礦山開采中饋電開關(guān)掉電自動(dòng)報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

摘要：本文基于礦山開采中饋電開關(guān)掉電自動(dòng)報(bào)警裝置的實(shí)際需求開發(fā)設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單，成本較低、應(yīng)用靈活的采區(qū)變電所語音報(bào)警裝置，其能夠在饋電開關(guān)掉電時(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確地提醒工作人員快速恢復(fù)送電，從而保證礦井采區(qū)變電所供電的可靠與安全。

關(guān)鍵詞：饋電開關(guān)；掉電；自動(dòng)報(bào)警；設(shè)計(jì)

引言

近年來隨著煤炭工業(yè)向著高產(chǎn)高效和集約化的生產(chǎn)方向發(fā)展，這一趨勢大大推動(dòng)了煤礦電氣設(shè)備的更新和高新技術(shù)的應(yīng)用。而礦用饋電開關(guān)是供電和電氣設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵和門戶，其適用于含有瓦斯或煤塵等爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的礦井中，是煤礦井下配電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。然而當(dāng)前我國礦井采區(qū)變電所安裝的饋電開關(guān)較多，局扇等重要負(fù)荷掉電時(shí)，工作人員不能及時(shí)確認(rèn)是否有開關(guān)掉電，并且不能準(zhǔn)確地找到掉電開關(guān)的具體位置。雖然已有學(xué)者提出采用PLC集線一光纖傳輸一組態(tài)軟件監(jiān)控的方式實(shí)現(xiàn)井下的饋電開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控，但是，該技術(shù)方案具有投入成本巨大，且組態(tài)軟件必須和實(shí)際硬件結(jié)合，靈活性差等缺陷，不利于推廣應(yīng)用。因此，開發(fā)設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)報(bào)警的反饋開關(guān)將對(duì)礦井下的安全生產(chǎn)具有重要意義。

1.饋電開關(guān)掉電自動(dòng)報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

1.1裝置構(gòu)成

本文基于礦山開采中饋電開關(guān)掉電自動(dòng)報(bào)警裝置的實(shí)際需求，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單，成本較低、應(yīng)用靈活的采區(qū)變電所語音報(bào)警裝置，以期能在饋電開關(guān)掉電時(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確地提醒工作人員快速恢復(fù)送電，從而保證礦井采區(qū)變電所供電的可靠與安全。該裝置共包括8個(gè)主要組成部分：單片機(jī)、語音功放模塊、電源、喇叭、繼電器、復(fù)位按鈕、警燈和多個(gè)饋電開關(guān)，如圖1所示：

1-單片機(jī)2-語音功放模塊3-電源4-喇叭5-繼電器6-復(fù)位7-按鈕警燈和8-饋電開關(guān)

1.2裝置工作原理

在本次設(shè)計(jì)中，整個(gè)饋電開關(guān)掉電自動(dòng)報(bào)警裝置的多個(gè)饋電開關(guān)通過并聯(lián)的方式組成8×8的饋電開關(guān)陣列分別接入單片機(jī)，并通過單片機(jī)的信號(hào)端輸出兩路信號(hào)：一路進(jìn)入語音功放模塊，經(jīng)過一系列模電信號(hào)的轉(zhuǎn)換后通過喇叭向外輸出；另一路經(jīng)過繼電器與警燈相連。通過兩路系統(tǒng)的共同作用使得整個(gè)系統(tǒng)在發(fā)生饋電開關(guān)掉電故障時(shí)發(fā)出報(bào)警聲音和警示標(biāo)志。其具體工作過程如下：

（1） 在整個(gè)裝置進(jìn)行實(shí)際使用前首先需要進(jìn)行單片機(jī)選擇，本設(shè)計(jì)中采用高速、低功耗的STC11F型單片機(jī)，并對(duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定其記憶啟閉狀態(tài)為Q1。

（2）通過單片機(jī)的P0.0-P0.7端口和Pl.0-Pl.7端口的共16只引腳將所選用的饋電開關(guān)組成8×8共64路的動(dòng)態(tài)掃描器，以每秒的采樣頻率對(duì)采區(qū)變電所內(nèi)的饋電開關(guān)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，獲得饋電開關(guān)的實(shí)時(shí)啟閉狀態(tài)Q2。

（3）由于饋電開關(guān)只有兩種狀態(tài)，即合閘與分閘，合閘用“1”表示，分閘用“0”表示，于是有0>0，0>1，l>0，1>1四種使用狀態(tài)，其中0>0表示分閘保持、0>1表示開關(guān)送電、1>0表示開關(guān)掉電、1>1表示合閘保持。因此，通過邏輯關(guān)系式（Q1^Q2）&Q1進(jìn)行判斷，便可確定反饋開關(guān)的啟閉狀態(tài)。

（4）當(dāng)饋電開關(guān)的實(shí)時(shí)啟閉狀態(tài)Q2與記憶啟閉狀態(tài)Ql不匹配時(shí)，則表示饋電開關(guān)掉電。此時(shí)，STC11F型單片機(jī)將掉電的饋電開關(guān)的位置信息傳送至語音功放模塊，語音功放模塊采用集單片機(jī)和語音電路于一體的WT588D語音芯片，經(jīng)語音功放模塊提高信號(hào)功率后，由喇叭播報(bào)掉電開關(guān)的位置信息。

（5）在語音播放的同時(shí)，由STC11F型單片機(jī)通過繼電器控制警燈閃爍，發(fā)出聲光警報(bào)。

通過上述過程，工作人員便可以根據(jù)提示語音找到掉電開關(guān)的位置后恢復(fù)送電，然后按下語音報(bào)警裝置的復(fù)位按鈕使STC11F型單片機(jī)1接受復(fù)位命令，報(bào)警停止。同時(shí)，對(duì)饋電開關(guān)8進(jìn)行新一輪掃描。

2.饋電開關(guān)掉電自動(dòng)報(bào)警裝置的優(yōu)勢

本設(shè)計(jì)經(jīng)過在實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用得到了良好的應(yīng)用效果，出現(xiàn)饋電開關(guān)掉電有效監(jiān)測達(dá)到90%以上。而且大大減輕了工作人員的排查故障源的工作量，保證了礦山開采過程中的安全施工和工作效率的提高。

2.1控制過程全自動(dòng)化

本設(shè)計(jì)過程中考慮到傳統(tǒng)饋電開關(guān)掉電監(jiān)測存在位置定位不清、故障原因不明的現(xiàn)狀，采用單片機(jī)和喇叭、警燈組成了具有自動(dòng)報(bào)警和故障提示的自動(dòng)化饋電開關(guān)掉電檢測裝置。通過通過單片機(jī)實(shí)時(shí)掃描的啟閉狀態(tài)可以及時(shí)準(zhǔn)確的找出饋電開關(guān)的掉電位置，工作人員只需根據(jù)喇叭和警鈴的提示進(jìn)行相關(guān)處理即可。因此，該饋電開關(guān)掉電檢測更加方便高效，而且有效地保證了采區(qū)變電所供電系統(tǒng)的安全正常工作。

2.2投入成本較低

本裝置所用的主要設(shè)備僅為單片機(jī)、語音功放模塊、電源、喇叭、繼電器、復(fù)位按鈕、警燈和多個(gè)饋電開關(guān)，與現(xiàn)有的PLC集線一光纖傳輸一組態(tài)軟件監(jiān)控方式相比具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。而且本設(shè)計(jì)所采用的技術(shù)為現(xiàn)有常規(guī)模電處理技術(shù)，使用過程中信息采集和分析處理更加方便高效，不需要增加新的工作人員進(jìn)行專門的控制和監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)了人工費(fèi)用的節(jié)省。因此，本設(shè)計(jì)具有較低的經(jīng)濟(jì)效益。

3.總結(jié)

在礦山開采過程中，由于工作環(huán)境的惡劣經(jīng)常會(huì)發(fā)生饋電開關(guān)掉電現(xiàn)象，成為礦山安全和高效運(yùn)行的主要障礙。然而傳統(tǒng)的饋電開關(guān)掉電檢測方式存在位置難以確定、檢修困難等問題，不能滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)量和計(jì)算要求的不斷提高。為此，本文利用單片機(jī)、語音功放模塊、電源、喇叭、繼電器、復(fù)位按鈕、警燈和多個(gè)饋電開關(guān)等功能模塊設(shè)計(jì)出一種滿足當(dāng)前礦山開采過程中的饋電開關(guān)掉電自動(dòng)報(bào)警裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、應(yīng)用靈活的特點(diǎn)，能在饋電開關(guān)掉電時(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確地提醒工作人員快速恢復(fù)送電，從而保證礦井采區(qū)變電所供電的可靠與安全。

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