摘要：为了确保设备稳定运行，安装一套实用性强、管理效能高、兼具智能化和自动化的机电设备工况检测、定期维护与节能管理系统，是选煤企业提高管理水平，增加作业效率，降低生产成本的最佳方法。
关键词：选煤机电设备；工况监测;定期维护;节能管理
选煤生产过程是连续不间断的作业过程，各种类型的机电设备在选煤生产中处于长期高负荷运转状态，其工况状态的即时监测和报告、定期维护的效果好坏关系到设备是否能正常运转，而实时准确的监控系统能耗是搞好节能管理的基础。基于此，本文设计了一套选煤机电设备工况监测、定期维护与节能管理系统。
一、选煤厂机电设备的概述
近年来，我国煤炭行业不断发展，选煤厂的地位也逐渐提高，选煤厂机电设备的作用和地位也越来越重要。同时，由于选煤厂机电设备有着特殊、复杂的运行环境，这样使选煤厂机电设备的管理有着相应的难度。因此，要从选煤厂的基础抓起，保证机电设备的安全运行，从而为煤矿企业的生产提供设备保障。
二、选煤机电设备工况监测、定期维护与节能管理系统的设计
选煤机电设备工况监测、定期维护与节能管理系统包含三个子系统，分别为：机电设备运行工况监测管理系统、机电设备定期维护保养管理系统和机电设备电能消耗统计管理系统。机电设备运行工况监测管理系统负责监测各个机电设备的运行工况，在线了解设备运行信息，及时处理设备异常情况，避免设备亚健康运行；机电设备定期维护保养管理系统可提示管理人员对设备定期维护和保养，这样不仅能保障生产，降低机电设备的事故发生率，而且还能延长机电设备的使用寿命；机电设备电能消耗统计管理系统则获取机电设备电能消耗情况，判断设备电能使用状况，挖掘节能潜力。
1、系统功能设计
1）电机保护报警及工况监测。电机保护监测及故障查询系统采用电机综合保护监控器实现对电机运行中出现的过载、失衡、缺相、反序、漏电、欠压等故障进行保护和报警。同时，现场或上位机可随时查询最新电机故障记录及每条记录下的电机故障时的参数，包括故障代码、故障时三相电流、电压、故障电流与额定电流的比值、故障时刻。上位工况监测系统通过上位机可显示监测电机运行电压、电流、单相及三相功率计量(有功、无功、功率因数)、电机设备累计运行时间、电机单次运行时间和电机运行次数等参数。
2）电机及设备定期维护提示。将电机设备累计运行时间、电机单次运行时间和电机运行次数等参数作为电机定期维护的标准，当设备需要维修、更换配件、添加润滑油等维护时，上位组态界面会自动弹出窗口提示，工作人员可根据提示对设备进行维护和保养；同时，工作人员也可手动查询各个设备在线数据，对设备运行状况做出预判后进行维护。
3）电耗节能管理。采集设备电能消耗值并通过上位组态界面显示，显示设备总电耗及吨煤电耗，根据设备电耗情况采取相应的节能措施来降低电耗。
2、系统硬件结构设计。系统主要硬件包括电机综合保护智能监控器(型号DZJ-5E)、西门子PLC(型号CPU224 XPCN)、以太网模块(型号CP243-1)、研华工控机。其硬件接线见图1，PLC200通过以太网模块CP243-1与上位机实现TCP/IP通讯。
3、系统软件设计
1）通讯方式。电机综合保护监控器与PLC200采用Modbus通讯协议通讯，其中PLC200作主站，电机监控器作从站；PLC200通过以太网模块CP243-l使用TCP/IP以太网通讯方式来实现与上位机的通讯；上位机内PIC200通过OPC工业标准实现与WINCC的通讯组态。
2）软件编程
①设置地址。为各个电机监控器设置从站地址，允许的范围是0～247。地址0是广播地址，只能用于写请求，不存在对地址0的广播请求应答。因此在l～247为电机监控器分配地址。
②编写程序。Modbus通讯使用的是RTU（远程传输单元）报文传输模式，以字节为单位进行传输，并采用CRC（循环冗余校验）方式进行校验。两门子专门为Modbus RTU通信开发了指令库。使用西门子Modbus主站协议库，包括两条指令：MBUS_CTRL指令和MBUS_MSG指令。MBUS_CTRL指令用于初始化主站通信，可初始化、监视或禁用Modbus通讯。在使用MBUS_MSG指令前，必须正确执行MBUS_CTRL指令，因此编写程序时首先要调用MBUS_CTRL指令进行初始化。MBUS_MSG指令用于启动对Mod-bus从站的请求并处理应答，每一台电机监控器需要调用一条MBUS_CTRL指令，并对应电机设置的地址、寄存器地址及根据电机监控器的Modb-us命令详解为寄存器中的数据分配PLC200中的V存储区。
③上位组态。PLC200将V存储区内数据与OPC通讯标准建立连接，再由OPC转接至上位组态WINCC，从而实现上位组态处理并显示PI．C200采集的现场数据。
三、选煤机电设备工况监测、定期维护与节能管理系统的实现
1、机电设备工况监测管理系统界面。上位组态界面中显示电机电流、电压、功率因数、有功电度、运行时间、运行次数及故障信息等参数，其中运行时间、次数可人工清零。这样能及时在线监测设备运行工况和查询故障信息，从而保障设备正常运行。
2、机电设备定期维护保养管理系统界面。上位组态界面以设备运行时间为参照，通过设备运行时间条和亮灯提示的形式对设备定期维护和保养做出提示，包括定期检修、添加润滑油、更换配件等。当设备达到维护条件，系统窗口会自动弹出，以提示进行维护保养；也可手动调出该窗口，通过设备运行时间预判设备维护状况。当对设备正常维护后，可在界面人工清零，为下次维护计算提供基点。系统不仅可提示设备维护，而且通过时间条可预判设备维护状态。
3、机电设备电能消耗统计管理系统界面。组态界面显示单台电机的电能数据，对各个设备单台电能消耗、总电能消耗及吨煤电能消耗进行汇总，这样能方便快捷地了解到电能消耗情况，从而制定出合理的使用能源方案，做到节能降耗，进一步促进企业的可持续发展。
四、节能管理系统
节能管理系统主要是对选煤机电设备的能量消耗情况进行有效的监测，及时反馈其中能耗异常的机电设备的信息，管理人员可根据所反馈的信息及时做出应对措施，有利于避免造成能源浪费。节能管理系统可通过电能监测设备，对各个机电设备的实时耗电量、总耗电量及吨煤耗电量进行有效的监控，在将数据进行安全的存储后，再将数据传输至电能表中进行集中显示，极大地方便了操作人员对各个设备耗电情况的全面掌握。对出现耗电异常的机电设备，结合其以往的耗电情况进行判断后，采取合理的处理对策，可及时处理机电设备的异常耗电问题，确保选煤机电设备的电能利用率的提高。
五、结语
煤矿选煤工艺流程是煤炭生产的重要组成部分，不仅涉及非常复杂的工序，而且需多台设备连续运行，一旦某台设备出现故障，会导致整个生产线无法进行正常的生产。因此，结合选煤对机电设备技术状况的要求，采用适宜的智能管理系统对机电设备进行实时监测，能保证选煤厂生产的正常进行。
参考文献：
[1]杨颖.基于通讯技术实现DCS对电机保护器监控[J].过程控制实施技术，2014(03)．
[2]王跃.选煤机电设备工况监测、定期维护与节能管理系统的设计与实现[J]．选煤技术，2015(04).
论文作者:乔宏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
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