井下電機車遠(yuǎn)程配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

陳石光，廖邦英，李玨，宋建松

井下電機車遠(yuǎn)程配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

陳石光1，廖邦英1，李玨2，宋建松2

（1.廣西桂華成有限責(zé)任公司，廣西賀州542800；2.廣西冶金研究院，廣西南寧530023）

以電氣傳動驅(qū)動礦山牽引電機車作為礦山廣泛使用的一種重要運載工具，其工作環(huán)境復(fù)雜，供電可靠性低，運行軌道條件差，超載現(xiàn)象突出。對于傳統(tǒng)人員值班的操控方法，存在人為效率低下及安全性等方面的不足。針對上述不足，研究了一套通過使用擁有人機界面的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，完成現(xiàn)場設(shè)備采集、數(shù)據(jù)分析和在線“四遙”等系統(tǒng)功能。通過對電機車配電系統(tǒng)的軟件和硬件的優(yōu)化設(shè)計，獲得了一套穩(wěn)定可靠、準(zhǔn)確方便實用的監(jiān)控系統(tǒng)。

井下電機車；配電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；四遙；實際應(yīng)用

地下礦山井下電機車運輸系統(tǒng)是礦井運輸?shù)拇髣用}，電機車高效運行是地下開采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，隨著地下開采的規(guī)模越來越大，與生產(chǎn)緊密相關(guān)的井下電機車運輸任務(wù)也越來越繁重，在任務(wù)繁重期間采取的增加運輸車輛的車次，或提高車速等措施來應(yīng)對[1]，超載跳閘現(xiàn)象時常發(fā)生。目前，大多礦山依然采取地面調(diào)度室與井下值班人員進行信息溝通，配合并進行二次合閘，易造成人為效率低下以及安全隱患。

針對以上的問題，結(jié)合智能電氣元件的廣泛運用以及井下六大系統(tǒng)的推廣。根據(jù)某一礦業(yè)公司地下礦山井下巷道運輸?shù)奶攸c和管理需求，廣西冶金研究院有限公司利用自動化和信息化等控制管理手段，對該礦業(yè)公司原有的井下電機車配電系統(tǒng)進行了改進設(shè)計，開發(fā)研究一套井下電機車配電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，取代目前的生產(chǎn)運行管理方式。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)正式投入生產(chǎn)，使用效果良好。

1 系統(tǒng)的設(shè)計

該礦業(yè)公司地下礦山是四條生產(chǎn)巷道，運輸?shù)碾姍C車為架線式機車，架線式電壓為直流275 V.電機車配電系統(tǒng)由四面整流柜，四面直流柜組成，供電方式是經(jīng)低壓380V電纜送到整流柜的變流設(shè)備，將交流電變?yōu)橹绷?。再?jīng)整流柜的四條直流出線回路供給直流側(cè)母排，四面直流柜通過接入直流母排將直流回路分別引至四條巷道的直流架空線。該配電系統(tǒng)為交流接觸器式繼電器控制系統(tǒng)，可靠性低，控制方案單一，同時需要值班人員井下現(xiàn)場監(jiān)控，數(shù)據(jù)紙式記錄。

經(jīng)過研究分析對比，采用智能一體機作為配電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的配電監(jiān)控器，搭配智能型電氣元件，與通訊網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實現(xiàn)“遙信、遙測、遙調(diào)、遙控”四遙功能，滿足地面調(diào)度室對地下礦山井下電機車配電系統(tǒng)各供電回路的運行狀態(tài)、電氣參數(shù)、故障報警狀態(tài)的綜合監(jiān)控、統(tǒng)一管理的需求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

配電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場層、通信管理層及主站層。各功能層主要系統(tǒng)包括如下：現(xiàn)場層單元包括電機車供電系統(tǒng)；通訊管理層單元包括通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通訊管理單元；主站層單元包括配電監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)場層的電機車供電系統(tǒng)安裝在井下整流所內(nèi)，主要負(fù)責(zé)電機車供電系統(tǒng)交流回路及直流回路的電氣測量、保護及控制命令執(zhí)行工作。通信管理層由通訊網(wǎng)絡(luò)、通信管理單元組成，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場層的信號采集、轉(zhuǎn)換及傳輸管理工作。主站層單元由智能配電監(jiān)控器及打印機組成，負(fù)責(zé)整個供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理以及安全管理工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

配電監(jiān)控器采用CEPA3-10智能一體機，整流柜控制部分采用常熟開關(guān)公司的CM5Z系列塑料外殼式交流斷路器并配套電動操作機構(gòu)及通訊模塊，測量部分采用CE1Z/AC儀表；直流柜控制部分采用常熟開關(guān)公司的CM3系列塑料外殼式直流斷路器并配套電動操作機構(gòu)，測量部分采用CE1Z/DC儀表。該公司的電氣低壓配電產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，具有測量精度高、性能可靠等特點。通訊轉(zhuǎn)接器主要是完成智能型電氣元件多路RS485信號輸入到單路RS485信號輸出的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多路信號通過同一通道傳送到通訊適配器。通訊適配器主要是提供485信號轉(zhuǎn)光纖信號功能，利用光纖傳輸采用光信號傳輸，不受外部電磁和雷擊浪涌干擾影響，具有極強的抗干擾能力，通信穩(wěn)定性好的特點，保證井下的信號能夠可靠、安全和保密的與配電監(jiān)控器進行通訊。操作電源采用防雷擊和交直流穩(wěn)壓設(shè)計，適應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場使用，穩(wěn)定輸出220VAC、24VDC，為整套智能型電氣元件供電[2]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)組態(tài)軟件，觸摸式人機交互界面基于CEPA3-10一體機的觸摸功能，與自動控制系統(tǒng)組態(tài)軟件組態(tài)實現(xiàn)。利用組態(tài)軟件實現(xiàn)和智能電氣元件的通訊及系統(tǒng)狀態(tài)顯示，具有實時顯示運行狀態(tài)、查閱電氣參數(shù)、事件列表、設(shè)備數(shù)據(jù)趨勢圖等功能，如圖2所示。該系統(tǒng)不但可以方便地對系統(tǒng)運行產(chǎn)生和采集的各種數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和處理，還可以對整個系統(tǒng)的運行情況進行實時監(jiān)控，并可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在配電監(jiān)控器上點擊對相應(yīng)設(shè)備圖像，即可進入對應(yīng)設(shè)備的遙控和遙調(diào)界面，在此界面上進行有效的遙控、遙調(diào)，如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)運行界面

圖3 設(shè)備遙控和遙調(diào)界面圖

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于生產(chǎn)，在一年多的運行周期內(nèi)，極少出現(xiàn)故障事件發(fā)生。當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生供電故障時，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的顯示故障回路，可以迅速讓相關(guān)人員獲得故障的位置、原因及故障電流等多種參數(shù)，幫助用戶快速排除故障，減少停電損失。通過各個供電回路的運行狀況，幫助用戶有效地管理負(fù)荷，減少非正常耗電，實現(xiàn)了電能管理。通過人機交互界面，實現(xiàn)了實時地對各供電回路進行遙控，迅速做到斷電、上電，能有效地節(jié)省時間。本系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計合理，運行可靠，操作簡便，維護簡單，各項性能指標(biāo)及工程均達(dá)到設(shè)計要求。

[1]吳超.井下電機車地面遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].礦山裝備，2016（07）：60-65.

[2]張建生.電源技術(shù)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

Design and Application of Remote Distribution Monitoring System for Underground Electric Locomotive

CHEN Shi-guang1，LIAO Bang-ying1，LIJue2，SONG Jian-song2
（1.Guangxi Gui Hua into Limited Liability Company，Hezhou Guangxi 542800，China；2.Guangxi Research Institute of Medallurgy Company，Nanning 530023，China）

The mine traction electric locomotive driven by electric drive is widely used as a kind of important vehicle，its working environment is complex，the power supply reliability is low，the running orbit condition is poor，the overloading phenomenon is outstanding.For traditional personnel duty control methods，there are human inefficient and security deficiencies.In order to solve the above problems，a set of intelligent power distribution monitoring system with man-machine interface is studied，and the system functions such as field equipment acquisition，data analysis and online"four remote"are completed.Through the optimization design of the software and hardware of the electric locomotive distribution system，a set of reliable，accurate，convenient and practical monitoring system is obtained.

down hole motor vehicle；distribution remote monitoring and control system；four remote；practical application

TN98

A

1672-545X（2017）02-0168-02

2016-11-10

陳石光（1972-），男，湖南攸縣人，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向為機電設(shè)備管理；廖邦英（1985-）男，廣西賀州人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向為電氣設(shè)備生產(chǎn)管理；李玨（1985-）男，廣西靖西人，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向為電氣工程；宋建雄（1988-），男，湖南婁底人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向為機械設(shè)計制造及自動化。