礦山電力保護裝置通信系統分析與實現論文
礦產行業作為我國社會經濟的重要支柱，國內的礦產量是非常大的。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行業亟待解決的問題，這是一個非常嚴酷的挑戰。在礦山的開采過程中，電力供應和保護是最重要的一個環節，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行一些技術分析，并提出相應的技術措施。
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流裝置，保護裝置要確保電網的最大容量，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造成過負荷的現象，這極有可能造成電網短路燃燒。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過負荷現象。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造成的傷害較少，但是長時間的負荷對電網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生事故的主要原因，由于井下的環境復雜，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漏電現象，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，并且要實時監控漏電絕緣狀態，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。短路的后果是產生低電壓、破壞系統、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
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，其設計和結構要簡化和降低成本，并且具備在發出指令時不受受干擾。
2.1礦山電力保護硬件設計和實現
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，能夠實現安全隔離。（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，其主要的功能是通過電網中的開入量、電路信號、低電壓并利用A/D轉換，從而實現信號采集設計。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個通道輸入。（4）通信接口設計，設計CAN總線接口、CAN收發器等設備，CAN最初是德國BOSCH公司應用到汽車生產車間的。通過接口能夠實現總線和控制器之間的鏈接，能夠對電力有一個有效的保護。主要有多主方式工作、非破壞仲裁技術等。CAN收發器是由CAN總線協議的數據鏈路層和物理層，是實現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，還能夠清晰的監控電力輸送的情況，從而實現有效的電力保護。
2.2礦山電力保護軟件設計和實現
礦山電力保護軟件需要通過軟件模塊劃分、嵌入式系統、CAN總線通訊等方式進行設計和實現。（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、調用用戶程序、利用BIOS啟動DSP、執行IDLE循環。（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行保護的可能性，利用系統進行刪除、創建和任務劃分，其流程為就緒、運行、等待/掛起、中斷狀態、休眠等狀態。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技術從而實現軟件抗干擾的設計[5]。
3結束語
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中的礦山電力保護硬件設計和實現、礦山電力保護軟件設計和實現有了全面的認識。通過文章的闡述，希望能為優化礦山電力保護裝置數據處理與通信系統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據處理與通信系統的效率，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.群組專用移動通信技術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.礦山無線安全監測預警系統設計及關鍵技術[J].煤炭科學技術,2016,6(7):53-58.
[5]王波,趙濤,李夢超.基于Multi-Agent的數字化礦山配電網保護方法[J].陜西煤炭,2016,7(4):101-103.
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