露天矿地线连接状态实时监测及故障定位系统设计

摘要

露天矿大型采掘设备工作时需要几千伏的高压电为其供电，由于变电站距离采掘现场较远，需要通过一个移动变电站和若干个移动开关柜将电缆线串联起来形成输电线路，输电线路经常需要随着采掘位置的变动而移动，容易造成线路中地线连接不良。为了确保安全生产，地线必须可靠连接，否则会造成人员伤亡、设备损毁的安全事故。
　　目前国内现有的露天矿地线监测系统普遍存在智能化程度低、误报率高、无法定位故障区域等问题，而国外先进的成套设备又价格昂贵，企业难以承受。在此背景下，本文根据山西平朔露天矿的实际需求，作为一项技改课题设计开发了露天矿地线连接状态实时监测及故障定位系统。系统采用嵌入式技术进行设计，实现了线路地线连接状态实时监测和故障定位功能，能有效缩短线路维修时间，提高工作效率。
　　论文首先设计了系统的总体结构、制定了线路故障监测及故障定位方案和电力载波通讯自适应通讯策略。在通讯策略中设计了一种软硬件结合的自适应排序方法以避免数据碰撞，定义了通讯协议，设计了自适应接力传输方法实现检测数据的上传。其次根据系统功能需求，设计了主监控装置和检测控制装置的硬件电路及相应的嵌入式软件，并设计了能够实时调节线路电压的稳压端接器。硬件电路设计中为了实现通讯策略中的自适应排序方法，在检测控制装置的电源电路中设计了继电器用于控制其上电顺序;嵌入式软件设计中为了保证各装置采集电压时基准一致，设计了电压自校准方法，并采用限幅滤波算法克服电压采集偏差。最后在实验室条件下根据用户目前提出的设计要求对系统进行了功能测试和性能测试。
　　为了方便有关人员远离现场也能随时查看现场的线路情况，本文还设计了计算机端远程查询软件。
　　本系统的实施将会在平朔露天矿的安全生产和提高生产效率方面起到重要作用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 论文结构

第二章 系统总体设计

2．1 系统设计

2．1．1 系统结构设计

2．1．2 系统功能设计

2．1．3 系统通讯方式设计

2．2 线路故障监测及故障定位方案

2．2．1 方案设计

2．2．2 方案执行原理

2．3 主监控装置与检测控制装置通讯策略

2．3．1 自适应排序方法

2．3．2 通讯协议的设计

2．3．3 自适应数据接力传输方法

2．4 本章小结

第三章 硬件电路设计

3．1 核心器件的选型

3．1．1 单片机的选型

3．1．2 电力载波通讯模块的选型

3．1．3 恒流源的选型

3．2 硬件电路总体设计

3．3 主监控装置电路设计

3．3．1 电源电路

3．3．2 晶振电路

3．3．4 电压检测电路

3．3．5 高压电加电检测电路

3．3．6 声光报警电路

3．3．7 KQ-130F电力载波通讯模块

3．3．8 LCD12864液晶显示模块

3．3．9 DS1302实时时钟模块

3．4 检测控制装置硬件电路设计

3．4．1 电源电路

3．4．2 门闭锁检测控制电路

3．4．3 开关柜箱体编号检测电路

3．5 PCB设计

3．6 稳压端接器设计

3．7 本章小结

第四章 嵌入式软件设计

4．1 软件总体设计

4．1．1 软件整体结构

4．1．2 软件工作流程

4．2 主监控装置软件设计

4．2．1 主程序

4．2．2 线路连接状态分析程序

4．2．3 电压检测程序

4．2．4 数据滤波程序

4．2．5 数据分析程序

4．2．6 按键处理程序

4．2．7 声光报警程序

4．2．8 液晶显示程序

4．2．9 实时时钟程序

4．3 检测控制装置软件设计

4．3．1 主程序

4．3．2 自适应排序程序

4．3．3 数据检测程序

4．3．4 门闭锁状态分析程序

4．3．5 数据分析程序

4．4 串口通讯程序设计

4．5 端接器中稳压程序设计

4．6 本章小结

第五章 远程查询软件设计

5．1 系统架构

5．2 功能设计

5．3 数据库设计

5．4 安全性设计

5．5 系统界面

5．5．1 登陆界面

5．5．2 实时查询界面

5．5．3 历史记录界面

5．5．4 用户管理界面

5．6 本章小结

第六章 系统测试

6．1 功能测试

6．1．1 通讯功能测试

6．1．2 “查看”和“校时”功能测试

6．1．3 故障检测及定位功能测试

6．2 性能测试

6．2．1 载波通讯抗干扰性测试

6．2．2 故障判断准确性测试

6．2．3 故障定位准确性测试

6．2．4 实时性测试

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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