xiàn)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。使用EMI能夠有效的過濾單元，能夠?qū)崿F(xiàn)安全隔離。（2）時鐘電路設計，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，可以通過電流采集和交流電壓實現(xiàn)，其主要的功能是通過電網(wǎng)中的開入量、電路信號、低電壓并利用A/D轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)信號采集設計。A/D更能夠很好的進行強弱電隔離。還能夠通過ADC輸入信號設計，通過切換硬件控制，將電流輸入芯片，從而實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和信號采集。ADC輸入信號調(diào)離，TMS320F28335中含有高達12位的ADC，并且配置了5個通道輸入。（4）通信接口設計，設計CAN總線接口、CAN收發(fā)器等設備，CAN最初是德國BOSCH公司應用到汽車生產(chǎn)車間的。通過接口能夠?qū)崿F(xiàn)總線和控制器之間的鏈接，能夠?qū)﹄娏τ幸粋�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總線協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，是實現(xiàn)微機處理接口的電路組成[4]。（5）人機交換設計，可以通過紅外遙控單元、按鍵接口、液晶顯示單元等實現(xiàn)人機交互設計，可在遙控器上設計取消功能、移動功能、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。同時還可以設計預留鍵，在職工人員確定其操作時，再次確認。并且通過液晶顯示單元，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，從而實現(xiàn)有效的電力保護。
2.2礦山電力保護軟件設計和實現(xiàn)
礦山電力保護軟件需要通過軟件模塊劃分、嵌入式系統(tǒng)、CAN總線通訊等方式進行設計和實現(xiàn)。（1）軟件模塊劃分可分為自檢測單元、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?qū)崿F(xiàn)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(shù)指針、調(diào)用用戶程序、利用BIOS啟動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M行保護的可能性，利用系統(tǒng)進行刪除、創(chuàng)建和任務劃分，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按鈕處理、多次采集評估設計、引入watdhdog技術(shù)從而實現(xiàn)軟件抗干擾的設計[5]。
3結(jié)束語
總而言之，對礦山電力保護的原理、礦山電力保護設計和實現(xiàn)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現(xiàn)中的礦山電力保護硬件設計和實現(xiàn)、礦山電力保護軟件設計和實現(xiàn)有了全面的認識。通過文章的闡述，希望能為優(yōu)化礦山電力保護裝置數(shù)據(jù)處理與通信系統(tǒng)的相關部門提供有效的幫助，從而提高礦山電力保護裝置數(shù)據(jù)處理與通信系統(tǒng)的效率，進而提高礦山電力保護裝置的安全性，并提高整個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(tǒng)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(jiān)控保護系統(tǒng)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.群組專用移動通信技術(shù)在礦山水文監(jiān)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.礦山無線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)設計及關鍵技術(shù)[J].煤炭科學技術(shù),2016,6(7):53-58.
[5]王波,趙濤,李夢超.基于Multi-Agent的數(shù)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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