煤礦地面供電系統(tǒng)及其自動(dòng)化研究

賈海燕

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司供電科， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司由于原有的地面供電系統(tǒng)年限久遠(yuǎn)，比較落后，現(xiàn)如今完全不能滿足安全生產(chǎn)的各項(xiàng)要求，同時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器以及供電線路都已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，致使供電系統(tǒng)出現(xiàn)了許多亟待解決的安全問題，因此必須要對(duì)地面供電系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。

1 煤礦地面自動(dòng)化供電系統(tǒng)

煤礦地面自動(dòng)化供電系統(tǒng)指的是煤礦生產(chǎn)所用的電氣設(shè)備要被計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)化控制，對(duì)供電設(shè)備和工作環(huán)境的所有信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?，F(xiàn)代化信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及計(jì)算技術(shù)等多種技術(shù)被包含在煤礦地面供電系統(tǒng)中，在這些現(xiàn)代化技術(shù)的輔助下，建立各種功能于一體的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)煤礦生產(chǎn)供電的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理以及控制，并且對(duì)供電系統(tǒng)所有的電氣設(shè)備和供電線路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，這樣不僅可以不斷改善煤礦供電設(shè)備的工作，而且還可以確保煤礦整體供電網(wǎng)絡(luò)的安全性，對(duì)于保證并提高煤炭生產(chǎn)效率有著至關(guān)重要的作用[1]。

2 煤礦地面供電系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

在煤礦井上供電系統(tǒng)中，各個(gè)環(huán)節(jié)供電的要求各不相同，而且配電的分路很多，如此復(fù)雜的供電系統(tǒng)在工作中每時(shí)每刻都要反饋很多需要處理的信息，所以還要在控制系統(tǒng)中建立處理各種信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且把各種信息分類，便于系統(tǒng)的管理。之前的電氣開關(guān)絕大多數(shù)都是以繼電器為基礎(chǔ)進(jìn)行控制，這種開關(guān)如果要對(duì)某一條線路進(jìn)行控制就會(huì)操作很復(fù)雜并且可靠性不好，因此要用以PLC為基礎(chǔ)的控制開關(guān)代替以繼電器為基礎(chǔ)的開關(guān)。PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，它使用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言以弱電系統(tǒng)為基礎(chǔ)去控制強(qiáng)電系統(tǒng)，不但可以增強(qiáng)供電系統(tǒng)的可靠性，還可以便捷地控制開關(guān)。依據(jù)煤礦的供電規(guī)章制度，要認(rèn)真規(guī)劃地面供電系統(tǒng)，以各種現(xiàn)代化技術(shù)的構(gòu)件控制系統(tǒng)，再把必要的硬件設(shè)備配備好，使供電系統(tǒng)更加完善。

煤礦地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)是一種很新穎的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它主要通過使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)和聯(lián)網(wǎng)控制在井上就控制了井下的供電的電氣設(shè)備，由此全面實(shí)現(xiàn)煤礦供電的自動(dòng)化管理。鑒于計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有很強(qiáng)的智能性，要自動(dòng)控制供電設(shè)備并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，都需要設(shè)定好程序以及指令，然后把多種先進(jìn)的技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電的一體化操作。煤礦的地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)在幫助煤礦節(jié)約供電成本的同時(shí)，還能及時(shí)監(jiān)控供電線路中的電纜、供電設(shè)備、電流輸出的情況，使煤礦供電更加安全。

3 設(shè)計(jì)完善的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)煤礦地面供電自動(dòng)化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的核心組成部分，它由以下幾個(gè)部分組成。第一部分是設(shè)計(jì)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。在供電系統(tǒng)中某些特別的配置信息主要由組態(tài)數(shù)據(jù)記錄下來，在設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮整個(gè)系統(tǒng)的功能，還要結(jié)合現(xiàn)在已經(jīng)成熟的技術(shù)降低成本，要用ADO軟件對(duì)全部的數(shù)據(jù)源進(jìn)行統(tǒng)一的訪問，用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)把組態(tài)信息記錄下來，從而建立起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。第二部分設(shè)計(jì)事件庫(kù)，在生產(chǎn)時(shí)地面供電系統(tǒng)中總會(huì)發(fā)生不可預(yù)料的情況，因此歸于事件數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)一定要考慮該庫(kù)是否可以及時(shí)處理突發(fā)的重要事件，如果地面供電系統(tǒng)發(fā)生故障并且報(bào)警，一定要及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。第三部分是設(shè)計(jì)優(yōu)先級(jí)庫(kù)，為了選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里面的數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)狀態(tài)就要用到優(yōu)先級(jí)庫(kù)，從而提供依據(jù)給系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)調(diào)度，優(yōu)先級(jí)庫(kù)在設(shè)計(jì)時(shí)為了確保供電系統(tǒng)時(shí)間的統(tǒng)一，必須要設(shè)定時(shí)間。第四部分是設(shè)計(jì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，為了減少系統(tǒng)磁盤I/O工作時(shí)的負(fù)擔(dān)，避免供電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)的遺失就要儲(chǔ)存歷史數(shù)因此用到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)要使用歷史數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)，設(shè)計(jì)緩沖區(qū)要依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)情況和系統(tǒng)內(nèi)存的大小，在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，來規(guī)避磁盤的容量太大致使系統(tǒng)崩潰，保證系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)可以正確地存儲(chǔ)并且備份。第五部分是設(shè)計(jì)內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，包含設(shè)計(jì)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)索引、訪問接口、時(shí)間戳和歷史緩沖區(qū)，由于它是系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交互的至關(guān)重要的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此要結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有關(guān)屬性去設(shè)計(jì)I/O驅(qū)動(dòng)為動(dòng)態(tài)軟件機(jī)構(gòu)系統(tǒng)去完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和其他電氣設(shè)備的通訊以及數(shù)據(jù)交換提供了橋梁和紐帶，實(shí)現(xiàn)了對(duì)供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和I/O驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)始終保持一種各自獨(dú)立的關(guān)系，與此同時(shí)一定要保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有可靠性和實(shí)時(shí)性。在設(shè)計(jì)I/O驅(qū)動(dòng)時(shí)一定把硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)統(tǒng)一抽象出來，因?yàn)樵诠╇娤到y(tǒng)中不同的設(shè)備相對(duì)應(yīng)不同的通訊方式[2-3]。

4 現(xiàn)代化關(guān)鍵技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)

在煤礦地面供電系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程中使用環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，要選擇井下隔爆型交換機(jī)，其標(biāo)準(zhǔn)要符合工業(yè)以太網(wǎng)。在建立煤礦地面自動(dòng)化供電系統(tǒng)時(shí)的決定性設(shè)備是隔爆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，它具有以下這些優(yōu)良的性能：輸電范圍比較廣、可以保護(hù)過壓的電流、檢修和安裝方便、準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障位置并且發(fā)出警報(bào)、設(shè)置簡(jiǎn)單易懂，這樣才可以應(yīng)對(duì)煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，適應(yīng)潮濕、高溫、粉塵大等情況，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控井下各趟供電線路的情況，保證其穩(wěn)定且安全地工作，同時(shí)可以使供電系統(tǒng)和井上設(shè)備很好地連接，使井上的自動(dòng)化供電系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制并且實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

為了完成煤礦地面供電系統(tǒng)對(duì)供電線路中的電氣設(shè)備和每個(gè)供電分路的監(jiān)測(cè)，需要把各個(gè)分路的檢測(cè)信息進(jìn)行匯總處理，然后需要通過光線或者網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一傳送到控制平臺(tái)，這時(shí)必須要在煤礦地面供電系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中使用綜合接入網(wǎng)關(guān)，使煤礦井下控制系統(tǒng)的傳感器可以相互連接，井下供電控制系統(tǒng)的封閉狀況得到改變必須要設(shè)置綜合網(wǎng)關(guān)接入。選擇嵌入式控制器、ARM9內(nèi)核和Wind River實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)Vx WORKS來設(shè)計(jì)綜合接入網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，使用通信協(xié)議的層次模型去兼容通用TCPPIP的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，為了完成不同的總線和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可以透明傳輸，必須建立網(wǎng)絡(luò)的通訊隧道，從而設(shè)計(jì)完成綜合接入網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。與此同時(shí)，要事先把不同的數(shù)據(jù)劃分優(yōu)先級(jí)，去滿足煤炭的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)供電控制實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求[4-5]。

5 結(jié)語(yǔ)

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司為了企業(yè)可以朝更好的方向發(fā)展改造了原來比較落后的地面供電系統(tǒng)，確保了全礦井的生產(chǎn)安全，減少了很多的安全隱患。把數(shù)據(jù)庫(kù)、智能-人工信息判別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)PLC控制技術(shù)等先進(jìn)的軟件技術(shù)構(gòu)件作為基礎(chǔ)控制供電系統(tǒng)，使系統(tǒng)的安全性又上一個(gè)臺(tái)階。建立煤礦地面自動(dòng)化供電系統(tǒng)軟硬件主要以MRTDBS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、I/O驅(qū)動(dòng)接口以及和VB編程語(yǔ)言控制軟件等為基礎(chǔ)。這些技術(shù)的綜合應(yīng)用是煤礦供電系統(tǒng)的一個(gè)重大飛躍，是煤礦實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦井的必經(jīng)之路。