煤矿井下微机系统接地的设计与应用

摘要：随着煤矿新技术的飞速发展，微机应用技术也已经深入到煤矿井下各个场所。煤矿井下微机接地的方式，因其环境、目的、对象不同，方式各异，文章针对信号基准点的选取，即抗干扰性能、安全稳定性能阐述了井下接地系统的设计与应用的原则和方法。

关键词：煤矿井下；微机接地；系统设计；系统应用

中图分类号：F235文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0017-02

随着煤矿新技术的飞速发展，微机应用技术也已经深入到煤矿井下各个场所，从轨道安全运输到主井自动排水，从风流、风量的测量到煤尘、瓦斯的监控，从主、副井提升到井下现场的监控都离不开现代微机的应用。但是，由于微机工作的特殊性和煤矿井下的特殊环境，需要对微机可靠接地，并以完善的接地系统实现微机应用的优化设计，确保其工作的稳定和安全就有了特别重要的意义。

一、煤矿井下接地的种类

在煤矿井下接地系统中，接地的目的有两个，其一，是消除杂散电流及其它电流流经同一公共地线阻抗时产生的干扰电压；其二，是要避免地磁场和地电位差的影响，即不使其形成回路，实现煤矿安全生产和安全管理的需要。具体就接地而言，有接实地和接虚地；接实地是指实现与大地的良好连接，接虚地指的是与电位基准点的连接；再把电位基准点与大地连接，就形成了共地连接。若把电位基准点自行浮置或悬空（即与大地电气绝缘），则称为浮接地（即地的浮连接）。在煤矿井下由于其工作环境的特殊性和安全性要求，选择合理、正确、安全的接地方式，不仅是微机应用系统抑制干扰的主要方法，同时也是微机安全工作的必要保证。

微机控制系统的接地与一般电气设备（强电）的接地在设计、应用上有很大的差别。一般强电设备的接地（安全地）主要以通路为目的，对地线上的压降的大小、接地点的选择，相当来说并不是多么的严格；但是对于井下的微机控制系统的接地，除了机壳、被控设备的保护地线外，主要从屏蔽和信号基准点的选取，即从抗干扰的角度考虑以及安全考虑都必须仔细研究采用接地的方式。

井下微机应用系统中，可以分为以下几种接地线：

1．数字地：又称逻辑地，是指微机及其接口逻辑电路的零电位。

2．模拟地：是A/D转换，前置放大器或比较器的零电位。

3．功率地：为大电流网络部件的零电位。

4．信号地：是指信号传感器系统的接地零电位。

5．小信号前置放大器和内存放大器、缓存放大器的接地。

6．设备地：是指微机测控对象（即外接设备）的地。

7．交流地：是指经过隔离变压器后，供给微机系统使用的交流信号参考地零电位。

8．直流地：是指为克服杂散电流后的供给微机及其他的设备使用的直流电源的零电位。

9．屏蔽地：是指为了防止静电感应和磁场感应而设置的地。

二、井下微机接地系统的应用原则和设置方式

1．井下微机与其测控的设备不应共地，因为井下工业设备一般都有较大的干扰；如轨道运输的“信、集、闭”系统，往往存在杂散电流，此时若与控制管理微机共地，会把干扰通过地线或者公共接地线引入控制系统，轻者会造成设备故障，重者就会造成系统的瘫痪，从而影响井下的生产和安全。为了解决公共地线的干扰难题，根据《煤矿安全规程》的有关安全规定，将微机和其所测控的设备从电气上隔离开来，分别使用自己的电源和接地系统，以切断干扰的传播途径，这样就可以将整个控制系统的接地系统划分为：微机系统地和外系统地系统两部分，有效的解决了共地干扰的问题。

2．井下微机的接地应该采用浮地技术，由于煤矿井下的环境特殊，现场存在供电接地系统、设备保护接地系统、安全保护接地系统等等，为了有效克服接地系统对微机控制系统的干扰，微机的接地采用浮地技术；外控设备可以用实接地。根据《煤矿井下接地系统》的有关要求，设置的浮地系统的对地绝缘应大于500兆欧姆。实接地的每一处的接地阻值不得大于2欧姆，且尽可能与井下主接地系统（接地网）相连接；个别部位无法接入井下主接地网的，可以设置局部接地极和接地网，接地电阻值不大于2欧姆。

3．数字地和模拟地应该分开，由于数字地用在通常有很大电平跳跃的环境中，很容易造成具有较大冲击的尖峰电流，从而可能引起模拟控制信号的误动作，造成安全隐患，所以，数字地和模拟地应该有效分开。但是，具体工作中经常会有A/D转换的实际，对此，只需要在ADC或DAC的一点上作有效连接，在接地系统中作有效的隔离，从而实现数字地和模拟地的分开。

4．信号线和功率线的接地应该分开，因为功率线地线上可能存在较大的干扰电压，特别是在三相负载不平衡时，就有可能在零线和接地线之间产生干扰电压，这些干扰电压信号对于能量较大的功率信号在实际应用中可以忽略，但是对于能量较小的控制信号的信息是非常有害的干扰，甚至可能将有效信息掩埋、覆盖，造成控制混乱的严重后果，所以，信号线和功率线不能共地。

5．一点接地和多点接地，根据《煤矿安全规程》对井下接地的规定，井下所有电气设备的保护装置（包括金属设备的外壳、构架、电缆的铠装、接地的芯线等）和局部接地装置，应与主接地极相连，形成1个接地网；而对于频率较高的交流信号和直流载波信号，一般低频（1MHz以下）电路应一点接地，高频（10MHz以上）电路应多点就近接地，在（1～10MHz）时，如采用一点接地，地线的长度不得超过波长的1/20，否则，就应多点接地。

这里我们研究的是煤矿井下微机应用的接地系统的一般应用原则，但在实际工作运用中，又会遇到一些似乎矛盾的问题，这就需要在现场灵活应用这些原则，比如，数字地中规定微机系统的地应与外系统的地分开，组成两个独立的系统；而在信号地中也规定了小信号线与功率线不能共地；而此时，微机向被控的设备传递的信号，既有小信号又有功率信号；显然这两组信号系统都属于外系统，按照前面的规定，外系统的地应相连接，但是后面的规定应该分开，这就产生了矛盾，对于这样的问题，在现场的实际操作应该是：把外系统再细化分成两个独立的部分，形成不同的外接地系统，即小信号接地使用浮接地，而功率信号接地系统使用实接地。这样，就能满足各方面的要求。

综上所述，这里总结的只是煤矿井下的一般应用原则，在不同的矿井有着广泛的指导意义，但是，应该结合每一个井下的具体情况，合理、科学地设置微机控制系统的接地，这不仅是井下微机系统稳定工作的保证，也是煤矿安全生产的要求，这对于把现代科技应用到煤矿生产的实际中，将发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]何克中，李伟．计算机控制系统[M]．清华大学出版社．

[2]黄丹辉，党向荣．微机测控系统中的接地系统设计[J]．工业自动化，2002，（1）．

[3]计算机应用技术[M]．中国矿业大学出版社．

作者简介：任雁翔（1967－），男，中煤集团大屯公司徐庄煤矿工程师。