煤礦井下微機系統(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；微機接地；系統(tǒng)設(shè)計；系統(tǒng)應(yīng)用

中圖分類號：F235文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）16-0017-02

隨著煤礦新技術(shù)的飛速發(fā)展，微機應(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瑥娘L流、風量的測量到煤塵、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)代微機的應(yīng)用。但是，由于微機工作的特殊性和煤礦井下的特殊環(huán)境，需要對微機可靠接地，并以完善的接地系統(tǒng)實現(xiàn)微機應(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點的連接；再把電位基準點與大地連接，就形成了共地連接。若把電位基準點自行浮置或懸空（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、正確、安全的接地方式，不僅是微機應(yīng)用系統(tǒng)抑制干擾的主要方法，同時也是微機安全工作的必要保證。

微機控制系統(tǒng)的接地與一般電氣設(shè)備（強電）的接地在設(shè)計、應(yīng)用上有很大的差別。一般強電設(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，相當來說并不是多么的嚴格；但是對于井下的微機控制系統(tǒng)的接地，除了機殼、被控設(shè)備的保護地線外，主要從屏蔽和信號基準點的選取，即從抗干擾的角度考慮以及安全考慮都必須仔細研究采用接地的方式。

井下微機應(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、井下微機接地系統(tǒng)的應(yīng)用原則和設(shè)置方式

1．井下微機與其測控的設(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共地，會把干擾通過地線或者公共接地線引入控制系統(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)備保護接地系統(tǒng)、安全保護接地系統(tǒng)等等，為了有效克服接地系統(tǒng)對微機控制系統(tǒng)的干擾，微機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，特別是在三相負載不平衡時，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（1～10MHz）時，如采用一點接地，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)置微機控制系統(tǒng)的接地，這不僅是井下微機系統(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)的實際中，將發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

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作者簡介：任雁翔（1967－），男，中煤集團大屯公司徐莊煤礦工程師。