雙電源雙風(fēng)機智能保護控制系統(tǒng)設(shè)計

文章提出了一種基于單片機的雙電源雙風(fēng)機智能保護控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，簡要介紹了該系統(tǒng)的組成與工作原理，著重分析了系統(tǒng)的互補控制策略和啟動控制策略?，F(xiàn)場試驗表明，該系統(tǒng)能準確可靠地實現(xiàn)主、備風(fēng)機的自動切換，并可減小啟動沖擊電流對電源的影響。
0 引 言

目前，我國煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中，雙電源雙風(fēng)機是一種比較高效、安全的風(fēng)機組成形式，其自動切換裝置是系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)能否安全運轉(zhuǎn)。因此，雙電源雙風(fēng)機自動切換裝置保護、控制方式的有效性與可靠性對其安全運行至關(guān)重要。

目前，已運行的雙電源雙風(fēng)機大都采用繼電器控制，功能少、可靠性差、控制精度低，尤其在現(xiàn)場事故發(fā)生時無法自動采取緊急措施，嚴重影響了設(shè)備的安全運行。因此，本文提出了一種新型的基于單片機的雙電源雙風(fēng)機智能保護控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)運用CAN總線技術(shù)，結(jié)合自適應(yīng)互補控制策略，可以方便地檢測雙電源雙風(fēng)機的各項運行參數(shù)；當風(fēng)機出現(xiàn)故障或工作不正常時，能夠?qū)崟r準確地采取相應(yīng)的故障處理措施，并發(fā)出警告信息；能準確可靠地實現(xiàn)主、備風(fēng)機的自動切換，當一臺風(fēng)機出現(xiàn)故障停機后，另一臺風(fēng)機自動啟動，保證井下供風(fēng)不間斷；多臺風(fēng)機依次啟動，可避免多臺設(shè)備同時啟動時產(chǎn)生過大啟動電流而損壞設(shè)備。

1 雙電源雙風(fēng)機保護控制系統(tǒng)的組成

雙電源雙風(fēng)機保護控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙電源雙風(fēng)機保護控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)包括主機和從機2個保護控制系統(tǒng)，控制核心采用雙CPU結(jié)構(gòu)，下設(shè)通信、LCD顯示、人機接口、控制與保護4個功能模塊。其中，8位AVR單片機作為上位機，負責(zé)實現(xiàn)LCD顯示、人機交互、CAN總線通信等功能；16位DSPIC單片機作為下位機，負責(zé)實時采集處理數(shù)據(jù)，執(zhí)行保護算法，對風(fēng)機進行保護與控制。這種結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的實時性，使CPU分工明確，提高效率。

來自電網(wǎng)的雙電源分別對主機保護控制系統(tǒng)與從機保護控制系統(tǒng)單獨供電。主機與從機互補，保證供風(fēng)系統(tǒng)不問斷運行。同時，主機保護控制系統(tǒng)與從機保護控制系統(tǒng)分別控制2臺風(fēng)機的運行。

由于主機保護控制系統(tǒng)與從機保護控制系統(tǒng)是2個相互獨立又相互互補的系統(tǒng)，這就要求主機控制系統(tǒng)與從機控制系統(tǒng)不僅要清楚本系統(tǒng)所處的狀態(tài)，同時還要明白互補系統(tǒng)所處的狀態(tài)。所以主機控制系統(tǒng)與從機控制系統(tǒng)之間需要以某種方式進行通信。

因為雙電源雙風(fēng)機保護控制系統(tǒng)必須嚴格保證井下的持續(xù)供風(fēng)，所以從機在主機停機時必須立即投入運行。CAN總線作為一種軟件通信方式，會由于井下工作環(huán)境的復(fù)雜多變或軟件協(xié)議本身延遲等原因無法使互補系統(tǒng)在第一時間接收到表示對方工作狀態(tài)的幀。從供風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性方面考慮，這是不允許的。所以，本系統(tǒng)采用了基于硬件的互補系統(tǒng)通信方式。

該通信方式是在主機和從機各設(shè)置1個輔助繼電器作為“握手信號”，其連接方式如圖2所示。

圖2 主機、從機握手信號連接方式圖

Z-JZ-1與Z-JZ-2為主機輔助繼電器的1個常閉接點，F(xiàn)-ZJ-1與F-ZJ-2為從機輔助繼電器的1個常閉接點，Zflag與Fflag為系統(tǒng)狀態(tài)檢測信號。主機/從機輔助繼電器隨著主機/從機開關(guān)斷路器的分合閘而分合閘，以通知對方目前所處的狀態(tài)。系統(tǒng)默認檢測信號為高電平表示主機/從機處于合閘運行狀態(tài)，低電平表示主機/從機處于分閘狀態(tài)。

該通信方式的特點在于通信簡單可靠，風(fēng)機控制系統(tǒng)可以在較短時間內(nèi)有效地檢測到互補系統(tǒng)的狀態(tài)，從而決定本系統(tǒng)的控制策略。