雙電源雙風(fēng)機智能保護控制系統設計

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的設計方案，簡(jiǎn)要介紹了該系統的組成與工作原理，著(zhù)重分析了系統的互補控制策略和啟動(dòng)控制策略?，F場(chǎng)試驗表明，該系統能準確可靠地實(shí)現主、備風(fēng)機的自動(dòng)切換，并可減小啟動(dòng)沖擊電流對電源的影響。
0 引 言

目前，我國煤礦通風(fēng)系統中，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(dòng)切換裝置是系統中的關(guān)鍵設備，直接關(guān)系到整個(gè)系統能否安全運轉。因此，雙電源雙風(fēng)機自動(dòng)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，尤其在現場(chǎng)事故發(fā)生時(shí)無(wú)法自動(dòng)采取緊急措施，嚴重影響了設備的安全運行。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的設計。該系統運用CAN總線(xiàn)技術(shù)，結合自適應互補控制策略，可以方便地檢測雙電源雙風(fēng)機的各項運行參數；當風(fēng)機出現故障或工作不正常時(shí)，能夠實(shí)時(shí)準確地采取相應的故障處理措施，并發(fā)出警告信息；能準確可靠地實(shí)現主、備風(fēng)機的自動(dòng)切換，當一臺風(fēng)機出現故障停機后，另一臺風(fēng)機自動(dòng)啟動(dòng)，保證井下供風(fēng)不間斷；多臺風(fēng)機依次啟動(dòng)，可避免多臺設備同時(shí)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)大啟動(dòng)電流而損壞設備。

1 雙電源雙風(fēng)機保護控制系統的組成

雙電源雙風(fēng)機保護控制系統結構如圖1所示。

圖1 雙電源雙風(fēng)機保護控制系統結構圖

該系統包括主機和從機2個(gè)保護控制系統，控制核心采用雙CPU結構，下設通信、LCD顯示、人機接口、控制與保護4個(gè)功能模塊。其中，8位AVR單片機作為上位機，負責實(shí)現LCD顯示、人機交互、CAN總線(xiàn)通信等功能；16位DSPIC單片機作為下位機，負責實(shí)時(shí)采集處理數據，執行保護算法，對風(fēng)機進(jìn)行保護與控制。這種結構可以提高系統的實(shí)時(shí)性，使CPU分工明確，提高效率。

來(lái)自電網(wǎng)的雙電源分別對主機保護控制系統與從機保護控制系統單獨供電。主機與從機互補，保證供風(fēng)系統不問(wèn)斷運行。同時(shí)，主機保護控制系統與從機保護控制系統分別控制2臺風(fēng)機的運行。

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

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

該通信方式是在主機和從機各設置1個(gè)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(gè)常閉接點(diǎn)，F-ZJ-1與F-ZJ-2為從機輔助繼電器的1個(gè)常閉接點(diǎn)，Zflag與Fflag為系統狀態(tài)檢測信號。主機/從機輔助繼電器隨著(zhù)主機/從機開(kāi)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(diǎn)在于通信簡(jiǎn)單可靠，風(fēng)機控制系統可以在較短時(shí)間內有效地檢測到互補系統的狀態(tài)，從而決定本系統的控制策略。