PLC技术煤矿井下应用研究

2017-06-27陈敏

中国设备工程 2017年12期

关键词：电力线耐压光纤

陈敏

（重庆市科能高级技工学校，重庆 400037）

PLC技术煤矿井下应用研究

陈敏

（重庆市科能高级技工学校，重庆 400037）

针对煤矿井下网线覆盖范围只有100m，光纤在井下焊接不安全等问题，研究电力线传输技术在煤矿井下使用的技术可行性以及安全可行性。设计了安全可靠的电力线传输技术。经产品测试，综合数据显示，经过处理后的电力线传输技术符合煤矿井下安全规程要求，网线覆盖距离达到2km，可以取代光纤传输，杜绝了井下光纤焊接的安全性问题。

工业以太网；PLC；电力线载波；本质安全；信号耦合

随着国家对煤矿安全的日益重视以及煤矿综合自动化程度的不断提升，煤矿井下广播系统、视频监控系统、语音电话系统、瓦斯监控系统等大量使用，煤矿井下通讯数据量越来越大。工业以太网环网由于其带宽高、光纤传输距离远以及环网冗余的保护机制等特点，可以满足生产矿井的需要。

但是，由于工业以太网在高带宽模式下，只有光纤传输与网线传输模式，该两种模式存在一定的缺陷：光纤传输在煤矿掘进巷道等需要移动通讯设备的地方溶解光纤非常不方便；网线传输距离只有100m左右。煤矿掘进等地方需要随时移动设备，并且需要传输工业视频等高带宽设备信息，工业以太网暂时无法满足该功能的需求。而具有传输距离远、有一定网络传输带宽以及以电缆为传输介质的PLC技术完全可以解决以上问题。

1 技术简介

电力线通信（Power Line Communication，英文简称PLC）技术是指利用电力线通信数据和媒体信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，利用电源线进行传输，接受信息的适配器再把高频信号从电流中分离出来，信号经过滤波处理，转换为用户需要的各种类型信号。

电力线通信技术具有的最大优点在于不需要单独铺设通信电缆，只要设备具有交流电源就能把信号进行传输；另外，电力线技术采用电缆传输，用户维护方便，维护时不需要考虑光纤焊接时需要准备的大量安全措施。

2 PLC在煤矿的运用领域及可行性分析

由于PLC载波技术物理载体虽然为电力线，但是信号本质上是基于电流传输，煤矿相关于瓦斯监控等停电仍然需要运行的系统是不能用PLC进行传输，因此，PLC主要运用于视频信号传输以及非涉及到安全生产系统的信号传输。

PLC通信技术相当成熟，但是该技术只考虑非爆炸性环境使用，在安全技术方面存在很多问题，不能简单把该技术直接运用于煤矿井下，需要对各种输出信号进行有效的安全处理措施。

3 相关技术设计

PLC通信由于其技术的特殊性质，在煤矿领域进行使用需要做好几方面的工作：第一，设备工作电源的安全性设计；第二，由于电源干扰大，需要进行信号滤波处理。

为了确保技术的安全性，输出信号必须进行本质安全处理。

（1）电源设计。PLC通信载波芯片目前都采用5V工作电源。RJ45网络信号输出为本质安全型信号，根据煤矿安全标准要求，工作电源必须设计过流过压双重保护。具体设计电路见电源设计图1。采用晶闸管保护，保护电压为5.6V，电源电路双重过压保护电路如图1。

图1 电源电路图

（2）耦合信号滤波处理。输出PLC信号为非本安信号，作为井下设备，非本安信号与本安信号和外壳之间需能承受3000VAC耐压。选用变压器进行信号耦合，变压器变比为1:1，原边和副边隔离耐压为3750VAC。原边增加C7、C8高耐压电容将变压器与工频交流强电隔离，使通信电路能完全隔离电力网工频信号。电路原理见PLC信号耦合电路图2。