礦井供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 振

（霍州煤電集團(tuán)洪洞億隆煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 臨汾 031600）

引言

隨著煤炭生產(chǎn)企業(yè)對(duì)煤礦綜采效率和自動(dòng)化要求的不斷提升，各類自動(dòng)化程度高的機(jī)械設(shè)備不斷地投入應(yīng)用，對(duì)井下供電系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性、供電安全性提出了更高的要求，煤礦井下供電線路多、分布廣，缺乏統(tǒng)一的控制與保護(hù)手段，一旦某個(gè)區(qū)域出現(xiàn)短路故障時(shí)將導(dǎo)致大范圍的停電事故，給煤礦井下的綜采作業(yè)安全帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。為了有效提升礦井供電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，提出了一種供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)井下監(jiān)控單元部分的設(shè)計(jì)中，采用了以工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)架為核心的供電方式，并堅(jiān)持集中管理與控制相結(jié)合的原則，將傳輸數(shù)據(jù)信息的系統(tǒng)與自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)一起控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)各個(gè)分支運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行斷電保護(hù)，快速鎖定故障源及故障原因，不僅可極大地提升供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的自動(dòng)化程度，而且可極大地提升井下供電系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性。

1 供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

某煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括了井下監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)通信單元以及地面監(jiān)控中心三個(gè)部分。

由圖1可知，該煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)為控制核心，井下監(jiān)控單元是最基礎(chǔ)的部分，據(jù)此即時(shí)監(jiān)測(cè)到每個(gè)網(wǎng)絡(luò)分支的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化的處理和解析，對(duì)供電的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行分析，然后將監(jiān)測(cè)結(jié)果和數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通信單元傳輸?shù)降孛嫔系谋O(jiān)控中心，監(jiān)控單元主要包括各類電量傳感器、測(cè)量保護(hù)裝置、綜合保護(hù)裝置等，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)收想娐愤M(jìn)行保護(hù)，并能夠執(zhí)行監(jiān)控中心所發(fā)出的控制指令。該通信單元以工業(yè)以太網(wǎng)為核心，將各個(gè)監(jiān)控分站順序串聯(lián)起來(lái)，通信單元和各個(gè)監(jiān)控分站之間以RS485通信協(xié)議為接口進(jìn)行連接，最終集中到地面監(jiān)控中心內(nèi)[1-2]。

地面監(jiān)控中心是該供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制終端，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控人員對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)的供電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且控制人員可以下達(dá)各類控制指令，對(duì)井下供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

圖1 煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 井下監(jiān)控分站結(jié)構(gòu)

監(jiān)控分站是煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的核心，直接關(guān)系到對(duì)各供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)還需要滿足防爆的安全要求。本研究所提出的監(jiān)控分站，將通訊接口的對(duì)接方式實(shí)現(xiàn)專業(yè)化，并將數(shù)據(jù)傳輸電控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸速度進(jìn)行升級(jí)加速，據(jù)此可以便捷地將各類樣式的借口單元接入，滿足數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通訊的需求，該監(jiān)控分站上還配備有大尺寸的數(shù)顯系統(tǒng)，能夠?qū)⒃摫O(jiān)控分站范圍內(nèi)的監(jiān)控結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在顯示屏幕上，便于井下維護(hù)和故障處理時(shí)的操作，該監(jiān)控分站的基本結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示。

圖2 煤礦井下監(jiān)控分站基本結(jié)構(gòu)

該監(jiān)控分站內(nèi)有數(shù)據(jù)通信模塊、綜合保護(hù)開(kāi)關(guān)、防爆外殼、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、不終止電源等，主要用于控制各傳感器對(duì)該區(qū)域內(nèi)供電狀態(tài)的采集，完成與地面控制中心的數(shù)據(jù)通信，并執(zhí)行控制中心發(fā)送的調(diào)控指令。

3 井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)控制原理

煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)簡(jiǎn)潔、高效的邏輯控制模塊，煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行主要依賴于監(jiān)控分站能夠提前識(shí)別供電網(wǎng)絡(luò)中的異常運(yùn)行信號(hào)并進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還依賴于發(fā)生故障后監(jiān)控分站能夠及時(shí)控制故障波及的范圍，減小故障的發(fā)生范圍甚至不出現(xiàn)故障，從而使得供電過(guò)程更加安全[3-4]。根據(jù)煤礦井下實(shí)際需求，提出了一種優(yōu)化后的數(shù)據(jù)通信邏輯，該通信邏輯能夠檢查到后臺(tái)的各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)，能夠識(shí)別并監(jiān)查到故障，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，進(jìn)而使得人機(jī)界面更加友好，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制區(qū)域內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的全面控制，其控制邏輯如圖3所示。

圖3 煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)控制原理

4 結(jié)論

1）該煤礦井下供電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)為控制核心，采用RS485數(shù)據(jù)通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)通信接口模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩浴踩?，同時(shí)能夠滿足多種類別監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)通信需求。

2）監(jiān)控分站主要用于控制各傳感器對(duì)該區(qū)域內(nèi)的供電狀態(tài)進(jìn)行采集，完成與地面控制中心的數(shù)據(jù)通信，并執(zhí)行控制中心發(fā)送的調(diào)控指令，能夠滿足井下惡劣環(huán)境下的工作穩(wěn)定性和可靠性。

3）該供電監(jiān)控系統(tǒng)，控制邏輯簡(jiǎn)潔、高效，能夠快速處理供電網(wǎng)絡(luò)異常，將故障范圍維持在最小的范圍內(nèi)，最大限度地滿足井下供電安全的需求。