基于PLC的煤礦井下變電所監(jiān)控技術(shù)研究

于合蕊　張啟偉

摘 要：對(duì)于煤礦企業(yè)而言，井下變電所是重要的組成部分，其設(shè)備的可靠性對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要；進(jìn)行井下變電所設(shè)備的監(jiān)控是保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提，設(shè)計(jì)一套完善可行的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)能夠保證監(jiān)控的高效。本文首先分析了井下變電所監(jiān)控系統(tǒng)的組成及主要功能，給出了具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；該系統(tǒng)利用PLC技術(shù)，可以對(duì)多種電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)約進(jìn)行處理，還可以實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)電子設(shè)備的通信。

關(guān)鍵詞：煤礦企業(yè) 井下變電所 自動(dòng)監(jiān)控 PLC

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0090-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)技術(shù)步入新的發(fā)展階段，將其應(yīng)用于變電所中實(shí)施設(shè)備的集中監(jiān)控在很多地方已經(jīng)出現(xiàn)，并逐漸被推廣使用；很多變電站已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。在煤礦企業(yè)中，井下變電所中實(shí)施自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)十分有必要，井變電所的組成是：中央變電所及采區(qū)變電所；其中，在采區(qū)變電所中周圍環(huán)境較為惡劣，設(shè)備常常置身于易于出現(xiàn)瓦斯爆炸和煤塵爆炸的地方。對(duì)此，通常情況下，中央變電所和采區(qū)變電所采用的是不同的保護(hù)裝置，它們的通信規(guī)約也存在較大不同，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控。本文給出了一種應(yīng)用與煤礦井下變電所的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，它以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)，在實(shí)際運(yùn)行中也表現(xiàn)出了較好的性能。

1 井下變電所自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

在井下變電所的子系統(tǒng)中通常需要實(shí)現(xiàn)三遙功能，即：遙信、遙測(cè)以及遙控[1]；這些功能是通過(guò)繼電保護(hù)裝置、數(shù)據(jù)采集裝置以及智能裝置監(jiān)測(cè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的[2]。這些裝置由不同的廠家生產(chǎn)，但通常都會(huì)具備聯(lián)網(wǎng)功能。當(dāng)下，實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)網(wǎng)有兩種方式：與上位機(jī)直接通信、通過(guò)485網(wǎng)與通信總控單元通信，然后與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息聯(lián)系。通信總控單元可以收集變電站運(yùn)行的信息并將其送到監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)視。另外，通過(guò)接收和轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的操作命令可以遙控操作斷路器和變壓器的分接頭。本文的研究對(duì)象為煤礦井下變電所，將自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)接入到整個(gè)集成控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)功能。為了實(shí)現(xiàn)集成的方便和統(tǒng)一，設(shè)立一個(gè)PLC控制柜進(jìn)行就地控制。它的主要職責(zé)是進(jìn)行與通信總控單元的通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和顯示以及對(duì)設(shè)備的集中控制。在PLC被引入后，自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一致性，可以采用統(tǒng)一的方式與監(jiān)控中心通信[3]。

2 井下變電所自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 煤礦井下變電所概況分析

在煤礦井下變電所中，中央變電所是整個(gè)供電的樞紐，在其高壓部分高壓柜中，設(shè)置有專門的綜合保護(hù)裝置以及測(cè)控單元，這些裝置或者單元都配備有對(duì)應(yīng)的通信單元，可以與調(diào)度通信，完成三遙任務(wù)。在其低壓部分，通常不會(huì)設(shè)置綜合保護(hù)裝置，但是會(huì)裝設(shè)智能儀表，這些智能儀表可以進(jìn)行電流和電壓等運(yùn)行參數(shù)的采集，同時(shí)還具有通信功能。作為從站，智能儀表可以接收來(lái)自主站的命令，并且將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。采區(qū)變電所對(duì)于采區(qū)來(lái)說(shuō)，是重要的供電樞紐，它將高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪海⑶蚁蛏a(chǎn)機(jī)械提供所需的電能。鑒于采區(qū)的外部環(huán)境十分惡劣，需要使用高壓防爆開關(guān)。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先是系統(tǒng)的設(shè)想。對(duì)于井下變電所而言，實(shí)現(xiàn)的是自動(dòng)監(jiān)控功能，就系統(tǒng)的控制方式來(lái)說(shuō)，必須具有就地手動(dòng)控制、井下就地集中監(jiān)控以及遠(yuǎn)方監(jiān)控等功能[4]。所以，需要將相應(yīng)的控制柜設(shè)置在井下的變電所中，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中采用了S7-300系列的PLC，將其作為集中控制站。PLC可以與中央變電所、采區(qū)變電所等的繼電保護(hù)和智能儀表等實(shí)施通信；從而可以進(jìn)行就地的三遙。PLC還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用，通過(guò)與地面調(diào)度的通信進(jìn)行遠(yuǎn)方的集中監(jiān)控；圖1給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

接下來(lái)分析PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信。S7-300與相應(yīng)綜合自動(dòng)化裝置以及智能儀表的通信可以采用CP340模塊。在CP340通信模塊中，具有RS-232接口、RS-422/485接口。為了實(shí)現(xiàn)信息的正確傳送和接收，需要有一套約定，對(duì)信息的傳輸順序、格式以及內(nèi)容等進(jìn)行約定，即：協(xié)議。在本系統(tǒng)中，采用的是模塊化的設(shè)計(jì)思想，程序被劃分為很多個(gè)程序塊，它們各自含有相應(yīng)的設(shè)備和程序指令，對(duì)各個(gè)功能區(qū)進(jìn)行編程。這種方式有利于多人同時(shí)進(jìn)行編程，也有利于調(diào)試程序和查找故障。在系統(tǒng)中，PLC需要對(duì)多種通信協(xié)議進(jìn)行處理，并對(duì)協(xié)議的處理程序進(jìn)行單獨(dú)編制，將它們放在對(duì)應(yīng)的功能模塊中。

在井下就地集中監(jiān)控中，將一個(gè)觸摸屏安裝在主PLC柜內(nèi)，觸摸屏采用的是西門子TP270，其上可以顯示出主接線圖；并且還可以監(jiān)視到開關(guān)的遙信狀態(tài)以及線路的電流、有功、無(wú)功等數(shù)值。另外，點(diǎn)擊主接線圖上對(duì)應(yīng)的開關(guān)圖表，還可以實(shí)現(xiàn)遙控命令的發(fā)送，完成遙控任務(wù)。整個(gè)界面具有直觀鮮明和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。PLC在實(shí)現(xiàn)與地面調(diào)度的通信中采用了將PLC集中控制柜安裝于井下變電所中的方式。由于PLC與地面調(diào)度之間存在較遠(yuǎn)的距離，為了防止電磁干擾，采用了以太網(wǎng)及光纖傳輸技術(shù)。將CP343-1模塊及收發(fā)器安裝在主PLC柜中；在地面的監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)中安裝監(jiān)控軟件。最后是系統(tǒng)上位機(jī)的監(jiān)控軟件分析，本系統(tǒng)采用的是組態(tài)軟件Intouch編制，實(shí)現(xiàn)的功能包括：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)時(shí)點(diǎn)的實(shí)時(shí)顯示；實(shí)時(shí)進(jìn)行遙控命令的下發(fā)；遙測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)記錄；進(jìn)行報(bào)警等等[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了井下變電所監(jiān)控系統(tǒng)的組成及主要功能，給出了具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在該系統(tǒng)中，采用了西門子的S7-300PLC，可以對(duì)多種電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)約進(jìn)行處理，還可以實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)電子設(shè)備的通信。在集中監(jiān)控中心，利用PLC實(shí)現(xiàn)與變電所的保護(hù)進(jìn)行通信，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的實(shí)施自動(dòng)監(jiān)控，本系統(tǒng)經(jīng)實(shí)踐運(yùn)行表明是安全穩(wěn)定的，能夠較好的滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 張延聰，候先敏.煤礦撲下變電所監(jiān)控系統(tǒng)[J].煤炭科技，2005（3）：29-30.

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[3] 張春.西門子STEP7編程語(yǔ)言與使用技巧[M].北京：機(jī)械工業(yè)山版社，2009.

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[5] 周海洋，徐長(zhǎng)響.基于PLC的變電站檢測(cè)自動(dòng)化[J].高電壓技術(shù)，2003（2）.endprint