采矿机械设备供电运行安全智能管理系统设计

杨 萌

（山东东山王楼煤矿有限公司，山东 济宁 272000）

采矿机械设备主要是电力驱动，不同功能会对应不同电压等级，基本上可以分为1140V、660V、380V、127V、36V。在供应运行安全智能管理系统设计中，也需要利用不同等级电压促进管理作用的充分发挥，比如127V、36V 主要用于保护系统，而其它更高的电压等级则主要用于动力驱动。之所以要设计安全管理系统，一方面是因为矿产开采中大部分电压等级超过人体安全电压，另一方面则是矿产开采过程中环境复杂，如果不能保证供电运行的安全性，则可能导致更加严重问题的出现，如煤矿中瓦斯爆炸、石油开采中的油体燃烧等。随着科学技术的不断发展，越来越多的技术应用到了矿产开采中，尤其是智能化技术的广泛应用为供电安全智能系统设计提供了巨大支持。

1 采矿机械设备供电运行安全智能管理系统的设计意义

1.1 提高采矿机械设备供电安全性

在矿产开采环境中，供电安全需要给予更大重视，因为一旦供电方面出现问题，则可能引发大事故。采矿设备在电力驱动下才能运行，在按下启动开关后，主电力并不会直接提供动力，而是在保护系统确保采矿设备内部的漏电、欠压、断相等保护装置可以正常发挥作用后主电力才能与采矿设备接通[1]。但是采矿机械设备并不是单独运行，还会其它设备联动，比如煤矿中综掘机在启动时首先要保证后面的运输机正常运转，而想要实现这一目标，就需要通过信号系统、闭锁系统等确保这些设备配合到位，从而避免意外情况的出现。如果联动设备过多，采矿机械设备运行时就需要处理更加复杂的联动信号，这样就会增加出现意外情况的几率。设计供电运行安全智能管理系统则是为了从更高层面对采矿机械设备进行管理，让采矿机械设备在运行时不需要“自我处理”，而是将“启动权”交给安全智能管理系统。这样一来，采矿机械设备只需要按照系统要求执行相关指令，同样，其它相关设备也会在系统要求下配合采矿机械设备运行。

1.2 提高采矿机械设备管理水平

采矿机械设备供电运行安全智能管理系统是在计算机自动控制下实现运行，不仅能在出现异常情况下及时停止，还能对异常情况进行实时记录，从而为后续检修提供依据。工作人员的主要工作是通过CRT 屏幕检测各个设备的运行情况，当需要人工处理时能够迅速通知检修人员。智能技术的应用提高了采矿机械设备管理水平，降低了工作人员的劳动强度。另外，管理水平的提升还表现在衔接紧密上。每个工作环节都要通过交接班实现良好运转，具体到采矿行业中，采矿机械设备在经过“一个班” 的运行后可能会在某些方面出现问题，仍以综掘机为例，油位下降、截齿磨损等会出现在综掘机运行过程中，如果交接班时，接班人不能准确了解这些信息而盲目使综掘机进行工作，则会对机械设备多个方面造成损坏。在设计出安全智能管理系统后，接班人能够更加准确、快速地了解机械设备各方面情况，然后可以及时进行处理，同样交班人也能在机械设备停止运行后处理相关问题。

1.3 提高采矿机械设备运行效率

采矿机械设备的正常运转离不开稳定的供电系统，如果供电系统出现故障，不仅会造成机械设备难以正常启动，而且会埋下安全隐患。在分析采矿机械设备运行效率时，需要进行全面考察，不能只关注机械设备的正常运行时间，还要了解其它方面是否符合标准。比如煤矿掘进中，会在工作面迎头安装瓦斯监测装备，目的是对瓦斯含量进行监控，并且在超过一定限度时发出报警信号并切断馈电电源，如果为了提升采矿机械设备运行时间而将反馈联动切断，虽然能够在瓦斯含量下降后第一时间启动，但如果出现监测误差或延迟，则能引发事故[2]。构建安全智能管理系统不仅是要求供电方式符合安全标准，保证采矿机械设备能在更为安全的情况下进行运转，更重要的是，这一系统要与严格的管理制度结合在一起，比如要坚决实行“谁断电谁送电”、“谁检修谁拥有绝对控制权”等制度。智能型管理系统与严格规章制度互补共存，才能构建程序化、网络化、可视化、标准化的供电运行安全智能管理系统，从而保障采矿机械设备在可控状态下运转。

2 采矿机械设备供电运行安全智能管理系统设计原则

2.1 交互性原则

在安全智能管理系统设计中，交互性能够更加彰显“智能” 特征。首先，通信交互可以实现信息的“智能”传递，这对于采矿机械设备的正常运行具有重要意义，因为只有及时准确地提供信息，才能保证各个系统做出正确反应，尤其是对安全性影响较大的信息，更是要设置专项交互渠道确保信息反馈的精准与及时。其次，数据流交互是实现可视化的重要基础。采矿机械设备的运行环境较为恶劣，当出现问题和故障时，只有尽可能了解现场情况才能做出更好应对和处理。数据流交互的实现需要安全智能管理系统各个部分安装数据生成与处理设备，并且相互之间形成紧密联动。通信交互与数据流交互中的“交互性”主要体现在设备层面，而从当前发展趋势看，人机交互成为交互设计中的“重中之重”。具体到供电运行安全智能管理系统中，人机交互的实现可以更高效率地接受信息并且基于信息做出针对性调控，从而为采矿机械设备的更好运转提供支撑。

2.2 实时性原则

从管理层面分析，实时性越强，管理效率就会越高。在传统的供电运行安全管理系统中，主机系统与现场设备并不是常态连接，一般需要专项启动连接装置才能进入管理模式。这样一来，主机系统就无法实时监控设备运行状态，并且可能会因为连接装置启动时数据传输故障造成主机系统误操作。在实时性原则下，采矿机械设备供电运行安全智能管理系统设计时需要做到以下几个方面：第一，要实现一次设备状态的实时采集。一次设备状态指的是设备当前状态，包括运行、热备用、备用以及检修。采集这一数据的目的是保证管理系统可以与设备当前状态实时对位[3]。第二，要实现对闭锁、反馈元件的实时控制与信号采集。采矿机械设备运行中，闭锁、反馈元件是否运行正常直接影响到整体安全性，比如综掘机与瓦斯监测设备连锁信息必须得到实时了解，如果出现灵敏度下降、误操作频繁等情况，则需要及时进行处理。第三，要通过实时监测最大程度降低误操作。想要实现这一目标，不仅需要安全管理系统对设备运行状态实时检测，还要将控制闭锁节点、电磁锁节点等的运行情况纳入检测范围，并要与主设备建立一一对应的关系。

2.3 可靠性原则

供电运行安全智能管理系统设计需要遵循可靠性原则，目的是最大程度地保障系统正常运转。首先，要实现双网并行，即主网与备网同时配置。当主网出现故障时，备网能够自动启动代替主网发挥作用。处于正常运行状态时，监控系统会实时监测主网与备网的运行情况，如果备网出现故障，则要及时反馈。其次，要实现双机并行。与双网并行的要求相似，主机与备机也要处于实时监控中。当主机出现故障时，备机能够立即启动，并且要快速恢复到主机故障前的状态。最后，要实现双位置遥控配置。采矿机械设备供电时需要闭锁系统处于“关”状态，但有的时候会因为遥控信息不准确造成主机误操作，针对这样的问题，可以通过双位置遥控配置进行解决，即增设遥控信息发送点，只有两个遥控点信息一致时才能正常启动。

3 采矿机械设备供电运行安全智能管理系统设计实现

3.1 安全智能管理系统架构组成

采矿机械设备供电运行安全智能管理系架构组成如下：第一，微机保护系统。这一系统主要用于监控管理、数据接收与统计、发送遥控指令等。采矿机械设备的工作环境较为恶劣，在供电过程中需要及时了解现场信息，而后通过信息分析发送指令，而想要实现这一目标，需要建立管理系统与采矿机械的联结平台。这一平台要具有生成和发送音频、视频等数据信息的功能，确保管理系统接收到准确信息。第二，监控系统。监控系统包括主站监控系统与分站监控系统[4]。主站监控系统负责整体信息的接收与处理，分站系统则是对具体环节进行监控，并负责向主站系统发送信息，比如分站系统中有过流监控、过压监控、短路监控、漏电监控等。第三，综合保护设备。综合保护设备是实际作用部分，是微机保护系统与监控系统最终作用对象。同时，综合保护设备要得到两个系统的管理，确保综合保护装备能够正常运作。

3.2 安全智能管理系统主站设计

主站系统包括三个部分，分别是通讯服务器、数据服务器以及监控工作站。设计过程如下：第一，实现数据采集与处理功能。数据采集需要遵循相关通讯协议，目的是使数据采集符合参数要求与通讯接口匹配，进而保证数据动态组织与有效编辑。另外，数据处理中要通过前置机子系统实现数据的快速传递，为操作人员提供数据支持[5]。第二，组态设计。目的是将供电情况通过图元、曲线、数据框等模式清晰呈现出来，并且实现实时呈现。另外，组态设计中要充分遵循交互性原则，能够让操作人员根据具体情况“随机应变”，比如可以将相关信息通过报表等方式打印出来传送给检修部门，为检修部门制定检修策略提供依据。第三，建立数据记录系统。故障发生、处理等过程需要被记录下来，并且要根据严重程度进行级别划分，目的是为管理系统的后续维护提供数据源。

3.3 安全智能管理系统分站设计

分站系统设计中包括主控制器模块设计、基本外围电路设计、数字信号处理单元设计等。主控制器模块设计的核心是保证处理器功能的实现，如模拟功能、数据采集功能等。保护算法的确定、通信接口的设置、管理调度系统的构建等是最为关键的几个环节，比如传统处理器中经常出现处理浮点数据精度低、周期长等情况，而在通信接口得到革新后，则可以在提升处理器运行速度的基础上优化数据处理精度。在基本外围电路设计中，串行通信接口电路、双以太网接口电路、液晶显示接口电路、设备运行等驱动信号是重要设计对象，这是保证安全智能管理系统通讯正常、信号预警正常等方面的基础。在数字信号处理单元设计中，主要是完成模拟量数据过滤、为信息数据设定实时日期以及保证串行通信接口与协议层的通信。