□ 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(jià)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(yùn)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(shí)施電力線路集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護(hù)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(yùn)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(jì)算機(jī)網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)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(shí)間、減少現(xiàn)場操作人員、提高經(jīng)濟(jì)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(jì)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(gè)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(jì)報(bào)表不及時(shí)的現(xiàn)象，同時(shí)規(guī)定的巡查工作也不能及時(shí)進(jìn)行，更不能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握礦區(qū)電力線路的運(yùn)行情況，出現(xiàn)故障情況后不能及時(shí)排除，給生產(chǎn)及安全帶來了嚴(yán)重的后果。所以在露天煤礦實(shí)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(gè)電壓等級，110kv、35kv、6kv、0.4kv。

二、設(shè)計(jì)目的

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

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

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

3、實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備由被動(dòng)檢修轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)檢修，及時(shí)消除事故隱患，確保大型設(shè)備安全可靠運(yùn)行；

4、提供大型設(shè)備的運(yùn)行工況和最佳工況，實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備的高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；

5、實(shí)現(xiàn)各大型設(shè)備安全運(yùn)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(shí)了解任一臺設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的當(dāng)前信息及歷史信息。

三、設(shè)計(jì)的主要工作

本論文采用STEMENS公司的S7-300系列的PLC，工控機(jī)（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(jìn)行在線監(jiān)測與遠(yuǎn)方控制。工控機(jī)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(jìn)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(diǎn)，結(jié)合PLC的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則，對幾種方案做了比較后，確定總體方案，提出用PLC和計(jì)算機(jī)監(jiān)控來滿足系統(tǒng)要求。并根據(jù)設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)之間的通訊。3）采用STEP7軟件對下位機(jī)進(jìn)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(shí)現(xiàn)。4）應(yīng)用組態(tài)王工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)出動(dòng)、靜態(tài)界面，完成人機(jī)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(bào)警、以及數(shù)據(jù)保存、查詢打印等，完成了工控機(jī)監(jiān)控功能的設(shè)計(jì)。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(jì)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(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，很好的完成監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)通過對PLC的選取和應(yīng)用，完成上位機(jī)對數(shù)據(jù)的采集，并通過組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)畫面顯示等各種功能。PLC的遠(yuǎn)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(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性；第二個(gè)層面是工控機(jī)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(jìn)行原因分析，并可打印故障報(bào)表。

2、上位機(jī)設(shè)置

上位機(jī)主機(jī)采用工業(yè)PC機(jī)，根據(jù)需要可以配備打印機(jī)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(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，以及將下位機(jī)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，包括存入數(shù)據(jù)庫、進(jìn)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(bào)表打印輸出，用戶還可以查看實(shí)時(shí)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(bào)警信息。通常上位機(jī)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(jī)備用系統(tǒng)。

3、下位機(jī)設(shè)置

下位機(jī)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(jī)模式，全部進(jìn)口的PC+RTU模式及混合模式等。下位機(jī)系統(tǒng)也包含了先進(jìn)而復(fù)雜的通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，同時(shí)包含了多種不同的性能指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。

4、系統(tǒng)框圖與實(shí)時(shí)監(jiān)測

結(jié)合變電站監(jiān)控系統(tǒng)的具體情況，決定整個(gè)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(jī)作為上位機(jī)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(jì)了具有Windows風(fēng)格的動(dòng)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(gè)重要生產(chǎn)參數(shù)，提供人機(jī)接口，訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)，隨時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行［1］。其系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的主要功能是：1）原系統(tǒng)采用指示燈和簡單儀表進(jìn)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(shí)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(shí)可支持對這些數(shù)據(jù)集中實(shí)時(shí)的采集到工控計(jì)算機(jī)上，進(jìn)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(shí)時(shí)曲線，以便更直觀的觀察設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)圖像和聲音的報(bào)警，并能以文件的形式記錄下來，便于以后查詢這些報(bào)警信息。4）可隨時(shí)打印當(dāng)前或歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，并可任意設(shè)定要打印的歷史報(bào)表的時(shí)刻。5）通過工控機(jī)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(jì)算電量，計(jì)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(dòng)化水平低，操作工人在崗大部分時(shí)間都用于巡回檢查，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等，因此，整個(gè)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(shí)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(shí)控制現(xiàn)場設(shè)備。這樣不僅可以進(jìn)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(jìn)行分析，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，進(jìn)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(shí)時(shí)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(xué)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(xué)出版社2005年2月.