神华神东煤炭集团公司柳塔煤矿 内蒙古鄂尔多斯
摘要：为加快矿井自动化、智能化建设步伐，神东柳塔煤矿通过改造实现了矿井主要变电所的无人值守，改变了原有传统的固定场所安放岗位工的管理模式，实现了设备运行状态及运行参数远程监测与控制。本文主要介绍了煤矿井下无人值守变电所自动化系统的构成、所采用的关键技术、应用软件、智能元件，及无人值守变电所自动化“三遥”的实现。从而达到降低劳动强度、降低运行成本、延长设备使用寿命、提高了工作效率及安全性等目的。在新常态下煤矿面临新的发展趋势值得推广使用。
关键词：煤矿；变电所；三遥；自动化
0 引言
柳塔煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，井田面积13.62平方公里，年生产能力300万吨/年。供电系统是柳塔煤矿生产的关键系统，承担着向煤矿井下综采工作面、掘进工作面、矿井供排水泵房和地面工业工厂等电力负荷中心提供电源的责任。柳塔煤矿地面和井下共有5座大型变电所，经过自动化改造之后，所有变电所实现了自动化“三遥”，即遥控、遥测和遥信，真正实现了无人值守。
1 系统构成
无人值守变电所是利用矿井综合自动化系统网络、在传统的变电所高低压开关柜内配置智能模块、在地面生产调度中心的上位机上安装相关的组态软件和通信软件而实现的，其控制系统如图 1 所示。
（1）信息层
采用以太网，用于全矿的数据采集和程序维修，通过实施企业资源管理系统，将企业各方面的资源 充分调配、平衡和控制，通过柔性的生产计划实现及时生产，全面、实时控制业务过程、信息支持决策以及支持创新体系。
（2）控制层
采用控制网、DH +网等通信技术，通过实时 I/O 控制、控制器互锁和报文传送，实现全系统的高效集成。
（3）设备层
设备网，底层的设备低成本、高效率信息集成，达到了减小费用和方便安装之功效。
三级网络之间的互联互通将由带背板通信功能的 ControlLogix 网关来桥接或传送网络之间的控制及信息数据，通过软件编程配置，实现异构网络之间及异型数据库之间的无障碍贯通。
2.2 ControlLogix 平台技术
在 ControlLogix Ethernet /IP 阵容中包含了 1 个 Ethernet /IP 桥路模件、1 个 Ethernet /IP 通信接口模件、RSLinx 软件包和 1 个 Ethernet /IP 通信接口收发器。ControlLogix 平台提供了一种基于机架的模块化组件结构，通信是 ControlLogix 平台的核心。通过 ControlLogix 的无源数据总线背板消除了通信瓶颈现象。ControlLogix 的无源数据总线背板采用生产者/客户技术，可提供高性能的确定性的数据传送。
可以使用单独的通信接口模块来实现背板与 Ethernet、ControlNet、DeviceNet、DH +和普通远程 I/O 链路之间的接口。在 ControlLogix 背板上安插多个通信接口模块，就可在 Ethernet、ControlNet、DeviceNet和DH +网络之间组态一个网关来桥接和传送控制数据及信息数据。其特点：（1）背板允许多个处理器模块并存；（2）完全模块化设计；（3）允许带电插拔模块；（4）信息数据高速传送；（5）I /O 寻址能力大，最多可达 128 000 个I/O；（6）通过 Ethernet、ControlNet 和 DeviceNet 网络将处理器连接起来，实现分布式处理；（7）通过 ControlNet、DeviceNet 和 RI /O 链路可将远离处理器的分布式 I/O 连接起来。
3 应用软件
3.1 上位机组态软件 RSview32
RSview32 是基于 Windows 的自动化监控软件平台，使用它开发的监控应用软件能够在 Windows 操作系统上流畅运行，能够创建、运行数据采集、监控应用软件。RSView32 包括创建人机界面软件所需的各种工具，包括实时动画显示、历史曲线和数据报警等。
3.2 通信软件 Rslinx
Rslinx 是将 Allen - Bradley 网络和设备连接到 Microsoft Windows 操作环境中的真正32位的应用软件。它的应用范围包括设备编程和配置，例如编程软件 RSLogix 和 RSNetWorx、人机界面 RSView32 等的数据采集软件。RSLinx 也具有高级的数据优化功能和一整套诊断功能，同时也是一个 OPC 和 DDE 服务器。
3.3 应用程序开发平台软件 RSLogix5000
RSLogix5000 软件支持 ControlLogix 架构，是 Logix5550 处理器的编程软件，该处理器是 Allen Bradley 公司新一代的控制产品。RSLogix5000 软件包是建立在易于使用的 RSLogix5000 的梯形图编辑器基础上，提供具有新架构特点的编程环境，运行在Microsoft Windows NT的操作环境中。
4 智能元件
4.1 电力监测模块 PM3000
PM3000 是高度集成化的微处理器电力监控模块，它能够取代很多分立的互感器和测量装置。其测量参数全面，包括对相电流和线电流、平均电流（正序、负序）、电流不平衡度（%）、线电压、平均线电压（正序、负序）、电压不平衡度（%）、频率、相序（ABC，ACB）、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电度计量、需求（A、W、VA R 和 VA）、计划需 求（A、W、V AR 和 VA）、IEEE 标准谐波率、IEC 标准谐波率等的测量，同时具有多达 45 000条的可组态的趋势记录和多种通信方式（RS232、RIO、DeviceNet、Ethernet、ConrtrolNet）。其性能指标：（1）电压、电流、功率的测量和显示；（2）测量结果的刷新率为 40 ～ 65 ms；（3）每一周波采样90次；（4）标准 RS485 DF1 通信接口；（5）可选通信包括：RS232 DF1、远程 I /O、DeviceNet、以太网 CIP /CSP 和 ControlNet；（6）10个可配置设定点；（7）通过内置继电器输出或PLC控制输出；（8）具有供培训使用的演示模式；（9）通过输入接口监控输入；（10）基于时间标签的系统测量和事件的数据记录；（11）事件记录可达50个，参数最小值/最大值记录 74 个；（12）在开关柜上可直接安装，无需专门的附件；
4.2 小型输入输出模块 FLEX I/O
FLEX I /O 是一种灵活的、价格低廉的 I /O 系统，它虽然体积小，但却具有大型模块化机架式 I /O 的功能和特点，可以方便地安装在电气或机械设备内，采集设备信号并加以输出控制，而无需将设备的信号和控制通过控制电缆取出接入机架 I /O 中。其本身并不配备控制器，而只有通信适配器，本系统适配器采用 DeviceNet 通信协议。
5 无人值守变电所三遥的实现
井下变电所的高、低压开关柜装配上PM3000、FLEX 等智能元件，即可实现变电所的遥控、遥信、遥测，即“三遥”功能。
5.1 高压开关柜的遥控
如图2所示，高压开关柜的就地分、合闸是通过 高压开关柜柜体上的分闸（SP）和合闸（ST）按钮来实现的。遥控分、合闸的实现是通过在开关柜原有分、合闸回路中增加远控条件实现的，即：当开关柜的远控、就地选择旋钮（KK）的选择档位在“远控”，01 和 11 接通。只要当地面集控室的操作员在上位机画面上登录该变电所开关柜分、合闸画面时，通过上位机画面上的“合闸”按钮，发出合闸命令，变电所的控制器接收到该指令，就会通过 DeviceNet 管理模块将合闸指令发给开关柜内装设的 FLEX I /O 模块上，FLEX 的输出模块就会将合闸中间继电器（PHJ）吸合，PHJ的辅助常开接点闭合，开关柜的合闸回路带电，开关柜的合闸电机带电，带动相关的合闸机构将开关柜合闸。同样，当开关柜的远控、就地选择旋钮的选择档位在“远控”，操作员在集控室发出“分闸”指令，FLEX 的输出模块就会将分闸中间继电器（PFJ）吸合，脱扣线圈得电，实现开关柜的分闸。当开关柜电气保护继电器动作，例如：开关柜过流、速断、漏电等保护动作时，可以使开关柜分闸。同时上述保护信号接入 FLEX 的输入模块，通过上位报警报出故障类型，给操作员提示，可以快速诊断故障，为快速恢复故障提供参考。
论文作者:唐俊飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/1/23
标签：变电所论文; 开关柜论文; 通信论文; 煤矿论文; 模块论文; 数据论文; 背板论文; 《基层建设》2017年第31期论文;