現(xiàn)場(chǎng)總線的煤礦供電自動(dòng)化系統(tǒng)研究

魏華峰

摘 要：煤礦生產(chǎn)能否得以順利的實(shí)施，根本上決定于煤礦供電運(yùn)行的安全性。煤礦生產(chǎn)不能缺少礦井電能供應(yīng)作為保障，因而體現(xiàn)了自動(dòng)化控制煤礦供電運(yùn)行的重要意義。與人工實(shí)施煤礦供電運(yùn)行控制的傳統(tǒng)做法相比，建立在自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)上的煤礦供電模式能夠保證達(dá)到更好的供電節(jié)能效益，并且有效保障了煤礦安全供電。因此，目前對(duì)于煤礦供電的自動(dòng)化系統(tǒng)需要明確現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)布置與設(shè)計(jì)思路，結(jié)合煤礦供電運(yùn)行的真實(shí)狀況來優(yōu)化煤礦現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化供電控制設(shè)計(jì)方式。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線;煤礦供電;自動(dòng)化系統(tǒng)

礦井生產(chǎn)環(huán)境具有惡劣性，其中涉及很多威脅礦井生產(chǎn)安全的潛在因素。煤礦供電系統(tǒng)如果頻繁產(chǎn)生系統(tǒng)供電的故障，則會(huì)造成程度比較顯著的煤礦供電事故。在情況嚴(yán)重時(shí)，存在故障風(fēng)險(xiǎn)的煤礦供電系統(tǒng)還會(huì)給煤礦生產(chǎn)操作人員帶來直接的人身安全傷害[1]。因此在實(shí)施自動(dòng)化的煤礦供電控制模式下，關(guān)鍵在于因地制宜設(shè)計(jì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化供電控制系統(tǒng)，運(yùn)用自動(dòng)控制軟件來調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)行，節(jié)省煤礦供電的能源消耗。

一、煤礦供電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)例

某全自動(dòng)化的煤礦供電控制系統(tǒng)主要包含煤礦高壓供電與煤礦變電所的自動(dòng)控制模式。在全自動(dòng)化的煤礦供電運(yùn)行模式下，煤礦供電系統(tǒng)具有遙控與遙測(cè)的自動(dòng)控制功能，主遙控器可以用于收集煤礦供電指令，并且自動(dòng)顯示現(xiàn)階段的煤礦供電運(yùn)行狀況[2]。在上述的全自動(dòng)化煤礦供電系統(tǒng)中，運(yùn)用了自動(dòng)控制軟件來測(cè)試煤礦供電系統(tǒng)在各個(gè)不同時(shí)間段的運(yùn)行負(fù)載，進(jìn)而給出合理調(diào)整供電系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)載的措施。技術(shù)人員在制定煤礦供電系統(tǒng)的負(fù)載測(cè)試方案時(shí)，首先模擬各種系統(tǒng)電氣的性能，然后通過實(shí)施滿載測(cè)試的方法來檢測(cè)各種煤礦供電設(shè)備的性能，保證平穩(wěn)與安全的煤礦供電運(yùn)行效果[3]。自動(dòng)化的煤礦供電負(fù)載測(cè)試主要運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，經(jīng)過全面的系統(tǒng)負(fù)載測(cè)試，應(yīng)當(dāng)能夠保證數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)始終處在安全的煤礦供電控制環(huán)境中，避免由于數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)某種系統(tǒng)運(yùn)行故障，進(jìn)而造成相應(yīng)的系統(tǒng)電氣設(shè)施遭受干擾。技術(shù)人員通過運(yùn)用模擬煤礦供電運(yùn)行系統(tǒng)負(fù)載的方式，能夠判斷出目前的各類煤礦供電設(shè)施運(yùn)行狀況，對(duì)于潛在的煤礦供電安全風(fēng)險(xiǎn)也能做到及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。在煤礦供電的范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)測(cè)試煤礦的變配電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、機(jī)房配電系統(tǒng)、不間斷的電源系統(tǒng)與其他的煤礦電源系統(tǒng)，預(yù)先制定各項(xiàng)負(fù)載測(cè)試指標(biāo)。

下表為煤礦供電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本運(yùn)行指標(biāo)：

二、煤礦供電自動(dòng)化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)原則

（一）保證煤礦供電的自動(dòng)化系統(tǒng)安全運(yùn)行

煤礦供電系統(tǒng)必須能夠保證供電平穩(wěn)性與供電安全性，杜絕煤礦供電系統(tǒng)頻繁產(chǎn)生自動(dòng)化供電故障的現(xiàn)象。在自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制下，煤礦電氣設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠延長設(shè)備運(yùn)行年限，并且始終保持平穩(wěn)的煤礦供電效果。煤礦自動(dòng)化供電的數(shù)據(jù)中心對(duì)于礦井的安全供電提供了重要支撐。建設(shè)數(shù)據(jù)中心的各個(gè)環(huán)節(jié)都具有復(fù)雜性，其中牽涉很多不同的施工專業(yè)。運(yùn)用數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)全面的電氣運(yùn)行控制，保證良好的區(qū)域供電運(yùn)行效果。技術(shù)人員必須做到充分保證各種類型的煤礦電氣設(shè)備都能夠置于安全的電氣系統(tǒng)環(huán)境中，運(yùn)用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的信息技術(shù)手段來防控電氣運(yùn)行隱患，從而做到及時(shí)查找煤礦供電運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[4]。電氣運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心主要負(fù)責(zé)控制電氣系統(tǒng)內(nèi)的電源設(shè)施、建筑電氣設(shè)施、消防通信設(shè)施及其他關(guān)鍵電氣設(shè)施，因此應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格避免數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生安全運(yùn)行故障，對(duì)于供電運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患予以杜絕。煤礦供電設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠保證良好的供電安全性，實(shí)現(xiàn)最佳的煤礦自動(dòng)化供電運(yùn)行控制實(shí)施效果。為了達(dá)到保證電氣安全效益的目標(biāo)，那么實(shí)施自動(dòng)化的煤礦供電控制措施應(yīng)當(dāng)充分著眼于保證電氣設(shè)施的安全性，營造安全的礦井供電運(yùn)行控制環(huán)境，嚴(yán)格杜絕煤礦供電系統(tǒng)的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

（二）節(jié)約煤礦供電能源

煤礦供電系統(tǒng)如果要保證持續(xù)的系統(tǒng)供電運(yùn)行，那么將會(huì)消耗較多的煤礦供電能源。在自動(dòng)化的煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中，煤礦供電系統(tǒng)占有較高的煤礦能源消耗比例，因此必須做到運(yùn)用正確的煤礦供電節(jié)能措施。自動(dòng)化的煤礦供電節(jié)能技術(shù)與自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的結(jié)合關(guān)鍵在于推廣煤礦電氣節(jié)能工藝，運(yùn)用節(jié)能工藝手段來節(jié)省煤礦供電運(yùn)行中的各項(xiàng)成本投資，確保實(shí)現(xiàn)良好的煤礦供電安全運(yùn)行效益。自動(dòng)化的煤礦供電工程如果要得以順利實(shí)施，那么必須建立在礦井供電運(yùn)行資源作為支撐的前提下。從現(xiàn)狀來看，煤礦供電的自動(dòng)化工程日益呈現(xiàn)緊缺的電氣控制系統(tǒng)資源狀況，因此體現(xiàn)了優(yōu)化實(shí)施系統(tǒng)資源配置的必要性。煤礦生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于優(yōu)化供電運(yùn)行控制模式的舉措應(yīng)當(dāng)給予重視，投入必要的供電控制技術(shù)引進(jìn)成本。優(yōu)化配置自動(dòng)化的煤礦供電控制系統(tǒng)資源主要涉及合理改進(jìn)電氣控制方式，結(jié)合電氣性能來實(shí)施合理的電氣控制模式優(yōu)化。

（三）優(yōu)化煤礦供電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方式

通常來講，自動(dòng)化的煤礦供電控制模式如果要得以順利實(shí)現(xiàn)，則必須依賴環(huán)形供電控制網(wǎng)絡(luò)、煤礦地面的供電集控中心、智能式的煤礦供電測(cè)控單元，以及煤礦供電信息的集成系統(tǒng)。在目前的現(xiàn)狀下，煤礦企業(yè)關(guān)于礦井供電的運(yùn)行模式可以選擇RS-48S的并聯(lián)供電控制網(wǎng)絡(luò)方式，進(jìn)而達(dá)到順利傳輸?shù)V井供電運(yùn)行信號(hào)的目的。因此從綜合優(yōu)化的角度來講，關(guān)于優(yōu)化整體的煤礦自動(dòng)供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)著眼于煤礦并聯(lián)供電網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形供電控制網(wǎng)絡(luò)與煤礦地面集控中心系統(tǒng)的完善與改進(jìn)，結(jié)合礦井供電運(yùn)行的真實(shí)狀況來實(shí)現(xiàn)對(duì)于以上各個(gè)煤礦供電運(yùn)行部分的合理調(diào)整。

三、現(xiàn)場(chǎng)總線的煤礦供電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

（一）確保自動(dòng)化煤礦供電系統(tǒng)具有完整的系統(tǒng)控制功能

具有自動(dòng)控制功能的煤礦供電系統(tǒng)必須能夠保證完整的供電控制功能，否則將會(huì)給礦井安全生產(chǎn)帶來顯著的不良后果。因此從優(yōu)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的角度來講，基本宗旨在于保證完整與健全的煤礦供電控制功能，確保將供電控制的措施貫穿于煤礦供電運(yùn)行的各個(gè)重要環(huán)節(jié)。主遙控器應(yīng)當(dāng)能夠接收實(shí)時(shí)性的煤礦供電系統(tǒng)電流、系統(tǒng)電壓與系統(tǒng)功率信號(hào)，并且運(yùn)用集成數(shù)據(jù)與收集數(shù)據(jù)的做法來處理煤礦供電數(shù)據(jù)。因此，自動(dòng)化的煤礦供電運(yùn)行模式必須配備系統(tǒng)主控單元，從而達(dá)到統(tǒng)一調(diào)整各項(xiàng)煤礦供電參數(shù)的目的。除此以外，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)保存不同時(shí)間段出現(xiàn)的煤礦供電故障信號(hào)，因此具有記憶系統(tǒng)故障的重要功能。在自動(dòng)控制化的運(yùn)行方式下，確保達(dá)到及時(shí)檢測(cè)煤礦供電故障的效果，運(yùn)用實(shí)時(shí)檢修的方式來處理煤礦供電故障，恢復(fù)正常的煤礦供電狀態(tài)。作為可擴(kuò)展性的煤礦供電系統(tǒng)來講，自動(dòng)化供電系統(tǒng)設(shè)有多個(gè)不同的供電監(jiān)控點(diǎn)，因而達(dá)到了全方位的供電監(jiān)控目標(biāo)，避免某些隱蔽性的煤礦生產(chǎn)區(qū)域缺乏供電監(jiān)控功能。

（二）優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有合理性，其中包含智能化的礦井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置，以及遙測(cè)通信裝置等。在智能控制模式全面啟用的前提下，應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的煤礦供電線路檢測(cè)以及供電設(shè)備性能測(cè)試，運(yùn)用智能監(jiān)控單元的方式來控制各個(gè)礦井生產(chǎn)區(qū)域的煤礦供電設(shè)備，杜絕礦井供電的安全故障。在系統(tǒng)主站作為重要支撐的基礎(chǔ)上，對(duì)于地面設(shè)置的煤礦供電集控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)施全面的系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控，有序?qū)嵤┫到y(tǒng)供電監(jiān)視與供電資源分配的任務(wù)。對(duì)于自動(dòng)化的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)來講，該系統(tǒng)部分可以被設(shè)計(jì)為Profibus的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式。在傳播分站信息與主站信息的過程中，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)屬于不可缺少的信息傳輸媒介。并且在交換現(xiàn)場(chǎng)控制信息的環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)保證達(dá)到可靠與安全的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能，創(chuàng)造便捷與高速的供電系統(tǒng)通信模式。

（三）合理設(shè)計(jì)煤礦供電系統(tǒng)的主站部分

系統(tǒng)主站構(gòu)成了煤礦供電系統(tǒng)中的核心要素，進(jìn)而體現(xiàn)了優(yōu)化煤礦供電主站布局與設(shè)計(jì)的必要性。具體在設(shè)計(jì)煤礦供電的主控制機(jī)過程中，應(yīng)當(dāng)合理選擇主控操作軟件，確保能夠呈現(xiàn)清晰的煤礦供電運(yùn)行界面。例如，Server Windows 2000型號(hào)的礦井供電控制軟件可以呈現(xiàn)動(dòng)畫形式的礦井供電動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫面，從而達(dá)到了全面控制煤礦供電硬件設(shè)施運(yùn)行的目的。在設(shè)置供電控制主站的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，主要應(yīng)當(dāng)包含地址參數(shù)以及網(wǎng)卡配置參數(shù)等，對(duì)于輸入控制主站的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)都應(yīng)當(dāng)保證完整性與精確性。例如技術(shù)人員在設(shè)置供電系統(tǒng)的網(wǎng)卡參數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將“Configuration”的參數(shù)輸入自動(dòng)控制系統(tǒng)，然后運(yùn)用“Operation PC”的參數(shù)設(shè)置來取代“Mode＼＼module”的原始系統(tǒng)界面參數(shù)。技術(shù)人員在完成上述的網(wǎng)卡參數(shù)修改操作以后，對(duì)于系統(tǒng)地址的詳細(xì)參數(shù)應(yīng)當(dāng)予以合理設(shè)計(jì)，其中包含“CP properties”以及“SET operation”的重要系統(tǒng)地址參數(shù)。技術(shù)人員在建成PC的虛擬控制站基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)組態(tài)的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。具體在實(shí)施系統(tǒng)組態(tài)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，基本要點(diǎn)在于監(jiān)控參數(shù)信息以及現(xiàn)場(chǎng)供電設(shè)備信息的全面識(shí)別與處理，運(yùn)用PC虛擬站的方式予以實(shí)現(xiàn)。通常情況下，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)確保詳細(xì)編輯組態(tài)內(nèi)容，并且在PC的虛擬站范圍內(nèi)加入組態(tài)信息。經(jīng)過以上的系統(tǒng)組態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到順利交換煤礦供電數(shù)據(jù)的目標(biāo)。在必要的時(shí)候，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在數(shù)據(jù)庫的空間區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一存放各種類型的煤礦供電信息，便于隨時(shí)分享煤礦供電資源，運(yùn)用整體監(jiān)控的方式來控制煤礦安全生產(chǎn)。

四、結(jié)語

經(jīng)過以上分析可見，供電自動(dòng)化系統(tǒng)具有自動(dòng)控制與自動(dòng)測(cè)量的性能，對(duì)于潛在的煤礦供電風(fēng)險(xiǎn)因素能夠做到及時(shí)進(jìn)行識(shí)別，并且啟用自動(dòng)報(bào)警的煤礦供電系統(tǒng)功能。技術(shù)人員對(duì)于煤礦供電的現(xiàn)場(chǎng)總線自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)施優(yōu)化改造的環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)做到充分結(jié)合煤礦供電狀況以及礦井生產(chǎn)需求，不斷優(yōu)化目前的煤礦自動(dòng)化供電運(yùn)行方式。具體在優(yōu)化設(shè)計(jì)自動(dòng)化的煤礦供電現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)行模式時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保運(yùn)用整體性的視角來實(shí)施合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)礦井自動(dòng)化供電系統(tǒng)的擴(kuò)展性與冗余功能。

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作者簡介：魏華峰（1980—），男，重慶人，碩士研究生，助理研究員，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。