煤礦井下微機(jī)系統(tǒng)接地的設(shè)計與應(yīng)用

1、煤礦井下微機(jī)系統(tǒng)接地的設(shè)計與應(yīng)用    摘要：隨著煤礦新技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)應(yīng)用技術(shù)也已經(jīng)深入到煤礦井下各個場所。煤礦井下微機(jī)接地的方式，因其環(huán)境、目的、對象不同，方式各異，文章針對信號基準(zhǔn)點的選取，即抗干擾性能、安全穩(wěn)定性能闡述了井下接地系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用的原則和方法。 關(guān)鍵詞：煤礦井下；微機(jī)接地；系統(tǒng)設(shè)計；系統(tǒng)應(yīng)用隨著煤礦新技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)應(yīng)用技術(shù)也已經(jīng)深入到煤礦井下各個場所，從軌道安全運輸?shù)街骶詣优潘?，從風(fēng)流、風(fēng)量的測量到煤塵、瓦斯的監(jiān)控，從主、副井提升到井下現(xiàn)場的監(jiān)控都離不開現(xiàn)代微機(jī)的應(yīng)用。但是，由于微機(jī)工作的特殊性和煤礦井下的特殊環(huán)境，需要

2、對微機(jī)可靠接地，并以完善的接地系統(tǒng)實現(xiàn)微機(jī)應(yīng)用的優(yōu)化設(shè)計，確保其工作的穩(wěn)定和安全就有了特別重要的意義。 一、煤礦井下接地的種類在煤礦井下接地系統(tǒng)中，接地的目的有兩個，其一，是消除雜散電流及其它電流流經(jīng)同一公共地線阻抗時產(chǎn)生的干擾電壓；其二，是要避免地磁場和地電位差的影響，即不使其形成回路，實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)和安全管理的需要。具體就接地而言，有接實地和接虛地；接實地是指實現(xiàn)與大地的良好連接，接虛地指的是與電位基準(zhǔn)點的連接；再把電位基準(zhǔn)點與大地連接，就形成了共地連接。若把電位基準(zhǔn)點自行浮置或懸空（即與大地電氣絕緣），則稱為浮接地（即地的浮連接）。在煤礦井下由于其工作環(huán)境的特殊性和安全性要求，選擇合理

3、、正確、安全的接地方式，不僅是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抑制干擾的主要方法，同時也是微機(jī)安全工作的必要保證。 微機(jī)控制系統(tǒng)的接地與一般電氣設(shè)備（強(qiáng)電）的接地在設(shè)計、應(yīng)用上有很大的差別。一般強(qiáng)電設(shè)備的接地（安全地）主要以通路為目的，對地線上的壓降的大小、接地點的選擇，相當(dāng)來說并不是多么的嚴(yán)格；但是對于井下的微機(jī)控制系統(tǒng)的接地，除了機(jī)殼、被控設(shè)備的保護(hù)地線外，主要從屏蔽和信號基準(zhǔn)點的選取，即從抗干擾的角度考慮以及安全考慮都必須仔細(xì)研究采用接地的方式。 井下微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，可以分為以下幾種接地線：1數(shù)字地：又稱邏輯地，是指微機(jī)及其接口邏輯電路的零電位。 2模擬地：是A/D轉(zhuǎn)換，前置放大器或比較器的零電位。 3功率

4、地：為大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。 4信號地：是指信號傳感器系統(tǒng)的接地零電位。 5小信號前置放大器和內(nèi)存放大器、緩存放大器的接地。 6設(shè)備地：是指微機(jī)測控對象（即外接設(shè)備）的地。 7交流地：是指經(jīng)過隔離變壓器后，供給微機(jī)系統(tǒng)使用的交流信號參考地零電位。 8直流地：是指為克服雜散電流后的供給微機(jī)及其他的設(shè)備使用的直流電源的零電位。 9屏蔽地：是指為了防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的地。 二、井下微機(jī)接地系統(tǒng)的應(yīng)用原則和設(shè)置方式1井下微機(jī)與其測控的設(shè)備不應(yīng)共地，因為井下工業(yè)設(shè)備一般都有較大的干擾；如軌道運輸?shù)摹靶?、集、閉”系統(tǒng)，往往存在雜散電流，此時若與控制管理微機(jī)共地，會把干擾通過地線或者公共接地線引

5、入控制系統(tǒng)，輕者會造成設(shè)備故障，重者就會造成系統(tǒng)的癱瘓，從而影響井下的生產(chǎn)和安全。為了解決公共地線的干擾難題，根據(jù)煤礦安全規(guī)程的有關(guān)安全規(guī)定，將微機(jī)和其所測控的設(shè)備從電氣上隔離開來，分別使用自己的電源和接地系統(tǒng)，以切斷干擾的傳播途徑，這樣就可以將整個控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)劃分為：微機(jī)系統(tǒng)地和外系統(tǒng)地系統(tǒng)兩部分，有效的解決了共地干擾的問題。 2井下微機(jī)的接地應(yīng)該采用浮地技術(shù)，由于煤礦井下的環(huán)境特殊，現(xiàn)場存在供電接地系統(tǒng)、設(shè)備保護(hù)接地系統(tǒng)、安全保護(hù)接地系統(tǒng)等等，為了有效克服接地系統(tǒng)對微機(jī)控制系統(tǒng)的干擾，微機(jī)的接地采用浮地技術(shù)；外控設(shè)備可以用實接地。根據(jù)煤礦井下接地系統(tǒng)的有關(guān)要求，設(shè)置的浮地系統(tǒng)的對地絕

6、緣應(yīng)大于500兆歐姆。實接地的每一處的接地阻值不得大于2歐姆，且盡可能與井下主接地系統(tǒng)（接地網(wǎng)）相連接；個別部位無法接入井下主接地網(wǎng)的，可以設(shè)置局部接地極和接地網(wǎng)，接地電阻值不大于2歐姆。 3數(shù)字地和模擬地應(yīng)該分開，由于數(shù)字地用在通常有很大電平跳躍的環(huán)境中，很容易造成具有較大沖擊的尖峰電流，從而可能引起模擬控制信號的誤動作，造成安全隱患，所以，數(shù)字地和模擬地應(yīng)該有效分開。但是，具體工作中經(jīng)常會有A/D轉(zhuǎn)換的實際，對此，只需要在ADC或DAC的一點上作有效連接，在接地系統(tǒng)中作有效的隔離，從而實現(xiàn)數(shù)字地和模擬地的分開。 4信號線和功率線的接地應(yīng)該分開，因為功率線地線上可能存在較大的干擾電壓，特別是

7、在三相負(fù)載不平衡時，就有可能在零線和接地線之間產(chǎn)生干擾電壓，這些干擾電壓信號對于能量較大的功率信號在實際應(yīng)用中可以忽略，但是對于能量較小的控制信號的信息是非常有害的干擾，甚至可能將有效信息掩埋、覆蓋，造成控制混亂的嚴(yán)重后果，所以，信號線和功率線不能共地。 5一點接地和多點接地，根據(jù)煤礦安全規(guī)程對井下接地的規(guī)定，井下所有電氣設(shè)備的保護(hù)裝置（包括金屬設(shè)備的外殼、構(gòu)架、電纜的鎧裝、接地的芯線等）和局部接地裝置，應(yīng)與主接地極相連，形成1個接地網(wǎng)；而對于頻率較高的交流信號和直流載波信號，一般低頻（1MHz以下）電路應(yīng)一點接地，高頻（10MHz以上）電路應(yīng)多點就近接地，在（110MHz）時，如采用一點接地

8、，地線的長度不得超過波長的1/20，否則，就應(yīng)多點接地。 這里我們研究的是煤礦井下微機(jī)應(yīng)用的接地系統(tǒng)的一般應(yīng)用原則，但在實際工作運用中，又會遇到一些似乎矛盾的問題，這就需要在現(xiàn)場靈活應(yīng)用這些原則，比如，數(shù)字地中規(guī)定微機(jī)系統(tǒng)的地應(yīng)與外系統(tǒng)的地分開，組成兩個獨立的系統(tǒng)；而在信號地中也規(guī)定了小信號線與功率線不能共地；而此時，微機(jī)向被控的設(shè)備傳遞的信號，既有小信號又有功率信號；顯然這兩組信號系統(tǒng)都屬于外系統(tǒng)，按照前面的規(guī)定，外系統(tǒng)的地應(yīng)相連接，但是后面的規(guī)定應(yīng)該分開，這就產(chǎn)生了矛盾，對于這樣的問題，在現(xiàn)場的實際操作應(yīng)該是：把外系統(tǒng)再細(xì)化分成兩個獨立的部分，形成不同的外接地系統(tǒng)，即小信號接地使用浮接地，而功率信號接地系統(tǒng)使用實接地。這樣，就能滿足各方面的要求。 綜上所述，這里總結(jié)的只是煤礦井下的一般應(yīng)用原則，在不同的礦井有著廣泛的指導(dǎo)意義，但是，應(yīng)該結(jié)合每一個井下的具體情況，合理、科學(xué)地設(shè)置微機(jī)控制系統(tǒng)的接地，這不僅是井下微機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的保證，也是煤礦安全生產(chǎn)的要求，這對于把現(xiàn)代科技應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)的實