煤矿机电运输电气控制系统抗干扰技术应用研究

煤矿机电运输电气控制系统抗干扰技术应用研究

白雪1,2

     （1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司，抚顺 113122）

（2.沈阳煤炭科学研究所有限公司，沈阳 110011）

摘要：煤矿作为重要的能源供应来源，其生产的关键设备之一是煤矿机电运输电气控制系统。煤矿机电运输电气控制系统的正常稳定运行，对于提高煤矿生产效率、降低事故风险具有重要意义。因此，通过分析煤矿机电运输电气控制系统抗干扰技术的重要性，探究电气控制系统抗干扰技术在煤矿机电运输中的应用。

关键词：煤矿机电；运输；电气控制系统；抗干扰技术；应用

引言

随着科学技术的不断发展,微电子技术和计算机技术应用于机械工程领域对于提高产品的产量与质量、节约能源和材料、实现生产的现代化管理等方面都具有重要的作用。电气控制系统投入工业应用环境运行时,系统总会受到电网、空间与周围环境干扰［1］。若系统抗干扰性能差,则各电气功能模块将不能进行正常的运行,最终将导致系统产生故障,无法正常的工作。

1电气控制系统的干扰源

从电气控制系统在实际工况下受干扰的现象来看,系统所受到的干扰源分为电源干扰、信号传输过程干扰、场干扰等,如图1所示。

图1

1.1供电电源产生的干扰

工业现场的电网污染严重,大功率设备会造成电网的输出功率严重波动,使得电网电压大幅度地涨落、浪涌。其中大功率开关的通断,电动机的启停等原因,电网上常常出现很高的尖峰脉冲干扰。其幅度大的可达数百伏甚至上千伏,而脉宽一般为μS数量级［2］。对于电气控制系统来说,危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰。图2示出了尖峰脉冲的形状。据统计,电源的投入、瞬时短路、欠压、过压、电网窜入的噪声引起电气控制系统出现误操作,控制系统无法完成预定任务。

图2

1.2信号传输过程干扰

信号传输过程干扰主要来源于长线传输。当系统中有电气设备线路表面破损,接地系统设置不合理,或者传感器探头部件绝缘不好等,以及各通道的传输线由于为了不知方便常常处于同根电缆或捆扎在一起,尤其是信号线与交流电源线处于同一根管道时,产生的共模或差模电压都会影响系统,使系统无法工作。

1.3场干扰

电气控制系统中所使用的各种类型电气元件,有的是集中安装在控制室,有的是分散安装在生产现场的各单机设备上,显然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中,这些场干扰会通过电源或传输线影响各功能模块的正常工作,使其中的电平发生变化或产生脉冲干扰信号［3］。

2煤矿机电运输电气控制系统抗干扰技术应用研究

2.1抗雷电干扰技术

2.1.1接地系统设计

首先，设计多级接地网和合理布置接地导体。多级接地网可以提高接地系统的可靠性和稳定性。通过将接地系统分为不同的级别，把地下部分的接地网与建筑物接地网相连接，形成一个复杂的接地网结构，以降低雷电冲击对设备的影响。在接地系统设计中，需要选择合适的接地导体材料和布置方式。其中，接地导体应具有良好的导电性能和耐腐蚀性能，并对其进行合理布置，尽量减少接地电阻，增强接地系统的效果。其次，接地点的数量和分布对于接地系统的效果至关重要。在设计过程中，应根据设备的特点和布局，确定合适的接地点数量，并合理分布在相关位置。这可以提高系统的接地性能和抗雷电干扰能力。再次，地下金属结构的处理。煤矿中存在大量的地下金属结构，如井筒、坑道等。这些金属结构容易引入雷电干扰。在接地系统设计中，需要将这些地下金属结构与接地系统连接，以保持整个系统的连续性和一致性［4］。最后，接地系统的监测和维护。定期监测和维护接地系统也十分重要。通过使用合适的测量仪器和设备，检测接地电阻、接地电位的变化，并进行必要的维护和修复工作，以保证接地系统正常运行。

2.1.2防雷装置选用

煤矿机电运输电气控制系统抗雷电干扰技术中，防雷装置选用非常关键，具体包括以下3个方面：①避雷针。避雷针是一种用于引导和释放雷电的装置，在煤矿机电设备的高处设置避雷针，可以有效地吸引和释放雷电，降低雷电对设备的影响。②避雷带。避雷带是一种通过金属导体连接接地系统的装置，可将雷电转移到接地系统中。在煤矿机电设备周围设置避雷带，可以将雷电引导到接地系统，保护设备免受直接雷击。③防雷接地。在防雷装置选用中，合理的接地设计至关重要。通过增加接地导体的数量和直径，优化接地点的位置和布置，可以增强接地系统的效果，使其更好地抵御雷电干扰。

2.2抗振动技术与抗冲击技术

2.2.1抗振动技术

①结构设计。对机电设备进行结构设计时，考虑采用减振材料，同时提高机体的刚度和强度，降低振动对设备正常运行的影响。②隔振措施。采用隔振装置，如橡胶垫、弹簧隔振器等，将设备与支撑点隔离，降低外界振动对设备的影响。③振动传感器。安装振动传感器监测设备的振动情况，及时发现异常振动，并采取相应的措施，如停机保护或调整设备位置［5］。

2.2.2抗冲击技术

①结构加固。在设备设计过程中，考虑提高机体的结构强度，采用适当的加固措施，使设备对冲击具有较好的抵抗能力。②冲击吸收材料。使用冲击吸收材料，如橡胶、泡沫塑料等，吸收和分散冲击能量，减少冲击对设备的损害。③防护罩和外壳设计。采用坚固的防护罩和外壳，对关键部件进行有效的保护，防止外部冲击对设备造成损坏。在进行抗振动和抗冲击技术的应用研究时，需要通过实验和模拟分析等手段，对系统进行性能测试和评估。

2.3故障诊断技术

煤矿机电运输电气控制系统在工作中经常面临各种故障。为能够及时、准确地进行故障诊断和维修，在系统设计和应用中，需要运用故障诊断技术。具体包括以下3个方面：①系统状态监测。通过安装传感器或采集接口，实时监测设备的工作状态，包括温度、压力、振动等参数，及时发现异常情况，为故障诊断提供数据支持。②数据分析和处理。采用数据分析和处理技术，对监测到的数据进行处理和分析，从而快速准确地判断故障原因，并给出相应的解决方法。③预警机制。建立故障预警机制，当系统出现异常或潜在的故障时，能够及时发出预警信号，提醒操作人员保养设备或进行维修。④远程监控和维护。通过远程监控和维护技术，实现对设备的远程监控、故障诊断和维修，降低维护成本，提高设备的使用效率和可靠性［6］。

结束语

电气控制系统的防干扰是一个非常复杂的过程,设计时要根据具体的工况来全面的考虑,抗干扰措施是由工控系统开发者操作的项目,应用恰当与否取决于开发者的实践经验和对现场的深刻认识。做好抗干扰措施是电气控制系统的基础建设,首先做好它是成功的保证。

参考文献

[1] 人工智能在煤矿安全监控领域的研究进展. 王子良;李作淘;阚朝东.煤矿安全,2022.

[2] 探索加强煤矿安全管理的有效路径. 梁刚刚.煤矿安全,2022.

[3] 大数据在煤矿安全领域的应用. 李璐.煤矿安全,2022.

[4] 基于风险管控的煤矿安全综合防控体系建设研究. 王玺淦.煤矿安全,2022.

[5] 安全目标管理在煤矿安全管理中的应用分析. 刘翠林.煤矿安全,2022.

[6] 煤矿安全管理存在问题及其防控措施. 赵柯柯.煤矿安全,2022.

[7]张进忠.提升煤矿机电运输管理水平的有效策略[J].机械管理开发，2021，36（3）：269-270.

（作者简介：白雪，女，1985年生，硕士，副研究员，主要从事煤矿安全技术装备研究）