談變電站高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：以變電站高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為對(duì)象開(kāi)展探究。對(duì)高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)展綜合分析，進(jìn)而對(duì)其硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)做出具體探究，希望能為其他礦井相似工程的開(kāi)展提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；變電站；高壓供電；監(jiān)控系統(tǒng)

在煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)中，電力一直是生產(chǎn)所不可或缺的動(dòng)力來(lái)源，確保井下供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，對(duì)于礦井生產(chǎn)的持續(xù)有效開(kāi)展意義重大[1-2]。但井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變且相對(duì)惡劣，使得井下生產(chǎn)中供電系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)發(fā)生過(guò)負(fù)荷、短路或漏電等事故，而在這些故障發(fā)生前井下高壓配電開(kāi)關(guān)通常會(huì)產(chǎn)生多種征兆，如電流急劇波動(dòng)、溫度增高等。有鑒于此，針對(duì)性設(shè)計(jì)井下高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)高壓配電開(kāi)關(guān)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并將相關(guān)特征數(shù)據(jù)匯總上傳至地面監(jiān)控中心，通過(guò)分析匯總實(shí)現(xiàn)對(duì)故障隱患的提前定位排除，進(jìn)而在確保生產(chǎn)作業(yè)持續(xù)有效開(kāi)展的同時(shí)降低由電力故障引起的財(cái)產(chǎn)損失，為礦井綜合效益的增加提供幫助。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為井下供電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1分析可知監(jiān)控系統(tǒng)采用DCS型（集散分布型）布設(shè)結(jié)構(gòu)，大體可分為井下監(jiān)控和井上監(jiān)控兩部分，兩者間通訊方式為RS-485[3]。作業(yè)時(shí)井下各變電站負(fù)責(zé)對(duì)本站內(nèi)監(jiān)控信息進(jìn)行收集匯總，并存儲(chǔ)于變電站控制器緩存區(qū)內(nèi)。當(dāng)井上變電站向井下發(fā)出訪問(wèn)指令時(shí)，各井下變電站會(huì)立即將存儲(chǔ)于緩存區(qū)的數(shù)據(jù)上傳給井上變電站，相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)井上變電站的分析后顯示到軟件監(jiān)控界面，方便作業(yè)人員根據(jù)實(shí)際情況對(duì)井下變電站作業(yè)進(jìn)行相應(yīng)操作。

1.2通訊方式選擇

井下生產(chǎn)作業(yè)使用較為頻繁的通訊方式主要包括RS-485、RS-322、CAN總線、光纖等，在本次設(shè)計(jì)中為簡(jiǎn)化井下變電站同井上PC（計(jì)算機(jī)）之間的通訊系統(tǒng)，選擇具備光電隔離功能的RS-485通訊方式。這種通訊方式采用兩線制，其傳輸最遠(yuǎn)距離可達(dá)1.5km，可以有效滿足井下變電站同井上PC的通訊距離要求，并具備較好的抗干擾性能。此外，井下數(shù)據(jù)采集裝置由于同井下變電站間隔較小，故選用RS-232通訊方式，該通訊采用三線制，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)20m。

2硬件設(shè)計(jì)分析

2.1主控芯片選擇

所涉及系統(tǒng)主控芯片選用型號(hào)為MSP430F5438的單片機(jī)，其屬于嵌入式微控裝置，具有非常小的功耗，只需最大3.6V的直流電便可有效運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)該單片機(jī)具備3個(gè)16位定時(shí)器、1個(gè)高速數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置和12C串行通訊等豐富的外設(shè)設(shè)備，能很好地滿足井下高壓供電監(jiān)控作業(yè)需求。

2.2RS-485型通訊電路設(shè)計(jì)

井上井下通訊方式為RS-485，其作業(yè)芯片型號(hào)為ADM2587E[4]，屬于單電源供電的隔離型芯片，作業(yè)傳輸速率為500kbit/s，隔離電壓為2500V，廣泛應(yīng)用在RS-485通訊系統(tǒng)應(yīng)用的各個(gè)場(chǎng)合中。同時(shí)，作業(yè)時(shí)為減小線路中可能存在的浪涌電壓、共模電壓等對(duì)通訊作業(yè)的干擾性，需在通訊電路總線中增設(shè)如下保護(hù)措施：在電路管腳處串聯(lián)RT（熱敏）電阻，其阻值范圍介于4～10Ω，同時(shí)電路管腳對(duì)地連接TVS管（瞬態(tài)二極管）。此外，也可以采用二極管同電阻串聯(lián)的方式進(jìn)行作業(yè)。

2.3RS-232型通訊電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)，井下變電站同數(shù)據(jù)采集設(shè)備間的通訊方式類型為RS-232，采用這種通訊方式時(shí)能選用的傳輸速率區(qū)間介于50～38000bit/s，同時(shí)能進(jìn)行異步雙工通訊。而在井下變電站高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，RS-232通訊線路同其控制芯片采用電平轉(zhuǎn)換通過(guò)MAX3232ESE（芯片型號(hào)）達(dá)成。整個(gè)系統(tǒng)為提升作業(yè)的擴(kuò)展性，在留設(shè)原有專用串口的基礎(chǔ)上還預(yù)留有一路串口，以便于系統(tǒng)后期的硬件結(jié)構(gòu)升級(jí)所需。

2.4測(cè)溫電路設(shè)計(jì)

為有效監(jiān)測(cè)高壓配電開(kāi)關(guān)作業(yè)時(shí)的溫度變化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中配有專門(mén)的溫度感應(yīng)裝置[5-6]，其型號(hào)為DS18B20，作業(yè)時(shí)能對(duì)配電開(kāi)關(guān)低壓腔內(nèi)部的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并將相關(guān)數(shù)據(jù)同步傳送至地面數(shù)據(jù)中心。作業(yè)過(guò)程中DS18B20溫度感應(yīng)裝置實(shí)時(shí)采集的溫度數(shù)據(jù)主要借由對(duì)其DQ（雙向數(shù)據(jù)控制）引腳高低電平的讀寫(xiě)而實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為提升其作業(yè)的驅(qū)動(dòng)力，在其DQ引腳上增設(shè)1個(gè)上拉電阻，以確保讀寫(xiě)過(guò)程中數(shù)據(jù)測(cè)定的精準(zhǔn)性。圖2為測(cè)溫電路原理示意圖。在讀取溫度時(shí)，其主要作業(yè)程序包括三部分，分別是初始化時(shí)序、讀時(shí)序及寫(xiě)時(shí)序。3個(gè)時(shí)序均以主機(jī)為主設(shè)備，以單總線裝置為從設(shè)備，每一個(gè)命令或數(shù)據(jù)的傳輸全部從主機(jī)啟動(dòng)的寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始。而當(dāng)要求單總線器件進(jìn)行數(shù)據(jù)回送時(shí)，可在完成寫(xiě)命令操作后，通過(guò)主機(jī)啟。

3軟件設(shè)計(jì)分析

3.1測(cè)溫程序設(shè)計(jì)

在DS18B20溫度感應(yīng)裝置作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)控制中心向其發(fā)出測(cè)溫轉(zhuǎn)換命令后，程序必須等待接收DS1820溫度感應(yīng)裝置的返回信號(hào)后才能進(jìn)行下一步操作。因此，一旦測(cè)溫裝置內(nèi)部存在斷線或接觸不良的情況，則系統(tǒng)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取時(shí)便無(wú)法獲得相應(yīng)信號(hào)。

3.2上位機(jī)界面設(shè)計(jì)

井下高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)所使用的上位機(jī)軟件通過(guò)VB（程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言）程序進(jìn)行編輯，通過(guò)可視化編碼裝置達(dá)成，編程語(yǔ)言為C語(yǔ)言，且編寫(xiě)時(shí)能借由增加代碼的屬性而降低編寫(xiě)難度。該軟件主要應(yīng)用在地面監(jiān)控中心，可實(shí)時(shí)顯示井下變電站高壓配電開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)歷史信息進(jìn)行存儲(chǔ)調(diào)閱，以便作業(yè)人員隨時(shí)查閱。而通過(guò)該程序能對(duì)井下高壓配電開(kāi)關(guān)達(dá)成的操作功能主要有分閘、合閘、復(fù)位等。作業(yè)時(shí)必須先輸入相應(yīng)的操作密碼，否則無(wú)法進(jìn)行操作。圖3為井下高壓供電系統(tǒng)監(jiān)控界面示意圖。

4結(jié)語(yǔ)

變電站高壓供電系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)動(dòng)力的源頭，其運(yùn)行的安全有效對(duì)于提升礦井生產(chǎn)的穩(wěn)定性和持續(xù)性意義重大，是實(shí)現(xiàn)礦井綜合效益增加的關(guān)鍵舉措。礦井管理者必須高度重視相關(guān)問(wèn)題，在生產(chǎn)中積極組織相關(guān)專業(yè)人員開(kāi)展針對(duì)性的分析探究，通過(guò)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患，為礦井生產(chǎn)的安全開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)保障。

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作者：李青 單位：陽(yáng)煤集團(tuán)股份有限公司一礦