基于PLC的井下变电所在线监测监控系统的设计

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1、基于PLC的井下变电所在线监测监控系统的设计针对现有煤矿井下变电所自动化程度不高的情况，唐山开诚电控设备集团有限公司设计了一套在线监测监控系统。该系统以西门子S7—300为控制核心，结合现场实际采用工业以太网通信。系统能够实时监测井下变电所各设备的运行状态和各种参数，进一步提高了井下用电管理现代化、控制自动化的水平，实现了井下变电所的无人值守。随着科学技术的迅猛发展，现在煤矿系统的自动化程度越来越高，很多地面变电所都实现了综合自动化控制，但煤矿井下变电所的供电系统比较复杂，环境也比较恶劣，各种高低压综合保护器的类型也不相同，而且变电所和配电点也比较多，加

2、之距离较远，很难实现无人值守。在大多数情况下，配电开关掉电并不是由于供电电缆漏电或短路等故障引起，多是由于线路受到干扰而产生的误动作，由于井下值班人员的专业素质往往不是很高，所以现场很难做到及时送电，严重影响了煤矿安全生产。另一方面，为了便于煤矿安全生产的科学管理，实时了解井下变电所各设备的运行状态，了解某路负载的电流、电压和功率等参数也非常重要。煤矿井下变电所供电服务对象为采煤、掘进、排水、通风等重要生产环节，供电负荷种类繁多，区域分布广，它的安全可靠运行是煤矿安全生产的重要保证。为了保证煤矿井下的安全供电，各种高低压防爆开关都装有带漏电、过压、过流和

3、短路等保护功能的综合保护器，一般都具有通信单元，如提供接口。由于煤矿井下中央变电所和各配电点的综合保护器和配电开关较多，各配电点之间的距离又较远，要传输的数据量非常大，要是一个个把它们都串在RS485总线上，数据读取速度会非常慢，实时性较差，不能满足实际需求。所以本系统采用分路采集的方法，采用工业以太网通信，它的传输速度快，传输量大，实时性好。某煤矿现有井下中央变电所、绞车房配电点等需要在线监测监控。其中中央变电所有6台BKD9-400型矿用隔爆型真空馈电开关，19台型矿用隔爆型高压真空配电装置，4台水泵，16台矿用隔爆型高压真空配电装置中有4台是水泵的

4、电源柜，4台是水泵的起动柜。绞车房配电点有12台BGP9L-6A型矿用隔爆型高压真空配电装置。图1为变电所在线监测监控的系统结构图。图,1变电所在线监控的系统结构图1)硬件设计（1）工控机选用两台台湾研华IPC-610H工控机，构成双机热备。这样当一台工控机出现故障时，可由另一台工控机承担监控任务，而不需要人工干预，保证了系统的安全可靠运行。（2）PLC隔爆兼本安控制箱本设计选用西门子,S7-300PLC，它是在线监测监控系统的控制核心。它的主要任务是收集和处理现场传感信号和控制器的输出信号，继而控制现场各种执行机构。电源模块选用PS-30710A电源，

5、CPU为315-2DP，由于要把中央变电所和各个配电点挂接在工业以太网上，所以选用CP343-1工业以太网通信模块，由于综合保护器个数较多，选用CP341通信模块，它比CP340速度要快。其他模块有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM322、模拟量输入模块SM331和远程IO模块(IM153-1)等。图2为中央变电所PLC的硬件组态图。图2硬件组态图（3）以太网交换机以太网交换机主要完成光电信号的转换，在井下的PLC隔爆兼本安控制箱把PLC的数据转换成光信号通过光纤传输，在井上控制室再转换成电信号，通过RJ45口连接工控机。本设计选用,SCALA

6、NCEX-200以太网交换机，它有两个光纤接口，4个RJ45接口。（4）大屏在地面中央控制室装配一套2*246寸DID液晶拼接大屏，便于值班人员操作控制。1)软件设计在线监测监控系统的软件主要包括上位机软件和下位机软件，上位机组态软件采用WINCCV6.0下位机编程软件采用STEP7V5.4。（1）上位机组态WINCC是一套实现现场数据采集，过程可视化及过程监控功能的高性能工业自动化软件。实时数据由WINCC的高速、高性能的驱动程序通过各种方式采集到过程数据库中。操作人员通过客户机检测现场数据和报警，进行报警确认，控制操作，发送指令到井下PLC，实现真正

7、的分布式控制。所有的工程组态工作，包括画面的构造，数据库的定制，历史数据的存取和关键通信程序均在客户端上完成，这样可以减少整个工程的组态时间和提高系统的可维护性。（2）下位机编程井下变电所在线监测监控系统要实现手动、半自动和全自动控制。把井下控制柜开关打到就地手动状态，就能在井下控制各综合保护器的合闸、分闸、复位，控制水泵各阀门的开、停、保持，这种方式主要用于设备检测或遇到突发情况。在半自动控制方式下，在控制室里按相应操作起停各设备，如一键起泵或一键停泵。在全自动下，水泵可以根据水位变化自动起停。2)通信关键技术设计通信设计是该系统的最关键部分。本系统主

8、要包括PLC与上位机之间的通信、PLC和ET200分站之间的通信和PLC与各综合