龙煤集团双鸭山矿业有限责任公司双阳煤矿 黑龙江双鸭山 155137
摘要：当前，国家对煤矿的安全生产提出了更高的要求，也越来越重视将当前先进的智能化控制技术应用到煤矿设备中，实现煤矿设备物联网系统建设。其中，实现井下设备供电过程的实时监控，成为当前提高煤矿安全生产建设的重要组成部分，但在井下设备运行过程中，仅实现了设备的供电电气设计，无法实现对设备供电过程的监测控制。井下供电事故一旦发生，将可能造成井下大面积停电、设备无法正常作业等现象，甚至会使其关键作用的设备突然断电而出现失效现象，这将给井下作业的安全性及煤矿的开采率造成巨大影响，对井下设备实施供电系统监测显得尤为重要。为此，本文在分析现有井下供电系统监控现状的基础上，开展了井下设备供电系统的总体方案设计及关键分系统设计研究，并进行了实际应用测试，这对提高井下的作业安全及降低企业运行成本具有重大意义。
关键词：煤矿；井下；供电；安全监控系统
引言
当下，国内多数煤矿企业通过推行人工值守方法监管井下供电设备的运行状态，利用综合保护器进行就地操作。矿井下作业条件恶劣多变，在很大程度上对很多供电设备的运行状态形成不良影响，若仅通过组织人力操控供电设备的运行模式，一方面会对操作人员生命安全构成威胁，另一方面针对危险因素也无法及时反馈，煤矿生产阶段滞留一些安全隐患的情况难以完全规避。煤炭是我国工业产业发展的重要原材料之一，自动化监测监控供电系统对煤矿安全生产起到支撑作用。
1现有井下供电监控系统存在问题分析
随着国家科学技术水平的不断提升，当前井下供电系统在稳定性方面也得到了一定程度的提升，但在实际运行过程中仍存在较多问题，包括如下几点：（1）供电系统中使用的相关保护器及传感器型号种类较多，通讯接口的标准及通讯协议缺乏统一规定，设备之间若进行相互通讯，存在兼容性较差问题。（2）由于当前供电系统的接口单一、部分检测设备未进行匹配设计，若在此基础上进行系统的升级扩展，存在无法进行有效兼容问题。（3）供电系统中的CPU处理器存在运算速度较慢、信号处理量较低、整体控制精度较低等问题，若增加井下供电设备及供电过程的监控功能，当前的CPU已无法满足更复杂系统的运算需求。（4）大多供电系统采用的是串行通讯总线进行通讯连接，存在信号易受干扰、传输距离短、信号衰减率高、通信质量差等问题，这可能极大的影响着整个供电系统的稳定性护可靠性。为此，结合当前井下供电系统存在的不足，有针对性的设计一套功能更加齐全、控制精度更高的自动化远程监控系统，成为当前企业重点考虑方向。
2井下供电安全监控系统应用
2.1监控系统启停信号采集电路设计
整套井下监控系统主要由各分系统组成，由此，对该系统中的启停信号采集电路进行设计。该采集电路设计了启停信号接入端（ＩＮ）和控制器引脚端（ＯＵＴ），能对电气设备的启、停及传感器输出情况进行信号采集，可满足对传感器启停状态的信号采集。同时，设计了光电耦合器和反相触发器，可实现电路中信号的相互转换操作，并对电气进行隔离。外部传感器主要通过ＩＮ＋和ＩＮ－进行通讯连接，反相触发器通过ＯＵＴ１和ＯＵＴ２进行输出信号连接，光敏三极管可将反相触发器输入端的电压降低，保证整个电路的低压运行。通过该采集电路，可将传感器的启停信号进行采集，并传输至井下监控分站，以此实现对信号的采集。
2.2地面监控主站分系统
地面监控主站分系统是整个井下供电安全监控系统的重要组成部分，其系统结构由数据采集服务器、WEB服务器、工作站备机、综合保护器、监控工作站、通讯服务器、信息采集模块等组成，设备之间通过RS485进行数据的实时传输，通讯协议采用了Modbus协议。
其中，数据采集服务器能通过内部的程序软件，接收下层传输的数据信息，并对数据进行分析、处理、存储等。信息采集模块采用了市场上较为成熟的MDIA型隔离采集器，具有8路电流模拟量输入，量程范围为-25~25mA，通过RS485接口可实现对远程模拟量的数据采集及控制操作，并经过内部的A/D转换器后，将数字信号保存于主机存储器中，此采集模块具有抗爆、抗雷击等功能特点。另外，主站中设计的综合保护器也采用了RS485接口，可实现对井下变电所的有力保护。鉴于井下信号传输距离相对较远，为保证信号传输过程中不出现衰减现象，在地面与地上之间增添了一个光端机，以实现将信号有效转换，提高信号传输质量。
2.3井上集控站
井上集控中心主要由如下两部分构成：（1）图像处理服务器：其作用主要是接收煤矿现场传送的信息，是可以被看成是收集供电单元供电数据的软件，作用一反馈与监管数据交互中心传送的数据为主。集控中心工作人员仅需开启计算机便能观察到整个矿区的供电实时数据。服务器内还加设了历史记录，便于煤矿供电人员快速取用材料，归纳经验与方法，及时有效的开展矿井设备维修工作。中心图像管理服务器的功能以传送、存储及管理图像为主，其上还安设了系统管理数据库、系统管理软件等，这些软件对供电监测监控能起到良好的管理作用，提供优质服务，利用这些软件呈现出的图像，能帮助工作人员直观、全面的了解到井下供电设备供电运转状况。（2）报警软件：针对矿井下突发的供电障碍，该软件能快速的提供报警信号，提醒保安人员在短时间内采用各种解决措施，且还能远距离调控矿井下的开合闸，工作人员再客户机端的做出相关操作以达到远程分合闸的目的，针对煤矿供电系统发生的漏电、短路、过压、过载等供电故障，能及时做出预警并确定其发生的具体方位。（3）集控中心：其被看成是组成系统结构的核心部件，因为其在安全供电监控中心内占据着主导地位，故而是系统安全、有效运作的重要保障。这就预示着相关人员在实践中一定要以最严谨的态度加强检测检查，严格依照相关规范要求维护软件及硬件，通常能促进系统有效执行过程。
2.4主控制器模块设计
合理选择最佳的CPU控制器，不仅能提高监控系统的运行速度，也对保障系统信号的稳定性至关重要。为此，选用了市场上成熟的AＲM7LP2148型CPU微处理器，该处理器采用了Flash存储器，配备了128位宽度的存储器接口，能保证在32位代码下的最大时钟高速运行。同时，能通过16位的Thumb模式降低系统中的有效代码30%，以减小因代码是损失所造成的信号误报现象。另外，该处理器中的指令集及译码机制与传统的计算机更为简单，提高了系统的运输能力。整体价格较为低廉，能较好的满足井下供电监控系统的使用需求。
结语
供电系统作为矿井生产持续开展的动力源头，确保其运行的持续、稳定、高效对矿井生产综合效益的获得有着不可替代的积极意义。矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产作业中积极引进先进技术，不断优化矿井供电网络监控系统，实现供电系统监控的智能化，大幅提升其监控性能，为矿井供电系统运行的高效、稳定开展提供坚实保障。
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