煤矿采区电力设备监控信息系统设计

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1、 第 4期 2 0 0 6年 8月 工矿 自 动 化 I n dus t r y an d M i ne Au t oma t i on No 4 Au g 2 0 06 文章编号：1 6 7 1 2 5 1 X(2 0 0 6)0 4 0 0 6 3 0 4 煤矿采区电力设备监控信息系统设计*陆 奎，张 文轩0 (1 安徽理工大学计算机系；2 中国电子科技集团公司第八研究所，安徽 淮南2 3 2 0 0 1)摘要：针对煤矿井下特殊环境 中电力运行的实际情况，结合网络控制 系统的设计思想，给 出了采区电力 设备监 控 信息 系统 的总体 设计 方案，确立 了系统的功 能 和 主要技 术指 标。

2、该 系统 在地 面 主站 网络 就 可观 察 到井下所有被监测的电网电路 中电网参数及各配电装置的运行状况。当井下出现过流故障型掉 电时，地面 值 班 员可遥控 试送 电，显 著缩短 故 障处理 时 间，减 少 因停 电造 成 的生产损 失，提 高 了经济效 益。关键 词：矿 井；电力设备；监 控 系统；网络 设计 中图分类 号：T D 6 l l 7 6 文献标 识码：B 收稿 日期：2 0 0 6 0 4 1 7 *基金项 目：安徽省教育厅 基金项 目(2 0 0 5 k j 0 8 3)作者简 介：陆奎(1 9 6 3 一)，男，副 教授，工学博士，主要从事 计 算机应用教学 和科研工作

3、，研究方向为计算机 监控与 网络信息管 理 系统 智能 控制 与计算机过程控制。0 引言 随着矿井开采的延伸，井上下供电系统越来越 庞大、复杂。煤矿有多个采 区，每个采区有多个分区 变 电所担负工作面供 电，具有分布区域 广、设备 多、距离远等特点。供 电事故屡次 发生，多次 出现开关 但是，泡克尔斯 电场探测头的制作要求比较高，晶体类型的选择、晶体厚度、中心波长都有一定 的要 求。泡克尔斯电场探测头的温度特性较差，在使用 时，需 多接 几个温 度 特性 相 同 的探 头来 消除 温 度 波 动带来 的影 响。在 实 际 的测 量 中，三 相灭 弧 室 的 电 场分布不均也会对检测精度产生影响

4、。1 4其 它检 测方 法(1)磁 控 放 电 法。磁 控 放 电 法 属 于 离 线 监 测 法，需要将真空灭弧室拆下测试，因此不符合在线监 测 的要求。(2)人 工 中心 点 法。井 下 电 网为 中心 点不 接 地 系统，因此，使用该方法显然与电网特性相违背。(3)绝缘电阻法、持续电流开断法、高频电流法 等。这些方法，不 同程度地与 目前井下电力 系统 的 使用要求或规范有冲突，因此不可取。2结论 选择煤矿井下 真空度 检测方法，首先要满足井 下使用环境和设备条件，因此只有光 电或电光转换 的检测方法比较适用。采用 电光转换的泡克尔斯电场探测头检测真空 度，对灭弧室的结构 没有改动，但设

5、备制作 比较复 杂，且井下使用时，开关的频繁分合所带来的内部温 度变化会引起检测精度的不稳定，电场 的分 布不均 也 是需要 考虑 的 因素。采用 负压监测灭 弧室的真空度，虽然第一次安 装 时需 要对灭 弧室 进行 改造，但后 续 的维 护少，且周 围环境对检测装置的影响很小，检测精度有所保证。因此，通过负压法生成真空度的对应信号，选取 合适的信号采集 和处理芯 片，如带 A D和 UAR T 功能的低功耗单片机，即可制成性 能可靠、结 构小 巧、使用和维护简单 的真空度监测装置。参考文献：1 唐政情 真空测量 M 北京：中国宇航 出版社，1 9 9 2 2 苑 舜 高 压开 关设 备状 态

6、监 测 与诊 断技 术 M 北 京：机械工业 出版社，2 0 0 1 3 石 岩，邹 旭 真空断路器灭弧室真空度的在线 监测 装置 J 电力 自动化设备，2 0 0 4(5)4 方可行 断路 器故障 与监 测 M 北 京：中 国电力 出版 社，2 0 0 2 5 范兴 明，邹 积岩 基 于 D S P的 真空断 路器状 态参 数在 线监 测装 置 J 电力系统 自动化，2 0 0 5(8)6 尤洪 波，马德明 真空断路器在线检测的探讨 J 高压 电 器，2 0 0 3(4)维普资讯 http:/ h t t p:/w w w.l w 23.c o m 论文网 论文大全h t t p:/w w

7、w.l w 23.c o m 论文网 论文大全6 4 工 矿 自动 化 2 0 0 6年 8月 误动和拒动现象，造成大面积停电。在事故处理方 面，由于缺 乏 电网 的监测监 控 系统，对事故 发 生的地 点和原因不详，很容易造成供电的二次事故，且恢复 供 电需要 很长 的时 间，影 响矿 井安 全生 产。因此，采 区供电实现微机综合保护 自动化管理、对供 电系统 运行状态、故障诊断、技术参数、以及停送电操作实 现计算 机 管理很 有必 要。1 研究 开发 的主要 内容 系统采用 以计算机监控为主、常规控制 为辅的 监控方式。按无人值班变 电站设 计，考虑四遥功能 和远方 管理，各 采 区变 电

8、 所 的微 机 线 路保 护装 置 安 装 于 各 自的隔爆 开 关 内，其 外 型尺 寸 原 则 上按 照原 开关柜内保护器的大小制作，尽 可能地减少开关柜 内接线变动，并在每个 开关柜 内利用高爆开关内的 P T输出电压经 三相 全波整流作为直流恒压源，为 装置提供工作电源。同时采用储能延时技术，即使 在采区变电所母线停电的情况下仍能保证装置工作 一段时间，保证装置在断电前最后存储的信息能够 发送到主站。各保护单元相互独立，互不影响，并能 独立 完成 其保 护功能。在 地面 变 电所 内装设 2台通 地面 信总控单元，总控单元与各采区变电所综合 自动化 装置 采用 光纤连 接，收集 采 区

9、 变 电所 内保 护 装 置 的 信 息。各 采 区变 电 所 的 装 置 通 过 光 纤 T 型适 配 器 实行蛙跳连接，采用光缆通信，采区变电所的所有装 置作为总控单元的下一级整体子系统。同时总控单 元通过网络进行 We b发布，把采区变电所的所有信 息数 据发 布到局 域 网上，各 用 电 管理 部 门在 应有 的 权限范围内可查看和管理上传数据。2 系统 结构 整个 井 下供配 电综 合 自动化 系统 的结构 可 分为 3 层：采 区变 电站综 合 自动化 保 护监 控 装置(保 护 与 控制子系统 以及测控子 系统)、通信子 系统(中央通 信 总控 系统)和 地 面 主 站 网络(计

10、 算 机 监 控 系统)。采区变电站综合 自动化保护监控装置负责采区变电 站端的数据采集与转发，并下发执行地面主站发出 的遥控命令。该装置 中各间隔设备相对独立，仅通 过通信网互联，并同变电站层的设备通信，取消了原 本大量引入主控室的信号、测量、控制、保护等使用 的电缆，节省投资，提高了系统可靠性。系统结构图 如 图 1所 示。供电系统 供电系统 视频 视频 光纤 到矿 到局 监控工作站 数据服务器 服务器 工作站 以太网交换机 安全监测中心 调度中心 井下 高开综合保护 低压开关 P L C 高开综合保护 低压开关 P L C 高开综合保护 低压开关 P L C 图 1 系统结构图 3 系统

11、功能 主 机 络 系统、测控分站、综合保护器、光纤 环网设备 4个部分。以下分别对各部分的主要特点 煤矿电网安全监控信息系统硬件主要包括调度 及其技术参数作一简要介绍。维普资讯 http:/ h t t p:/w w w.l w 23.c o m 论文网 论文大全h t t p:/w w w.l w 23.c o m 论文网 论文大全2 0 0 6年第 4期 陆 奎等：煤矿采 区电力设备监控信息系统设计 6 5 3 1 调 度主站 计 算机 网络 系统(1)主要 特点 采用 S QI S E RVE R数据库，C S B(C l i e n t S e r v e r B r o ws e r

12、)三层结构模式。支持单服务器和双服务器，支持磁盘阵列。支持单通信服务器和双通信服务器。(2)主要技术参数 以太 网速率 为 1 0 0 Mb p s。系统容量 为6 5 5 3 5 个模拟量测点、6 5 5 3 5 个 信号量 测 点，相 当于 1 2 8个 变 电 所，每个 变 电 所 3 2 个 回路的测点数据；该规模的整点数据 1 年约 占 5 G的硬盘空间，则 5 O G硬盘空间能存储 1 O年的整 点数据；一般的调度 系统 只相 当于该规模 的 1 1 0，即 5 G硬盘空间能存储 1 O年的整点数据。1 2次录波 数据，约 占 1 M 的硬盘空 间，即 1 G的硬盘空间可存储 1

13、2 2 8 8 次 的录波数据；假 如 1 个月有 1 0 0次录波数据，则 1年有1 2 0 0 次 录波数 据，则 1 G 硬 盘空 间可容 纳 1 O年 的录波 数据。5 8 0 0 条事件记录占 1 M 的硬盘空间，则 1 G 的硬盘空间可存储5 9 3 9 2 0 0 条事件记 录，1年发生 5 9 3 9 2 0 个事件，即平均 1天1 6 2 7 个事件，则 1 G空 间可存储 1 O年的数据。3 2测 控 分 站 主要 特点：(1)强大 的工业级 3 2 位嵌入式微处理器，低功 耗、无风扇、可靠性高；(2)接 口方式多，通信方式灵活；(3)硬件支持嵌入式实时多任务操作系统，实

14、时性 高；(4)通信及监控软件采用外挂式软件模 块，功 能扩充方便，可方便地实现综合保护器与地面调度 系统的数据交换，并实现就地集 中监控；(5)具有掉电 2 h后备电源接续供电的能力，确保 全站停电后，能将故障信息传到地面调度监控系统；(6)内置工业光纤以太网交换机，方便组成光 纤 环 网；(7)硬件支持远程维护；(8)配有 液 晶汉 字 显 示 器，能 够 显 示 变 电所 的 电流电压、开关状态、事件记录信息。3 3综合 保护 器 主要 特点：(1)采用双 C P U结构设计，大大提高了保护器 的可靠性；(2)特殊的工作电源设计，可保证 再掉 电的情 况下能持续供电 3 S，保障保护器的

15、工作不受电压波 动的影响，保证在故障情况下保护可靠动作，记录且 上传故障信息，停电情况下可控制断路器跳闸 1 次；(3)采用 高性能工业级开关电源供电，电源电 压范围宽，输出不受电源波动的影响；(4)浪涌冲击保护，电磁干扰抑制，确保保护器 的抗干扰能力及可靠性；(5)保护装 置数字化，保护动作精度 高、速度 快、可靠性高，彻底免除老式保护动作值飘 移，动作 灵敏度差造成的保护误动情况；(6)保护器 自带硬件时钟，当地可显示带时标 的事件记录；(7)国内独家红外遥控修改定值，遥控分合开 关增加 了操作的方便性和安全性，实现了带 电在线 修改定值；(8)汉字显示屏幕，增加了使用 的方便性；(9)可

16、单独使用，也可联网使用，适用于电网改 造 的各个 阶段。4结论 目前煤矿地面高压供电系统已实现微机综合 自 动系统，对 系统 已有 了 比较 全面 的认识 和运 行经 验，因此开发井下电网 自动化监控系统，将进一步提高 煤矿供电系统的安全性和可靠性。使用本系统，在地面主站网络即可观察到井下 所有被监测 的电网电路中电网参数及各配电装置的 运行工况。当出现漏电、短路等故 障引起 的真空短 路跳闸时，计算机能及时发出声光报警信号，并给出 故障设备、故障区间和时间，地面机电调度员和值班 领导能及时安排电路维修人员下井处理。当井下 出 现过流故障型掉电时，地面值班员可遥控试送 电，显 著缩短故障处理时

17、间，减少因停电造成的生产损失，提高经济效益。参考文献：1 张玉明 计算机控制 系统分析 与设计 M 北京：中国 电力出版社，2 0 0 1 2 阳宪惠 现场总线技术及其应用 M 北 京；清华大学 出版社，2 0 0 0 3 何克思，李伟 计算 机控 制系统 M 北 京：清 华大 学 出版社，2 0 0 1 4 叶佩生 计算机机房环境 技术 M 北 京：人民邮政 出 版社，2 0 0 2 5 倪曼 工业 控 制组 态软 件 的产 品对 比及 发展 趋势 3 3 监控技术，2 0 0 0，1 9(9)：3 8 4 0 维普资讯 http:/ h t t p:/w w w.l w 23.c o m

18、论文网 论文大全h t t p:/w w w.l w 23.c o m 论文网 论文大全 第 4期 2 0 0 6年 8月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Au t o mat i o n NO 4 Au g 2 0 0 6 文章 编号：1 6 7 1 2 5 1 X(2 0 0 6)0 4-0 0 6 6 0 3 Wi n C C与 S 7 3 0 0 P L C 在煤矿地面生产系统中的应用 雷汝 海，王彦 齐，韩晓 东 (中国矿 业大 学信 电学 院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8)摘 要：介 绍 了基 于 Wi n C C与 S 7 3 0 0 P

19、 L C的煤 矿地 面生产 系统 硬件 和软 件 的设 计，以及 上 位机 画面 和 监控 系统 的 实现。该 地 面生产 系统 能很好 地 满足 煤矿 地 面生产 对控制 的要 求。关键 词：煤矿；地 面生产 系统；监控 系统；Wi n C C；S 7 3 0 0；P I C 中 图分类 号：T D 6 7 9 文献 标识 码：B 0引言 煤炭洗煤选煤系统的生产控制模式过去主要是 采用常规仪表加继电保护联锁控制，即在现场设置 电气柜、仪表柜及操作台，通过复杂的电气连线实现 单机控制和顺序启停。该模式 的缺点非常明显，例 如硬件数量多和投资大、安装与维护不便、生产效率 低。近年来，随着计算机技

20、术水平的发展，大多数煤 矿 采用 过程控 制方 案，即工 控 机+可 编程 控 制 器+动力驱动单元，工控机采用 组态软件 的监 控软件。该方案在煤矿洗煤乃至整个过程控制领域 中得到了 广泛 的应用。本文介绍一种以 Wi n C C和 s 7 3 0 0 P I C结合 构建的煤矿地面生产系统，分析研究 了该系统的硬 件组 态和 编程方 法 1 系统 介绍 系 统流 程 图如 图 1所 示，原煤 从 井 下 提升 入 原 煤 仓，通 过给 煤 机 的控制，原煤 从 仓 口流 下，输 送到 收稿 日期：2 0 0 6 一O 4 2 5 上仓胶带；上仓胶带 由电动机控制输送原煤 到振动 筛，振动筛

21、将原煤振动分离，体积大的矸石和块煤从 筛面走 出，进入手选胶带；人工拣 出矸石，使矸石从 矸石胶带上进入到专门的矸石仓，块煤则转载入块 煤仓。振动筛筛下的体积较小 的、质量较高的煤则 通过 2个刮板机输送到精煤仓。图 1 地 面生 产 系 统 流 程 图 系统硬件配置：上位机为 I B M 计算机，下位机 为西 门子 s 7 3 0 0 P I C，动力驱动单元是各个设备 的动力 驱动器，系统 组成 结构 图如 图 2所示。上位机可以监视受控设备 的运行工况，可 以向 下位机发 出各种指令。它提供了一个普通工作人员 能接受的直观的操作平台。下位机负责从现场采集 L 6 j A b d e l

22、n o u r G MD e s i g n o f F u z z y C o n t r o l l e r Us i n g 9 Y i n g HA n An a l y t i c a l S t u d y o n S t r u c t u r e。S t a b i l i t y 1 n p u t a n d Ou P u t Ma p p i n g F a c t o r s J 1 E E E Tr a n s a n d D e s i g n o f Ge n e r a l N o n l i n e a r T a k a g i s u g e n o F

23、u z z y Sy t Ma nCyb e r n 19 91，21(5)：95 2 9 6 0 Cont ro 1 S y s t e ms E J Au t o ma t i c a 1 9 9 8 3 4(1 2)7 B y “g k。k Y。A d p i F u z y s l i d i n g Mo d e 1 o 3 李人厚智能控制理论和方法 M 西安：西安 电子科 c。“。l。f N。“l i“s y s t e m J I E E E Tr a n s F u z z y 技大学出版社。1 9 99 8 谭得健 综 采工作 面 自动 化的 现状及我 国 2 1世纪 发 1 1 马 莉 智能控制 与 I o n网络开发技 术 M 北京：清 展展望 J 煤矿 自动化，2 0 0 0(3)：1 7 2 O 华大学 出版社,2 0 0 3 维普资讯 http:/ h t t p:/w w w.l w 23.c o m 论文网 论文大全h t t p:/w w w.l w 23.c o m 论文网 论文大全