雙電源雙風機智能保護控制系統(tǒng)設計

文章提出了一種基于單片機的雙電源雙風機智能保護控制系統(tǒng)的設計方案，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，我國煤礦通風系統(tǒng)中，雙電源雙風機是一種比較高效、安全的風機組成形式，其自動切換裝置是系統(tǒng)中的關鍵設備，直接關系到整個系統(tǒng)能否安全運轉(zhuǎn)。因此，雙電源雙風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重要。

目前，已運行的雙電源雙風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機智能保護控制系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)運用CAN總線技術，結(jié)合自適應互補控制策略，可以方便地檢測雙電源雙風機的各項運行參數(shù)；當風機出現(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、備風機的自動切換，當一臺風機出現(xiàn)故障停機后，另一臺風機自動啟動，保證井下供風不間斷；多臺風機依次啟動，可避免多臺設備同時啟動時產(chǎn)生過大啟動電流而損壞設備。

1 雙電源雙風機保護控制系統(tǒng)的組成

雙電源雙風機保護控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙電源雙風機保護控制系統(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，負責實時采集處理數(shù)據(jù)，執(zhí)行保護算法，對風機進行保護與控制。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。

因為雙電源雙風機保護控制系統(tǒng)必須嚴格保證井下的持續(xù)供風，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。