面向技術應用的礦用斷電控制系統(tǒng)實訓項目設計

潘志棟

摘 要：礦用斷電控制器是聯系井下環(huán)境參數監(jiān)測系統(tǒng)與工作面采掘設備的橋梁。本文基于實訓環(huán)境，通過設備實訓培養(yǎng)學生在斷電控制技術應用層面的系統(tǒng)觀。通過數據采集與通訊傳輸實訓，使學生掌握傳感器的特性及其功能電路，并通過設計單片機應用系統(tǒng)培養(yǎng)學生智能設備軟、硬件設計能力。通過礦用監(jiān)控系統(tǒng)需求分析，以提交信息系統(tǒng)數據流圖（DFD）和數據字典（DD）的方式培養(yǎng)學生數據建模能力。為培養(yǎng)學生在專業(yè)交叉和融合中快速學習新事物的能力做一些探索。

關鍵詞：礦用斷電控制器 環(huán)境參數監(jiān)測 數據建模

中圖分類號：TH702 文獻標識碼：A 文章編號：1672-37791（2017）10（a）-0230-02

礦用斷電控制器是井下安全生產監(jiān)控環(huán)節(jié)中的重要設備，可用于瓦斯超限時的自動斷電、通風局扇故障時風電閉鎖及自動啟動備用風扇等。為保證煤礦井下生產的安全，煤礦企業(yè)大多配備了甲烷傳感器、甲烷斷電儀、通風局扇及備用局扇等安全生產保護設備，分別對井下甲烷、CO、風速等環(huán)境參數進行監(jiān)測，對井下作業(yè)場所進行強制通風，以降低有害氣體的濃度。當礦井甲烷濃度等監(jiān)測參數出現超標時，根據相應參數設定限值，及時采取有效措施，按預定的程序報警提示，對采掘面工作設備進行斷電閉鎖；當通風局扇故障時，及時啟動備用局扇。當監(jiān)測參數濃度恢復到正常值時，實現對工作設備的解鎖及人工復電。

當下，新經濟的發(fā)展對傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出挑戰(zhàn)。大數據，物聯網、智能化等新概念層出不窮，傳統(tǒng)的采礦工程教育已不足以應對時代變革。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新經濟需要的是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強的高素質復合型“新工科”人才。因此，培養(yǎng)學生在專業(yè)交叉和融合中快速學習新事物的能力很重要。呂梁學院采礦工程專業(yè)屬應用技術型本科。實踐教學遵循以“技術”的知識、技能為內容，通過適當的教學手段來實現“技術”應用、服務實踐的目標。面向技術應用的礦用斷電控制系統(tǒng)實訓項目設計是該專業(yè)基于上述指導思想下所做的一些探索。

1 功能分析與實訓環(huán)境介紹

在煤礦安全生產過程中，環(huán)境參數傳感器需時刻監(jiān)測井下環(huán)境是否安全，如礦井氣體濃度、風速、溫度等參數是否正常，如超出正常范圍，則必須控制執(zhí)行設備立即停止工作，以免造成人身安全和財產損失，因此，一套完整的礦用斷電控制系統(tǒng)由環(huán)境參數監(jiān)測傳感器、監(jiān)控分站、斷電控制裝置、被控設備等組成。

實訓環(huán)境如圖1所示，設備有局扇YBT-2.2和工作機械異步電機YBS4-75，饋電開關KBZ-220/660（380）和電磁啟動器QJZ16-80/660（380），可逆QBZ-80/660（380），濃度1%的甲烷標準氣體，礦用傳感器標校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，礦用分站KJ340-F，監(jiān)控主機，大屏幕投影等。

實訓室按照每批4組，每組3～5人設置。4組分別為甲烷標校組，監(jiān)控主機參數配置組，工作機械控制組，局扇控制組。沿墻布置投影幕布和可移動白板輔助教學，投影幕布前布置教學區(qū)。室內保持通風良好，嚴禁煙火。用電要求為三相五線制，380V，40kW。

2 實訓項目劃分

基于實訓環(huán)境特點，設計以下三部分實訓內容。（1）通過設備實訓培養(yǎng)學生在斷電控制技術應用層面的系統(tǒng)觀。（2）通過礦用分站、礦用斷電控制器基本功能分析與設計實訓，培養(yǎng)學生智能設備軟硬件設計能力。（3）通過系統(tǒng)需求分析與DFD繪制培養(yǎng)學生數據建模能力。

2.1 系統(tǒng)裝調實訓

實訓目的：掌握甲烷傳感器標校過程；用開停傳感器完成設備電纜的信號采集；完成甲烷傳感器、分站、信號傳輸接口、監(jiān)控主機、斷電器、開停傳感器及設備電纜間接線，進行斷電關系配置實現功能閉鎖。

教學手段：板書、PPT、實訓設備操作與演示相結合。

預備內容：（1）實驗設備涉及甲烷標準氣體，礦用傳感器標校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，工作電機YBS4-75，礦用分站KJ340-F，監(jiān)控主機等。（2）調校用標準氣樣和設備的檢查。標準氣樣的標準值為1%、1.5%、2%。清潔空氣中殘留甲烷的含量應低于0.03%。檢查減壓閥和流量計的準確、靈敏度。檢查與儀器配套使用的擴散罩。

任務1：甲烷傳感器標校。

第一步為外觀及通電檢查。外觀完好，結構完整。儀器各調節(jié)旋鈕應能正常調節(jié)。通電檢查時，表觀的動作部件應能正常動作，顯示部分應有相應顯示。通電穩(wěn)定20min。

第二步為儀器零點校準。通入新鮮空氣，讓儀器穩(wěn)定后，調準儀器零點。

第三步為儀器示值校準。先通入1%的標準氣樣，待儀器示值穩(wěn)定后，調節(jié)靈敏度電位器進行調校，確保誤差不超范圍。再通入新鮮空氣，檢查回零情況。接下來再通入1%標準氣樣，觀察示值是否在誤差范圍內。以上操作重復3次，如有1次不合格，重復校準。

任務2：瓦斯電閉鎖控制線路裝調。

第一步熟悉斷電器組成及工作原理；斷電控制器主要功能及技術指標。

第二步完成礦用斷電控制器與分站、被控電磁啟動器和饋電開關的連接。

第三步進行閉鎖關系配置，試驗設備斷電與復電功能。

第四步通過設備運行狀態(tài)觀察和監(jiān)控畫面投影顯示完成瓦斯電閉鎖調試。

2.2 礦用分站、礦用斷電控制器基本功能分析與設計實訓

礦用分站通過485總線接收礦用傳感器（如甲烷傳感器或溫度傳感器）信息，在本機存儲數據，并通過RS232端口上傳上位機PC監(jiān)控系統(tǒng)顯示。對于超限信息，會向斷電控制器發(fā)送命令，通過斷電控制器實現對被控設備控制。礦用分站各功能模塊組成如圖3所示。

斷電控制器接收分站信息，通過斷電控制觸點實現對被控設備控制。如圖3所示，斷電控制器由信號輸入電路、信號輸出電路、MCU最小系統(tǒng)、顯示電路、繼電器及斷電控制觸點等組成。撥碼開關用于設置斷電控制器的節(jié)點地址。endprint

通過本項目，學生可以熟悉礦用傳感器的使用及數據采集過程。通過礦用分站和斷電控制器基本功能模塊的設計、制版和通訊調試，可使學生熟悉智能設備軟硬件設計流程。

2.3 斷電控制系統(tǒng)功能分析實訓

2.3.1 系統(tǒng)需求分析

用數據流圖DFD及數據字典DD來表達礦用斷電控制系統(tǒng)的基本工作過程。系統(tǒng)外部項有礦用監(jiān)控系統(tǒng)操作員和維護員。數據處理包括顯示屏上各種信息、井下傳感器的報警點、斷電點和復電點的更改與保存。

2.3.2 概念模型設計

基于系統(tǒng)需求分析階段的數據流圖DFD及數據字典DD，用E-R圖來表達礦用斷電控制系統(tǒng)的信息管理需求。

2.3.3 邏輯模型設計

基于E-R圖完成數據庫基本表模式設計。并用VB加ACCESS實現信息管理系統(tǒng)的基本功能。

3 考核與評價

實訓過程中將考核與教學融為一體，作為一個完整的教學過程來落實，實現“學”中“考”，“考”中“學”，避免學生學習前松后緊和期末“一考定成敗”的局面。同時注重學生個體間差異，使每個學生都能獲得特色和長足的發(fā)展。

實訓成績包括實訓報告成績與課堂表現成績。課堂表現成績主要包括學生交流的能力、合作的能力、解決問題的能力和自我思考的能力。不僅包含教師對學生的評價，也涵蓋了學生的自評與互評。確保課堂表現總評成績客觀。

4 結語

該文介紹了面向技術應用的礦用斷電控制系統(tǒng)實訓項目設計思路，對實訓項目進行劃分并對工作流程做了介紹，為培養(yǎng)學生在專業(yè)交叉和融合中快速學習新事物的能力做一些有益的探索。

參考文獻

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