礦山開采中饋電開關掉電自動報警裝置的設計

摘要：本文基于礦山開采中饋電開關掉電自動報警裝置的實際需求開發設計了一種結構簡單，成本較低、應用靈活的采區變電所語音報警裝置，其能夠在饋電開關掉電時，及時準確地提醒工作人員快速恢復送電，從而保證礦井采區變電所供電的可靠與安全。

關鍵詞：饋電開關；掉電；自動報警；設計

引言

近年來隨著煤炭工業向著高產高效和集約化的生產方向發展，這一趨勢大大推動了煤礦電氣設備的更新和高新技術的應用。而礦用饋電開關是供電和電氣設備安全運行的關鍵和門戶，其適用于含有瓦斯或煤塵等爆炸危險環境的礦井中，是煤礦井下配電系統的關鍵設備。然而當前我國礦井采區變電所安裝的饋電開關較多，局扇等重要負荷掉電時，工作人員不能及時確認是否有開關掉電，并且不能準確地找到掉電開關的具體位置。雖然已有學者提出采用PLC集線一光纖傳輸一組態軟件監控的方式實現井下的饋電開關狀態監控，但是，該技術方案具有投入成本巨大，且組態軟件必須和實際硬件結合，靈活性差等缺陷，不利于推廣應用。因此，開發設計能夠自動報警的反饋開關將對礦井下的安全生產具有重要意義。

1.饋電開關掉電自動報警裝置設計

1.1裝置構成

本文基于礦山開采中饋電開關掉電自動報警裝置的實際需求，開發設計了一種結構簡單，成本較低、應用靈活的采區變電所語音報警裝置，以期能在饋電開關掉電時，及時準確地提醒工作人員快速恢復送電，從而保證礦井采區變電所供電的可靠與安全。該裝置共包括8個主要組成部分：單片機、語音功放模塊、電源、喇叭、繼電器、復位按鈕、警燈和多個饋電開關，如圖1所示：

1-單片機2-語音功放模塊3-電源4-喇叭5-繼電器6-復位7-按鈕警燈和8-饋電開關

1.2裝置工作原理

在本次設計中，整個饋電開關掉電自動報警裝置的多個饋電開關通過并聯的方式組成8×8的饋電開關陣列分別接入單片機，并通過單片機的信號端輸出兩路信號：一路進入語音功放模塊，經過一系列模電信號的轉換后通過喇叭向外輸出；另一路經過繼電器與警燈相連。通過兩路系統的共同作用使得整個系統在發生饋電開關掉電故障時發出報警聲音和警示標志。其具體工作過程如下：

（1） 在整個裝置進行實際使用前首先需要進行單片機選擇，本設計中采用高速、低功耗的STC11F型單片機，并對單片機進行設定，設定其記憶啟閉狀態為Q1。

（2）通過單片機的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組成8×8共64路的動態掃描器，以每秒的采樣頻率對采區變電所內的饋電開關進行動態掃描，獲得饋電開關的實時啟閉狀態Q2。

（3）由于饋電開關只有兩種狀態，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，其中0>0表示分閘保持、0>1表示開關送電、1>0表示開關掉電、1>1表示合閘保持。因此，通過邏輯關系式（Q1^Q2）&Q1進行判斷，便可確定反饋開關的啟閉狀態。

（4）當饋電開關的實時啟閉狀態Q2與記憶啟閉狀態Ql不匹配時，則表示饋電開關掉電。此時，STC11F型單片機將掉電的饋電開關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和語音電路于一體的WT588D語音芯片，經語音功放模塊提高信號功率后，由喇叭播報掉電開關的位置信息。

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

通過上述過程，工作人員便可以根據提示語音找到掉電開關的位置后恢復送電，然后按下語音報警裝置的復位按鈕使STC11F型單片機1接受復位命令，報警停止。同時，對饋電開關8進行新一輪掃描。

2.饋電開關掉電自動報警裝置的優勢

本設計經過在實際生產過程中的應用得到了良好的應用效果，出現饋電開關掉電有效監測達到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控制過程全自動化

本設計過程中考慮到傳統饋電開關掉電監測存在位置定位不清、故障原因不明的現狀，采用單片機和喇叭、警燈組成了具有自動報警和故障提示的自動化饋電開關掉電檢測裝置。通過通過單片機實時掃描的啟閉狀態可以及時準確的找出饋電開關的掉電位置，工作人員只需根據喇叭和警鈴的提示進行相關處理即可。因此，該饋電開關掉電檢測更加方便高效，而且有效地保證了采區變電所供電系統的安全正常工作。

2.2投入成本較低

本裝置所用的主要設備僅為單片機、語音功放模塊、電源、喇叭、繼電器、復位按鈕、警燈和多個饋電開關，與現有的PLC集線一光纖傳輸一組態軟件監控方式相比具有較好的經濟效益。而且本設計所采用的技術為現有常規模電處理技術，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行專門的控制和監管，實現了人工費用的節省。因此，本設計具有較低的經濟效益。

3.總結

在礦山開采過程中，由于工作環境的惡劣經常會發生饋電開關掉電現象，成為礦山安全和高效運行的主要障礙。然而傳統的饋電開關掉電檢測方式存在位置難以確定、檢修困難等問題，不能滿足當前電力系統對實時性數據量和計算要求的不斷提高。為此，本文利用單片機、語音功放模塊、電源、喇叭、繼電器、復位按鈕、警燈和多個饋電開關等功能模塊設計出一種滿足當前礦山開采過程中的饋電開關掉電自動報警裝置。該裝置具有結構簡單、成本較低、應用靈活的特點，能在饋電開關掉電時，及時準確地提醒工作人員快速恢復送電，從而保證礦井采區變電所供電的可靠與安全。

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