摘要：煤矿井下液压支架电液控制系统供电电源经常会出现交流输入不稳定、输出电压电流异常以及内部器件温度过高等情况，对于此提出了一种煤矿井下液压支架电液控制系统供电电源的监控系统。系统实现了对电源的交流输入、本安输出以及内部功率器件温度的实时监控，并由上位机对相应的监控数据进行显示、存储；当被监控电源出现故障时，能够及时进行预警及控制，为液压支架电液控制系统的安全运行提供了多一层保证。

    0 引言
    液压支架电液控制系统集机械、液压、电子、计算机和通信网络等技术于一身，是目前采煤工作面最常用的一种液压支架自动化控制方式。电源是该系统中的关键部件，用于向控制系统的控制器、传感器、驱动器等各类设备供电，所以电源的工作状态决定了液压支架电液控制系统是否能够正常运行。
    根据GB3836的要求，电源的输出必须为本安输出，即在交流高压被转换为直流低压后，需设置能量输出限制电路，保证在出现输出短路、过载、过压等情况时能够及时切断输出。这样做一方面能够保证电源输出异常时所产生的能量不会引燃井下瓦斯等易燃气体，从而保障生产安全；另一方面，也可作为负载的缓冲电路，当电源出现上述故障时，能够及时保护负载设备。以上仅仅是电源必须具备保护形式，然而在实际应用时，无论过压、短路、过流等故障情况中的任意一种或多种情况出现，无论是负载引起的还是电源自身引起的，电源所表现出的现象均为输出断电，这对于故障排除、检修来说十分不便。电源往往也不具有故障预警等功能，当出现故障时就无法及时通知工作人员进行维护，从而影响生产进度。另外，电源只具有输出保护，当出现输入异常时，同样容易引发电源故障。综上所述，一种用于对液压支架电液控制系统供电电源进行实时监视与故障控制的系统就很有必要。

    1 系统整体结构
    系统的整体结构如图1所示，主要包括上位机软件、一台服务器及多台监控装置。

    监控装置附着在被监控电源上，主要作用为：负责定时采集被监控电源的交流输入电压及电流、本安输出电压及电流、内部功率器件的温度值等电源工作状态参数并通过服务器上传至上位机；针对采集到的故障信息进行预警及开关控制，其中开关控制主要为交流输入及本安输出的关断；接收服务器所转发的上位机指令，并依据指令做出的响应；监控装置具有与被监控电源安装位置对应的ID，以方便对被监控电源进行定位。
    服务器作为监控装置与上位机之间的转接器，接收汇总系统中所有监控装置发送的数据并上传至服务器；接收并转发上位机对监控装置的指令。
    上位机软件安装在井下防爆计算机上，通过与服务器通信，获取被监测电源的工作状态数据，并对数据进行实时显示及存储，当被监控电源出现故障时，能够对故障进行预警。
    为了节约系统成本，减少系统架设的工作量，各监控装置与服务器之间通过电力线载波进行通信，这里所使用的电力线为被监控电源的交流供电线。各监控装置并联在电力线上，它们之间相互独立，互不影响。服务器与上位机软件（即井下防爆计算机）之间的通信则可以通过RS232、RS485或以太网等多种方式，服务器本身具备多种通信接口，可根据实际需求自由选择。

    2 监控装置及服务器硬件组成
    监控装置与服务器的硬件组成与连接方式如图2所示。其主要功能模块如下。

    电源模块为服务器及监控装置的各个模块提供电力供应，保证服务器和监控装置能够正常工作。电源模块的输入并联在被监测电源所在的电力线上，节省线路成本。电源模块还具有储能电路，当电源监控系统供电异常时，保证所采集的状态信息能够及时存储和发送。
    PLC通信模块包含PLC通信接口电路和调制解调电路，用于服务器与监控装置之间的相互通信。本模块设计采用Intellon公司的SSC P300 PL网络接口控制器，该控制器为高度集成化的电力线收发器和信道存取接口，通过SPI可与单片机进行高速通信，具有可靠性高、成本低等特点。
    单片机则是整个控制装置和服务器的处理中心，负责读取并处理采样电路所采集的状态数据、存储和读取EEPROM中数据、接收通信接口电路或PLC模块传输的指令，并根据指令做出相应回复、控制控制预警电路执行故障处理指令等。本方案采用FREESCALE 32位芯片MCF52259。该款单片机性能全面，具有12位高精度AD采样通道、支持多种通信协议、具有64 kB的SRAM以及支持快速擦写的512 kB的FLASH等。选用该单片机可以满足监控装置及服务器的各项功能需求。
    采样电路即为传感器电路，用于对被检测电源的输入、输出状态及功率器件的温度进行检测。电源输出电压为本安电压，电压值较低，所以直接进行分压然后供单片机进行采样。输入电压为交流高压，需要通过工频变压器进行降压以及整流桥的整流，然后通过运算放大器转换为适合单片机采样的范围送至单片机的AD端。输入和输出电流采用霍尔传感器直接采样，而温度的测量则采用PT100电阻，同样的，需要经过运算放大器处理后发送至单片机的AD端。
    控制预警电路用于执行预警控制指令。预警为声光预警，包含LED指示灯及蜂鸣器。控制主要是对被监控电源输入及输出的开关控制，其中交流输入端的开关采用继电器，而本安输出端的开关采用MOs管。采用继电器是为了保证交流高压输入与低压驱动能够有效的隔离。
    存储模块采用EEPROM芯片AT24CIO24，该芯片具有1 m的存储空间，通过SPI与单片机进行通信，可快速地存储和读取被监控电源的工作状态信息。

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