談變電站高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)設計
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摘要：以變電站高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)設計為對象開展探究。對高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)設計開展綜合分析，進而對其硬件設計和軟件設計做出具體探究，希望能為其他礦井相似工程的開展提供借鑒與參考。
關鍵詞：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)所不可或缺的動力來源，確保井下供電系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定，對于礦井生產(chǎn)的持續(xù)有效開展意義重大[1-2]。但井下作業(yè)環(huán)境復雜多變且相對惡劣，使得井下生產(chǎn)中供電系統(tǒng)經(jīng)常會發(fā)生過負荷、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關通常會產(chǎn)生多種征兆，如電流急劇波動、溫度增高等。有鑒于此，針對性設計井下高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)對高壓配電開關進行有效監(jiān)測，并將相關特征數(shù)據(jù)匯總上傳至地面監(jiān)控中心，通過分析匯總實現(xiàn)對故障隱患的提前定位排除，進而在確保生產(chǎn)作業(yè)持續(xù)有效開展的同時降低由電力故障引起的財產(chǎn)損失，為礦井綜合效益的增加提供幫助。
1系統(tǒng)設計分析
1.1結構設計
圖1為井下供電監(jiān)控系統(tǒng)結構示意圖。由圖1分析可知監(jiān)控系統(tǒng)采用DCS型（集散分布型）布設結構，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)時井下各變電站負責對本站內(nèi)監(jiān)控信息進行收集匯總，并存儲于變電站控制器緩存區(qū)內(nèi)。當井上變電站向井下發(fā)出訪問指令時，各井下變電站會立即將存儲于緩存區(qū)的數(shù)據(jù)上傳給井上變電站，相關數(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)實際情況對井下變電站作業(yè)進行相應操作。
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，在本次設計中為簡化井下變電站同井上PC（計算機）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，其傳輸最遠距離可達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，傳輸距離最遠可達20m。
2硬件設計分析
2.1主控芯片選擇
所涉及系統(tǒng)主控芯片選用型號為MSP430F5438的單片機，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轉。同時該單片機具備3個16位定時器、1個高速數(shù)模轉換裝置和12C串行通訊等豐富的外設設備，能很好地滿足井下高壓供電監(jiān)控作業(yè)需求。
2.2RS-485型通訊電路設計
井上井下通訊方式為RS-485，其作業(yè)芯片型號為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，廣泛應用在RS-485通訊系統(tǒng)應用的各個場合中。同時，作業(yè)時為減小線路中可能存在的浪涌電壓、共模電壓等對通訊作業(yè)的干擾性，需在通訊電路總線中增設如下保護措施：在電路管腳處串聯(lián)RT（熱敏）電阻，其阻值范圍介于4～10Ω，同時電路管腳對地連接TVS管（瞬態(tài)二極管）。此外，也可以采用二極管同電阻串聯(lián)的方式進行作業(yè)。
2.3RS-232型通訊電路設計
根據(jù)設計，井下變電站同數(shù)據(jù)采集設備間的通訊方式類型為RS-232，采用這種通訊方式時能選用的傳輸速率區(qū)間介于50～38000bit/s，同時能進行異步雙工通訊。而在井下變電站高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)進行作業(yè)時，RS-232通訊線路同其控制芯片采用電平轉換通過MAX3232ESE（芯片型號）達成。整個系統(tǒng)為提升作業(yè)的擴展性，在留設原有專用串口的基礎上還預留有一路串口，以便于系統(tǒng)后期的硬件結構升級所需。
2.4測溫電路設計
為有效監(jiān)測高壓配電開關作業(yè)時的溫度變化，監(jiān)測系統(tǒng)中配有專門的溫度感應裝置[5-6]，其型號為DS18B20，作業(yè)時能對配電開關低壓腔內(nèi)部的溫度進行實時采集并將相關數(shù)據(jù)同步傳送至地面數(shù)據(jù)中心。作業(yè)過程中DS18B20溫度感應裝置實時采集的溫度數(shù)據(jù)主要借由對其DQ（雙向數(shù)據(jù)控制）引腳高低電平的讀寫而實現(xiàn)，同時為提升其作業(yè)的驅(qū)動力，在其DQ引腳上增設1個上拉電阻，以確保讀寫過程中數(shù)據(jù)測定的精準性。圖2為測溫電路原理示意圖。在讀取溫度時，其主要作業(yè)程序包括三部分，分別是初始化時序、讀時序及寫時序。3個時序均以主機為主設備，以單總線裝置為從設備，每一個命令或數(shù)據(jù)的傳輸全部從主機啟動的寫時序開始。而當要求單總線器件進行數(shù)據(jù)回送時，可在完成寫命令操作后，通過主機啟。
3軟件設計分析
3.1測溫程序設計
在DS18B20溫度感應裝置作業(yè)時，系統(tǒng)控制中心向其發(fā)出測溫轉換命令后，程序必須等待接收DS1820溫度感應裝置的返回信號后才能進行下一步操作。因此，一旦測溫裝置內(nèi)部存在斷線或接觸不良的情況，則系統(tǒng)對其數(shù)據(jù)進行讀取時便無法獲得相應信號。
3.2上位機界面設計
井下高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)所使用的上位機軟件通過VB（程序設計語言）程序進行編輯，通過可視化編碼裝置達成，編程語言為C語言，且編寫時能借由增加代碼的屬性而降低編寫難度。該軟件主要應用在地面監(jiān)控中心，可實時顯示井下變電站高壓配電開關運行狀態(tài)并對歷史信息進行存儲調(diào)閱，以便作業(yè)人員隨時查閱。而通過該程序能對井下高壓配電開關達成的操作功能主要有分閘、合閘、復位等。作業(yè)時必須先輸入相應的操作密碼，否則無法進行操作。圖3為井下高壓供電系統(tǒng)監(jiān)控界面示意圖。
4結語
變電站高壓供電系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)動力的源頭，其運行的安全有效對于提升礦井生產(chǎn)的穩(wěn)定性和持續(xù)性意義重大，是實現(xiàn)礦井綜合效益增加的關鍵舉措。礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產(chǎn)中積極組織相關專業(yè)人員開展針對性的分析探究，通過對新技術的應用，構建高壓供電監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對其運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，進而及時發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患，為礦井生產(chǎn)的安全開展提供堅實保障。
參考文獻：
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作者：李青 單位：陽煤集團股份有限公司一礦