礦用機電設備斷電保護控制裝置的研究

鮑 捷，歐仁俠，陳洪斌＊

（吉林醫藥學院生物醫學工程學院，吉林 吉林 132013）

1 斷電保護的定義與作用

斷電保護，是指儀器或者電器在突然斷電的情況下保護正在處理的數據不丟失或者功能損壞的功能；或者指儀器或者電器在運行時出現可能導致損壞或危險的情況時自動切斷電源停止運行來保障設備安全的功能[1]。用電系統斷電原因由多種因素構成，斷電導致的后果則不可估量，斷電保護意義重大，是保證用電設備安全、家庭、企業安全的重要防護手段。斷電保護裝置作為保證用電設備安全的重要手段，在電路中可以接通、阻斷和承受額定最大工作電流的功能，并能在線路和設備出現短路、過壓、過流和超載的情況下對用電設備進行安全保護的一種防護裝置[2]。斷電保護裝置需要具有穩定性和快速性兩大特點。穩定性指的是用電設備在正常和斷電情況下，保護裝置都能保證其設備的可靠穩定性，特別在出現突發斷電情況下，保護裝置要可靠進行動作；快速性指的是斷電保護裝置在極限參數范圍內出現斷電情況的動態響應時間要快，盡量降低用電設備和線路的故障率和損壞率。

2 礦區機電設備簡介

礦山機電設備分為主要設備和輔助設備。主要設備指的是在采礦過程中使用到的運輸、掘進、排風、排水、提升、供電系統等大型強電設備和用電控制系統；輔助設備指選礦、探礦、運輸管理和安全監控系統、搶險、轉運等輔助采礦的設備和計算機管理系統。近年來礦山機電設備生產制造技術成熟，主要涉及傳感器檢測、自動控制、無線和遠程通信、信息管理系統等領域的技術[3]，這些技術為礦山的科學管理、安全增產提供了有力保障。雖然礦山大型機電設備需求量很大，有品質保證，但根據相關統計，我國柴油發動機所匹配的起動機故障率大約在1%，其主要原因在于使用不當或發動著車后未及時斷電導致的損壞[4]，可以看出斷電保護對于機電設備至關重要，在延長其使用壽命、降低成本和安全生產方面作用不容忽視。現有的斷電保護器，在使用的過程中操作煩瑣，難于維修，散熱效果差，并且在出現電路故障時容易出現尖峰電流，損壞機器，因此現有斷電保護器還有很多需要改進和優化的地方。

3 斷電保護在礦用機電設備中的需求分析

在采礦行業中，機電設備是采礦必備的重要工具，無論是煤礦還是有色金屬礦的開采，都缺少不了機電設備，隨著工業自動控制水平和現代微電子技術的不斷發展，從大型機電設備到小型電子通信設備，從采礦設備到井下安全監控設備都在礦區經常出現，這些設備的正常運行使用對于礦區安全生產和采礦企業的經濟效益都是至關重要的，當電路出現過載、欠壓、過流等現象時會損壞起動機的齒輪減少使用壽命，或直接導致用電系統的癱瘓短路。在考慮到礦井下諸多干擾因素的基礎上，設計適合礦區所使用的斷電保護裝置無疑是在井下安全使用用電設備的前提條件，當事故發生時穩定可靠的供電系統和斷電保護裝置可以大大降低事故所帶來的災害性。

4 機電設備斷電保護控制裝置的整體設計

本系統設計的斷電保護控制裝置為礦區的機電設備提供一種保護控制，防止因突然斷電或兩次起動間隔時間過短而導致過熱，損壞電機和齒輪的情況發生，本系統在設計延時保護電路的同時還增加了邏輯控制電路部分。圖1是系統的整體設計框圖，下面介紹幾種主要的電路。

圖1 系統整體設計框圖

4.1 MCU控制電路

本系統的MCU控制電路是采用SMT32芯片設計的，其主要功能是協調控制各部分模塊穩定工作，將采集到的信號進行比較分析，并通過AD轉換獲得所采集的數字信號，通過邏輯電路輸出控制機電設備，當系統正常運行時，輸出為高電平，用電設備正常啟動工作；當系統突然斷電或有故障發生時，輸出為低電平，并啟動報警電路，用電設備不工作。

4.2 信號采樣電路

該電路主要涉及機電設備在運行中出現故障時中間節點的采樣數據。

一般機電設備出現故障的節點有交流電源、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，在信號采集電路里，要檢測各個節點的狀態值，與標準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取使用。

4.3 斷電延時保護電路

此電路主要是為了當機電設備起動成功后，系統電磁電源開關與保護控制裝置斷開，主控電路處于無電狀態，但必須要在電磁電源開關為系統正常供電，正常運行的前提下，目的是為了保證當設備在工作時突然掉電時，此保護控制裝置也可以正常為設備服務，保證機電設備在頻繁起動時有充足的延時時間，降低斷電和頻繁起動對機電設備的損害；另外，斷電延時保護電路在另一方面還可降低機電設備在運行中對此控制裝置MCU電路的電磁干擾。

4.4 輸出邏輯控制電路

主控電路通過信號采集電路獲取了機電設備在運行中各節點的采樣數據，并以此數據為依據，進行邏輯判斷，最終控制機電設備的啟停。在信號采集電路里，要包含各個節點的參數，將這些會發生故障的信號采集好后經MCU主控電路進行邏輯判斷，電路正常工作信號與各節點電路輸出正常信號應該為與邏輯關系，按照邏輯表達式設計邏輯電路，再將輸出信號經過輸出電路控制起動繼電器工作狀態，如果各節點狀態信號都正常，則起動繼電器開始工作；否則關斷起動繼電器。

5 結語

本文通過對斷電保護控制裝置的研究，分析了斷電保護裝置在礦用機電設備中的應用意義與價值所在，詳細闡述了斷電保護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，電路結構相對簡單、設計原理清晰易懂，可對設備進行有效斷電保護控制，延長設備的使用年限，值得推廣應用。