呂擁軍

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦二號(hào)井，山西 晉城 048006）

1 應(yīng)用前的狀況及存在的主要問題

寺河礦二號(hào)井年產(chǎn)90萬t，井下現(xiàn)有變電所4個(gè)，每個(gè)變電所分別擔(dān)負(fù)著不同的用電設(shè)備，目前井下各采掘工作面的用電計(jì)量部分采用普通電度表，部分無法進(jìn)行計(jì)量，僅靠人工根據(jù)電機(jī)銘牌的標(biāo)定值來計(jì)算用電量。

存在的主要問題：

（1）用電浪費(fèi)。無法準(zhǔn)確計(jì)量各用電設(shè)備、各單位的用電情況，無法考核各單位的用電情況，不能有效地控制成本，造成用電浪費(fèi)。

（2）計(jì)量管理工作人員工作效率低。配電點(diǎn)分散、用電設(shè)備不集中，各電量參數(shù)人員循環(huán)手動(dòng)頻繁抄寫，設(shè)備多,造成需要的人員多及工作效率低，甚至部分無法計(jì)量。

（3）現(xiàn)場(chǎng)情況失控。管理人員不能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀況，數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)、工作量大、工作效率不高、管理水平低。

（4）不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障不能提前預(yù)警，檢修針對(duì)性不強(qiáng)。

2 系統(tǒng)介紹

《KJ336礦用電力監(jiān)控系統(tǒng)》是基于工業(yè)以太網(wǎng)、井下局域網(wǎng)和CAN-BUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用VxWorks嵌入式軟件、分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和工控組態(tài)軟件技術(shù)，對(duì)煤礦井下高低壓電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)電力數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、故障診斷、故障預(yù)警、故障記錄、自動(dòng)化控制的大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成原則

（1）系統(tǒng)采用高性能、高可靠性的工控機(jī)及其配套設(shè)備。

（2）采用CAN-BUS現(xiàn)場(chǎng)總線和RS485通訊接口相結(jié)合的通訊方式，確保系統(tǒng)通訊在較惡劣的煤礦井下正常傳輸，保障遠(yuǎn)距離通訊的穩(wěn)定可靠性。

（3）以硬件冗余及軟件容錯(cuò)方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性，特別是數(shù)據(jù)采集終端數(shù)據(jù)采用DSP技術(shù)、CPU（主處理器）采用雙機(jī)熱備，并采用硬件看門狗技術(shù)和遠(yuǎn)程調(diào)控技術(shù)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行及準(zhǔn)確調(diào)控。

（4）系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便運(yùn)行管理與維護(hù)，使系統(tǒng)具有靈活性和可擴(kuò)展性。

（5）硬件采用全光電隔離措施，提高系統(tǒng)抗干擾性能。

（6）井下設(shè)備全部采用礦用本安型設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)組成

圖1

2.2.1 地面監(jiān)控室

主要包括上位機(jī)軟件、工控機(jī)及配套設(shè)備。完成以下功能：（1）負(fù)責(zé)接收井下、地面各分站的所有數(shù)據(jù)

（2）各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，動(dòng)態(tài)模擬顯示處理，子系統(tǒng)端口實(shí)時(shí)信息處理、按類索引的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

（3）各類歷史數(shù)據(jù)的查閱顯示和處理，整個(gè)系統(tǒng)的故障顯示報(bào)警功能。

（4）實(shí)現(xiàn)遙信、遙控、遙調(diào)、遙測(cè)，可對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)整定、修改及遠(yuǎn)程分合閘等操作。

（5）各客戶端可通過局域網(wǎng)直接查詢?yōu)g覽各種數(shù)據(jù)。

2.2.2 井下分站

KJF-201型井下分站是一個(gè)以ARM芯片為CPU核心的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由CAN控制部分、信號(hào)處理部分和交換機(jī)等主要功能電路部分組成。作為主干以太網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)、整個(gè)系統(tǒng)的通信中繼，主要負(fù)責(zé)CAN-BUS現(xiàn)場(chǎng)控制總線和井下光纖以太網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)據(jù)。ARM芯片功能有：

（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。每個(gè)變電所安裝1個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，主要完成對(duì)變電所內(nèi)所有智能電量變送器所測(cè)的各用電設(shè)備的電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)及電量等電參數(shù)的采集及開關(guān)的合、分閘位置，過負(fù)荷、短路、漏電故障并上傳到上位機(jī)。總控室通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器控制開關(guān)量模塊，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的分合操作。

（2）智能電量變送器功能。智能電量變送器主要計(jì)量各用電設(shè)備的電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)及累計(jì)電量等參數(shù)，并上傳到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

（3）檢測(cè)開關(guān)量功能（開關(guān)量模塊）。開關(guān)量模塊主要用來檢測(cè)各開關(guān)的合、分閘位置，過負(fù)荷、短路、漏電故障，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，并根據(jù)命令控制現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)。

2.2.3 系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)

（1）每臺(tái)井下CAN-LAN分站同時(shí)配備CAN－BUS和RS-485通訊接口。每個(gè)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線可連接64個(gè)節(jié)點(diǎn)，其波特率為5K、125 K、250 K及500K，最大通訊距離為10 km。

（2）井下CAN-LAN分站使用基于VxWorks操作系統(tǒng)的嵌入式軟件技術(shù)。

（3）智能高低壓綜合保護(hù)裝置具有故障追憶功能，可追憶1 000次跳閘故障記錄；能測(cè)量各相電流、電壓、有功電度等數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的短路、過載、漏電、絕緣監(jiān)視、過壓、欠壓等保護(hù)。

（4）井下局域網(wǎng)絡(luò)采用光纜互聯(lián)，傳輸速率為100Mbit/s，通訊距離達(dá)到20 km。采用高抗干擾性的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，誤碼率≤3×10-5。采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)，無故障運(yùn)行時(shí)間不小于1 400 h。

（5）能夠監(jiān)測(cè)電網(wǎng)漏電、短路等故障數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)事故報(bào)警，并具備選擇性漏電等功能，在出現(xiàn)開關(guān)跳閘后可迅速判斷故障所在范圍，實(shí)現(xiàn)故障優(yōu)先報(bào)警。

2.2.4 系統(tǒng)軟件功能

（1）地面主機(jī)可顯示井下各被監(jiān)測(cè)線路的各種電量參數(shù)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；記錄電流、電壓曲線，統(tǒng)計(jì)電能日月報(bào)表，顯示電量參數(shù)及實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史曲線。

（2）監(jiān)測(cè)資料的歷史查詢、自定義查詢、模糊查詢，查詢結(jié)果的打印輸出；計(jì)算漏電、接地資料并對(duì)各監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)事故報(bào)警及打印。

（3）可實(shí)現(xiàn)分時(shí)段（如峰段、平段、谷段）對(duì)用電量、電費(fèi)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)與打印。

（4）當(dāng)井下供電線路或相關(guān)設(shè)備發(fā)生故障或越限時(shí)，地面主機(jī)根據(jù)需要優(yōu)先有圖像顯示及聲音提示。

（5）井下開關(guān)發(fā)生狀態(tài)變位時(shí)，地面監(jiān)控主機(jī)有明顯圖像顯示，其反應(yīng)時(shí)間小于3 s。

（6）實(shí)現(xiàn)遙信、遙控、遙調(diào)、遙測(cè)，可對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)整定、修改及遠(yuǎn)程分合閘等操作。

（7）提供WEB資料查詢及用戶權(quán)限管理，提供開放式資料接口，方便系統(tǒng)的擴(kuò)容升級(jí)；具有WINDOWS標(biāo)準(zhǔn)的DDE資料交換功能及局域網(wǎng)入網(wǎng)功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)的功能

（1）提供開放式數(shù)據(jù)接口，方便系統(tǒng)的擴(kuò)容升級(jí)。

（2）實(shí)現(xiàn)遙信、遙控、遙調(diào)、遙測(cè)，可對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)整定修改及遠(yuǎn)程分合閘等操作。

（3）故障分析能力：系統(tǒng)具有完善的報(bào)警及故障記錄能力，同時(shí)系統(tǒng)能夠依據(jù)記錄的故障數(shù)據(jù)在線進(jìn)行一定程度的故障分析，為故障排查提供參考。

（4）分時(shí)段對(duì)用電量、電費(fèi)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)與報(bào)表打印。

（5）可任意設(shè)定用電時(shí)段，也可以將系統(tǒng)中所有的用電分組進(jìn)行用電考核。

（6）提供WEB數(shù)據(jù)查詢，用戶可根據(jù)其權(quán)限以C/S模式進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢。

4 結(jié)束語

通過電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了礦井合理用電及電量統(tǒng)計(jì)分析效率，解決了礦井高低壓電網(wǎng)漏電快速檢測(cè)、礦井電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障預(yù)警等諸多難題，為建設(shè)本質(zhì)安全型礦井奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。