井下電機車遠程配電監控系統的設計與應用

陳石光，廖邦英，李玨，宋建松

井下電機車遠程配電監控系統的設計與應用

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，其工作環境復雜，供電可靠性低，運行軌道條件差，超載現象突出。對于傳統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控系統，完成現場設備采集、數據分析和在線“四遙”等系統功能。通過對電機車配電系統的軟件和硬件的優化設計，獲得了一套穩定可靠、準確方便實用的監控系統。

井下電機車；配電遠程監控系統；四遙；實際應用

地下礦山井下電機車運輸系統是礦井運輸的大動脈，電機車高效運行是地下開采的關鍵環節，隨著地下開采的規模越來越大，與生產緊密相關的井下電機車運輸任務也越來越繁重，在任務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對[1]，超載跳閘現象時常發生。目前，大多礦山依然采取地面調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，結合智能電氣元件的廣泛運用以及井下六大系統的推廣。根據某一礦業公司地下礦山井下巷道運輸的特點和管理需求，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，對該礦業公司原有的井下電機車配電系統進行了改進設計，開發研究一套井下電機車配電遠程監控系統，取代目前的生產運行管理方式。目前，該系統已經正式投入生產，使用效果良好。

1 系統的設計

該礦業公司地下礦山是四條生產巷道，運輸的電機車為架線式機車，架線式電壓為直流275 V.電機車配電系統由四面整流柜，四面直流柜組成，供電方式是經低壓380V電纜送到整流柜的變流設備，將交流電變為直流。再經整流柜的四條直流出線回路供給直流側母排，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。該配電系統為交流接觸器式繼電器控制系統，可靠性低，控制方案單一，同時需要值班人員井下現場監控，數據紙式記錄。

經過研究分析對比，采用智能一體機作為配電遠程監控系統的配電監控器，搭配智能型電氣元件，與通訊網絡相結合，實現“遙信、遙測、遙調、遙控”四遙功能，滿足地面調度室對地下礦山井下電機車配電系統各供電回路的運行狀態、電氣參數、故障報警狀態的綜合監控、統一管理的需求。

2 系統結構及功能

配電遠程監控系統主要包括現場層、通信管理層及主站層。各功能層主要系統包括如下：現場層單元包括電機車供電系統；通訊管理層單元包括通訊網絡系統、通訊管理單元；主站層單元包括配電監控系統。

現場層的電機車供電系統安裝在井下整流所內，主要負責電機車供電系統交流回路及直流回路的電氣測量、保護及控制命令執行工作。通信管理層由通訊網絡、通信管理單元組成，主要負責現場層的信號采集、轉換及傳輸管理工作。主站層單元由智能配電監控器及打印機組成，負責整個供電系統的運行狀態監控、數據管理以及安全管理工作。系統結構原理圖如圖1所示。

圖1 系統結構原理圖

3 系統硬件設計

配電監控器采用CEPA3-10智能一體機，整流柜控制部分采用常熟開關公司的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，測量部分采用CE1Z/DC儀表。該公司的電氣低壓配電產品廣泛應用于多個領域，具有測量精度高、性能可靠等特點。通訊轉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信號輸出的轉換，實現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控器進行通訊。操作電源采用防雷擊和交直流穩壓設計，適應在工業生產現場使用，穩定輸出220VAC、24VDC，為整套智能型電氣元件供電[2]。

4 系統軟件設計

系統軟件采用新型的工業自動控制系統組態軟件，觸摸式人機交互界面基于CEPA3-10一體機的觸摸功能，與自動控制系統組態軟件組態實現。利用組態軟件實現和智能電氣元件的通訊及系統狀態顯示，具有實時顯示運行狀態、查閱電氣參數、事件列表、設備數據趨勢圖等功能，如圖2所示。該系統不但可以方便地對系統運行產生和采集的各種數據進行統計和處理，還可以對整個系統的運行情況進行實時監控，并可根據現場的實際情況，在配電監控器上點擊對相應設備圖像，即可進入對應設備的遙控和遙調界面，在此界面上進行有效的遙控、遙調，如圖3所示。

圖2 系統運行界面

圖3 設備遙控和遙調界面圖

5 結束語

該系統已經成功應用于生產，在一年多的運行周期內，極少出現故障事件發生。當現場發生供電故障時，系統能夠準確的顯示故障回路，可以迅速讓相關人員獲得故障的位置、原因及故障電流等多種參數，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荷，減少非正常耗電，實現了電能管理。通過人機交互界面，實現了實時地對各供電回路進行遙控，迅速做到斷電、上電，能有效地節省時間。本系統軟、硬件設計合理，運行可靠，操作簡便，維護簡單，各項性能指標及工程均達到設計要求。

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

[2]張建生.電源技術教程[M].北京：電子工業出版社，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，工學學士，研究方向為機電設備管理；廖邦英（1985-）男，廣西賀州人，助理工程師，工學學士，研究方向為電氣設備生產管理；李玨（1985-）男，廣西靖西人，工程師，工學學士，研究方向為電氣工程；宋建雄（1988-），男，湖南婁底人，助理工程師，工學學士，研究方向為機械設計制造及自動化。