矿井生产自动化

矿井生产自动化（精选7篇）

矿井生产自动化 篇1

摘要：目前, 各煤矿企业正在如火如荼地开展和实施煤矿生产综合信息自动化的建设。在建设过程中各单位的现场情况又各具特色。针对裴沟煤矿生产综合信息自动化系统的建设和应用, 就其方案设计和建设过程中一些问题进行分析, 在设备层建设、方案和软件设计、专业人才队伍建设、生产秩序和环境改善4个方面提出了建议。

关键词：矿井生产综合信息自动化,设备层,监测监控

目前, 国家针对煤矿安全生产“管理、装备、培训”并重的原则, 发布了一系列政策, 提出了更高的矿井装备水平要求, 许多国有煤矿已积极开展了矿井生产综合信息自动化建设推进工作。同时河南省工业和信息化厅也已将矿井开展此项工作列入了促进和提高矿井装备水平的《河南省煤矿机电装备对标评比活动》标准之中, 也拟将对标评比结果列入“五优”矿井的考核内容。在郑煤集团裴沟煤矿, 笔者组织并参与了该单位“矿井生产综合信息自动化”工程建设过程, 且体会颇深。

1矿井生产综合信息自动化的内涵

矿井生产综合信息自动化首先是以矿井生产设备层的自动化为基础, 借助先进的光纤网络环网, 利用先进的计算机软件技术、网络技术、通信技术而形成的生产综合信息化系统。如果没有设备层的电气化、机械化、液 (汽) 动化等作基础, 就谈不上生产自动化, 更谈不上信息自动化。矿山设备层自动化是基础, 数据传输采集是根本, 应用软件开发利用是监控的保障。

在具备上述条件的基础上, 通过设备层布置大量传感采集元件实现信息采集, 再利用设备控制层的智能分析、判断, 生成操作指令, 协调、下传执行机构 (装置) 生成自动化作业和预警预告及上传信息。信息上传后可请求远方监控干预指令和发布信息等。以上3类装备的集成 (机电一体化) , 即形成了设备层的自动化系统和远方监测监控。

在上述设备层自动化的基础上, 通过构建环网冗余网络平台, 并建立终端信息处理系统, 联系各岗位设备及实现相互的信息联络, 实现平台终端信息层的信息统计报告、状态预告、监测监控、指令执行、状态分析、专家系统分析诊断、应急预案启动、信息发布等, 生成管理层所需的资料、信息、指令, 就构成了自动化工作的信息化管理体系, 达到了管控一体化程度。至此也就可以认为形成了矿井生产综合信息自动化系统。

2矿井生产综合信息自动化需求和目标

(1) 生产综合信息自动化的需求。

随着社会和科技的发展, 安全和技术管理理念的变化对煤矿生产提出了要求:①通过提高矿井技术装备水平, 减少作业人员, 提高工作效率;②应具备通过大量信息管理和分析提高管理水平的能力;③在安全操作的可靠性上要有所提高。

(2) 生产综合信息自动化的目标。

为了与国内目前的管理、技术、装备水平相适应, 矿井生产综合信息自动化建设的目标应是:在现场尽可能地建立装备自动化和智能化概念上的就地自动化子系统, 通过网络平台实现远方监测监控干预和信息分析发布, 实现岗位无人值守, 提升人员安全程度, 实施减人提效, 确保管理信息翔实科学, 提升矿井管理档次和水平。

3生产综合信息自动化建设应注意问题

3.1设备层建设

(1) 传感元件等选材必须可靠。

传感元件是采集信息的第一步, 它的准确、完整 (不丢失信息) 与否, 直接关系到自动化系统工作指令及资料信息报告、分析的正确与否。如果一旦失真就会导致在各种不正确指令下事故和假象的产生, 也关系到信息自动化工程的运行成败, 所以要求传感元件必须准确可靠。目前, 传感器的原理和工作方式不同、生产厂家不同, 其可靠性和精度也存在差别。应结合生产实际选择符合自身需要的传感元件。

(2) 传感元件功能要尽量完善, 保证系统可靠性。

实现设备层自动化的目标是通过引入装备, 实现岗位无人值守、远方监测监控和信息管理, 其实质就是用智能自动装备替代原来设备岗位的操作人员, 并附加远方监控干预手段 (远方设少量监控员) 和资料分析管理。人类靠自身的感觉器官直接获取信息, 传感元件是为了克服人体器官的局限性和自然条件的限制而被发明的, 如果自动化传感过少, 不能代替人的各种感官, 就会存在装备适用盲区, 容易导致对异常事件处理时的事态扩大, 并且问题发展成更严重状态时, 才能由另一种传感采集取得信息采取措施, 进而也造成事件 (事故) 的扩大。就笔者了解的情况, 目前气味嗅觉等传感市场产品稀少, 这即是一种装备漏洞。

(3) 整体系统必须简洁、可靠。

由于我国矿山信息自动化工程起步较晚, 许多老矿井需要进行装备改造。待改造的系统中, 有的部分已经做过先期改造;而由于后期改造时期不同、设备厂家不同, 整体改造缺乏系统性和协调性, 因此, 往往采取原自动化装备不改动再进行信息和指令的搬家、新叠加一层自动化装置的方法, 导致多信息、多层次、多环节、多装备的繁杂现象出现, 从而使子系统的可靠性降低, 维修困难增大。为避免这种情况过多发生, 就需要尽可能地进行多边技术协商, 通过优化使系统简洁、可靠。

(4) 避免形成远方监测监控式的自动化。

目前时常有一种误解, 认为, 在现场电气化、机械化、液动化等的基础上, 通过布置现场传感元件采集数据及对数据进行处理、上传, 实现远程岗位监测监控, 就实现了岗位自动化。这种自动化可称为空壳式的自动化, 属现场缺少“大脑”的智能化系统, 这是一个致命的误区。设备层就地 (现场) 自动化、智能化装备和岗位专家诊断软件系统建设是目前市场的一个弱项, 应当引起重视。就大型的多信息、多岗位、子系统复杂的矿井而言, 一旦遇到大面积事故, 需进行恢复供电、供风、排水等集中作业时, 都依靠监控室操作员完成分析、判断、指令操作, 是非常不科学的, 也是不能满足紧急情况下安全生产系统恢复需要的。

(5) 从设备购置着手, 减少设备改造, 降低建设投资。

随着时代和科学的发展、企业安全生产的需要的不断提高, 参考国际上装备现代化的经验可知, 矿井生产综合信息化系统的发展是一个趋势。为了减少改造任务, 避免浪费, 这就要求老矿井在目前的维简生产改造过程中和新矿井在方案设计、增添装备时, 应考虑设备自身配置是否能满足未来自动化改造的需要, 对电动 (液动) 操作、通信接口、通信协议、传感设施等智能配置考虑能否一步到位, 并注意接口和通信协议的配置的统一, 同时要求设备方许诺开放通信协议, 为将来建设信息自动化的设备层做好准备, 减少时间和资金浪费。

3.2系统方案及软件设计

(1) 操作指令必须闭环。

在自动化方案及软件设计上, 要遵守所有指令的闭环模式, 即任何指令必须有发出和执行信息反馈, 执行不成功必须转入预案选项程序并预警的形式, 确保指令有效 (图1) 。

(2) 科学设限是安全运行的关键。

对采集到的压力、温度、位移、速度、液位等运行工作信息, 要根据现场传感器安装位置和环境条件、日常工作运行状态, 参考行业标准, 科学合理地设定每一个状态信息量的上下限及其分级预警, 而做到上述要求, 则是确保综合信息自动化系统中监测监控功能有效工作的关键, 也是有效预防设备事故发展和扩大的关键。要求对参数全面设限、档案管理、修订设权限许可制订管理制度, 保证设限安全。原则上, 设上限和上上限 (作为事故执行) , 但要在软件程序中设置事态发展趋势判断的功能。

(3) 实现信息发布是管理的关键。

Web发布是实现综合信息自动化工程中信息化的关键, 也是提高矿井生产信息化管理的核心。其发布要实时、图表应自动生成;其图表制式要同时具备数表、折线图和饼图, 这样才方便分析参考。

(4) 加快配套管理制度、操作规程的修改。

随着信息自动化工程的推广和普及, 原有的许多岗位、工种已减少、消失或范围发生变更, 同时也有新工种的诞生。这就产生两方面的问题:①与原有作业规程的抵触, 如原要求变电所1人操作1人监护, 编写工作票和操作票, 而无人值守无法实现, 出现制度管理的矛盾。②增加监控操作员, 要求1人多能多项干预操作, 需要有作业权限管理和信息预告管理等。种种现象说明, 需要修订制度、规程, 以适应科技和生产发展的需要。

3.3信息化人才队伍建设

(1) 综合选择高素质的建设队伍。

信息自动化项目的工程量大, 技术范围广, 且处于推广期, 建设队伍热情高, 但这些建设队伍多为临时多领域组合式。有的擅长信息处理层建设, 有的擅长自动化层建设, 有的擅长网络通信技术层建设。一方面, 如果组合队伍在哪个环节特弱, 就会造成系统工作不畅, 或系统没有实用价值, 达不到建设目标;另一方面, 如果组建的队伍现场工程经验不足, 项目建成后, 可能会出现选材不当质量不高或系统模型不能适应现场状态等情况, 导致系统不能稳定运行。为此, 创建高素质的建设队伍, 充分利用优势, 扬长避短, 就显得尤为重要。

(2) 建立相适应的维护力量, 抓好基础培训工作。

建立信息自动化工程固然重要, 但最重要的是要在后续的工作中, 培养一支熟练的系统维护队伍, 确保系统的正常维护和运行。如果系统建立之后, 维护力量跟不上, 一旦系统出现故障, 且得不到及时正确的处理, 会带来重大损失, 所以需要配备相应的机电维修、自动化专业维护、网络通信工程和计算机技术及软件工程各方面的维护和管理人员。项目建立后, 监控操作员是一个关系到系统能否良好工作、是否能够发挥巨大功能效益的关键。同时, 由于信息量和操控范围较原来岗位工作内容发生了巨大变化, 对监控操作员在分析判断能力、业务适应范围、工作经验、文化程度等方面都有较高要求。这就需要结合岗位需求对操控员进行认真挑选, 并在此基础上制订计划, 进行计算机操作、自动化系统、事故处理等方面的基础培训, 以适应系统工作需要, 最大限度地发挥系统的作用。

3.4矿井生产秩序及环境的改善

生产环节秩序变动大、环境复杂的情况下, 人员值守和装备自动化两者适应现场的差别十分悬殊。例如矿井主煤流环境, 根据目前国内现代化装备水平和技术水平, 要实现无人值守, 首先要解决的问题就是工序、流程、环境的改善和简单化, 否则就会因装备不能适应实时变化的运行事件和状态, 而制约生产和产生安全问题。下大气力对生产环节从源头和本质上进行改善和提高, 制订制度, 严格管理, 保证环节的状态稳定、简单化, 是系统能够安全运行、实现无人值守的关键因素之一。

4结语

矿井生产综合信息自动化的建设和应用, 是矿山全方位发展的一个方向, 但在其建设过程中需要认真做好准备和规划, 处理好建设过程中的一些关键问题, 为其建成及良好运行打好基础, 才能使其在以后正常运行中, 为保证矿井安全生产发挥作用。

矿井综合自动化系统设计方案 篇2

关键词：煤矿,工业以太网,综合自动化

1 前言

我国煤矿生产以井工开采居多, 生产过程通常包括开采、掘进、运输、提升、通风、排水、压风、洗选、装运、供电等相互关联的多个环节, 是一个较复杂的综合生产系统。此外, 地下煤层受水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等威胁, 实现安全生产管理难度较大。利用先进的信息技术对传统的煤炭工业进行改造, 已越来越受到煤炭企业及相关政府部门的重视, 许多煤炭企业都在建设数字化矿井, 或者实施自动化、信息化改造。为了实现煤矿的高产高效, 煤矿对生产过程监控、生产过程信息综合利用、生产环境安全监测等方面的智能化、自动化和网络化提出了更高的要求。

2 综合自动化系统总体目标

综合自动化系统要满足传输可靠、系统安全、三网合一, 达到监、管、控一体化及减员增效的目的, 建成本质安全型的数字化矿井。

3 实现功能

各自动化子系统数据可进行有效集成和有机整合, 实现相关业务数据的综合分析, 集控中心人员或相关专业部门人员通过相应的权限对安全和生产的主要环节设备实时监测和进行必要的控制, 实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化, 为矿井预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段。

4 总体架构

采用三层体系结构, 控制层采用MCTP环网、设备层采用现场总线, 保证了现场子系统的实时性。

煤矿综合自动化系统的各个子系统使用统一的传输平台, 即各子系统的监控数据、语音、视频信息通过统一的通信网络进行传输和交换, 为上层的各种管理信息子系统所共享, 实现“三网合一”, 透明传输。环网冗余设计可快速建立连接及连接恢复, 恢复时间<20ms (普通工业以太态网500ms) 。

5 系统组成

使用两台千兆全智能模块化交换机作为核心交换机构建综合自动化的网络中心平台。通过MCTP节点设备与井上、井下MCTP环网连接, 将地面及井下的各子系统数据接入中心调度室主、备核心交换机, 同时通过MCTP节点传输音视频监控信息到各个终端。

矿井综合自动化系统子系统主要包括煤流系统 (即综采工作面自动化系统、皮带运煤系统、主井提升系统、地面生产系统、选煤厂集中控制系统、装车系统等) ;矸石流及辅运系统 (即综掘工作面自动化系统、皮带运矸系统、副井提升系统、轨道运输系统、地面排矸系统) ;以及电力监控调度系统、井下安全监测监控系统、井下人员定位管理系统、视频监控系统、通风监控系统、井下排水监控系统、矿井压风系统、地面水处理系统、锅炉房控制系统等。

6 主要子系统简介

(1) 井下安全监测监控系统

井下安全监测监控系统由地面中心站、信息数据传输接口、监控分站和传感器组成。该系统监测井下瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数;每个监控分站可连接四个传感器, 传感器与监控分站之间的距离最远可达2km, 可以监测同一地点的不同项目数据, 也可监测不同点的不同或者相同项目。

(2) 井下人员定位管理系统

井下人员定位管理系统利用工业以太网及现场总线系统作为主传输平台, 使用本安型读卡分站、数据通信接口及标识卡等设备与系统挂接, 通过读卡分站及专用管理软件与主系统数据库进行后台数据交换从而实现井下作业人员的跟踪定位和安全管理。系统总体设计主要体现在实现井下作业人员进出的有效识别和监测监控, 使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”, 实现数字矿山的目标, 为煤矿管理人员提供人员进出、考勤、监测监控等多方面的管理信息。

(3) 电力监控调度系统

煤矿电力监控调度系统主要用于煤矿供电系统和运转设备的监测、控制、管理和安全保护, 实现供电系统和设备的在线参数监测、远程操作控制、实时事故报警、数据统计分析、运行安全保护、用电计量管理;能实现“四遥操控”, 能对故障监测预警、保护、定位, 上传故障数据和信息, 提供快速解决手段, 并通过智能分析, 预告事故隐患, 预防突发电力事故。

(4) 通风监控系统

矿井主通风机在线监控系统可对通风机的压力、风量、振动、温度以及电量等工作状态进行在线监测、远程和就地控制、故障诊断、超限报警及网络传输。系统由工控机、组态软件、可编程控制器和各种智能模块、传感器等构成。

(5) 水泵监控系统

煤矿水泵监控系统是通过将传感器采集的数据, 传输到隔爆兼本安型PLC监控分站进行处理或直接通过监测传感器的485接口接入MCTP节点设备, 由MCTP环网通过光纤传输到井上, 由上位机进行处理, 再返回泵房对水泵进行控制。

(6) 皮带运输监控系统

该系统完成各种对现场的速度 (打滑) 、跑偏、急停、纵撕、堆煤、超温洒水等传感器数据信号进行采集并传输, 实现矿调度中心对主井皮带机的集控。通过网络通信功能实现多条胶带输送机及其他设备的顺序、连锁、保护控制, 形成矿井皮带输送机集中控制系统, 结合调度室地面集中控制软件和工业电视系统, 可实现矿井运输系统的远程控制和无人值守。

(7) 选煤厂自动控制系统

选煤厂自动控制系统是以可编程控制器PLC为核心, 实现对原煤准备、主洗选、产品储运等工序中主要设备的集中控制、设备运转状态的集中监视以及数据管理和报警为目的的集中控制系统。

(8) 视频监控系统

工业视频监控系统是煤矿生产调度指挥中心的重要组成部分。通过该系统, 调度中心指挥人员能够直接对井下生产运输进行实时调度指挥。借助该系统了解和掌握各生产环节的实际情况, 直观地监视和记录井下工作现场的安全生产情况, 也为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。

7 结束语

矿井综合自动化是一个涉及矿井众多生产领域与安全生产密切相关的综合系统, 是我国煤炭工业现代化的重要标志。目前, 国内还没有一个矿井实现了全面、完整的全矿井综合自动化, 尚有许多问题需要研究和解决, 矿井综合自动化的完整实现还需要多学科共同努力。随着企业煤矿安全生产意识的不断提高, 综合自动化技术的发展及应用迎来了广阔的空间。

参考文献

[1]褚春华, 等.全矿井综合自动化系统在丁集煤矿的应用[J].工矿自动化, 2009 (10) .

矿井自动化排水系统分析与研究 篇3

井下排水系统是矿山生产中四大系统之一, 担负着井下积水排除的重要任务。然而, 目前我国的井下排水系统仍有很多依靠传统的人工操作方式。本文中分析了传统的排水系统的组成及工作过程, 并指出其存在的问题。为此, 提出采用矿井排水系统自动化控制系统来解决目前矿井排水系统存在的问题。

1 井下排水系统存在的问题

目前, 我国大多矿山企业的井下水泵房使用的仍是传统的人工操作排水系统, 以离心式水泵系统为主。这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性为基础, 泵站的起停时间判断, 完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。当水仓水位到达设定的高水位时, 工人打开射流泵 (或真空泵) , 为水泵抽真空, 同时观测真空表的读数。真空度达到要求后, 起动水泵机组, 使水泵运转。当水泵出水口压力表读数达到要求时, 开起闸阀进行排水, 同时关闭抽真空的射流泵 (或真空泵) 。

停泵过程要进行相反的操作。当水仓积水降至低水位时, 先将闸阀关死, 再停水泵机组。

其存在的问题有如下几点:

1) 效率低、可靠性差。这种排水系统的工作流程完全由手工完成, 工人按部就班的完成各个执行件的操作。另外, 对水位、涌水量大小等现场数据的判断依赖于工人的经验。作业过程比较复杂, 要求工人具有很强的责任心, 否则可能出现误操作, 甚至发生大的事故。

2) 工人劳动强度大。人工操作无法避免高强度的劳作。尤其是闸阀的操作, 劳动量最大。而且, 水泵房要时时有人值守, 以便在发生异常情况时, 及时报警检修。

2 矿井排水系统自动化控制

针对上述排水系统存在的问题, 本文提出了基于PLC的矿井主排水自动控制系统的设计。自动控制系统的应用, 将使得排水系统可靠性增强, 整个工作流程通过软件的编程来实现, 程序确定后, 水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开合阀门, 极大的减小工人的劳动强度。PLC将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统传至地面生产调度监控中心主机, 管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态, 又可根据自动化控制信息, 实现井下主排水系统的遥测、遥控。

2.1 排水系统参数检测

排水装置要实现自动控制、无人职守, 最根本的就是让控制系统了解自动化系统中各个设备的状况和运行状态。这些运行状态经过系统中央处理单元的分析和运算后, 做出判断并显示给集中监控室 (见图1) 。

2.2 基于PLC的井下自动排水系统总体设计

2.2.1 控制系统总体结构

系统采用现场层 (远程IO) , 控制层 (PLC) 和管理层 (工业计算机) 组成的三级控制系统来实现排水系统的自动控制。工业计算机利用友好人机界面实现人机对话和远程监控功能, PLC作为控制器完成逻辑处理和控制任务, 远程IO实现现场数据的采集和上传。

2.2.2 基于PLC的井下自动排水系统可实现的功能

1) 数据自动采集与检测

数据自动采集与检测主要分为两类:模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有:水仓水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、水泵的流量、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力;数字量检测的数据主要有:水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、电动闸阀的工作状态与启闭位置、真空泵工作状态、电动球阀状态。

数据自动采集主要由PLC实现, PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位, 将水位变化信号进行转换处理, 计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率, 从而判断矿井的涌水量, 控制排水泵的启停。影响水位的因素主要来自两方而:一是水位计故障 (如遭受杂物撞击) , 二是水位信号受干扰 (如水波动较大) 。对于前一个因素采用双水位计, 在水仓中设置两个同样的水位计, PLC同时对两个水位计取样。如果两路信号相差大于0.15m时系统报警, 要求值班人员进行检查;而对于信号干扰, 则采用软件过滤, 只有当信号在某一值附近稳定足够时间, 且回差足够小时才作为控制量使用, 防止了因干扰而导致机组误动的情况。

2) 自动轮换工作

为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现, 当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时, 而不能及时投入以至影响矿井安全, 系统程序设计了水泵自动轮换工作控制, 控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计, 系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管路, 使各水泵及其管路的使用率分布均匀, 当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时, 系统自动发出声光报警, 并在触摸屏上动态闪烁显示, 记录事故, 同时将故障泵或管路自动退出轮换工作, 其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作, 以达到有故障早发现、早处理, 以免影响矿井安全生产的目的。

3) “避峰填谷”

所谓“避峰填谷”, 是指调度水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作, 尽量避免在“峰段”启动。要实现“避峰填谷”, 需调度各水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段, 将水仓的水位排至设定的低位, 以便水仓能够腾出尽可能大的容积, 使其在“峰段”容纳更多的矿井涌水而不用启动水泵。

4) 系统保护功能

超温保护:水泵长期运行, 当轴承温度或定子温度超出允许值时, 通过温度保护装置及PLC实现超限报警。

流量保护:当水泵启动后或正常运行时, 如流量达不到正常值, 通过流量保护装置使本台水泵停车, 自动转换为启动另一台水泵。

电动机故障:利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障, 并参与控制。

电动闸阀故障:由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障, 并参与水泵的联锁控制。

5) 动态显示

动态模拟显示可选用触摸屏, 系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电动闸阀和电动球阀的运行状态, 采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置, 实时显示水泵抽真空情况和压力值。

用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位, 并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警, 用不同音响形式提醒工作人员注意。

采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的瞬时流量及累计流量, 对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、超限报警, 自动记录故障类型、时间等历史数据, 并在屏幕下端循环显示最新出现的3条故障 (故障显示条数可在触摸屏上设置) , 以提醒工作人员及时检修, 避免水泵和电机损坏。

6) 通讯接口

PLC通过通讯接口和通讯协议, 与触摸屏进行全双工通讯, 将水泵机组的工作状态与运行参数传至触摸屏, 完成各数据的动态显示;同时, 操作人员也可利用触摸屏将操作指令传至PLC, 控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心主机, 与全矿井安全生产监控系统联网, 管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态, 又可根据自动化控制信息, 实现井下主排水系统的遥测、遥控, 并为矿领导提供生产决策信息。触摸屏与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表, 记录系统运行和故障数据, 并显示故障点以提醒操作人员注意。

7) 三种工作方式

系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时, 由PLC检测水位、压力及有关信号, 自动完成各泵组运行, 不需人工参与;半自动工作方式时, 由工作人员选择某台或几台泵组投入, PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作;手动检修方式为故障检修和手动试车时使用, 当某台水泵及其附属设备发生故障时, 该泵组将自动退出运行, 不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮, 设备检修时, 可防止其他人员误操作, 以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。

3 结论

近年来, 我国矿山行业发展迅猛, 矿山自动化生产己成为必然趋势, 而排水系统作为保障安全生产不可或缺的部分, 其自动化集中控制的实现对整个矿山生产具有非常重要的意义。建设集中控制排水系统的最终目标是将井下排水系统的集中控制纳入矿山的整体集中控制当中, 使矿山生产各个环节均实现集中控制, 实现矿山发展的巨大飞跃。S

参考文献

[1]郑锡恩.采矿设计手册矿山机械卷[M].中国建筑工业出版社, 1986.

[2]于励民, 仵自连.矿山固定设备选型设计手册[M].煤炭工业出版社, 2007.

[3]顾永辉, 范廷瓒.煤矿电工手册 (第三分册) 修订版[M].北京:煤炭工业出版社, 1997.

[4]齐允平.矿山流体机械[M].北京:煤炭工业出版社, 1990, 3.

全矿井综合自动化系统的发展探析 篇4

关键词：全矿井综合自动化系统,发展,目标

0 引言

近年来, 计算机技术、通信技术和自动化技术在中国发展迅猛, 随之煤矿的自动化系统得到进一步升级, 自动化产品得到更广泛应用, 这为信息化、数字化矿山奠定了扎实的基础。这些年的煤矿工业的发展实践证明, 建立以信息化、自动化为标志的新型矿井已是煤炭企业实现增产高效、提高矿井安全、增强核心竞争力的必选路径。文章根据国外先进的最新的综合自动化系统 (如美国Honeywell公司的HIMASS系统) 来分析我国全矿井综合自动化系统的现状与发展。

1 我国煤矿自动化的发展历程

我国煤矿自动化系统起源于20世纪60年代, 当时根据国家综合部署, 集合全国煤矿行业的电子、电控方面技术骨干, 成立了一家煤矿行业唯一的专业自动化研究所。但当时条件艰苦, 器件短缺, 煤矿自动化只停留在简单的开停和闭锁控制, 而且控制器体积庞大、可行性和安全性都差。20世纪70年代, 老式继电器退休, 取而代之的是晶体管和逻辑电路, 这大幅度缩小了控制器体积, 改善了控制功能, 变得更加安全可靠。

1980年开始, 煤矿行业的科研单位不断增多, 我国自主开发了KJ90、KJ95、KJ4/KJ2000与KJG2000等监控系统, 还借鉴引进了美国、澳大利亚等先进国家的先进技术。至此煤矿的自动化控制和检测系统才真正应用到实践中。

1990年后, 计算机技术进一步发展, 形成了专用的独立的监控系统, 以单片机为核心控制单元, 内部的信息输入以模拟形式、FSK形式、基带形式等简单的调制方式为主, 传输电缆为矿用屏蔽电缆, 传输速率在600～9 600 bit/s之间。这些系统大部分还是独立工作, 很少有系统间信息的交换, 每个系统的维护使用部门也不都一样。

进入21世纪后, 以工业以太网为代表的信息网络技术迅速发展, 煤矿各个专用的独立监控系统间的信息可以通过高速信息网实现快速的传输, 两两之间的传输逐渐转变为总线传输方式, 比如CAN总线、RS485、RS232等, 并被广泛应用。随着技术的不断进步, 煤矿的绝大部分矿井实现了煤矿生产、煤矿安全、矿用电力等监控系统, 并通过高速监控网络整合形成综合的监控系统, 由局部生产环节的自动化系统迈向矿井综合自动化的新方向。

2 全矿井综合自动化系统的结构分析

现代矿井都是信息化、数字化矿井, 矿井综合自动化主要是指利用现代计算机与网络技术对矿井内的机电设备实现自动化控制, 将煤矿的设备工况信息与环境安全信息统一展示在一个网络平台上, 实现全矿井的检测、控制和管理一体化。通过发挥网络大型开放式分布控制系统的优势, 衔接矿井生产各个环节, 实现过程控制自动化、业务运转网络化, 生产综合调度指挥网络化。对于煤矿的生产安全与运营情况实现实时远程监督, 保证其顺利进行。全矿井综合自动化的体系结构示意图如图1所示。

全矿井综合自动化系统主要分为3层:信息层、控制层、设备层。从空间分布看, 生产控制层涉及范围广泛, 从地面上的各个专业调度室, 直到井下的石门硐室。在井下部分, 网络传输介质可以是光缆, 节点设备均为嵌入式, 可以是某个区域的信息采集控制站, 可以是某个子系统的主控制机, 也可以是协议转换器。生产控制器层就是一个汇总平台, 将不同的监控单元或系统产生的不同标准信息进行加工, 达到资源共享的效果, 最大限度地优化信息资源利用率。其主要功能是实现对井下各安全参数的监测和对采区工作面采煤机械、提升机、运输机、通风机、水泵以及地面选煤厂、供配电等主要设备的控制与监测。

3 全矿井综合自动化系统实现的主要目标

全矿井自动化系统是煤矿自动化发展的新高点, 是一个总平台, 主要目标是实现地上对矿井下诸多设备的有效控制。

(1) 采用光线组建全矿井下的工业以太网并形成环网。全矿井下的轨道、排水、供电、矿井提升、通风、胶带、选煤等自动控制子系统通过总线传输方式, 全部接入工业以太环网, 利用OPC及组态软件等技术再接入软件平台, 形成全矿井自动控制信息传输及处理的总集成平台。该平台可以远程开停控制和在线监测上述设备, 实现无人值守, 节省大量人力资源, 且提高了矿井的安全性。 (2) 煤矿的人员定位、安全控制等监控系统可以接入全矿井自动化平台, 实现安全生产监测信息、人员信息的集成、共享等功能, 实现对井下人员分布情况的在线监测和统计;实现对矿井下所有掘进头、工作面的瓦斯自动检测;实现对井下所有重要地点的风速、温度、风门开停的自动监测。 (3) 建立了矿井移动通信系统, 可以进行井下现场与集控中心的清晰通话, 实现对矿井通信情况的畅通无阻的地面远程监控。 (4) 建立了矿井工业电视监视系统, 将井下和地面各主要地点摄像机的信号传输到地面视频服务器, 在集控中心显示和切换图像, 为地面远程控制提供必备的监视手段。

4 实施全矿井综合自动化系统需注意的问题

(1) 网络的选择。中小型矿井或自动化水平不高的矿井, 可以选择基于工业总线的全矿井综合自动化系统, 该系统价格低, 系统可靠, 不足之处是开放性稍差, 无法三网合一;大型矿井或自动化水平达到较高程度的矿井, 可以选用1 000 M工业以太网的全矿井综合自动化系统, 价格适中, 发展空间大, 可以实施三网合一, 是现在很多矿井的首选方案。 (2) 网络结构的选择。全矿井自动化的组网方式可以是星形、环形、双环冗余等, 不同组网方式其功能和可靠性都不一样, 可适用于不同规模的矿井。其中星形网络一般不具有冗余功能, 可以适用于分支系统;环形网络具有冗余功能, 可靠性很高, 得到业界的广泛采用;双环冗型可靠性不高, 不太适合综合自动化系统。 (3) 全矿井综合自动化系统是一个集技术、管理、经济于一体的复杂而庞大的系统工程。因此, 在实施全矿井综合自动化之前, 要做好详实全面的整体性设计与规划, 不仅要采用先进的自动化技术, 更要选用具有先进理念和管理才能的领导人员, 统一指挥规划, 按设计要求实施好每一步, 尽量避免重复投资现象, 节省人力和财力。 (4) 全矿井综合自动化系统是一个整体, 它的运行需要坚实的基础 (可靠的底层设备自动化) 和完善的子系统建设, 必须做到部分与整体共发展, 最大限度地发挥其作用。目前存在的问题之一是有的矿井对底层设备自动化重视程度不够, 需要增强建设。同时注意整体和局部的优化关系, 局部应服从全局。 (5) 注意自动化系统中的软件建设。软件好坏的选择可以影响到自动化系统的正常实施。综合自动化信息的集成与加工, 都需要软件的支持。系统软件采用组态化设计, 将矿井环境监控子系统、各生产环节自动控制子系统以及系统自身完全整合。

5 结语

总之, 全矿井综合自动化系统运用先进的信息化、自动化技术, 通过在地面远程控制井下设备, 以信息化技术改造和提升了传统煤炭行业, 节省了人力资源, 提高了生产效率, 真正实现煤矿安全生产, 意义重大, 真正构建起一个平安的“数字化矿山”。

参考文献

矿井生产自动化 篇5

肥城矿区矿井翻车系统圴是由各生产采区运出的原煤车辆经井底车场调车线用架线式电机车顶入翻车机进车线, 然后由翻车系统的推车机推入翻笼。翻笼的翻车是通过启动电动机联动变速箱, 带动翻笼底部的主动轴轮与翻笼摩擦带动翻笼旋转进行翻车。但是当翻笼在顺时针翻车时经过360度旋转, 需要在正确位置停车时, 因惯性电机的停止时间, 用人工操作电机翻笼在正确位置很难实现。所以便有时翻笼转过正确, 有时转不到正确位置, 这样就不得不频繁启动电机正反转寻找正确的位置。在这样的情况下电动机很容易损坏, 变速箱也因为在电动机的频繁启动下造成齿轮打齿, 拧断轴等情况的发生;真空启动器的接触器也因点触动作次数过多经常烧毁。

2 翻车系统自动化改造方案设计

2.1 翻车机的改造方案

改造设计:

在主动轴轮的侧面制作安装一套离合装置。

(1) 在主动轴轮的侧上方安装一个托臂, 固定在支架上用圆空销子串连, 托臂按翻笼的位置需求而产生托起与下落的作用。

(2) 在托臂的偏下方安装一S型连杆, 连杆中间用圆孔销子固定在支架上, 前端制作一托轮托住托臂, 在翻笼西侧的同样一套从动离合装制用一连接轴连接传动。在连杆的后端下方和地面固定连接一拉簧。

(3) 在S型连杆的后面安装一挂爪, 挂爪用圆孔销子连接在挂爪座上能够左右摆动, 挂爪上方用圆空销子连接自回式气缸。

(4) 翻车系统的技术参数:托臂总长860mm, 厚度40mm, S弯度R800mm.碰爪长200mm宽150mm, 厚度20mm.S型连杆厚度20mm, 总长700mm.挂爪长度400mm, 厚度30mm, 两端销控直径22mm.拉簧伸拉长度400mm, 直径80mm。支架用160槽钢, 高度900mm.槽钢支架和S型连杆的连接销直径40mm, 长度110mm.托轮直径110mm, 厚度60mm。连接轴总长1980mm, 直径80mm的厚壁管, 其轴头长300mm, 直径80mm的圆钢制成和连接轴焊接。轴的两端用外径140mm, 内径80mm的轴枕固定在地面。气缸行程75mm, 气缸推拉力大于4公斤。

2.2 改造后的工作原理

当翻笼在填车位置时, 托臂挂住碰爪自动把翻笼小距离托起, 翻笼与主动轮拖离, 失去动力而停止转动。填入矿车后启动风缸做抽回工作将挂爪与S型连杆脱开, S型连杆与其连接的托轮将托臂落下与主动轮摩擦, 翻笼跟随主动轮的转动随即翻车, 翻笼在翻转过程中, 托臂不受力, 拉簧收缩拉起前端的托轮, 自回式风缸伸出, 挂爪又一次挂住S型连杆, 托起托臂, 这时翻笼翻转到填车位置, 托臂前挂钩钩住翻笼上的碰爪, 又小距离托起翻笼停在填车位置, 这样就完成了一个翻车过程。靠这套离合装置翻车, 电机始终处在匀速常转的状态下, 避免了频繁启动电机正反转, 导致电动机、变速箱、接触器损坏情况的发生。

3 推车机的改造方案

3.1 改造设计

(1) 首先, 推车机前连轮更换成两侧都带联轴器的链轮轴, 在原有的基础上在链轮的另一侧另外安装一套离合式变速箱, 使电机一次性启动, 推车与停车用离合按钮控制。

(2) 在推车机前方, 近于翻笼时段, 安装一台自动阻车器, 动力采用气缸电动控制, 当推车机停止推车时, 同时阻车装置启动, 矿车在翻笼内中间位置时, 阻止翻笼外矿车前行。

(3) 在翻笼出车侧, 设计安装一套短距离推车装置, 动力也采用气缸电动按钮控制。在进车侧自动阻车器开启阻车时, 操作按钮和出车侧短距离推车装置联动, 开始往前推车, 把翻笼内被翻矿车两侧连接环拉紧, 增加此套设备装置与其它各工作设备达到同力运转, 相互支持, 来完成一个共同目的———安全高效翻煤。

(4) 技术参数:

滑道2跟:120槽钢, 长950mm;横梁2跟:110#工字钢, 1000mm;推爪:长340mm, 厚40mm;短距离推车装置气缸:行程600mm, 推拉力大于4公斤;自动阻车器气缸:行程250mm, 推拉力大于4公斤;翻笼两侧距两侧矿车 (下转第279页) (上接第254页) 370mm;自动阻车阻爪器距翻笼650mm。

3.2 推车机系统技术改进后的工作原理

架线式电机车把一列煤车顶入翻车机进车线, 翻车机司机操作推车机按钮, 启动推车机电机联动变速箱, 同过变速箱上的制动器带动前链轮、从链轮传动链子上的碰爪推动矿车进入翻笼, 这时司机启动翻笼进车侧的自动阻车器, 阻止后面的矿车前进, 同时翻笼出车侧的短距离推车装置启动拉动翻笼出车侧的矿车, 把翻笼内被翻矿车两侧连接环拉紧, 使翻笼里的被翻矿车两侧连接环拉紧顺利翻车。

4 供电系统改造方案及技术参数

在解决了翻车系统本身存在的缺陷, 操作流程不合理的问题后。我们又在电机供电系统中, 安装了一台隔爆兼本安变频调速器 (KJPT55/660型) , 其优点是:重负荷软启动, 软停车变速控制, 启动电流小, 起动速度平稳, 启动时间可调, 对电动机冲击小, 性能可靠。从而减少了起动时对设备的动张力。电源电压:AC660V;主回路工作电流65A;输出频率:5-50Hz;控制电机最大功率:55k W;本安工作电压DC5V。

5 应用效果

耿村煤矿综合自动化矿井创建实践 篇6

1 综合自动化矿井建设概况

耿村煤矿的综合自动化矿井建设, 是伴随着我国计算机信息化和工业控制自动化的兴起而逐步发展起来的。近几年, 耿村煤矿先后投入1 680万元, 对矿井通风、排水、提升、运输系统进行工业信息化改造, 初步实现了对主井运输胶带、东三轨道中部水泵及南风井主要通风机设备运行的视频监控;投入320万元, 对东西大巷轨道道岔进行自动化改造, 建立了轨道运输“信集闭”系统 (信号、集中、闭塞系统) , 初步实现了轨道运输的自动化管理;投资361万元建立了网络信息管理平台, 配设了核心交换机等配套设施, 实现了主网与监测监控系统的对接;投资1 126万元建立了以井下人员定位、束管监测、小灵通指挥、冲击地压微震监测、矿井瓦斯监控、变电所电力监控、矿井安全生产调度、矿区治安电视现场监控等系统, 为综合自动化矿井建设奠定了坚实的基础。

2 综合自动化矿井创建总体思路

“安全、先进、开放”, 是综合自动化矿井建设的一条主线。围绕这条主线, 该矿制定了综合自动化矿井建设“336”工作步骤。“336”, 即:综合自动化矿井建设的“三个层次”、“三个阶段”和“六项要求”。

“三个层次”, 就是把整个系统分为信息层、监控层、设备层 (图1) 。信息层主要指矿井管理信息网络系统、管理信息应用系统及企业信息门户和自动化办公网络系统;监控层主要指以调度指挥中心监控、矿区治安监控为主干的以太网工业监控系统;设备层主要指机电运输自动化、安全监测监控、井下人员定位等17个子系统组成的设备体系。

“三个阶段”, 就是把整个创建过程划分为3个阶段。第1阶段, 该阶段的主要任务:①对原有网络体系进行整合, 建成新的综合信息化平台, 使各系统有机结合、相互兼容、信息共享;②完成2号副井行人缆车改造安装任务;③地面工业场地和部分井下运输轨道的国铁化改造和电动道岔更换;④对井下主石门、东西区车场、东大巷二部胶带头、375胶带头、2号副井行人通道等巷道进行改造, 基本实现矿井生产监测监控、安全监测监控、运输“信集闭”管理、工业以太网经营管理四大系统的自动化。第2阶段, 2011年6月底以前, 把13160工作面建成河南第1个综合自动化放顶煤工作面。目前, 工作面所用设备已考察选型结束, 支架样机正进行加载试验, 其他主要设备已完成招标。第3阶段, 力争2011年12月底前建成一个综合自动化掘进工作面, 达到掘、锚、运、架棚一体化, 实现矿井全方位自动化管理。

“六项要求”, 就是综合自动化系统的可靠性、开放性、实用性、安全性、兼容性、可管性。

“336”创建步骤的实施, 给综合自动化矿井建设描绘了一张清晰的蓝图, 为创建工作打开了思路、奠定了基础。

3 综合自动化矿井创建具体措施

3.1 创建综合自动化矿井信息平台

为确保新平台建设的高效有序进行, 耿村煤矿聘请中国矿业大学科技发展总公司担任新平台构建的主创力量。为统一设备技术参数和要求, 该矿多次召开有关厂家协调会议, 说服各生产厂家统一网络标准, 更换配套设备, 改善网络环境, 化解技术壁垒;并采取“请进来”、“走出去”的方式, 一方面邀请博士生导师和资深教授到矿帮助解决新系统创建中遇到的疑难问题;另一方面组织有关人员, 在集团公司领导的带领下, 先后3次赴山东兖州、济宁、山西潞安王庄矿、中国矿业大学等单位参观学习, 以提升业务水平。同时, 耿村煤矿坚持“在工作中培养人才, 实践中锻炼队伍”的人才成长理念, 把经过外培、有一定攻关能力的技术人才和各类高学历的6名同志集中起来, 与院校专家一起工作, 一起研究探讨。在矿、校、厂三方的不懈努力下, 通过对各系统要素的综合打包, 先后攻克了系统整合中存在的网段多、厂家多, 相关技术协议、数据接口不统一等技术难关, 开发完善了地图导航、单点登录、自动更新、冗余通信和自诊断、高容错能力等基础功能, 出色地完成了以“耿村煤矿综合自动化调度指挥中心”命名的, 一个集数据采集、协议分析、远程监控等多种功能于一体, 简单易行、人性化的综合自动化操控平台, 创造了矿、校、厂家三方合作的典范。

3.2 完善17项分支系统

近年来, 根据安全生产和经营管理的需要, 耿村煤矿先后建立了矿井安全监测监控、井下人员定位、工业电视监控等13个独立工作的信息化子系统。但是, 由于这些系统生产年代不同、渠道不同、品牌杂乱、设备简陋、独立运行、互不兼容, 存在着“信息孤岛”现象。针对这些情况, 耿村煤矿从实际出发, 通过对原有的13项系统功能进行筛选、整合、改造、提升、开发、完善, 初步形成了以安全生产、胶带运输、主排水、副井提升、主要通风机通风、架空缆车、变电所供电、核子计量器、机电设备安全运行视频监控和人员定位、矿压观测、轨道“信集闭”、生产调度指挥、矿区治安、职工医疗保险、自动化办公、灾害应急救援指挥等系统为内容的17项基本功能体系, 并实现了所有信息均可以通过矿内各网络终端高速访问, 矿、科两级领导和调度人员按照授权, 可在第一时间了解设备运行信息和判断故障, 高效地对矿井安全生产现场进行调度指挥, 为矿井安全发展提供了有力的科技支撑。

3.3 加强基础设施建设

针对创建工作时间紧、任务重的实际, 耿村煤矿在对创建工程进行认真逐项梳理的基础上, 安排主力队伍, 对急需扩修改造的20项工程进行有序整治。从创新管理出发, 通过“351”工作法, 把每一项工作落到实处。“3”, 就是“三坚持”, 即:坚持每天一次调度会, 对创建工作班班落实、日日通报;坚持每周一次平衡会 (周六上午) , 及时解决多单位施工过程中的相互协调问题;坚持每旬一次大检查, 及时发现和消除施工中的安全质量隐患。“5”, 就是每月从“安全、质量、进度、费用、文明施工”5个方面对各“参战”单位进行一次量化考核;“1”就是每月对量化考核结果进行一次奖惩兑现。同时, 针对创建活动中参战队伍多、所需物料多、工程交叉多和时间要求紧的实际情况, 该矿每班安排一个矿领导和一个调度室主任进行专人跟班, 现场协调解决创建中出现的问题, 保证了创建工作有条不紊地进行。

在创建综合自动化矿井的基础上, 耿村煤矿在煤炭行业率先购置安装了索道缆车, 职工乘坐缆车上下班, 在义煤是第一家, 在全省乃至全国煤矿也是第一家。索道缆车与原斜井人车相比, 不仅安全性能高, 且节能环保、防寒保暖、舒适美观, 既有明显的经济效益, 又能促进低碳经济的发展, 完全符合科学发展观的要求。

4 综合自动化矿井建设成果

(1) 经过第1阶段的创建, 综合自动化矿井已初具雏形, 初步实现了对矿井安全和生产经营的遥测、遥视、遥控、遥调、遥信“五位一体”的综合性管理。

(2) 经过系统改造升级, 强化了矿井基础设施, 初步实现了主提升绞车、主运输胶带、主排水设施、主通风设施、大巷轨道运输五大系统的远程控制操作, 为本质安全型矿井建设打下了基础。

(3) 实现了对全矿井主要工作地点设施运行状况、瓦斯等有害气体情况和地面重要场所环境和治安的全方位、全时空、全天候可视化远程监测监控, 为矿井安全发展奠定了基础。

(4) 通过对系统和设施的优化改造, 进一步降低了电能消耗。副二缆车改造后, 电机功率较前降低近2.2倍, 年节电达60万kWh, 为耿村煤矿发展低碳经济提供了有益的借鉴。

(5) 进一步拓展延伸了办公自动化系统的功能, 为医保、宣传、文秘、精细化管理和服务职工群众等提供了更为高效便捷、更为人性化的平台。

5 结语

矿井35kV变电站自动化系统 篇7

关键词：变电站自动化系统,监视,控制,保护,电力调度自动化

1 塔什店一号矿井35kV变电站一次系统简述

根据《煤矿安全规程》相关要求, 塔什店一号矿井应有两回路电源线路, 线路采用同时工作, 分列运行的方式;系统按两回电源及两台主变同时工作, 分列运行考虑, 单台主变容量为10000kVA, 主变选择有载调压方式。变电站一次部分35kV侧、10kV侧、0.4kV侧主接线方式均采用单母线分段方式。高压无功补偿采用MSVC型无功补偿装置。

2 变电站自动化系统设计

2.1 系统概述

塔什店一号矿井35kV变电站自动化系统采用分布式、集中式相结合的设计思路, 即10kV出线柜各控制保护功能均分布在开关柜内, 各就地单元相互独立;主变保护、测控采用模块化、集中式立柜结构, 控制保护功能集中在专用的采集、控制保护柜内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机。

2.2 系统结构

采用分层分布式系统网络结构, 变电站层、间隔层、过程层功能明确。在变电站层, 有人机接口系统、数据归档功能以及与外部的连接, 属于系统管理层, 具有实现遥测、遥信、遥控 (调) 及与调度通信联络, 运行管理等功能。间隔层的分布式综合设备能够采集开关量、模拟量, 加工处理之后, 通过网络上传监测、保护信息, 接受主站的定值参数、控制命令, 实现系统对终端设备的三遥功能。过程层由与连接到开关场的电缆连接组成, 这些连接涉及间隔层的输入输出单元、远方输入输出单元设备 (RIO) 、集成了电子元件的传感器和操作机构 (PISA) 。

在每一层中都包含了一根允许同层设备之间或临近层设备间进行通信的总线。

变电站层总线主要用于人机系统与各个终端和打印机的连接, 以及与办公环境的接口, 并用于服务器的任务监视。

间隔层总线将间隔层设备连接到变电站层, 此外还允许间隔层设备间进行实时通信。

过程层总线连接传动装置、传感器、智能外围单元, 并将有时间要求的实时数据送到间隔层的处理单元中。

2.3 变电站监视、控制、数据采集和自动装置

2.3.1 遥测量

(1) 35kV进线三相电流;

(2) 主变压器高、低压侧三相电流;

(3) 主变10kV侧电度量、有功功率;

(4) 主变上层油温;

(5) 35kV、10kV母线电压;

(6) 交流所用电压;

(7) 10kV无功补偿配出柜三相电流、无功功率。

2.3.2 遥信量

(1) 主变压器高、低压侧断路器开关位置;

(2) 主变有载分接开关位置;

(3) 主变瓦斯动作信号;

(4) 主变过流动作信号;

(5) 主变低压侧断路器弹簧未储能;

(6) 主变超温信号、油位信号;

(7) 35kV进线断路器开关位置;

(8) 10kV无功补偿配出柜断路器开关位置;

(9) 10kV无功补偿配出柜过压动作信号、欠压动作信号、过流动作信号;

(10) 10kV无功补偿配出柜断路器弹簧未储能;

(11) 35kV、10kV控制回路断线;

(12) 10kV交流电压回路断线。

2.3.3 遥控量

主变压器高、低压侧断路器分、合。

2.3.4 遥调量

主变压器有载分接开关调节。

2.4 元件保护及自动装置

2.4.1 主变保护

主变保护主要包括非电量保护、差动保护、后备保护。非电量保护属于主变压器的主体保护, 差动保护主要用来保护变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障;后备保护用于在主保护故障拒动的情况下, 保护主变压器。

(1) 非电量保护。

(1) 独立高、低压侧防跳操作回路 (该操作回路必须交流和直流兼容) ;

(2) 本体重瓦斯:发出信号, 动作于两侧开关跳闸可由压板投退;

(3) 本体轻瓦斯:动作发信号;

(4) 调压重瓦斯:发出信号, 动作于两侧开关跳闸可由压板投退;

(5) 调压轻瓦斯:动作发信号;

(6) 油温过高:动作发信号;

(7) 释压器动作:延时动作于跳两侧开关, 可由压板投退;

(8) 油位信号:发过低、过高信号。

(2) 差动保护。

主要包括差动速动、比例差动。

(3) 后备保护。

(1) 35kV复合电压闭锁方向过流:时限1跳35kV母联, 时限2跳本侧;

(2) 10kV复合电压闭锁过流:时限1跳10kV母联, 时限2跳本侧;

(3) 高、低两侧过负荷:时限发信号;

(4) 主变高、低压侧及本体各电量的测量。

主变保护、测控集中于专用的采集、保护、测控柜中, 塔什店一号矿井35kV变电站选用两套主变保护测控柜, 分别对1#、2#主变进行保护、测控。

2.4.2 35kV进线保护

(1) 过电流保护:该保护动作跳断路器并发信号;

(2) 电流速断:该保护动作跳断路器并发信号;

(3) 电流速断保护;

(4) 低频减载;

(5) 负荷控制功能;

(6) 控制断线检测;

(7) 线路各电量的测量;

(8) 开关近控、远控可实现互为闭锁功能;

(9) 具有失压报警和断相报警功能。

2.4.3 10kV馈线保护

(1) 保护单元和操作回路必须交、直流完全兼容;

(2) 过电流保护:该保护动作跳断路器并发信号;

(3) 电流速断:该保护动作跳断路器并发信号。

(4) 三相一次自动重合闸;

(5) 低频减载;

(6) 负荷控制功能;

(7) 控制断线检测;

(8) 线路各电量的测量;

(9) 开关近控、远控可实现互为闭锁功能;

(10) 具有失压报警和断相报警功能。

直接向井下供电的10kV高压馈电线上, 严禁装设自动重合闸, 例如给井下中央变电所的馈出线路上就不应装设自动重合闸装置。

2.4.4 电压切换

(1) 二次电压切换;

(2) 二次电压切换发动作信号。

2.4.5 一体化组合式备用电源自投装置

(1) 采集35kV母线电压;

(2) 采集35kV进线两路电流;

(3) 采集10kV两段电压;

(4) 采集10kV两进线电流;

(5) 35kV进线, 母联、10kV进线、母联状态;

(6) 装置自动跟踪系统运行方式;

(7) 全自动实现进线间或主变之间的自动投切;

(8) 装置具备自投过负荷联切功能, 预留12路联切出口;

(9) 装置具备自投后电源恢复后自动回切功能, 同时将联切的负荷自动投入。

2.5 站端电力系统调度自动化

一个自动化程度较高的变电站, 站端电力系统调度自动化也应成为其必不可少的组成部分。电力系统调度自动化设计是一项系统工程, 包括调度自动化系统调度端和变电站远动两部分, 这里我们仅讨论35kV变电站内的站端系统。

2.5.1 信息采集

信息采集系统按照直调直采、直采直送的原则设计。变电站向有关调度传送遥测量包括主变高低压侧有功、无功, 母联和分段的测量电流;传送的遥信量有线路、母联断路器的位置信号, 变压器高低压侧断路器的位置信号, 变电站的事故总信号, 有载调压变压器抽头位置信号。调度中心向变电站传送的遥控、遥调命令主要有断路器的分合、有载调压分开关的调节等。

2.5.2 远动系统

远动系统应选用性能优良、可靠性高的定型产品。远动系统包括远动终端单元 (RTU) 和变电站计算机监控系统, 具备接收并执行遥控、遥调命令和反送检验功能。远动规约应于调度端系统一致, 远动系统的容量宜按变电站的发展需要确定, 运行时间考虑10年。

2.5.3 信息传输和通道

远动通道在通信设计中统一组织, 调度中心对直接调度管辖的35kV变电站建立直达通道采集信息。

3 结语

变电站自动化系统为变电站运行环境的功能、设计、运行、维护和可靠性提供了很多好处。变电站自动化系统的应用提高了电力系统的运行性能, 且为煤矿安全用电、可靠用电提供有力保障。塔什店一号矿井35kV变电所自2014年12月投运以来, 各项试验数据均达到设计要求, 为矿井变电站自动化系统的广泛应用呈现了很好的实践运用实例。

参考文献

[1]Klaus-Peter Brand, Volker Lohmann, Wolfgang Wimmer.变电站自动化[M].北京:中国电力出版社, 2009.

[2]韩小庆.35kV智能变电站在华丰煤矿的应用实践[J].煤矿机电, 2013, (1) :100-104.