張樂

摘要：針對(duì)當(dāng)前無法實(shí)現(xiàn)對(duì)井下設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題，在分析現(xiàn)有井下供電監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展了井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案及關(guān)鍵分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，并將該系統(tǒng)進(jìn)行了6個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，具有較高的智能化程度及運(yùn)行穩(wěn)定性，能夠很好地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況及發(fā)生的故障類型，并實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警提示，在井下安全生產(chǎn)保障中發(fā)揮著重要作用，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值重大。

關(guān)鍵詞：煤礦;井下;供電;安全監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—9492（2021）03—0250—03

0引言

當(dāng)前，國家對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)提出了更高的要求，也越來越重視將當(dāng)前先進(jìn)的智能化控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)煤礦設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)。其中，實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備供電過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，成為當(dāng)前提高煤礦安全生產(chǎn)建設(shè)的重要組成部分，但在井下設(shè)備運(yùn)行過程中，僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的供電電氣設(shè)計(jì)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備供電過程的監(jiān)測(cè)控制。井下供電事故一旦發(fā)生，將可能造成井下大面積停電、設(shè)備無法正常作業(yè)等現(xiàn)象，甚至?xí)蛊潢P(guān)鍵作用的設(shè)備突然斷電而出現(xiàn)失效現(xiàn)象，這將給井下作業(yè)的安全性及煤礦的開采率造成巨大影響，對(duì)井下設(shè)備實(shí)施供電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

為此，本文在分析現(xiàn)有井下供電系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展了井下設(shè)備供電系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)及關(guān)鍵分系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，這對(duì)提高井下的作業(yè)安全及降低企業(yè)運(yùn)行成本具有重大意義。

1現(xiàn)有井下供電監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，國家已逐步加大對(duì)煤礦井下安全的重視，正在逐步將當(dāng)前先進(jìn)的智能化、自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦安全生產(chǎn)中。井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)屬于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)分系統(tǒng)。但經(jīng)資料調(diào)研，當(dāng)前在井下配電及供電監(jiān)控方面，基本未進(jìn)行專門的供電安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，僅實(shí)現(xiàn)了井下設(shè)備的供電系統(tǒng)建設(shè)，也有相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開展了供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究，但還處于基礎(chǔ)研發(fā)階段，并未進(jìn)行大量的市場(chǎng)應(yīng)用推廣。井下設(shè)備運(yùn)行過程中，所需電量相對(duì)較高，但由于未進(jìn)行地面監(jiān)控中心及井下供電信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致無法對(duì)井下設(shè)備的用電情況及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也無法對(duì)設(shè)備的用電安全進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)，當(dāng)前井下供電系統(tǒng)主要采用獨(dú)立的綜合保護(hù)器及隔爆兼本安型的保護(hù)裝置，但大部分均為預(yù)留相關(guān)的通訊接口，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的向外通訊及數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，要想在此基礎(chǔ)上增加供電的監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)較難，且所需成本相對(duì)較高，施工周期也相對(duì)較長。因此，在現(xiàn)有供電設(shè)備上，增加供電安全監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的難度。

2井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合當(dāng)前井下供電設(shè)備存在的問題，開展了煤礦供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。所設(shè)計(jì)供電安全監(jiān)控系統(tǒng)由地面監(jiān)控主站、井下監(jiān)控分站及井下各電力監(jiān)控單元等組成。其中，監(jiān)控系統(tǒng)的底端包括了多種隔爆兼本質(zhì)安全型的終端保護(hù)裝置，主要對(duì)井下各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及用電情況進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，通過雙絞線及RS485通訊接口進(jìn)行信號(hào)的傳輸，由監(jiān)控系統(tǒng)分站中的各類變電所進(jìn)行信號(hào)的采集、計(jì)算、數(shù)據(jù)匯總等操作，并經(jīng)過信號(hào)處理后，經(jīng)過光端機(jī)的信號(hào)分析及傳輸，最終將用電信號(hào)傳輸至上端的監(jiān)控主機(jī)、備用機(jī)及顯示大屏幕上，人員可通過顯示界面對(duì)設(shè)備的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。同時(shí)，整套監(jiān)控系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)備用電過程中出現(xiàn)的用電故障情況，通過合理分配電力及縮短停電時(shí)間等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備用電的安全保護(hù)及報(bào)警提示。另外，整套監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙電源回路設(shè)計(jì)，與其他系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立控制，當(dāng)出現(xiàn)用電故障時(shí)，可對(duì)電源進(jìn)行單獨(dú)切斷，以此完成對(duì)井下設(shè)備用電過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保整個(gè)礦井的用電安全。整個(gè)供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

3監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1地面監(jiān)控主站分系統(tǒng)

地面監(jiān)控主站分系統(tǒng)是整個(gè)井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、WEB服務(wù)器、工作站備機(jī)、綜合保護(hù)器、監(jiān)控工作站、通訊服務(wù)器、信息采集模塊等組成，設(shè)備之間通過RS485進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，通訊協(xié)議采用了Modbus協(xié)議。其中，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器能通過內(nèi)部的程序軟件，接收下層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、存儲(chǔ)等。信息采集模塊采用了市場(chǎng)上較為成熟的MDIA型隔離采集器，具有8路電流模擬量輸入，量程范圍為-25～25 mA，通過RS485接口可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程模擬量的數(shù)據(jù)采集及控制操作，并經(jīng)過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器后，將數(shù)字信號(hào)保存于主機(jī)存儲(chǔ)器中，此采集模塊具有抗爆、抗雷擊等功能特點(diǎn)。另外，主站中設(shè)計(jì)的綜合保護(hù)器也采用了RS485接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下變電所的有力保護(hù)。鑒于井下信號(hào)傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)，為保證信號(hào)傳輸過程中不出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，在地面與地上之間增添了一個(gè)光端機(jī)，以實(shí)現(xiàn)將信號(hào)有效轉(zhuǎn)換，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。地面監(jiān)控主站分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

3.2井下監(jiān)控系統(tǒng)軟件

在井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和軟件操作系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了當(dāng)前成熟的Century Star組態(tài)軟件進(jìn)行程序生成，形成了一套SQL2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而操作系統(tǒng)則主要是基于當(dāng)前的Windows系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件系統(tǒng)中集成了數(shù)據(jù)庫管理主程序、組態(tài)工具模塊程序、通訊管理模塊程序、顯示模塊等部分，包含了對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)整套的程序監(jiān)控。其中，組態(tài)工具模塊程序主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)采集電量、變電站的接線圖及運(yùn)行情況、斷路器的開關(guān)狀態(tài)、系統(tǒng)電壓變化情況等方面進(jìn)行圖形繪制及處理，其程序控制流程如圖3所示。通訊管理模塊則主要負(fù)責(zé)讀取供電系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，并創(chuàng)建臨時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，通過RS485通訊接口和以太網(wǎng)通訊進(jìn)行信號(hào)的傳輸通信，其主程序控制流程如圖4所示。

4井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用測(cè)試

為進(jìn)一步驗(yàn)證此井下供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行效果，將其在某煤礦井下供電系統(tǒng)進(jìn)行了兼容性應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試周期為6個(gè)月，主要負(fù)責(zé)對(duì)該煤礦井下設(shè)備的運(yùn)行情況及用電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在此測(cè)試過程中，該監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)所監(jiān)控設(shè)備的功率、電流、漏電等參數(shù)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，具有系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸率高、界面直觀等特點(diǎn)，針對(duì)不同設(shè)備及變電所，進(jìn)行快速的界面切換，同時(shí)，將采集后的數(shù)據(jù)信息繪制成變化曲線并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。針對(duì)出現(xiàn)的設(shè)備故障問題，能通過監(jiān)控中心進(jìn)行直觀的故障位置及故障原因顯示。供電安全監(jiān)控系統(tǒng)的登錄界面及歷史數(shù)據(jù)變化曲線如圖5～6所示。該系統(tǒng)成功應(yīng)用后，整個(gè)井下設(shè)備的故障發(fā)生率同比降低了將近40%，井下的耗電量減少了30萬的電費(fèi)支出，得到了該企業(yè)管理人員及操作人員的一致好評(píng)和認(rèn)可，其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。

5結(jié)束語

將當(dāng)前先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到煤礦智能化物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，提高煤礦的生產(chǎn)安全性，已成為當(dāng)下政府鼓勵(lì)、企業(yè)推行的重要方向，而實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備供電安全監(jiān)控系統(tǒng)則是其中的重要環(huán)節(jié)。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障情況，不僅能及時(shí)采取有效的安全防護(hù)措施，也能有效降低事故帶來人員傷害及經(jīng)濟(jì)損失。因此，本文以當(dāng)前井下設(shè)備供電系統(tǒng)現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，利用以太網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，開展了井下設(shè)備供電安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案及關(guān)鍵分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性及可靠性，運(yùn)行效果良好，能對(duì)井下設(shè)備的功率、耗電量等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有限避免了小隱患引發(fā)的煤礦安全事故發(fā)生，在井下安全生產(chǎn)保障中發(fā)揮著重要作用。