煤礦井下道路環(huán)境惡劣，運輸設(shè)備缺乏，各類設(shè)備不易運輸，因此相比各類大型的防爆設(shè)備，輕小易攜帶的本安設(shè)備更易被使用者接受。

　　【摘要】列舉了礦用控制系統(tǒng)中本安型設(shè)備在現(xiàn)場使用過程中易出現(xiàn)的故障，分析了本安設(shè)備存在的上電沖擊過流保護、輸出控制接點易受井下電磁干擾等故障原因，并結(jié)合筆者多年來各類系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗，給出了一些解決思路與方案以及故障診斷設(shè)計。

　　【關(guān)鍵詞】本安電源,電池,軟起動電路,接點檢測

　　1.引言

　　由于煤礦條件惡劣，設(shè)備安裝位置不可靠、控制環(huán)境存在高壓電磁污染，再加上本安設(shè)備本身電氣設(shè)計上的一些特點，使得其可靠性都受到一定的影響，本文給出了礦井控制系統(tǒng)中本安型設(shè)備存在的一些問題分析并給出了針對此類問題的設(shè)計經(jīng)驗。

　　2.系統(tǒng)中本安設(shè)備易遇到的問題

　　2.1由系統(tǒng)設(shè)備本安設(shè)計所帶來的上電沖擊問題

　　所謂本安設(shè)備即是由本安電源供電的設(shè)備。本安電源是指在“本質(zhì)安全電路標準”規(guī)定的條件下，產(chǎn)生的任何火花或者任何熱效應均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電源電路。所為供電設(shè)備，主要應用于煤礦、石油、化工、紡織等含有爆炸性混合物的環(huán)境中。

　　如圖1所示，根據(jù)本安電源的設(shè)計要求，礦用本安電源都需具有兩級保護，兩級過流、一級過壓保護。本安電源的過流保護參數(shù)中時間是很重要的一環(huán)，因為當過流值一定時，過流時間越大，所產(chǎn)生的能量越大，能量超過規(guī)定的安全值時電源必須要動作切斷輸出，否則逸散的能量太大無法達到安全要求。

　　在一個由本安電源供電的控制系統(tǒng)中，本安設(shè)備可以等效為電阻、電容、電感組成的負載，如圖2所示。

　　圖2中，當負載未得電時，C1兩端電壓為0，一旦設(shè)備接入本安電源，由于此時設(shè)備端電容為0，上電的瞬間負載會對本安電源索取很大的電流，造成很大的上電沖擊。當沖擊值很高超過本安電源的保護值時，電源的保護電路會將電源輸出切斷，導致電源上其余掛接設(shè)備無法得電。若此時某個設(shè)備正在實現(xiàn)接點輸出控制功能，則會導致其無法正常工作使得整個控制系統(tǒng)的可靠性受到影響甚至于無法正常運行。

　　在煤礦井下的惡劣環(huán)境下，由于大型機電設(shè)備的振動、設(shè)備間連接器的銹蝕等情況使得設(shè)備的電源線可能接觸不可靠，從而導致設(shè)備的短時間的掉電，就出出現(xiàn)上述分析情況，導致整個系統(tǒng)中其余設(shè)備不能正常工作。

　　2.2本安設(shè)備在強電磁干擾環(huán)境中的抗干擾問題

　　煤礦井下大型機電設(shè)備集中的地方一般都存在高壓、大電流動力線，具有很強的電磁干擾。本安設(shè)備在此種環(huán)境下很容易受到干擾出現(xiàn)接點自輸出、通訊干擾中斷等各種情況。像其中的控制接點通斷出現(xiàn)問題，經(jīng)常無法判斷是接點的輸出側(cè)出現(xiàn)問題，還是輸入側(cè)出現(xiàn)問題，無法界定故障點。

　　以上問題均為本安系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，下面提出一些解決思路與方案。

　　3.本安設(shè)備設(shè)計考慮要點

　　3.1設(shè)備通過電池供電或者采用備用電池

　　很多時候系統(tǒng)在正常工作過程中電源出現(xiàn)保護都是由于供電的接插線纜瞬斷而導致上電沖擊電流過大，使得其余設(shè)備無法正常工作�；�于此考慮，可以對系統(tǒng)中的每個本安設(shè)備增加電池供電。

　　圖3中，輸入電源經(jīng)過V1、R1、V2、V10、R2、V11構(gòu)成的充電電路對電池BT1充電。其中通過調(diào)節(jié)R1可以設(shè)置充電電流值，V11為穩(wěn)壓管，用于保護電池BT1防止其過充，電路中，當電池BT1達到一定值時內(nèi)部電路由電池向其供電，開始工作，充電電壓達到電池BT1電壓時，充電電路不再工作。

　　通過增加電池BT1，若此時外部輸入電源斷開，本設(shè)備由電池供電，工作不受影響。當電源再度接上時，即使存在上電沖擊，系統(tǒng)上其余設(shè)備由于有電池供電也不會受到影響，能保證系統(tǒng)正常運行。

　　3.2在負載的輸入端增加軟啟動來減小上電沖擊

　　導致上電沖擊保護的根本原因是電流過大，只要把電流限制住，就可避免這個問題。在負載的電源輸入側(cè)加入軟啟動電路，實現(xiàn)負載電流從上電開始緩慢起動。如圖4，由Q1和Q2兩個三極管組成軟啟動電路，VOUT-R為電源的輸入側(cè)，VOUT連接到負載。初始上電時，通過對電容C3的充電，使得C3兩端的電壓有個緩慢抬高的過程，經(jīng)Q1和Q2放大后，反映在電流上就是流過Q1的EC極的電流緩慢增大，最終Q1工作在飽和狀態(tài)，負載電流達到穩(wěn)定。這種設(shè)計拉長了啟動時間，減小了啟動斜率，避免了電流尖峰。

　　3.3對設(shè)備自身輸出接點可靠性設(shè)計以及對接點狀態(tài)的偵測

　　當D1-3腳置高，同時D2-1、2腳置低，光耦合E1導通，繼電器J1動作，設(shè)備啟動。這里要保證D2-1、2同時置低，這就是雙重反驅(qū)動，以保證全系統(tǒng)能正常可靠運行。

　　同時在設(shè)備輸出X1接點的同時，對X2接點進行檢測，X1、X2均為J1輸出的兩個接點，通過掉電保存功能存儲接點狀態(tài)。使用中當發(fā)現(xiàn)X1斷電異常而X2端點一直都很正常的時候則可判斷故障并非J1繼電器本身，進而可以進一步排查。

　　4.結(jié)語

　　本文闡述了礦用控制系統(tǒng)中本安型設(shè)備在現(xiàn)場使用過程中易出現(xiàn)的主要故障，分析了本安設(shè)備存在的上電沖擊過流保護、輸出控制接點易受井下電磁干擾等故障的原因，并給出了一些解決思路與方案。

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