礦用總線傳輸中繼加電系統的設計

摘 要：針對現有的總線通信系統中設備數量較多或功耗較大時，供電不足的問題，提供一種礦用總線傳輸中繼加電系統。

關鍵詞：總線；總線傳輸；中繼

1 引言

煤炭是我國的重要能源之一，隨著我國經濟的不斷高速發展，對煤的需求與日俱增，國家對煤礦的投入也不斷增加，現在煤礦的自動化程度已經有了較大的提高，越來越多的總線傳輸方式不斷地應用于煤礦井下，大大地提高了煤礦的自動化水平，同時所有總線下的設備集中供電，這種方式可以大幅簡化系統結構，盡管總線信號傳輸的距離較遠，但隨著總線上供電電流的限制，當設備較多或功耗較大時，供電距離受到極大的限制。

文章針對所述的現有的總線通信系統中設備數量較多或功耗較大時，供電不足的問題，介紹一種礦用總線傳輸中繼加電系統的設計方案。

2 礦用總線傳輸中繼加電系統設計

礦用總線傳輸中繼加電系統的技術方案如下：礦用總線傳輸中繼加電系統，其包括輸入本安電源、監控分站、總線、串聯于總線上的若干個中繼盒以及為中繼盒供電的中繼供電本安電源，輸入本安電源與監控分站的輸入端連接，監控分站的輸出端連接總線，如圖1所示。

圖1中的中繼盒為具有中繼加電功能的接線盒，中繼盒的電路如圖2所示。

圖1中的中繼盒中設置有輸入1、輸入2以及輸出1和輸出2，輸入1連接

總線的前級，輸入2為用來與中繼供電本安電源連接的備用輸入端，在輸入1和輸入2之間設置有切換開關，輸出1連接總線的后級，輸出2連接為傳感器。

本方案的有益效果在于因為在總線上串聯有若干個中繼盒，所以可以在總線上用電終端數量較多或者是功率較大而供電困難時對總線進行中繼供電，保證后級用電終端的正常工作。因為中繼盒中設置有輸入1和輸入2，輸入1和輸入2之間通過切換開關S1進行切換，因此，當總線上連接的用電終端數量少或者是功率小的情況下，總線能夠為后級用電終端提供所需的電能，則切換開關S1連接到輸入1，中繼盒只起到電路連接的作用；當總線上的電能不能保證所有用電終端正常工作的時候，在總線中需要中繼加電的地方，將切換開關連接到輸入2，在輸入2連接中繼供電本安電源，這樣可以保證總線上后級的用電終端的正常工作。根據實際情況，總線上需要中繼加電的中繼盒可能有多處。

3 工作原理及硬件組成

圖1、圖2所示的一種礦用總線傳輸中繼加電系統，其包括輸入本安電源1、監控分站2以及總線3，輸入本安電源1與監控分站2的輸入端連接，監控分站2的輸出端連接總線3，在總線3上串聯有若干個中繼盒4，所述的中繼盒4為具有中繼加電功能的接線盒，每個中繼盒4中設置有輸入1、輸入2以及輸出1和輸出2，輸入1連接總線3的前級，輸入2為用來與中繼供電本安電源10連接的備用輸入端，在輸入1和輸入2之間設置有切換開關S1，輸出1連接總線3的后級，輸出2連接用電終端11。在礦井下，多數情況下所使用的用電終端11為傳感器。為了使電路結構簡單，節約成本，只有在后級總線3供電不足的情況下，才會在特定的中繼盒4上連接中繼供電本安電源10。在實際應用中，通過電能消耗的計算可以得出應當設置中繼供電本安電源10的位置。

因為在總線3上串聯有若干個中繼盒4，所以可以在總線3上用電終端11數量較多或者是功率較大而供電困難時對總線3進行中繼供電，保證后級用電終端11的正常工作。因為中繼盒4中設置有輸入1和輸入2，輸入1和輸入2之間通過切換開關S1進行切換，因此，當總線3上連接的用電終端11數量少或者是功率小的情況下，總線3能夠為后級用電終端11提供所需的電能，則切換開關S1連接到輸入1，中繼盒4只起到電路連接的作用；當總線3上的電能不能保證所有用電終端11正常工作的時候，發光二極管VL1變亮，在總線3中需要中繼加電的地方，將切換開關S1連接到輸入2，在輸入2連接中繼供電本安電源10，這樣可以保證總線3上后級的用電終端11的正常工作。根據實際情況，總線3上需要中繼加電的中繼盒4可能有多處。

4 中繼盒的煤安認證

煤安認證是煤礦安全認證的簡稱。2007年國家經貿委和國家煤礦安全監察局發布了《煤礦礦用產品安全標志暫行辦法》等文件，對井工煤礦用設備、儀器、儀表等設施實行安全生產認證制度，有效地遏制了偽劣產品進入井下。

中繼盒作為此礦用總線傳輸中繼加電系統的關鍵設備，也必須要通過煤礦安全認證。煤礦安全認證中中繼盒的電氣性能部分主要是依據MT166-1987《礦用本質安全型壓接式電纜接、分線盒通用技術條件》進行檢測檢驗的。MT166-1987規定中繼盒的電氣性能應符合如下要求：

接觸電阻：常態時不大于0.01Ω；振動與沖擊試驗時不大于0.05Ω；接線盒接線端子引腳間的絕緣電阻應不低于3000MΩ，濕熱試驗后絕緣電阻不低于100MΩ；接線盒接線端子與外殼間應能承受1500VAC，歷時1min的工頻耐壓試驗且無擊穿或閃絡現象，漏電流不大于5mA。[1]

將中繼盒送到國家安全生產上海礦用設備檢測檢驗中心進行檢驗。測得中繼盒接線端子的接觸電阻為0.0047Ω，符合要求。絕緣電阻測量測得中繼盒接線端子引腳間的絕緣電阻>3000MΩ，濕熱試驗后絕緣電阻為200MΩ，符合要求。工頻耐壓試驗接線端子與外殼間按1500VAC，歷時1min進行，無擊穿或閃絡現象，符合要求。

經過檢驗，中繼盒符合MT166-1987標準及其它行業標準，取得了煤安證及防爆證，獲得了在煤礦井下銷售的準入證。

5 結束語

從煤礦總線通信系統的實際需求出發，設計了一種礦用總線傳輸中繼加電系統，使得礦用總線傳輸的可靠性大大提高。這種礦用總線傳輸繼加電系統以其簡易、經濟、控制方便等特點，該產品已在我公司KJ397安全生產監控系統中應用，取得了良好的效果。

參考文獻

[1]中華人民共和國煤炭工業部部標準.礦用本質安全型壓接式電纜接、分線盒通用技術條件[S].1987.

作者簡介：毛亮（1983-），男，湖北仙桃人，助理工程師，現主要從事煤礦監控產品的研發工作。