采礦機械設備供電運行安全智能管理系統設計

楊 萌

（山東東山王樓煤礦有限公司，山東 濟寧 272000）

采礦機械設備主要是電力驅動，不同功能會對應不同電壓等級，基本上可以分為1140V、660V、380V、127V、36V。在供應運行安全智能管理系統設計中，也需要利用不同等級電壓促進管理作用的充分發揮，比如127V、36V 主要用于保護系統，而其它更高的電壓等級則主要用于動力驅動。之所以要設計安全管理系統，一方面是因為礦產開采中大部分電壓等級超過人體安全電壓，另一方面則是礦產開采過程中環境復雜，如果不能保證供電運行的安全性，則可能導致更加嚴重問題的出現，如煤礦中瓦斯爆炸、石油開采中的油體燃燒等。隨著科學技術的不斷發展，越來越多的技術應用到了礦產開采中，尤其是智能化技術的廣泛應用為供電安全智能系統設計提供了巨大支持。

1 采礦機械設備供電運行安全智能管理系統的設計意義

1.1 提高采礦機械設備供電安全性

在礦產開采環境中，供電安全需要給予更大重視，因為一旦供電方面出現問題，則可能引發大事故。采礦設備在電力驅動下才能運行，在按下啟動開關后，主電力并不會直接提供動力，而是在保護系統確保采礦設備內部的漏電、欠壓、斷相等保護裝置可以正常發揮作用后主電力才能與采礦設備接通[1]。但是采礦機械設備并不是單獨運行，還會其它設備聯動，比如煤礦中綜掘機在啟動時首先要保證后面的運輸機正常運轉，而想要實現這一目標，就需要通過信號系統、閉鎖系統等確保這些設備配合到位，從而避免意外情況的出現。如果聯動設備過多，采礦機械設備運行時就需要處理更加復雜的聯動信號，這樣就會增加出現意外情況的幾率。設計供電運行安全智能管理系統則是為了從更高層面對采礦機械設備進行管理，讓采礦機械設備在運行時不需要“自我處理”，而是將“啟動權”交給安全智能管理系統。這樣一來，采礦機械設備只需要按照系統要求執行相關指令，同樣，其它相關設備也會在系統要求下配合采礦機械設備運行。

1.2 提高采礦機械設備管理水平

采礦機械設備供電運行安全智能管理系統是在計算機自動控制下實現運行，不僅能在出現異常情況下及時停止，還能對異常情況進行實時記錄，從而為后續檢修提供依據。工作人員的主要工作是通過CRT 屏幕檢測各個設備的運行情況，當需要人工處理時能夠迅速通知檢修人員。智能技術的應用提高了采礦機械設備管理水平，降低了工作人員的勞動強度。另外，管理水平的提升還表現在銜接緊密上。每個工作環節都要通過交接班實現良好運轉，具體到采礦行業中，采礦機械設備在經過“一個班” 的運行后可能會在某些方面出現問題，仍以綜掘機為例，油位下降、截齒磨損等會出現在綜掘機運行過程中，如果交接班時，接班人不能準確了解這些信息而盲目使綜掘機進行工作，則會對機械設備多個方面造成損壞。在設計出安全智能管理系統后，接班人能夠更加準確、快速地了解機械設備各方面情況，然后可以及時進行處理，同樣交班人也能在機械設備停止運行后處理相關問題。

1.3 提高采礦機械設備運行效率

采礦機械設備的正常運轉離不開穩定的供電系統，如果供電系統出現故障，不僅會造成機械設備難以正常啟動，而且會埋下安全隱患。在分析采礦機械設備運行效率時，需要進行全面考察，不能只關注機械設備的正常運行時間，還要了解其它方面是否符合標準。比如煤礦掘進中，會在工作面迎頭安裝瓦斯監測裝備，目的是對瓦斯含量進行監控，并且在超過一定限度時發出報警信號并切斷饋電電源，如果為了提升采礦機械設備運行時間而將反饋聯動切斷，雖然能夠在瓦斯含量下降后第一時間啟動，但如果出現監測誤差或延遲，則能引發事故[2]。構建安全智能管理系統不僅是要求供電方式符合安全標準，保證采礦機械設備能在更為安全的情況下進行運轉，更重要的是，這一系統要與嚴格的管理制度結合在一起，比如要堅決實行“誰斷電誰送電”、“誰檢修誰擁有絕對控制權”等制度。智能型管理系統與嚴格規章制度互補共存，才能構建程序化、網絡化、可視化、標準化的供電運行安全智能管理系統，從而保障采礦機械設備在可控狀態下運轉。

2 采礦機械設備供電運行安全智能管理系統設計原則

2.1 交互性原則

在安全智能管理系統設計中，交互性能夠更加彰顯“智能” 特征。首先，通信交互可以實現信息的“智能”傳遞，這對于采礦機械設備的正常運行具有重要意義，因為只有及時準確地提供信息，才能保證各個系統做出正確反應，尤其是對安全性影響較大的信息，更是要設置專項交互渠道確保信息反饋的精準與及時。其次，數據流交互是實現可視化的重要基礎。采礦機械設備的運行環境較為惡劣，當出現問題和故障時，只有盡可能了解現場情況才能做出更好應對和處理。數據流交互的實現需要安全智能管理系統各個部分安裝數據生成與處理設備，并且相互之間形成緊密聯動。通信交互與數據流交互中的“交互性”主要體現在設備層面，而從當前發展趨勢看，人機交互成為交互設計中的“重中之重”。具體到供電運行安全智能管理系統中，人機交互的實現可以更高效率地接受信息并且基于信息做出針對性調控，從而為采礦機械設備的更好運轉提供支撐。

2.2 實時性原則

從管理層面分析，實時性越強，管理效率就會越高。在傳統的供電運行安全管理系統中，主機系統與現場設備并不是常態連接，一般需要專項啟動連接裝置才能進入管理模式。這樣一來，主機系統就無法實時監控設備運行狀態，并且可能會因為連接裝置啟動時數據傳輸故障造成主機系統誤操作。在實時性原則下，采礦機械設備供電運行安全智能管理系統設計時需要做到以下幾個方面：第一，要實現一次設備狀態的實時采集。一次設備狀態指的是設備當前狀態，包括運行、熱備用、備用以及檢修。采集這一數據的目的是保證管理系統可以與設備當前狀態實時對位[3]。第二，要實現對閉鎖、反饋元件的實時控制與信號采集。采礦機械設備運行中，閉鎖、反饋元件是否運行正常直接影響到整體安全性，比如綜掘機與瓦斯監測設備連鎖信息必須得到實時了解，如果出現靈敏度下降、誤操作頻繁等情況，則需要及時進行處理。第三，要通過實時監測最大程度降低誤操作。想要實現這一目標，不僅需要安全管理系統對設備運行狀態實時檢測，還要將控制閉鎖節點、電磁鎖節點等的運行情況納入檢測范圍，并要與主設備建立一一對應的關系。

2.3 可靠性原則

供電運行安全智能管理系統設計需要遵循可靠性原則，目的是最大程度地保障系統正常運轉。首先，要實現雙網并行，即主網與備網同時配置。當主網出現故障時，備網能夠自動啟動代替主網發揮作用。處于正常運行狀態時，監控系統會實時監測主網與備網的運行情況，如果備網出現故障，則要及時反饋。其次，要實現雙機并行。與雙網并行的要求相似，主機與備機也要處于實時監控中。當主機出現故障時，備機能夠立即啟動，并且要快速恢復到主機故障前的狀態。最后，要實現雙位置遙控配置。采礦機械設備供電時需要閉鎖系統處于“關”狀態，但有的時候會因為遙控信息不準確造成主機誤操作，針對這樣的問題，可以通過雙位置遙控配置進行解決，即增設遙控信息發送點，只有兩個遙控點信息一致時才能正常啟動。

3 采礦機械設備供電運行安全智能管理系統設計實現

3.1 安全智能管理系統架構組成

采礦機械設備供電運行安全智能管理系架構組成如下：第一，微機保護系統。這一系統主要用于監控管理、數據接收與統計、發送遙控指令等。采礦機械設備的工作環境較為惡劣，在供電過程中需要及時了解現場信息，而后通過信息分析發送指令，而想要實現這一目標，需要建立管理系統與采礦機械的聯結平臺。這一平臺要具有生成和發送音頻、視頻等數據信息的功能，確保管理系統接收到準確信息。第二，監控系統。監控系統包括主站監控系統與分站監控系統[4]。主站監控系統負責整體信息的接收與處理，分站系統則是對具體環節進行監控，并負責向主站系統發送信息，比如分站系統中有過流監控、過壓監控、短路監控、漏電監控等。第三，綜合保護設備。綜合保護設備是實際作用部分，是微機保護系統與監控系統最終作用對象。同時，綜合保護設備要得到兩個系統的管理，確保綜合保護裝備能夠正常運作。

3.2 安全智能管理系統主站設計

主站系統包括三個部分，分別是通訊服務器、數據服務器以及監控工作站。設計過程如下：第一，實現數據采集與處理功能。數據采集需要遵循相關通訊協議，目的是使數據采集符合參數要求與通訊接口匹配，進而保證數據動態組織與有效編輯。另外，數據處理中要通過前置機子系統實現數據的快速傳遞，為操作人員提供數據支持[5]。第二，組態設計。目的是將供電情況通過圖元、曲線、數據框等模式清晰呈現出來，并且實現實時呈現。另外，組態設計中要充分遵循交互性原則，能夠讓操作人員根據具體情況“隨機應變”，比如可以將相關信息通過報表等方式打印出來傳送給檢修部門，為檢修部門制定檢修策略提供依據。第三，建立數據記錄系統。故障發生、處理等過程需要被記錄下來，并且要根據嚴重程度進行級別劃分，目的是為管理系統的后續維護提供數據源。

3.3 安全智能管理系統分站設計

分站系統設計中包括主控制器模塊設計、基本外圍電路設計、數字信號處理單元設計等。主控制器模塊設計的核心是保證處理器功能的實現，如模擬功能、數據采集功能等。保護算法的確定、通信接口的設置、管理調度系統的構建等是最為關鍵的幾個環節，比如傳統處理器中經常出現處理浮點數據精度低、周期長等情況，而在通信接口得到革新后，則可以在提升處理器運行速度的基礎上優化數據處理精度。在基本外圍電路設計中，串行通信接口電路、雙以太網接口電路、液晶顯示接口電路、設備運行等驅動信號是重要設計對象，這是保證安全智能管理系統通訊正常、信號預警正常等方面的基礎。在數字信號處理單元設計中，主要是完成模擬量數據過濾、為信息數據設定實時日期以及保證串行通信接口與協議層的通信。