单片机控制下的短路检测保护技术在井下供电设备中的应用研究

摘 要：对基于单片机的短路检测保护技术在井下供电设备中的应用做了介绍，设备可以通过可编程控制终端进行监视且参数能被修改。在实现单片机控制后，可以使系统运行稳定、安全可靠、经济适用、操作简单、维护方便。应用后确保了控制系统的安全可靠。实现了控制系统结构简单，维护方便。有针对性，科学合理。

关键词：单片机；供电设备；可编程控制；短路保护

1.概述

单片机是以自动控制技术、微计算技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已被广泛应用于各个领域。能实现开关量的逻辑控制、模拟量的闭环控制、数字量的智能控制等功能。本文研究一种新型基于单片机的电流变化率的短路检测保护技术，此项技术受线路参数影响小、动作灵敏、可靠。应用在井下供电设备中，将短路和漏电保护动作时间缩短到5ms以内，提高对供电线路及设备的保护性能。

2.工作现状

由于单片机的体积小、功能强、速度快、可靠性高，而且具有较大的灵活性和扩展性，所以他得到了广泛的应用。他即可以用于单台机电设备的控制，也可以用于工业流水线的控制。我国现已有不少工矿企业采用了单片机，但总体水平较低，老设备占多数，如何利用单片机对原设备进行改造，提高其安全保护措施，延长其使用寿命，是摆在我们面前的重要任务。

以XMZ150/1200-3型井下压滤机为例，其电器控制部分采用继电器控制，其控制线路复杂，继电器等开关使用较多，其运转可靠性差、使用寿命短、故障较频繁，由短路问题造成的备件损坏多、费用高、更重要的是影响生产作业。因该工序固、液碱性高，空气湿度大，长期试用其接线端子的标号字迹不清，给故障检查排除工作增加了困难。而压滤机的自动控制是通过电器、机械、液压等各方面联合控制来实现的，所以需要整个系统各方面工作安全可靠。

3.系统的功能与实现

井下自动压滤机的工作全过程分为六种工作状态，这六种工作状态之间的转换是相应的时间、限位开关等条件来完成的。

3.1泄压：当投料过滤完成后，启动压滤机开始卸料，卸压阀打开，将油缸内的高压油排泄掉，以防止机头松开时高压油对液压系统的冲击。卸压时间由单片机控制，当延时时间到后，压滤机转入机头松开状态。

3.2机头松开：油泵电机高速运转，松开阀，减压阀开，液压站往油缸前腔供油，油缸带动机头缓缓后退，滤室被打开，卸料过程开始。

3.3取板：油泵电机低速运转，减压阀开，液压站通过液压马达带动滤板移动器开始取板。移动器碰到滤板后，液压马达阻转，油压上升，继电器动作。

3.4拉板：液压马达反转，滤板移动器开始拉板。移动器拉着滤板碰压紧板时，液压马达阻转，油压上升，液压压力继电器（2ps）动作。结束后，重新取板，这样取板，直至拉完所有滤板，空钩返回，碰限位开关后，卸料结束，压滤机转入压紧状态。

3.5机头压紧：油泵电机高速运转，压紧阀开，液压站往油缸后腔供油，机头将推动滤板开始压紧，当压到与止推板相互接触时，电接点压力表指示的压力开始上升，达到给定的上限值经延时续压后，压紧停止，压滤机转入保压状态，即可投料过滤。

3.6保压：保压机在过滤过程中，维持滤板之间的压力在一定范围内，但由于泄漏等原因，会使压力逐渐下降，当下降到电接点压力表下限时，压滤机又重新压紧，进行补压，使压力恢复到电接点压力表上限。

以上所有动作都可以在单片机的控制下完成，我们选用的是日本OMRON公司生产的CPM1A-30CDR-A型单片机，其机构简单，使用方便，又很高的性能价格比。

我们为了进一步方便操作，并使PC机更好的适应其特殊环境要求，在原控制方式的基础上有针对性的进行了下述内容的技术改进，均取得了理想效果：

3.6.1压滤机工作现场潮湿，容易引起外部执行元件短路，造成單片机的输出点烧坏。所以，在PC机的输出点增加了0.5A的熔断器作短路保护。

3.6.2S-12S手动操作开关应在检修或调试时使用，但因原继电器连锁控制故障多，自动操作控制不可靠。所以其手动开关一直在生产中作为常用操作开关频繁使用。改为单片机控制后，自动开关工作可靠，生产中无需使用手动开关。且单片机不应在潮湿的环境中使用，因此，将手动开关与单片机一起安装在控制箱内，并将控制箱门锁住，即避免了环境的影响，更重要的是保证设备的安全可靠。

3.6.3生产中因物料需要进行重复洗涤分离，且压滤机也经常更换滤布，均不需要运行整个控制程序，只需要对压滤机进行拉板即可。所以，在1PS＼2PS拉板上并联19S＼20S点动开关，以实现随时的卸料操作，方便生产。

3.6.4压滤机一般多用于液固比含量较小的浆液的固液分离，但我厂的压滤机是主要生产设备之一，生产产量大，装卸车次数极多，如分离岗位每天每台车需卸料约20车次，每车次需拉取板54块。改为LQ-2005LR型感应式接近开关后，其调整范围大、寿命长、工作可靠、保证设备的长期自动运行。

3.6.5利用的单片机的特殊内部输出点，当出现意外原因使得单片机的两点同时动作时，能及时关闭所有输出，确保设备不受损害。

4.结束语

通过我们的精心设计和实践研究，不仅使引进的单片机得以成功的应用，使压滤机操作控制更加方便可靠，大大提高了设备的运转率，减少了设备故障率，提高了产量。该技术与现有短路检测技术相比，采用不同的技术思路和理论基础，是一种创新技术。利用本技术，可降低了备件消耗，降低了生产成本，提高安全性，保证了生产进度，取得了节支增收的效果，确有一定的推广使用价值。

基金项目：河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目（2015GGJS-203）。

参考文献

[1]徐世许.单片机原理应用网络.中国科技大学出版，2000

[2]宫淑贞.单片机原理及应用.人民邮电出版社，2002

[3]于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社，1998

作者简介：

连晗（1980-），男，河南南阳人，硕士，副教授，主要研究方向：电气控制技术、自动化技术。