面向技术应用的矿用断电控制系统实训项目设计

潘志栋

摘 要：矿用断电控制器是联系井下环境参数监测系统与工作面采掘设备的桥梁。本文基于實训环境，通过设备实训培养学生在断电控制技术应用层面的系统观。通过数据采集与通讯传输实训，使学生掌握传感器的特性及其功能电路，并通过设计单片机应用系统培养学生智能设备软、硬件设计能力。通过矿用监控系统需求分析，以提交信息系统数据流图（DFD）和数据字典（DD）的方式培养学生数据建模能力。为培养学生在专业交叉和融合中快速学习新事物的能力做一些探索。

关键词：矿用断电控制器 环境参数监测 数据建模

中图分类号：TH702 文献标识码：A 文章编号：1672-37791（2017）10（a）-0230-02

矿用断电控制器是井下安全生产监控环节中的重要设备，可用于瓦斯超限时的自动断电、通风局扇故障时风电闭锁及自动启动备用风扇等。为保证煤矿井下生产的安全，煤矿企业大多配备了甲烷传感器、甲烷断电仪、通风局扇及备用局扇等安全生产保护设备，分别对井下甲烷、CO、风速等环境参数进行监测，对井下作业场所进行强制通风，以降低有害气体的浓度。当矿井甲烷浓度等监测参数出现超标时，根据相应参数设定限值，及时采取有效措施，按预定的程序报警提示，对采掘面工作设备进行断电闭锁；当通风局扇故障时，及时启动备用局扇。当监测参数浓度恢复到正常值时，实现对工作设备的解锁及人工复电。

当下，新经济的发展对传统采矿工程专业人才培养提出挑战。大数据，物联网、智能化等新概念层出不穷，传统的采矿工程教育已不足以应对时代变革。相对于传统的工科人才，未来新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强的高素质复合型“新工科”人才。因此，培养学生在专业交叉和融合中快速学习新事物的能力很重要。吕梁学院采矿工程专业属应用技术型本科。实践教学遵循以“技术”的知识、技能为内容，通过适当的教学手段来实现“技术”应用、服务实践的目标。面向技术应用的矿用断电控制系统实训项目设计是该专业基于上述指导思想下所做的一些探索。

1 功能分析与实训环境介绍

在煤矿安全生产过程中，环境参数传感器需时刻监测井下环境是否安全，如矿井气体浓度、风速、温度等参数是否正常，如超出正常范围，则必须控制执行设备立即停止工作，以免造成人身安全和财产损失，因此，一套完整的矿用断电控制系统由环境参数监测传感器、监控分站、断电控制装置、被控设备等组成。

实训环境如图1所示，设备有局扇YBT-2.2和工作机械异步电机YBS4-75，馈电开关KBZ-220/660（380）和电磁启动器QJZ16-80/660（380），可逆QBZ-80/660（380），浓度1%的甲烷标准气体，矿用传感器标校装置，甲烷传感器GJC4（A），矿用断电器KDC660，矿用分站KJ340-F，监控主机，大屏幕投影等。

实训室按照每批4组，每组3～5人设置。4组分别为甲烷标校组，监控主机参数配置组，工作机械控制组，局扇控制组。沿墙布置投影幕布和可移动白板辅助教学，投影幕布前布置教学区。室内保持通风良好，严禁烟火。用电要求为三相五线制，380V，40kW。

2 实训项目划分

基于实训环境特点，设计以下三部分实训内容。（1）通过设备实训培养学生在断电控制技术应用层面的系统观。（2）通过矿用分站、矿用断电控制器基本功能分析与设计实训，培养学生智能设备软硬件设计能力。（3）通过系统需求分析与DFD绘制培养学生数据建模能力。

2.1 系统装调实训

实训目的：掌握甲烷传感器标校过程；用开停传感器完成设备电缆的信号采集；完成甲烷传感器、分站、信号传输接口、监控主机、断电器、开停传感器及设备电缆间接线，进行断电关系配置实现功能闭锁。

教学手段：板书、PPT、实训设备操作与演示相结合。

预备内容：（1）实验设备涉及甲烷标准气体，矿用传感器标校装置，甲烷传感器GJC4（A），矿用断电器KDC660，工作电机YBS4-75，矿用分站KJ340-F，监控主机等。（2）调校用标准气样和设备的检查。标准气样的标准值为1%、1.5%、2%。清洁空气中残留甲烷的含量应低于0.03%。检查减压阀和流量计的准确、灵敏度。检查与仪器配套使用的扩散罩。

任务1：甲烷传感器标校。

第一步为外观及通电检查。外观完好，结构完整。仪器各调节旋钮应能正常调节。通电检查时，表观的动作部件应能正常动作，显示部分应有相应显示。通电稳定20min。

第二步为仪器零点校准。通入新鲜空气，让仪器稳定后，调准仪器零点。

第三步为仪器示值校准。先通入1%的标准气样，待仪器示值稳定后，调节灵敏度电位器进行调校，确保误差不超范围。再通入新鲜空气，检查回零情况。接下来再通入1%标准气样，观察示值是否在误差范围内。以上操作重复3次，如有1次不合格，重复校准。

任务2：瓦斯电闭锁控制线路装调。

第一步熟悉断电器组成及工作原理；断电控制器主要功能及技术指标。

第二步完成矿用断电控制器与分站、被控电磁启动器和馈电开关的连接。

第三步进行闭锁关系配置，试验设备断电与复电功能。

第四步通过设备运行状态观察和监控画面投影显示完成瓦斯电闭锁调试。

2.2 矿用分站、矿用断电控制器基本功能分析与设计实训

矿用分站通过485总线接收矿用传感器（如甲烷传感器或温度传感器）信息，在本机存储数据，并通过RS232端口上传上位机PC监控系统显示。对于超限信息，会向断电控制器发送命令，通过断电控制器实现对被控设备控制。矿用分站各功能模块组成如图3所示。

断电控制器接收分站信息，通过断电控制触点实现对被控设备控制。如图3所示，断电控制器由信号输入电路、信号输出电路、MCU最小系统、显示电路、继电器及断电控制触点等组成。拨码开关用于设置断电控制器的节点地址。endprint

通过本项目，学生可以熟悉矿用传感器的使用及数据采集过程。通过矿用分站和断电控制器基本功能模块的设计、制版和通讯调试，可使学生熟悉智能设备软硬件设计流程。

2.3 断电控制系统功能分析实训

2.3.1 系统需求分析

用数据流图DFD及数据字典DD来表达矿用断电控制系统的基本工作过程。系统外部项有矿用监控系统操作员和维护员。数据处理包括显示屏上各种信息、井下传感器的报警点、断电点和复电点的更改与保存。

2.3.2 概念模型设计

基于系统需求分析阶段的数据流图DFD及数据字典DD，用E-R图来表达矿用断电控制系统的信息管理需求。

2.3.3 逻辑模型设计

基于E-R图完成数据库基本表模式设计。并用VB加ACCESS实现信息管理系统的基本功能。

3 考核与评价

实训过程中将考核与教学融为一体，作为一个完整的教学过程来落实，实现“学”中“考”，“考”中“学”，避免学生学习前松后紧和期末“一考定成败”的局面。同时注重学生个体间差异，使每个学生都能获得特色和长足的发展。

实训成绩包括实训报告成绩与课堂表现成绩。课堂表现成绩主要包括学生交流的能力、合作的能力、解决问题的能力和自我思考的能力。不仅包含教师对学生的评价，也涵盖了学生的自评与互评。确保课堂表现总评成绩客观。

4 结语

该文介绍了面向技术应用的矿用断电控制系统实训项目设计思路，对实训项目进行划分并对工作流程做了介绍，为培养学生在专业交叉和融合中快速学习新事物的能力做一些有益的探索。

参考文献

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