基于PLC的煤礦井下變電所監(jiān)控技術研究

于合蕊　張啟偉

摘 要：對于煤礦企業(yè)而言，井下變電所是重要的組成部分，其設備的可靠性對于企業(yè)來說至關重要；進行井下變電所設備的監(jiān)控是保證其安全穩(wěn)定運行的重要前提，設計一套完善可行的自動監(jiān)控系統能夠保證監(jiān)控的高效。本文首先分析了井下變電所監(jiān)控系統的組成及主要功能，給出了具體的系統設計方案；該系統利用PLC技術，可以對多種電力系統的運行規(guī)約進行處理，還可以實現與相應電子設備的通信。

關鍵詞：煤礦企業(yè) 井下變電所 自動監(jiān)控 PLC

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0090-02

隨著科學技術的發(fā)展，微機技術步入新的發(fā)展階段，將其應用于變電所中實施設備的集中監(jiān)控在很多地方已經出現，并逐漸被推廣使用；很多變電站已經成功實現了無人值守。在煤礦企業(yè)中，井下變電所中實施自動監(jiān)控技術十分有必要，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，設備常常置身于易于出現瓦斯爆炸和煤塵爆炸的地方。對此，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裝置，它們的通信規(guī)約也存在較大不同，難以實現自動監(jiān)控。本文給出了一種應用與煤礦井下變電所的自動監(jiān)控系統，它以PLC技術為基礎，在實際運行中也表現出了較好的性能。

1 井下變電所自動監(jiān)控系統

在井下變電所的子系統中通常需要實現三遙功能，即：遙信、遙測以及遙控[1]；這些功能是通過繼電保護裝置、數據采集裝置以及智能裝置監(jiān)測裝置來實現的[2]。這些裝置由不同的廠家生產，但通常都會具備聯網功能。當下，實現通信聯網有兩種方式：與上位機直接通信、通過485網與通信總控單元通信，然后與后臺監(jiān)控系統進行信息聯系。通信總控單元可以收集變電站運行的信息并將其送到監(jiān)控系統中，實現對設備運行狀況的監(jiān)視。另外，通過接收和轉發(fā)相應的操作命令可以遙控操作斷路器和變壓器的分接頭。本文的研究對象為煤礦井下變電所，將自動監(jiān)控系統接入到整個集成控制系統中，實現子系統功能。為了實現集成的方便和統一，設立一個PLC控制柜進行就地控制。它的主要職責是進行與通信總控單元的通信，實現現場數據的采集和顯示以及對設備的集中控制。在PLC被引入后，自動監(jiān)控子系統實現了一致性，可以采用統一的方式與監(jiān)控中心通信[3]。

2 井下變電所自動監(jiān)控系統方案設計

2.1 煤礦井下變電所概況分析

在煤礦井下變電所中，中央變電所是整個供電的樞紐，在其高壓部分高壓柜中，設置有專門的綜合保護裝置以及測控單元，這些裝置或者單元都配備有對應的通信單元，可以與調度通信，完成三遙任務。在其低壓部分，通常不會設置綜合保護裝置，但是會裝設智能儀表，這些智能儀表可以進行電流和電壓等運行參數的采集，同時還具有通信功能。作為從站，智能儀表可以接收來自主站的命令，并且將所采集到的數據發(fā)送給主站。采區(qū)變電所對于采區(qū)來說，是重要的供電樞紐，它將高壓轉變?yōu)榈蛪?，并且向生產機械提供所需的電能。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。

2.2 系統設計

進行監(jiān)控系統設計，首先是系統的設想。對于井下變電所而言，實現的是自動監(jiān)控功能，就系統的控制方式來說，必須具有就地手動控制、井下就地集中監(jiān)控以及遠方監(jiān)控等功能[4]。所以，需要將相應的控制柜設置在井下的變電所中，本文設計的系統中采用了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和智能儀表等實施通信；從而可以進行就地的三遙。PLC還可以實現數據中轉站的作用，通過與地面調度的通信進行遠方的集中監(jiān)控；圖1給出了系統的結構示意圖。

接下來分析PLC與現場設備的通信。S7-300與相應綜合自動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。為了實現信息的正確傳送和接收，需要有一套約定，對信息的傳輸順序、格式以及內容等進行約定，即：協議。在本系統中，采用的是模塊化的設計思想，程序被劃分為很多個程序塊，它們各自含有相應的設備和程序指令，對各個功能區(qū)進行編程。這種方式有利于多人同時進行編程，也有利于調試程序和查找故障。在系統中，PLC需要對多種通信協議進行處理，并對協議的處理程序進行單獨編制，將它們放在對應的功能模塊中。

在井下就地集中監(jiān)控中，將一個觸摸屏安裝在主PLC柜內，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)視到開關的遙信狀態(tài)以及線路的電流、有功、無功等數值。另外，點擊主接線圖上對應的開關圖表，還可以實現遙控命令的發(fā)送，完成遙控任務。整個界面具有直觀鮮明和操作簡單的特點。PLC在實現與地面調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與地面調度之間存在較遠的距離，為了防止電磁干擾，采用了以太網及光纖傳輸技術。將CP343-1模塊及收發(fā)器安裝在主PLC柜中；在地面的監(jiān)控系統中設置控制計算機，計算機中安裝監(jiān)控軟件。最后是系統上位機的監(jiān)控軟件分析，本系統采用的是組態(tài)軟件Intouch編制，實現的功能包括：實現系統內實時點的實時顯示；實時進行遙控命令的下發(fā)；遙測點的實時記錄；進行報警等等[5]。

3 結語

本文分析了井下變電所監(jiān)控系統的組成及主要功能，給出了具體的系統設計方案。在該系統中，采用了西門子的S7-300PLC，可以對多種電力系統的運行規(guī)約進行處理，還可以實現與相應電子設備的通信。在集中監(jiān)控中心，利用PLC實現與變電所的保護進行通信，最終實現對電氣設備的實施自動監(jiān)控，本系統經實踐運行表明是安全穩(wěn)定的，能夠較好的滿足現場要求。

參考文獻

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

[2] 潘俊濤，孔慶軍.煤礦井下采區(qū)變電所無人值守監(jiān)控系統的應用[J].煤炭工程，2006（8）：98-99.

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

[4] 胡建.四門子7 300/400PLC工程[M].北京：北京航空航天大學山版社，2008.

[5] 周海洋，徐長響.基于PLC的變電站檢測自動化[J].高電壓技術，2003（2）.endprint