□ 李洪濤 內(nèi)蒙古大唐國際錫林浩特礦業(yè)有限公司

在線監(jiān)測系統(tǒng)在礦區(qū)電力線路上的應(yīng)用探究

□ 李洪濤 內(nèi)蒙古大唐國際錫林浩特礦業(yè)有限公司

［導(dǎo)讀］對于擁有設(shè)備多、價值大的煤炭生產(chǎn)企業(yè)，為了保障生產(chǎn)設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠、長期地正常運行，勢必加倍重視設(shè)備管理，設(shè)備維修的重要性變得十分突出。為提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，實施電力線路集中監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護和集中監(jiān)控，是十分必要的。在線監(jiān)系統(tǒng)采用高靈敏度傳感器采集運行中線路及設(shè)備的狀態(tài)信息，信息處理和識別依賴于豐富軟件支持計算機網(wǎng)路，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)綜合診斷，可提高生產(chǎn)效率、降低事故率，減少故障處理時間、減少現(xiàn)場操作人員、提高經(jīng)濟效益。為此本文將在線監(jiān)測系統(tǒng)在礦區(qū)電力線路上的應(yīng)用做了探究。

一、設(shè)計背景

目前該露天煤礦已經(jīng)具有生產(chǎn)1000萬噸的生產(chǎn)能力，整個礦區(qū)的供電系統(tǒng)較為復(fù)雜，且地域范圍廣闊，如雨雪天氣，道路泥濘，經(jīng)常出現(xiàn)統(tǒng)計報表不及時的現(xiàn)象，同時規(guī)定的巡查工作也不能及時進行，更不能及時準確地掌握礦區(qū)電力線路的運行情況，出現(xiàn)故障情況后不能及時排除，給生產(chǎn)及安全帶來了嚴重的后果。所以在露天煤礦實現(xiàn)電力線路在線監(jiān)測是非常重要的。

礦區(qū)距離市區(qū)20KM，礦區(qū)供電系統(tǒng)主要分為四個電壓等級，110kv、35kv、6kv、0.4kv。

二、設(shè)計目的

大型礦區(qū)電力線路監(jiān)測系統(tǒng)的安裝使用可達到的目的：

l、將高新技術(shù)運用于大型設(shè)備的安全運行管理，提高大型設(shè)備的自動化管理手段，全面提升礦區(qū)的機電安全管理水平；

2、實現(xiàn)對全礦固定設(shè)備安全運行狀態(tài)的24小時在線監(jiān)測，對事故隱患提前預(yù)警；

3、實現(xiàn)大型設(shè)備由被動檢修轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訖z修，及時消除事故隱患，確保大型設(shè)備安全可靠運行；

4、提供大型設(shè)備的運行工況和最佳工況，實現(xiàn)大型設(shè)備的高效經(jīng)濟運行；

5、實現(xiàn)各大型設(shè)備安全運行所有信息通過礦區(qū)局域網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)傳輸，使礦上各管理部門可以隨時了解任一臺設(shè)備運行狀態(tài)的當前信息及歷史信息。

三、設(shè)計的主要工作

本論文采用STEMENS公司的S7-300系列的PLC，工控機（IPC）及現(xiàn)場總線技術(shù)對勝利東二露天礦區(qū)電力線路進行在線監(jiān)測與遠方控制。工控機的監(jiān)控任務(wù)通過北京力控公司的組態(tài)王6.5.3軟件進行界面組態(tài)。中間通訊環(huán)節(jié)由現(xiàn)場總線來完成。

該課題的主要工作：1）分析了被改造系統(tǒng)的缺點，結(jié)合PLC的特點、設(shè)計原則，對幾種方案做了比較后，確定總體方案，提出用PLC和計算機監(jiān)控來滿足系統(tǒng)要求。并根據(jù)設(shè)計需要，最后完成系統(tǒng)的硬件配置。2）根據(jù)系統(tǒng)所選硬件，結(jié)合通訊特點，采用適用于工業(yè)領(lǐng)域的MPI和PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊方式實現(xiàn)上、下位機之間的通訊。3）采用STEP7軟件對下位機進行硬件、通訊組態(tài)和設(shè)置，并完成編程，使系統(tǒng)的控制邏輯得以實現(xiàn)。4）應(yīng)用組態(tài)王工控組態(tài)軟件設(shè)計出動、靜態(tài)界面，完成人機操作，通訊數(shù)量設(shè)置，并對現(xiàn)場設(shè)備的工作參數(shù)顯示、報警、以及數(shù)據(jù)保存、查詢打印等，完成了工控機監(jiān)控功能的設(shè)計。5）監(jiān)測的對象包括：電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、開關(guān)的狀態(tài)、絕緣子等。

四、設(shè)計方案

1、系統(tǒng)原理說明

文章通過對露天煤礦電力線路的功能需求分析，采用組態(tài)王軟件進行開發(fā)設(shè)計，很好的完成監(jiān)控系統(tǒng)，同時通過對PLC的選取和應(yīng)用，完成上位機對數(shù)據(jù)的采集，并通過組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)畫面顯示等各種功能。PLC的遠程站或分布站設(shè)置在設(shè)備較為集中的配電室，節(jié)省了大量的控制電纜，并進一步提高了系統(tǒng)的可靠性；第二個層面是工控機監(jiān)控層，其主要功能是將PLC采集到的現(xiàn)場信息用人們?nèi)菀桌斫夂徒邮艿姆绞斤@示出來，將調(diào)度人員發(fā)布的操作命令傳送給PC執(zhí)行，對現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)的故障進行原因分析，并可打印故障報表。

2、上位機設(shè)置

上位機主機采用工業(yè)PC機，根據(jù)需要可以配備打印機和大屏幕監(jiān)視器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及WEB服務(wù)器，根據(jù)系統(tǒng)需要還可以配置專門的采集站、操作員站、管理員站即將采集、操作和管理分離開來。安裝的主要是組態(tài)王監(jiān)控軟件，它的主要功能是通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)上位機與下位機間的數(shù)據(jù)傳輸，以及將下位機實時采集的數(shù)據(jù)進行各種處理，包括存入數(shù)據(jù)庫、進行流圖顯示、歷史趨勢圖和棒形圖還有數(shù)據(jù)表的顯示及各種要求的報表打印輸出，用戶還可以查看實時數(shù)據(jù)、查詢歷史數(shù)據(jù)、下發(fā)控制操作命令、查看及查詢報警信息。通常上位機系統(tǒng)中含有系統(tǒng)管理員站、操作員站和工程師站等多種方式，某些要求比較高的系統(tǒng)常采用雙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、冗余系統(tǒng)和雙機備用系統(tǒng)。

3、下位機設(shè)置

下位機指現(xiàn)場測控智能裝置如DCS、PLC的功能，也可以是專用的RTU、智能儀表和智能控制器等。下位監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)形成了不少模式，如DCS、PC+PLC模式，PC+單片機模式，全部進口的PC+RTU模式及混合模式等。下位機系統(tǒng)也包含了先進而復(fù)雜的通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，同時包含了多種不同的性能指標和標準。

4、系統(tǒng)框圖與實時監(jiān)測

結(jié)合變電站監(jiān)控系統(tǒng)的具體情況，決定整個系統(tǒng)采用多級分布式結(jié)構(gòu)，控制方式為IPC+PLC+現(xiàn)場總線。

工控機作為上位機操作站，采用北京力控公司的組態(tài)王工控組態(tài)軟件，設(shè)計了具有Windows風格的動態(tài)操作畫面。利用組態(tài)王提供的對象、屬性、腳本程序，編制監(jiān)控畫面，顯示變電站操作所需的各個重要生產(chǎn)參數(shù)，提供人機接口，訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)，隨時監(jiān)控生產(chǎn)運行［1］。其系統(tǒng)能實現(xiàn)的主要功能是：1）原系統(tǒng)采用指示燈和簡單儀表進行顯示，僅能對系統(tǒng)的工作狀態(tài)和電流，電壓，功率因數(shù)等數(shù)據(jù)簡單的顯示，無法實現(xiàn)對這些狀態(tài)和數(shù)據(jù)的記錄。要求改造后的系統(tǒng)采用圖形加數(shù)字的直觀顯示方式，同時可支持對這些數(shù)據(jù)集中實時的采集到工控計算機上，進行數(shù)據(jù)記錄和處理。2）能顯示主要數(shù)據(jù)的歷史趨勢曲線和實時曲線，以便更直觀的觀察設(shè)備一段時間內(nèi)的運行狀況，并可以將數(shù)天前的歷史記錄從硬盤調(diào)出。3）根據(jù)要求對生產(chǎn)各過程值實現(xiàn)圖像和聲音的報警，并能以文件的形式記錄下來，便于以后查詢這些報警信息。4）可隨時打印當前或歷史數(shù)據(jù)報表，并可任意設(shè)定要打印的歷史報表的時刻。5）通過工控機的畫面監(jiān)視生產(chǎn)過程，設(shè)定和修改參數(shù)，控制生產(chǎn)過程。

勝利露天煤礦現(xiàn)在沒有一套智能化監(jiān)測系統(tǒng)，人工計算電量，計量誤差大，控制系統(tǒng)可靠性較差，顯示儀表讀數(shù)誤差大，自動化水平低，操作工人在崗大部分時間都用于巡回檢查，工人勞動強度大等，因此，整個系統(tǒng)急需改造。根據(jù)安生產(chǎn)和全管理要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，擬建一套監(jiān)測系統(tǒng)。通過對現(xiàn)場信號的集中采集、處理，并能及時控制現(xiàn)場設(shè)備。這樣不僅可以進行生產(chǎn)上的集中監(jiān)控，而且可以綜合各種全安監(jiān)控參數(shù)進行分析，有利于及時發(fā)現(xiàn)事故苗頭，進行安全控制，以提高系統(tǒng)的可靠性，并且還能優(yōu)化線路充分利用資源。

圖 4-1 在線系統(tǒng)實時監(jiān)測狀態(tài)圖

［1］ 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京航空航天大學出版社，2003年9月：5~6.

［2］ 曾慶波，孫華，周衛(wèi)宏.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用技術(shù)［M］.哈爾濱工業(yè)大學出版社2005年2月.