潘志棟

摘 要：礦用斷電控制器是聯(lián)系井下環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與工作面采掘設(shè)備的橋梁。本文基于實(shí)訓(xùn)環(huán)境，通過(guò)設(shè)備實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生在斷電控制技術(shù)應(yīng)用層面的系統(tǒng)觀。通過(guò)數(shù)據(jù)采集與通訊傳輸實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生掌握傳感器的特性及其功能電路，并通過(guò)設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生智能設(shè)備軟、硬件設(shè)計(jì)能力。通過(guò)礦用監(jiān)控系統(tǒng)需求分析，以提交信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（DFD）和數(shù)據(jù)字典（DD）的方式培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)建模能力。為培養(yǎng)學(xué)生在專(zhuān)業(yè)交叉和融合中快速學(xué)習(xí)新事物的能力做一些探索。

關(guān)鍵詞：礦用斷電控制器 環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)建模

中圖分類(lèi)號(hào)：TH702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-37791（2017）10（a）-0230-02

礦用斷電控制器是井下安全生產(chǎn)監(jiān)控環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備，可用于瓦斯超限時(shí)的自動(dòng)斷電、通風(fēng)局扇故障時(shí)風(fēng)電閉鎖及自動(dòng)啟動(dòng)備用風(fēng)扇等。為保證煤礦井下生產(chǎn)的安全，煤礦企業(yè)大多配備了甲烷傳感器、甲烷斷電儀、通風(fēng)局扇及備用局扇等安全生產(chǎn)保護(hù)設(shè)備，分別對(duì)井下甲烷、CO、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)井下作業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，以降低有害氣體的濃度。當(dāng)?shù)V井甲烷濃度等監(jiān)測(cè)參數(shù)出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)，根據(jù)相應(yīng)參數(shù)設(shè)定限值，及時(shí)采取有效措施，按預(yù)定的程序報(bào)警提示，對(duì)采掘面工作設(shè)備進(jìn)行斷電閉鎖；當(dāng)通風(fēng)局扇故障時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)備用局扇。當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)濃度恢復(fù)到正常值時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作設(shè)備的解鎖及人工復(fù)電。

當(dāng)下，新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)采礦工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提出挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)、智能化等新概念層出不窮，傳統(tǒng)的采礦工程教育已不足以應(yīng)對(duì)時(shí)代變革。相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來(lái)新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。因此，培養(yǎng)學(xué)生在專(zhuān)業(yè)交叉和融合中快速學(xué)習(xí)新事物的能力很重要。呂梁學(xué)院采礦工程專(zhuān)業(yè)屬應(yīng)用技術(shù)型本科。實(shí)踐教學(xué)遵循以“技術(shù)”的知識(shí)、技能為內(nèi)容，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)“技術(shù)”應(yīng)用、服務(wù)實(shí)踐的目標(biāo)。面向技術(shù)應(yīng)用的礦用斷電控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)是該專(zhuān)業(yè)基于上述指導(dǎo)思想下所做的一些探索。

1 功能分析與實(shí)訓(xùn)環(huán)境介紹

在煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中，環(huán)境參數(shù)傳感器需時(shí)刻監(jiān)測(cè)井下環(huán)境是否安全，如礦井氣體濃度、風(fēng)速、溫度等參數(shù)是否正常，如超出正常范圍，則必須控制執(zhí)行設(shè)備立即停止工作，以免造成人身安全和財(cái)產(chǎn)損失，因此，一套完整的礦用斷電控制系統(tǒng)由環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器、監(jiān)控分站、斷電控制裝置、被控設(shè)備等組成。

實(shí)訓(xùn)環(huán)境如圖1所示，設(shè)備有局扇YBT-2.2和工作機(jī)械異步電機(jī)YBS4-75，饋電開(kāi)關(guān)KBZ-220/660（380）和電磁啟動(dòng)器QJZ16-80/660（380），可逆QBZ-80/660（380），濃度1%的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體，礦用傳感器標(biāo)校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，礦用分站KJ340-F，監(jiān)控主機(jī)，大屏幕投影等。

實(shí)訓(xùn)室按照每批4組，每組3～5人設(shè)置。4組分別為甲烷標(biāo)校組，監(jiān)控主機(jī)參數(shù)配置組，工作機(jī)械控制組，局扇控制組。沿墻布置投影幕布和可移動(dòng)白板輔助教學(xué)，投影幕布前布置教學(xué)區(qū)。室內(nèi)保持通風(fēng)良好，嚴(yán)禁煙火。用電要求為三相五線(xiàn)制，380V，40kW。

2 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目劃分

基于實(shí)訓(xùn)環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)以下三部分實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。（1）通過(guò)設(shè)備實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生在斷電控制技術(shù)應(yīng)用層面的系統(tǒng)觀。（2）通過(guò)礦用分站、礦用斷電控制器基本功能分析與設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生智能設(shè)備軟硬件設(shè)計(jì)能力。（3）通過(guò)系統(tǒng)需求分析與DFD繪制培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)建模能力。

2.1 系統(tǒng)裝調(diào)實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)目的：掌握甲烷傳感器標(biāo)校過(guò)程；用開(kāi)停傳感器完成設(shè)備電纜的信號(hào)采集；完成甲烷傳感器、分站、信號(hào)傳輸接口、監(jiān)控主機(jī)、斷電器、開(kāi)停傳感器及設(shè)備電纜間接線(xiàn)，進(jìn)行斷電關(guān)系配置實(shí)現(xiàn)功能閉鎖。

教學(xué)手段：板書(shū)、PPT、實(shí)訓(xùn)設(shè)備操作與演示相結(jié)合。

預(yù)備內(nèi)容：（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備涉及甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體，礦用傳感器標(biāo)校裝置，甲烷傳感器GJC4（A），礦用斷電器KDC660，工作電機(jī)YBS4-75，礦用分站KJ340-F，監(jiān)控主機(jī)等。（2）調(diào)校用標(biāo)準(zhǔn)氣樣和設(shè)備的檢查。標(biāo)準(zhǔn)氣樣的標(biāo)準(zhǔn)值為1%、1.5%、2%。清潔空氣中殘留甲烷的含量應(yīng)低于0.03%。檢查減壓閥和流量計(jì)的準(zhǔn)確、靈敏度。檢查與儀器配套使用的擴(kuò)散罩。

任務(wù)1：甲烷傳感器標(biāo)校。

第一步為外觀及通電檢查。外觀完好，結(jié)構(gòu)完整。儀器各調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)能正常調(diào)節(jié)。通電檢查時(shí)，表觀的動(dòng)作部件應(yīng)能正常動(dòng)作，顯示部分應(yīng)有相應(yīng)顯示。通電穩(wěn)定20min。

第二步為儀器零點(diǎn)校準(zhǔn)。通入新鮮空氣，讓儀器穩(wěn)定后，調(diào)準(zhǔn)儀器零點(diǎn)。

第三步為儀器示值校準(zhǔn)。先通入1%的標(biāo)準(zhǔn)氣樣，待儀器示值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)靈敏度電位器進(jìn)行調(diào)校，確保誤差不超范圍。再通入新鮮空氣，檢查回零情況。接下來(lái)再通入1%標(biāo)準(zhǔn)氣樣，觀察示值是否在誤差范圍內(nèi)。以上操作重復(fù)3次，如有1次不合格，重復(fù)校準(zhǔn)。

任務(wù)2：瓦斯電閉鎖控制線(xiàn)路裝調(diào)。

第一步熟悉斷電器組成及工作原理；斷電控制器主要功能及技術(shù)指標(biāo)。

第二步完成礦用斷電控制器與分站、被控電磁啟動(dòng)器和饋電開(kāi)關(guān)的連接。

第三步進(jìn)行閉鎖關(guān)系配置，試驗(yàn)設(shè)備斷電與復(fù)電功能。

第四步通過(guò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)觀察和監(jiān)控畫(huà)面投影顯示完成瓦斯電閉鎖調(diào)試。

2.2 礦用分站、礦用斷電控制器基本功能分析與設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)

礦用分站通過(guò)485總線(xiàn)接收礦用傳感器（如甲烷傳感器或溫度傳感器）信息，在本機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS232端口上傳上位機(jī)PC監(jiān)控系統(tǒng)顯示。對(duì)于超限信息，會(huì)向斷電控制器發(fā)送命令，通過(guò)斷電控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備控制。礦用分站各功能模塊組成如圖3所示。

斷電控制器接收分站信息，通過(guò)斷電控制觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備控制。如圖3所示，斷電控制器由信號(hào)輸入電路、信號(hào)輸出電路、MCU最小系統(tǒng)、顯示電路、繼電器及斷電控制觸點(diǎn)等組成。撥碼開(kāi)關(guān)用于設(shè)置斷電控制器的節(jié)點(diǎn)地址。endprint

通過(guò)本項(xiàng)目，學(xué)生可以熟悉礦用傳感器的使用及數(shù)據(jù)采集過(guò)程。通過(guò)礦用分站和斷電控制器基本功能模塊的設(shè)計(jì)、制版和通訊調(diào)試，可使學(xué)生熟悉智能設(shè)備軟硬件設(shè)計(jì)流程。

2.3 斷電控制系統(tǒng)功能分析實(shí)訓(xùn)

2.3.1 系統(tǒng)需求分析

用數(shù)據(jù)流圖DFD及數(shù)據(jù)字典DD來(lái)表達(dá)礦用斷電控制系統(tǒng)的基本工作過(guò)程。系統(tǒng)外部項(xiàng)有礦用監(jiān)控系統(tǒng)操作員和維護(hù)員。數(shù)據(jù)處理包括顯示屏上各種信息、井下傳感器的報(bào)警點(diǎn)、斷電點(diǎn)和復(fù)電點(diǎn)的更改與保存。

2.3.2 概念模型設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)需求分析階段的數(shù)據(jù)流圖DFD及數(shù)據(jù)字典DD，用E-R圖來(lái)表達(dá)礦用斷電控制系統(tǒng)的信息管理需求。

2.3.3 邏輯模型設(shè)計(jì)

基于E-R圖完成數(shù)據(jù)庫(kù)基本表模式設(shè)計(jì)。并用VB加ACCESS實(shí)現(xiàn)信息管理系統(tǒng)的基本功能。

3 考核與評(píng)價(jià)

實(shí)訓(xùn)過(guò)程中將考核與教學(xué)融為一體，作為一個(gè)完整的教學(xué)過(guò)程來(lái)落實(shí)，實(shí)現(xiàn)“學(xué)”中“考”，“考”中“學(xué)”，避免學(xué)生學(xué)習(xí)前松后緊和期末“一考定成敗”的局面。同時(shí)注重學(xué)生個(gè)體間差異，使每個(gè)學(xué)生都能獲得特色和長(zhǎng)足的發(fā)展。

實(shí)訓(xùn)成績(jī)包括實(shí)訓(xùn)報(bào)告成績(jī)與課堂表現(xiàn)成績(jī)。課堂表現(xiàn)成績(jī)主要包括學(xué)生交流的能力、合作的能力、解決問(wèn)題的能力和自我思考的能力。不僅包含教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)，也涵蓋了學(xué)生的自評(píng)與互評(píng)。確保課堂表現(xiàn)總評(píng)成績(jī)客觀。

4 結(jié)語(yǔ)

該文介紹了面向技術(shù)應(yīng)用的礦用斷電控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路，對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行劃分并對(duì)工作流程做了介紹，為培養(yǎng)學(xué)生在專(zhuān)業(yè)交叉和融合中快速學(xué)習(xí)新事物的能力做一些有益的探索。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚成宇.礦用斷電控制器的設(shè)計(jì)[J].煤礦安全，2015，46（10）：

117-119.

[2] 趙建貴.礦用斷電控制器的電路設(shè)計(jì)[J].煤礦安全，2011（5）：

67-69.

[3] 陳龍，張兆志.提高遠(yuǎn)距離風(fēng)電閉鎖可靠性的方法與應(yīng)用[J].煤炭工程，2013（8）：65-66.

[4] 陳慧，陳敏.關(guān)于綜合性大學(xué)培養(yǎng)新工科人才的思考與探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：19-23，47.

[5] 趙新亮，張彥通.地方本科高校向應(yīng)用技術(shù)大學(xué)轉(zhuǎn)型的動(dòng)力機(jī)制與戰(zhàn)略[J].高校教育管理，2015（2）：38-42.endprint