煤矿安全生产监控分站双电源自动切换装置的开发与应用

煤矿安全生产监控分站双电源自动切换装置的开发与应用作者姓名：孙石工作单位：黑龙江龙煤矿业集团公司双鸭山分公司联系电话：传 真：0469-信 箱：通信地址：黑龙江省双鸭山矿业集团通风管理部监测室邮政编码：煤矿安全生产监控分站双电源自动切换装置的开发与应用The coal mine safety production monitors the substation double power source automatic cut over installment the development and the application孙石（双鸭山矿业集团公司通风管理部）Sunshi (Shuangyashan Mining Group Company ventilation Department of Management )摘要：根据煤矿井下电源环境研制双电源自动切换装置，能自动检测两路电源的供电状态，并根据检测结果确定电源输出。也可通过手持遥控器关断或接通电源输出。Abstract: According to the anti-mine the actual determination of wind data, theoretical analysis of the combination method, out-of-wide ventilation shaft when the mine closed against the wind the fire area affected the balance ofpower.关键词：双电源切换；切换装置Key words: out of ventilation; mine-wide anti-wind; fire zone; impact.一、绪论煤矿安全生产监控系统已广泛的应用于煤矿井下，适时监测煤矿井下作业环境中环境气体参数甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、风速、风压、设备开停状态、风门开关状态等，为煤矿实现安全生产起到十分重要的作用。矿井安全监测监控系统是矿井安全生产的一道重要防线，也是煤矿安全生产系统不可缺少的安全屏障。随着安全监控系统的现场使用，感到矿井安全监控系统使用过程中，在供电方面存在问题。一是监控分站的电源都是单路供电，一旦电源出现故障将直接影响监测设备的正常工作，也直接影响矿井的安全生产；二是掘进工作面监控设备的电源取自主风机开关的电源侧，当监控设备出现故障时若要停电必须在变电所实现，造成影响范围大，安全没有保障。所以当供电电源一旦发生故障时，如何保证监测设备仍能正常工作，实现单台监控设备本地停电，这是矿井安全监控系统面临的实际问题。二、技术路线双鸭山矿业集团公司为贯彻落实“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针和“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”十六字工作体系，在掘进工作面通风设备供电上采取双电源供电，对掘进工作面坚决落实双风机、双电源自动转换，以保证掘进工作面供风的连续性，实现了掘进工作面“三专两闭锁”和双风机、双电源通风供电，在杜绝“一通三防”事故上取得显著效果。现场作法是在每个掘进工作面必须保证附设两趟电源，其中专用电源为主风机、工作面设备和监测分站供电，副电源为副风机供电；主、副电源必须取自不同的母线段，而且主风机可自动转到副风机，但副风机禁止自动转到主分机。保证了主风机停电时，副风机供风，且工作面断电不能生产，这里存在一个问题：当主电源停电时，主风机和工作面设备全部断电，主风机自动转换到副风机，由副风机为工作面供风，可以保证掘进工作面供风的连续性。但是监测设备也同时断电，失去连续监测监控的作用。虽然各监控系统生产厂家在设计监控分站时同时提供了分站备用电源，按标准规定应保证系统停电后能为监测设备连续供电2小时，但使用一段时间后，备用电源就失去了应有的作用。解决这个问题，从局部通风机已经具备的双电源入手，如何利用以有双电源实现监测监控设备供电的自动转换，同时考虑监测设备检修时实现本地停电，方便监控系统的维修和更换。这正是研制监测设备双电源自动切换装置的出发点。双电源自动切换装置正是为满足上述要求而进行研发的。本装置采用煤矿井下动力电源和通风机专用电源作为两路输入电源，其中通风专用电源作为主电源，动力电源作为辅助电源。经过装置的检测环节判断两路电源是否正常。当两路电源都正常时，控制单元选择主电源输出，由电源输出单元将主电源输送到井下监测设备。如果装置检测到主电源出现故障时，在辅电源正常时，装置将把输出切换到辅电源，保证煤矿井下监测设备供电和正常工作。同时，通过发光指示提醒工作人员对出现故障的电源进行检查。当主电源恢复正常时，装置检测到后自动切换到主电源供电。根据对切换装置的技术要求，装置的组成框图见图1图1双电源自动切换装置组成框图基于对切换装置的要求，在设计中控制单元采用了微型单片机，利用单片机的判断、运算功能及灵活、方便等特点，以满足装置功能的要求。检测单元采用电流型电压传感器，实时检测主、辅输入电源的工作状况，当主、辅电源某路出现故障时，检测环节将检测到的信号送入单片机控制单元，经单片机判断后，发出指令及时切换到另一路输入电源。为保证本装置的切换速度和防爆要求，电源输出切换单元采用了无触点固态继电器作为电源输出控制器件。不仅满足了本装置的技术要求，而且延长了产品的使用寿命。三、方案实施1、电路设计 装置的控制单元采用ATMEL89C51单片机，由于该单片机有片内程序存储器使其外围电路更加简洁。电源检测单元采用精密电流型电压传感器，将输入的电源信号按比例转换成计算机识别的弱电信号，传感器检测到的电源幅值信号接入比较器与基准电压进行比较，控制单元据此判断某路输入电源是否有过压、欠压、缺相等故障出现，从而判断输入电源是否正常。电源输出切换单元采用固态继电器作为开关控制器件，由单片机发出控制信号控制固态继电器进行电源切换。由于采用了固态继电器作为开关元件，其速度和可靠性远远超出了传统的电磁式继电器。同时由于固态继电器在开关工作状态时，不会产生“拉弧”和“火花”，保证了本产品在煤矿井下环境中的使用要求。工作状态指示采用LED 发光管，发光管常亮表示电源正常工作，发光管闪烁表示该路电源有故障。该装置具有遥控功能，可以通过手持红外遥控器对切换装置进行通、断电设置。方便与对所带的监测设备进行维护。遥控设置的状态存储在串行E2PROM24C02中，通过单片机将设置的数据写入和读出。2、软件设计在程序设计上，努力使之标准化、模块化，便于产品今后的升级换代。程序由初始化、信号采集、工况判断、工作状态指示输出、电源输出切换和运算子程序等几部分组成。装置通电后经自复位电路使单片机复位进入初始化程序，主要是对各功能寄存器和标志位进行设置。检测输入电源是否正常，选择正常的供电电源输出并由LED发光管指示工作状态。在电源出现故障和恢复的检测中加入了人性化的管理判断理念，如：当主电源供电时，如果检测到主电源有故障将及时切换到辅电源供电，以保障井下监测设备的正常工作。如果是辅电源供电时，当主电源恢复正常，装置将不立刻切换到主电源而是继续多次对主电源是否正常进行判断，避免由于主电源在恢复时产生的波动对检测设备的正常工作产生不利影响。如果两路电源都没有工作，一旦检测到主电源正常时就立即将主电源切入井下监测设备进行供电，保障监测设备供电需求。根据上述技术方案，设计制造了双电源自动切换装置。获得了煤矿安全标志MAB认证。四、运行情况对比在切换装置研制完成后，先后在几个矿井进行实际运行。从运行情况看，达到了设计指标，符合为矿用监测设备提供双路电源并能自动切换的要求。2007年四季度，双鸭山矿业集团公司生产矿井安全监控系统升级改造中开始应用，并取得较好效果，达到预期目标。消除了监控设备因停电监测监控不连续现象，也方便了监测设备更换与检修。 五、结论 1、设计制造了KBDZ-1型矿用隔爆型主辅电源自动切换开关，通过深入矿井，以生产实际需要作为研制工作的指导方针,与生产一线的工程技术人员相结合，为研制工作提供了大量生产第一线的工况资料和试验环境，保证了研制工作顺利进行。矿用监测设备双电源成功研制和使用，弥补了矿井安全监测监控系统的不足，同时作为CH15开关的替代产品，为矿井安全监测监控系统的现场管理和使用创造便利条件。通过这次产品开发研制认识到，只有树立为生产第一线服务的思想，才能开发出实际工作中需要的产品，才能更好的将科学技术与生产实