礦用機(jī)電設(shè)備斷電保護(hù)控制裝置的研究

鮑 捷，歐仁俠，陳洪斌＊

（吉林醫(yī)藥學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132013）

1 斷電保護(hù)的定義與作用

斷電保護(hù)，是指儀器或者電器在突然斷電的情況下保護(hù)正在處理的數(shù)據(jù)不丟失或者功能損壞的功能；或者指儀器或者電器在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)可能導(dǎo)致?lián)p壞或危險(xiǎn)的情況時(shí)自動(dòng)切斷電源停止運(yùn)行來(lái)保障設(shè)備安全的功能[1]。用電系統(tǒng)斷電原因由多種因素構(gòu)成，斷電導(dǎo)致的后果則不可估量，斷電保護(hù)意義重大，是保證用電設(shè)備安全、家庭、企業(yè)安全的重要防護(hù)手段。斷電保護(hù)裝置作為保證用電設(shè)備安全的重要手段，在電路中可以接通、阻斷和承受額定最大工作電流的功能，并能在線路和設(shè)備出現(xiàn)短路、過(guò)壓、過(guò)流和超載的情況下對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)的一種防護(hù)裝置[2]。斷電保護(hù)裝置需要具有穩(wěn)定性和快速性兩大特點(diǎn)。穩(wěn)定性指的是用電設(shè)備在正常和斷電情況下，保護(hù)裝置都能保證其設(shè)備的可靠穩(wěn)定性，特別在出現(xiàn)突發(fā)斷電情況下，保護(hù)裝置要可靠進(jìn)行動(dòng)作；快速性指的是斷電保護(hù)裝置在極限參數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)斷電情況的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間要快，盡量降低用電設(shè)備和線路的故障率和損壞率。

2 礦區(qū)機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介

礦山機(jī)電設(shè)備分為主要設(shè)備和輔助設(shè)備。主要設(shè)備指的是在采礦過(guò)程中使用到的運(yùn)輸、掘進(jìn)、排風(fēng)、排水、提升、供電系統(tǒng)等大型強(qiáng)電設(shè)備和用電控制系統(tǒng)；輔助設(shè)備指選礦、探礦、運(yùn)輸管理和安全監(jiān)控系統(tǒng)、搶險(xiǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)等輔助采礦的設(shè)備和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。近年來(lái)礦山機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)制造技術(shù)成熟，主要涉及傳感器檢測(cè)、自動(dòng)控制、無(wú)線和遠(yuǎn)程通信、信息管理系統(tǒng)等領(lǐng)域的技術(shù)[3]，這些技術(shù)為礦山的科學(xué)管理、安全增產(chǎn)提供了有力保障。雖然礦山大型機(jī)電設(shè)備需求量很大，有品質(zhì)保證，但根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所匹配的起動(dòng)機(jī)故障率大約在1%，其主要原因在于使用不當(dāng)或發(fā)動(dòng)著車后未及時(shí)斷電導(dǎo)致的損壞[4]，可以看出斷電保護(hù)對(duì)于機(jī)電設(shè)備至關(guān)重要，在延長(zhǎng)其使用壽命、降低成本和安全生產(chǎn)方面作用不容忽視?，F(xiàn)有的斷電保護(hù)器，在使用的過(guò)程中操作煩瑣，難于維修，散熱效果差，并且在出現(xiàn)電路故障時(shí)容易出現(xiàn)尖峰電流，損壞機(jī)器，因此現(xiàn)有斷電保護(hù)器還有很多需要改進(jìn)和優(yōu)化的地方。

3 斷電保護(hù)在礦用機(jī)電設(shè)備中的需求分析

在采礦行業(yè)中，機(jī)電設(shè)備是采礦必備的重要工具，無(wú)論是煤礦還是有色金屬礦的開(kāi)采，都缺少不了機(jī)電設(shè)備，隨著工業(yè)自動(dòng)控制水平和現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，從大型機(jī)電設(shè)備到小型電子通信設(shè)備，從采礦設(shè)備到井下安全監(jiān)控設(shè)備都在礦區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)，這些設(shè)備的正常運(yùn)行使用對(duì)于礦區(qū)安全生產(chǎn)和采礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都是至關(guān)重要的，當(dāng)電路出現(xiàn)過(guò)載、欠壓、過(guò)流等現(xiàn)象時(shí)會(huì)損壞起動(dòng)機(jī)的齒輪減少使用壽命，或直接導(dǎo)致用電系統(tǒng)的癱瘓短路。在考慮到礦井下諸多干擾因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)適合礦區(qū)所使用的斷電保護(hù)裝置無(wú)疑是在井下安全使用用電設(shè)備的前提條件，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)穩(wěn)定可靠的供電系統(tǒng)和斷電保護(hù)裝置可以大大降低事故所帶來(lái)的災(zāi)害性。

4 機(jī)電設(shè)備斷電保護(hù)控制裝置的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的斷電保護(hù)控制裝置為礦區(qū)的機(jī)電設(shè)備提供一種保護(hù)控制，防止因突然斷電或兩次起動(dòng)間隔時(shí)間過(guò)短而導(dǎo)致過(guò)熱，損壞電機(jī)和齒輪的情況發(fā)生，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)延時(shí)保護(hù)電路的同時(shí)還增加了邏輯控制電路部分。圖1是系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖，下面介紹幾種主要的電路。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

4.1 MCU控制電路

本系統(tǒng)的MCU控制電路是采用SMT32芯片設(shè)計(jì)的，其主要功能是協(xié)調(diào)控制各部分模塊穩(wěn)定工作，將采集到的信號(hào)進(jìn)行比較分析，并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換獲得所采集的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)邏輯電路輸出控制機(jī)電設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，輸出為高電平，用電設(shè)備正常啟動(dòng)工作；當(dāng)系統(tǒng)突然斷電或有故障發(fā)生時(shí)，輸出為低電平，并啟動(dòng)報(bào)警電路，用電設(shè)備不工作。

4.2 信號(hào)采樣電路

該電路主要涉及機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)中間節(jié)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)。

一般機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)有交流電源、電源變壓器、整流電路、快速熔斷器、可控硅電路、主控電纜等[5]，因此，在信號(hào)采集電路里，要檢測(cè)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)值，與標(biāo)準(zhǔn)值比較后存入主控電路的緩存中，以備輸出邏輯控制電路調(diào)取使用。

4.3 斷電延時(shí)保護(hù)電路

此電路主要是為了當(dāng)機(jī)電設(shè)備起動(dòng)成功后，系統(tǒng)電磁電源開(kāi)關(guān)與保護(hù)控制裝置斷開(kāi)，主控電路處于無(wú)電狀態(tài)，但必須要在電磁電源開(kāi)關(guān)為系統(tǒng)正常供電，正常運(yùn)行的前提下，目的是為了保證當(dāng)設(shè)備在工作時(shí)突然掉電時(shí)，此保護(hù)控制裝置也可以正常為設(shè)備服務(wù)，保證機(jī)電設(shè)備在頻繁起動(dòng)時(shí)有充足的延時(shí)時(shí)間，降低斷電和頻繁起動(dòng)對(duì)機(jī)電設(shè)備的損害；另外，斷電延時(shí)保護(hù)電路在另一方面還可降低機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行中對(duì)此控制裝置MCU電路的電磁干擾。

4.4 輸出邏輯控制電路

主控電路通過(guò)信號(hào)采集電路獲取了機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行中各節(jié)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)，并以此數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行邏輯判斷，最終控制機(jī)電設(shè)備的啟停。在信號(hào)采集電路里，要包含各個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，將這些會(huì)發(fā)生故障的信號(hào)采集好后經(jīng)MCU主控電路進(jìn)行邏輯判斷，電路正常工作信號(hào)與各節(jié)點(diǎn)電路輸出正常信號(hào)應(yīng)該為與邏輯關(guān)系，按照邏輯表達(dá)式設(shè)計(jì)邏輯電路，再將輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出電路控制起動(dòng)繼電器工作狀態(tài)，如果各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)都正常，則起動(dòng)繼電器開(kāi)始工作；否則關(guān)斷起動(dòng)繼電器。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)斷電保護(hù)控制裝置的研究，分析了斷電保護(hù)裝置在礦用機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用意義與價(jià)值所在，詳細(xì)闡述了斷電保護(hù)控制裝置中的主要組成電路，并在輸出電路中采用了邏輯控制，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)原理清晰易懂，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效斷電保護(hù)控制，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限，值得推廣應(yīng)用。