基于PLC的煤矿井下变电所监控技术研究
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摘 要：对于煤矿企业而言，井下变电所是重要的组成部分，其设备的可靠性对于企业来说至关重要；进行井下变电所设备的监控是保证其安全稳定运行的重要前提，设计一套完善可行的自动监控系统能够保证监控的高效。本文首先分析了井下变电所监控系统的组成及主要功能，给出了具体的系统设计方案；该系统利用PLC技术，可以对多种电力系统的运行规约进行处理，还可以实现与相应电子设备的通信。
关键词：煤矿企业 井下变电所 自动监控 PLC
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0090-02
随着科学技术的发展，微机技术步入新的发展阶段，将其应用于变电所中实施设备的集中监控在很多地方已经出现，并逐渐被推广使用；很多变电站已经成功实现了无人值守。在煤矿企业中，井下变电所中实施自动监控技术十分有必要，井变电所的组成是：中央变电所及采区变电所；其中，在采区变电所中周围环境较为恶劣，设备常常置身于易于出现瓦斯爆炸和煤尘爆炸的地方。对此，通常情况下，中央变电所和采区变电所采用的是不同的保护装置，它们的通信规约也存在较大不同，难以实现自动监控。本文给出了一种应用与煤矿井下变电所的自动监控系统，它以PLC技术为基础，在实际运行中也表现出了较好的性能。
1 井下变电所自动监控系统
在井下变电所的子系统中通常需要实现三遥功能，即：遥信、遥测以及遥控[1]；这些功能是通过继电保护装置、数据采集装置以及智能装置监测装置来实现的[2]。这些装置由不同的厂家生产，但通常都会具备联网功能。当下，实现通信联网有两种方式：与上位机直接通信、通过485网与通信总控单元通信，然后与后台监控系统进行信息联系。通信总控单元可以收集变电站运行的信息并将其送到监控系统中，实现对设备运行状况的监视。另外，通过接收和转发相应的操作命令可以遥控操作断路器和变压器的分接头。本文的研究对象为煤矿井下变电所，将自动监控系统接入到整个集成控制系统中，实现子系统功能。为了实现集成的方便和统一，设立一个PLC控制柜进行就地控制。它的主要职责是进行与通信总控单元的通信，实现现场数据的采集和显示以及对设备的集中控制。在PLC被引入后，自动监控子系统实现了一致性，可以采用统一的方式与监控中心通信[3]。
2 井下变电所自动监控系统方案设计
2.1 煤矿井下变电所概况分析
在煤矿井下变电所中，中央变电所是整个供电的枢纽，在其高压部分高压柜中，设置有专门的综合保护装置以及测控单元，这些装置或者单元都配备有对应的通信单元，可以与调度通信，完成三遥任务。在其低压部分，通常不会设置综合保护装置，但是会装设智能仪表，这些智能仪表可以进行电流和电压等运行参数的采集，同时还具有通信功能。作为从站，智能仪表可以接收来自主站的命令，并且将所采集到的数据发送给主站。采区变电所对于采区来说，是重要的供电枢纽，它将高压转变为低压，并且向生产机械提供所需的电能。鉴于采区的外部环境十分恶劣，需要使用高压防爆开关。
2.2 系统设计
进行监控系统设计，首先是系统的设想。对于井下变电所而言，实现的是自动监控功能，就系统的控制方式来说，必须具有就地手动控制、井下就地集中监控以及远方监控等功能[4]。所以，需要将相应的控制柜设置在井下的变电所中，本文设计的系统中采用了S7-300系列的PLC，将其作为集中控制站。PLC可以与中央变电所、采区变电所等的继电保护和智能仪表等实施通信；从而可以进行就地的三遥。PLC还可以实现数据中转站的作用，通过与地面调度的通信进行远方的集中监控；图1给出了系统的结构示意图。
接下来分析PLC与现场设备的通信。S7-300与相应综合自动化装置以及智能仪表的通信可以采用CP340模块。在CP340通信模块中，具有RS-232接口、RS-422/485接口。为了实现信息的正确传送和接收，需要有一套约定，对信息的传输顺序、格式以及内容等进行约定，即：协议。在本系统中，采用的是模块化的设计思想，程序被划分为很多个程序块，它们各自含有相应的设备和程序指令，对各个功能区进行编程。这种方式有利于多人同时进行编程，也有利于调试程序和查找故障。在系统中，PLC需要对多种通信协议进行处理，并对协议的处理程序进行单独编制，将它们放在对应的功能模块中。
在井下就地集中监控中，将一个触摸屏安装在主PLC柜内，触摸屏采用的是西门子TP270，其上可以显示出主接线图；并且还可以监视到开关的遥信状态以及线路的电流、有功、无功等数值。另外，点击主接线图上对应的开关图表，还可以实现遥控命令的发送，完成遥控任务。整个界面具有直观鲜明和操作简单的特点。PLC在实现与地面调度的通信中采用了将PLC集中控制柜安装于井下变电所中的方式。由于PLC与地面调度之间存在较远的距离，为了防止电磁干扰，采用了以太网及光纤传输技术。将CP343-1模块及收发器安装在主PLC柜中；在地面的监控系统中设置控制计算机，计算机中安装监控软件。最后是系统上位机的监控软件分析，本系统采用的是组态软件Intouch编制，实现的功能包括：实现系统内实时点的实时显示；实时进行遥控命令的下发；遥测点的实时记录；进行报警等等[5]。
3 结语
本文分析了井下变电所监控系统的组成及主要功能，给出了具体的系统设计方案。在该系统中，采用了西门子的S7-300PLC，可以对多种电力系统的运行规约进行处理，还可以实现与相应电子设备的通信。在集中监控中心，利用PLC实现与变电所的保护进行通信，最终实现对电气设备的实施自动监控，本系统经实践运行表明是安全稳定的，能够较好的满足现场要求。
参考文献
[1] 张延聪，候先敏.煤矿扑下变电所监控系统[J].煤炭科技，2005（3）：29-30.
[2] 潘俊涛，孔庆军.煤矿井下采区变电所无人值守监控系统的应用[J].煤炭工程，2006（8）：98-99.
[3] 张春.西门子STEP7编程语言与使用技巧[M].北京：机械工业山版社，2009.
[4] 胡建.四门子7 300/400PLC工程[M].北京：北京航空航天大学山版社，2008.