王少鵬

（陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713602）

在計算機及通訊手段愈加成熟中，在線監(jiān)控與無線通信逐漸被運用在煤礦行業(yè)中，促使井下監(jiān)控系統(tǒng)合理化更新。實現(xiàn)全程監(jiān)控井下供電設(shè)備工況、異常信號采集、遠程操控等，促使煤礦生產(chǎn)活動的可視化與數(shù)字化程度加深，并減輕日常運維任務(wù)量。

一、煤礦井下供電設(shè)備原有情況

以某煤礦為例，其供電主要包含地面與井下兩個部分。一方面，地面供電系統(tǒng)。在井下設(shè)置4 個雙回路10KV 的電源，引自110/10KV 變電站。110KV變電站雙回路電源，來源于上級330/KV 變電站不同母線段，總體的輸電長度是18KV。從地表的供電設(shè)備來看，布設(shè)3臺S3810?X612000/110/650000KVA變壓裝置。其余的地面有關(guān)供電設(shè)備有煤礦提升機的控制機房、生產(chǎn)現(xiàn)場的電力裝置、風(fēng)井的控制室等。另一方面，地下供電設(shè)施的情況。共有兩臺MNST?320型的變壓裝置，構(gòu)成中央變電所、盤區(qū)變電所，任務(wù)是井下各排水系統(tǒng)迎頭工作面低壓線路提供電源。對于井下供電設(shè)備，首先，過流保護表示在被監(jiān)控設(shè)備與線路內(nèi)，電流值大于既定閾值后，系統(tǒng)能直接啟動保護動作。其次，漏電保護，在線路和地面構(gòu)成導(dǎo)電回路時，出現(xiàn)電流經(jīng)過的情況，對此現(xiàn)象加以防護預(yù)警。最后，接地保護，在供電設(shè)備表面殼體帶電，會和所接觸的地面建立連接，避免井下工人出現(xiàn)觸電事件。

二、煤礦在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的總體設(shè)計

（一）設(shè)計思路

該系統(tǒng)是基于地面系統(tǒng)自動化手段比較成熟的條件下，結(jié)合煤礦井下的作業(yè)環(huán)境，運用以太環(huán)網(wǎng)，形成在線監(jiān)控系統(tǒng)，以避免因為供電，帶來嚴重事故。微機保護系統(tǒng)支持動態(tài)監(jiān)控、歷史信息整合等，可達到無人值班的狀態(tài)。通過設(shè)置井下的通信平臺，實現(xiàn)各類監(jiān)控資料的穩(wěn)定傳輸。運用先進的手段，促使煤礦管理更為自動化與現(xiàn)代化。

（二）系統(tǒng)特點

組態(tài)軟件為供電專業(yè)版，滿足供電設(shè)備普遍性管控習(xí)慣，易于使用維護，而且能結(jié)合煤礦井下實際情況，進行針對性的功能設(shè)計。配備Windows操作系統(tǒng)、SQL Server數(shù)據(jù)庫與B/S/C體系結(jié)構(gòu)，具體較高的靈活度。此外，設(shè)置實時數(shù)據(jù)庫與關(guān)系式歷史數(shù)據(jù)庫，展現(xiàn)出顯著的通用與可擴展特點。該系統(tǒng)包括地面與井下系統(tǒng)，借助以太網(wǎng)及數(shù)據(jù)庫完成子系統(tǒng)的連通，實現(xiàn)信息高速輸送。而且支持開放式的信息連接，構(gòu)成有序的聯(lián)動系統(tǒng)，以免產(chǎn)生“孤島”格局，確保數(shù)據(jù)資料的得以充分應(yīng)用。將嵌入式應(yīng)用該軟件，融入到井下監(jiān)控與通信裝置上，支持現(xiàn)場信息采集與保護反應(yīng)、通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。針對低壓漏電，配備分布式的運算方式，以規(guī)避井下漏電事故。借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備手段，處理供電設(shè)備故障識別及定位的問題。另外，該系統(tǒng)還能提供優(yōu)異的數(shù)據(jù)發(fā)布及網(wǎng)絡(luò)，電子設(shè)備在接入局域網(wǎng)及Internet網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)賬戶權(quán)限，提供在線監(jiān)控資料[1]。

三、煤礦在線監(jiān)控系統(tǒng)具體設(shè)計應(yīng)用

（一）地面監(jiān)控主站

1.系統(tǒng)硬件

主站中硬件包括監(jiān)控工作站、通訊與數(shù)據(jù)的服務(wù)器。結(jié)構(gòu)模式設(shè)置成單機與網(wǎng)絡(luò)兩種，前者最多配置2臺能相互備用的PC 機，能視為后臺機，最少配置是單個后臺機。后者則分別配備2臺相互備用的通信及數(shù)據(jù)服務(wù)器，以及25 個監(jiān)控工作站。具體來看，一是通信服務(wù)器，功能任務(wù)是井下分站、監(jiān)控工作站及數(shù)據(jù)服務(wù)器，三者之間的信息交互、通道監(jiān)視等。單機條件下，兩類服務(wù)器和工作站均部署在同一計算機中，而在網(wǎng)絡(luò)條件下，通信服務(wù)器設(shè)置獨立的PC 機，并可設(shè)置主備參數(shù)。日常工況下，由主機完成全部工作，僅有在其停止運轉(zhuǎn)后，由備機繼續(xù)工作。接口選定以太網(wǎng)。二是數(shù)據(jù)服務(wù)器，主要是保存歷史資料，同樣分成主備機器，同時也能負擔起監(jiān)控工作站的任務(wù)，兼顧Web服務(wù)器的功能。一般工況中，監(jiān)控信息來自于主服務(wù)器，在主機退出工作后，會有備機頂替。三是監(jiān)控工作站，其負責定值管理、工礦監(jiān)控等，最多能設(shè)置25 臺。

2.系統(tǒng)軟件

軟件部分包含系統(tǒng)與應(yīng)用兩項。系統(tǒng)軟件有操作及數(shù)據(jù)庫等，應(yīng)用軟件則涉及到基礎(chǔ)平臺、通訊單元、組態(tài)工具、在線監(jiān)控單元、Web服務(wù)單元等。操作系統(tǒng)運用WindowsXP，安裝過程中，需先載入IIS。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為SQL Server數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用軟件方面：基礎(chǔ)平臺，安設(shè)于服務(wù)器及工作站；通訊單元，安設(shè)在對應(yīng)服務(wù)器上，負責信息轉(zhuǎn)發(fā)；數(shù)據(jù)庫單元，運行于服務(wù)器上，支持系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定；組態(tài)工具，安設(shè)在工作站，支持制作圖形資料；在線監(jiān)控單元，同樣配置在工作站中，負責動態(tài)監(jiān)控；定值管理，布置在工作站中，支持設(shè)計及查找、更改系統(tǒng)定值；Web服務(wù)單元，安裝于服務(wù)器，支持信息瀏覽；錄波分析單元，運轉(zhuǎn)在工作站中，負責錄波處理分析；下載工具，可將錄波資料下載到計算機本地中保存使用[2]。

（二）井下測控分站

井下分站是用于保護設(shè)備和地面監(jiān)控之間的信息溝通。其具體功能有：保障合理系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，基于主站發(fā)出的指令，采集各項所需信息，傳給中心站。同時，按照地上調(diào)度中心的指令，調(diào)節(jié)高保開關(guān)，和綜合保護器一同，完成單線接地選線，以達到高阻接地等情況的需求。在實現(xiàn)接地后，同時數(shù)據(jù)記錄與信號的方式，輸出接地線路等信息?？杀Ｕ仙舷录壍谋Ｗo裝置，時間相同，主站每個小時確定兩次時間，而分站則間隔一刻鐘和綜合保護確定時間。在保護器的通信斷開，會立即生成事件記錄，不僅會直接反應(yīng)在設(shè)備本身上，還會同步送至地面監(jiān)控。配置外掛式的擴充單元，支持第三方的供電裝置連接。此外，還能連接帶以太網(wǎng)接口的各類系統(tǒng)，能直接把信號傳給地面。該系統(tǒng)掉電后，能自動保存并傳送必要資料。

分站在接收到主站發(fā)出更改定值的指令，基于固化命令，傳給綜合保護，后者完成固化后，分站會生成更改記錄。開關(guān)調(diào)節(jié)的指令運轉(zhuǎn)過程，與之相似。另外，在綜合保護形成錄波信息后，分站會申請獲取，隨即產(chǎn)生三種格式的文件資料，保存在分站內(nèi)。此項儲存功能有一定限制，在文件資料超過限定數(shù)量后，會依次刪除最早記錄。分站帶有OPC Server接口，能和整個礦井的集控平臺建立連接。此外，井下分站支持遠程監(jiān)控通信，軟件升級、信息維護、下載資料等操作也可通過遠程完成。

1.分站特點

其一，擁有工業(yè)級的微處理器，功耗偏少，運行穩(wěn)定性高。其二，通信形式多樣化，支持不同規(guī)約與波特率的環(huán)境。其三，通訊和監(jiān)控均設(shè)置外掛式單元，利于后期功能增添，并利于信息交換，達到集中監(jiān)控的效果。其三，在掉電之后，備用電源啟動，繼續(xù)供電，并能保障在全站停電，把故障數(shù)據(jù)傳遞到地上監(jiān)控系統(tǒng)中。其四，配備以太網(wǎng)的交換機，直接連接以太網(wǎng)。

2.軟件設(shè)計

分站軟件功能要求為：增減、運維、規(guī)約方便。規(guī)約及功能模塊均是外掛形式，支持遠程調(diào)整參數(shù)、查看部分信息、使用磁盤、啟動計算機、信息傳輸?shù)?。分站軟件設(shè)計，重點為數(shù)據(jù)和功能。設(shè)置公共數(shù)據(jù)域，不同功能單元基于自身需求，獲取信息資料，通過基礎(chǔ)運算，生成所需功能。

一方面，重要公共數(shù)據(jù)區(qū)。包含的數(shù)據(jù)類型有：一是實時信息，如模擬量、電度量以及狀態(tài)量。而其中的狀態(tài)量不僅涉及到終端狀態(tài)數(shù)據(jù)，還有單相接地及通信單元形成的運行狀態(tài)資料。二是事件次序記錄信息，包括終端傳輸?shù)氖录涗浺约案鞴δ苣K形成的事件信息。三是故障錄波信息，支持文件傳輸。信息的存儲方式為：實時數(shù)據(jù)根據(jù)邏輯設(shè)定的順序，依次保存；事件記錄是根據(jù)獲取及形成的時間，排列保存；錄波信息是在錄波傳輸結(jié)束后，形成文件保存后，開始下一個。

另一方面，普通公共區(qū)域。設(shè)置六個分區(qū)，即實時數(shù)據(jù)，保存模擬量與信號量；電度量數(shù)據(jù)，保存整點的電度量信息，用文件保存；事件記錄，屬于循環(huán)數(shù)據(jù)區(qū)；指令交互區(qū)，支持上位機通信單元和終端通信單元之間，傳輸指令與反饋落實情況；公共參數(shù)，保存最基礎(chǔ)信息，比如測控端口的資料等；錄波數(shù)據(jù)，保存一次錄波資料[3]。

（三）微機保護器

保護器設(shè)置，是為避免由于單一回路異常，導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)生問題。借助數(shù)據(jù)次序信息與異常錄波，方便鎖定故障點，以縮短停電時長。并配備遠程遙控操作，提高系統(tǒng)使用的便利性及安全性。

1.硬件設(shè)置

其一，配備標準機箱，確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，達到模塊化、規(guī)范化的目的。其二，雙CPU格局，裝配高品質(zhì)的處理器保護CPU，運用微處理器，操控系統(tǒng)界面。其三，使用低耗能、快速的A/D轉(zhuǎn)換芯片，每隔一周借助采樣與頻率跟蹤進行系統(tǒng)保護與測量。其四，存儲器支持保留定值與動作記錄，確保系統(tǒng)全部信息及時面對掉電情況，也能完整保留。其五，保護器內(nèi)芯片都實行表面貼片，并組合四層板制造技術(shù)，使保護器自身抗干擾性能有所依仗。其六，硬件可進行自動檢測，并在識別到故障后立即反應(yīng)，讓保護器能保持正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，維護系統(tǒng)保護效果。其七，能提供閉鎖合閘，以免出現(xiàn)誤操作。此外，還提供高清的操作界面，使用者能根據(jù)自身工作習(xí)慣，進行個性化調(diào)整，輸出實時的設(shè)備工況，方便遠程巡檢。

該部分系統(tǒng)的硬件原理為：（1）保護裝置接線。DSPfalse 屬于微處理器，通過數(shù)字信號完成信息處理。運行原理：在獲得模擬信號后，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，對其刪改及強化，解譯成模擬信息及環(huán)境格式。具備可編程的特點，支持實時運轉(zhuǎn)。（2）E2PROMfalse 數(shù)據(jù)儲存器與時鐘線路。測控模塊中，異常報告及保護定值等信息需長期保存，占用空間較少，但對可靠性標準較高，絕不可丟失。時鐘線路就是提供時間信息，方便事件記錄等模塊運轉(zhuǎn)。（3）CAD總線驅(qū)動電路。本自動化系統(tǒng)的站內(nèi)通信，配置CAD總線，能實現(xiàn)分布式操控，擁有較高的開放性。借助總線接收器，能保障通訊距離以及瞬時抗干擾的水平。（4）模擬信號。交流插件把電壓與電流信號，轉(zhuǎn)換為滿足測控設(shè)備輸入標準的形式。在供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，互感裝置二次側(cè)電流的波動區(qū)間偏大，因而設(shè)置傳感裝置中，應(yīng)實現(xiàn)：在最低電流條件下，能表現(xiàn)出必要的分辨力。變換器需合理選定二次側(cè)負載，以免發(fā)生飽和問題[4]。

2.軟件設(shè)置

該系統(tǒng)具體的功能模塊需包含：交流采樣，負責獲取模擬量，輸給數(shù)據(jù)區(qū)；聯(lián)網(wǎng)通信，和井下分站通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)答；就地通信，和操作系統(tǒng)顯示頁面交互；交流計算，通過計算分析，得出模擬量的有效值；保護邏輯模塊，提供保護功能的分析判斷；開入采集，獲取開入作業(yè)情況與相應(yīng)動作監(jiān)控資料；開出動作，維護邏輯出口與分合閘操作；上電自檢，支持硬件自我查看。軟件整體分成主程序與斷開服務(wù)程序，前者設(shè)置初始化及自檢、邏輯判斷與跳閘應(yīng)對單元。后者則分成定時采樣與串行口通訊兩個部分。

結(jié)束語：設(shè)置井下在線的監(jiān)控系統(tǒng)，基于某煤礦當前的監(jiān)控系統(tǒng)情況，擬定新的設(shè)計方案。采用如今比較成熟的以太網(wǎng)，支持各模塊的穩(wěn)定連接，保證數(shù)據(jù)的低延時傳遞。借此消除井下作業(yè)的部分危險源，保證煤礦生產(chǎn)安全。