双电源双风机智能保护控制系统的设计

0 引言

　　目前，我国煤矿通风系统中，双电源双风机是一种比较高效、安全的风机组成形式，其自动切换装置是系统中的关键设备，直接关系到整个系统能否安全运转。因此，双电源双风机自动切换装置保护、控制方式的有效性与可靠性对其安全运行至关重要。

　　目前，已运行的双电源双风机大都采用继电器控制，功能少、可靠性差、控制精度低，尤其在现场事故发生时无法自动采取紧急措施，严重影响了设备的安全运行。因此，本文提出了一种新型的基于单片机的双电源双风机智能保护控制系统的设计。该系统运用CAN总线技术，结合自适应互补控制策略，可以方便地检测双电源双风机的各项运行参数；当风机出现故障或工作不正常时，能够实时准确地采取相应的故障处理措施，并发出警告信息；能准确可靠地实现主、备风机的自动切换，当一台风机出现故障停机后，另一台风机自动启动，保证井下供风不间断；多台风机依次启动，可避免多台设备同时启动时产生过大启动电流而损坏设备。

1 双电源双风机保护控制系统的组成

　　双电源双风机保护控制系统结构如图1所示。

　　该系统包括主机和从机2个保护控制系统，控制核心采用双CPU结构，下设通信、LCD显示、人机接口、控制与保护4个功能模块。其中，8位 AVR单片机作为上位机，负责实现LCD显示、人机交互、CAN总线通信等功能；16位DSPIC单片机作为下位机，负责实时采集处理数据，执行保护算法，对风机进行保护与控制。这种结构可以提高系统的实时性，使CPU分工明确，提高效率。

　　来自电网的双电源分别对主机保护控制系统与从机保护控制系统单独供电。主机与从机互补，保证供风系统不问断运行。同时，主机保护控制系统与从机保护控制系统分别控制2台风机的运行。

　　由于主机保护控制系统与从机保护控制系统是2个相互独立又相互互补的系统，这就要求主机控制系统与从机控制系统不仅要清楚本系统所处的状态，同时还要明白互补系统所处的状态。所以主机控制系统与从机控制系统之间需要以某种方式进行通信。

　　因为双电源双风机保护控制系统必须严格保证井下的持续供风，所以从机在主机停机时必须立即投入运行。CAN总线作为一种软件通信方式，会由于井下工作环境的复杂多变或软件协议本身延迟等原因无法使互补系统在第一时间接收到表示对方工作状态的帧。从供风系统的可靠性和连续性方面考虑，这是不允许的。所以，本系统采用了基于硬件的互补系统通信方式。

　　该通信方式是在主机和从机各设置1个辅助继电器作为“握手信号”，其连接方式如图2所示。

　　Z-JZ-1与Z-JZ-2为主机辅助继电器的1个常闭接点，F-ZJ-1与F-ZJ-2为从机辅助继电器的1个常闭接点，Zflag与 Fflag为系统状态检测信号。主机/从机辅助继电器随着主机/从机开关断路器的分合闸而分合闸，以通知对方目前所处的状态。系统默认检测信号为高电平表示主机/从机处于合闸运行状态，低电平表示主机/从机处于分闸状态。

　　该通信方式的特点在于通信简单可靠，风机控制系统可以在较短时间内有效地检测到互补系统的状态，从而决定本系统的控制策略。