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        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦井供電監(jiān)控的應(yīng)用研究

        2019-10-28 03:25:18張德軍王興生
        中國礦山工程 2019年5期
        關(guān)鍵詞:智慧交流管理

        張德軍, 王興生, 劉 維

        (1.招金礦業(yè)股份有限公司, 山東 招遠(yuǎn) 265400; 2.德逸科技(北京)有限公司, 北京 100191)

        1 前言

        物聯(lián)網(wǎng)是近些年迅猛發(fā)展的新一代信息技術(shù)之一,它通過傳感器、RFID、二維碼等信息傳感設(shè)備,按照約定的協(xié)議,把各種物品與互聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行通信和信息交換,通過智能感知、識別技術(shù)實現(xiàn)定位、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò),即“物物相連”的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)在架構(gòu)上可分為3個層面,即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由各種傳感器構(gòu)成,包括供電、溫度、濕度、RFID電子標(biāo)簽、攝像頭、位置傳感器等感知終端。感知層的主要功能是識別物體、采集信息;網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)傳輸和處理感知層獲取的信息數(shù)據(jù);應(yīng)用層與最終用戶的實際需求相結(jié)合,是最終用戶與物聯(lián)網(wǎng)的交流終端,通過應(yīng)用層實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)的智能化應(yīng)用。

        2 礦井供電的監(jiān)控

        UPS(Uninterruptible Power Supply)即不間斷電源,是將鉛酸蓄電池與主機(jī)相連接,通過主機(jī)的鎮(zhèn)流器、逆變器等變換器將直流電轉(zhuǎn)換成交流市電的系統(tǒng)設(shè)備。它主要用于給用電設(shè)備提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時,UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用,當(dāng)市電中斷(事故停電)時,UPS在1~4ms內(nèi)通過逆變器轉(zhuǎn)換的方式,將電池的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能,向用電負(fù)載繼續(xù)提供220V交流電,使用電負(fù)載可維持正常工作并保護(hù)用電負(fù)載不受損壞。UPS為井下通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)提供電力保障,在停電時能夠保證通信、監(jiān)控設(shè)備的持續(xù)運行。

        礦井下環(huán)境惡劣,運維不便,對供電狀況的實時監(jiān)測非常重要。[1]招金礦業(yè)夏甸金礦自2017年開始使用物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺監(jiān)測UPS及蓄電池,平臺向運維人員提供供電監(jiān)測、電池診斷及告警功能,在一定程度上解決了蓄電池的監(jiān)測問題。該平臺采用物聯(lián)網(wǎng)主動感知、自動分析、快速處理的技術(shù)手段,通過監(jiān)控UPS及監(jiān)測鉛酸蓄電池的狀態(tài),遠(yuǎn)程控制UPS設(shè)備。改變了長期以來對井下UPS及鉛酸蓄電池人工現(xiàn)場巡檢方式,采用了自動化、智能化、無人工干預(yù)的物聯(lián)網(wǎng)平臺,將故障檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修,使運維工作實現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)問題→分析問題→處理問題→跟蹤問題”的閉環(huán)管理方式,不放過任何事故隱患。

        3 物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺的結(jié)構(gòu)

        3.1 感知層

        在蓄電池上安裝蓄電池監(jiān)測模塊,實時采集蓄電池的電壓、內(nèi)阻、溫度數(shù)據(jù)。其中蓄電池內(nèi)阻是判斷電池的重要參數(shù)之一,通過內(nèi)阻值可直接反映蓄電池的劣化程度及容量性能。通常測量內(nèi)阻有兩種方法,分別為交流注入法和直流放電法[2]。交流注入法是測量蓄電池對輸入的一定頻率的交流信號的電壓反饋,然后獲取交流信號的電流值,從而計算出蓄電池內(nèi)阻的方法,具體原理如圖1所示。交流輸入法可以在蓄電池充電、放電等任何狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)阻測試,另外通過選擇信號頻率可以適應(yīng)不同種類的蓄電池。而直流放電法是通過對電池進(jìn)行大電流放電,測量電池瞬間壓降,然后通過計算得到電池內(nèi)阻值。直流放電法長期使用會對蓄電池造成一定損害,同時獲得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差,準(zhǔn)確程度也不如交流注入法[3]。

        圖1 交流注入法原理

        3.2 網(wǎng)絡(luò)層

        在網(wǎng)絡(luò)層,物聯(lián)網(wǎng)智能管理主機(jī)通過井下的以太網(wǎng)與云端平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。UPS主機(jī)通過RS232/RS485接口與管理主機(jī)連接,管理主機(jī)同時連接蓄電池監(jiān)測主機(jī)。

        物聯(lián)網(wǎng)智能管理主機(jī)采用多片32位高速處理芯片協(xié)同工作、linux實時操作系統(tǒng)等技術(shù)開發(fā)研制的智能通訊管理主機(jī),可以滿足多種類型通訊接口、多種協(xié)議格式的智能終端設(shè)備的應(yīng)用需求。

        物聯(lián)網(wǎng)智能管理主機(jī)負(fù)責(zé)與各監(jiān)控子系統(tǒng)建立通信鏈路、管理設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接、維護(hù)智能終端設(shè)備、收集底層傳感器的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)上傳到物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺,負(fù)責(zé)接收平臺的控制指令并下發(fā)給各監(jiān)控子系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。各監(jiān)控系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)智能管理主機(jī)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)狡脚_,實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控,保障質(zhì)量管理及安全運營。

        3.3 應(yīng)用層

        在應(yīng)用層上可實現(xiàn)對所監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控,通過呈現(xiàn)上傳的數(shù)據(jù)達(dá)到信息共享的功能。如果將監(jiān)測的數(shù)據(jù)與用戶的信息化系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合,就實現(xiàn)了工業(yè)化與信息化的融合。物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺通過大數(shù)據(jù)的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷和算法處理,將井下UPS的實時狀態(tài)在平臺展現(xiàn)出來,同時可以診斷蓄電池的健康狀況,如發(fā)現(xiàn)落后電池及安全隱患,可在平臺上進(jìn)行告警,并可將告警信息推送到運維人員的手機(jī)上。實現(xiàn)了實時掌握井下供電狀態(tài),及蓄電池的安全質(zhì)量管理。

        4 物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺的作用

        通過實施物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺,實現(xiàn)了以下功能:

        (1)實現(xiàn)對全礦所有的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、UPS、蓄電池、蓄電池傳感器的設(shè)備管理[4]。

        (2)實現(xiàn)UPS的遙測模擬量信號、遙測開關(guān)量信息、遙信基礎(chǔ)信息的采集顯示,遙控開關(guān)量相關(guān)控制(即定時開/關(guān)機(jī)、UPS測試放電、蜂鳴器開/關(guān))[5]。

        (3)實現(xiàn)UPS供電職能運維,即利用UPS測試放電控制功能、蓄電池監(jiān)測功能,根據(jù)運維規(guī)范要求定期通過UPS進(jìn)行放電測試,提高蓄電池的使用壽命,同時放電過程中通過對蓄電池的監(jiān)測,及時了解蓄電池的性能,及時更換維護(hù),提高UPS整體的供電性能。

        (4)通過對UPS的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,根據(jù)交流輸出電壓、交流輸出電流、輸出頻率,輸出指標(biāo),判斷UPS設(shè)備是否穩(wěn)定,是否有異常。

        (5)通過監(jiān)測蓄電池的內(nèi)阻、充電電流、放電電流、充放電時間、充放電曲線,掌握電池的性能。

        在效益方面,物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺為礦井帶來以下效益:

        (1)基本代替人工上站維護(hù),降低了運行維護(hù)費用支出和工作強(qiáng)度,使運維管理更加便捷高效。

        (2)通過平臺的專家診斷系統(tǒng)提高和保障了蓄電池組工作效率及安全可靠性。

        (3)對系統(tǒng)在網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行了全生命周期的監(jiān)控,可做資產(chǎn)管理和大數(shù)據(jù)分析,并導(dǎo)出相關(guān)報表,利于管理及上報。

        5 結(jié)論

        物聯(lián)網(wǎng)智慧運維管理平臺有效的提高井下供電系統(tǒng)的安全可靠性,降低人力成本及設(shè)備采購成本。對于降低事故安全隱患、保障安全、節(jié)能環(huán)保具有重要的意義,可達(dá)到“智慧礦山”的相關(guān)要求,在全行業(yè)也具有一定的推廣價值,有較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

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