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压风机房智能配电SCADA系统基于MCGS的设计

2024-01-12 12 上传者：管理员

摘要：针对鲍店煤矿压风机房电能监测不到位、造成电能浪费的具体情况，为提高供电质量，在分析国内煤矿智能化建设现状的基础上，设计了一种基于MCGS的煤矿压风机房智能配电的监视控制与数据采集（SCADA）系统。该系统通过MCGS触摸屏将煤矿压风机用电信息集中采集并显示，同时经服务器上传至调度中心，远程监控设备的非正常用电，实现压风机房供电系统配电的精准化维护。运行结果表明，该系统可实时掌握压风机房配电系统的运行状态，提高了鲍店煤矿配电的智能化水平，同时协同已有的节能设备和监测系统，有效降低能耗，提高煤矿的经济效益。

关键词：
MCGS
压风机房
智能配电
煤矿
煤矿企业
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煤矿企业生产过程复杂，生产工序多，各种用电设备不间断运行使电费成为在煤矿生产各项成本中紧随物料成本、人工成本之后的第3项最大的成本。作为煤矿八大重要环节之一的压风环节，压风机承担着为各种风动机械、风动工具和井下压风自救系统提供动力源的任务，是矿井送风的主要用电设备，压风机的电能使用状态关系到煤矿总体节能的质量。目前，鲍店煤矿压风机房现有压风机6台，额定电压6 k V,功率250 k W,排气量697 L/s。同国内大部分矿井采用的压风机电能监测手段相同，鲍店煤矿对现运行压风机设备电能数据未精确采集，还是依赖压风机房就地的仪表，工作人员要在现场抄表，无法实时掌握压风机的供电状态，也无法满足智能化节电的要求。因此，研发一套压风机房智能配电的监视控制与数据采集（SCADA）系统保障煤矿压风机房的稳定运行，对压风机房配电监控管理的智能化与可视化程度的提升很有必要。

本文基于组态技术，设计了一套压风机房智能配电SCADA系统。该系统采用昆仑通态的MCGS触摸屏作为监控主机，采集智能电表的数据，实现对压风机房的远程监控调度。系统不仅对配电数据有采集、显示、分析和故障诊断的功能；并且把数据经环网交换机分发到调度中心集中显示，由此实现远程监控功能。通过系统实时监测压风机房配电系统的运行情况，帮助工作人员及时察觉问题并做出相应的决策和处理，显著提升了压风机房配电系统的可靠性和安全性，进一步增强了工作效率。

1、SCADA系统结构

基于MCGS的煤矿压风机房智能配电SCADA系统结构如图1所示。

图1系统结构图

该系统可划分为4层：

(1）调度监控层位于煤矿智能调度中心，具体包括电耗监管平台客户端、调度中心智能调度台、主备服务器及煤矿环网交换机，负责将压风机房MCGS上传的电耗数据信息进行解析，同矿上其他重要用电设备进行集中管理和分析，执行相关节电操作；

(2）就地监控层位于压风机房监控室内，具体为电能数据采集与通信装置内的MCGS触摸屏。通过Modbus-RTU通信协议，MCGS触摸屏与通信层的多个智能电表进行通信，采集电表的数据、参数，可实地实时显示，并且可以通过千兆网线与环网交换机连接，通过TCP/IP协议传输到调度监控层电耗监管平台客户端进行集中综合显示，执行相关操作；

(3）通信层位于压风机房配电现场，具体为压风机房内压风机计量柜内对应6台智能电表及宇泰高科485集线器。6台智能电表对应采集压风机房关键用电设备1#～6#压风机的电量参数和运行状态，通过屏蔽线经集线器上传至MCGS层。智能电表采用电表定制Modbus-RTU通信协议，ModbusRTU协议适用性出色，能够有效确保系统稳定可靠地运行；

(4）设备层位于压风机房内，具体为煤矿实际运行中的6台压风机。该层中，压风机的重要电量数据经通信层的采集，通过屏蔽线发送给就地监控层显示并上传至调度监控层。

2、硬件设计

考虑到数据的容量和安全性，采用联想的Think Server TS80X E-2224G作为调度监控层的客户端和服务器，就地监控层使用昆仑通态型号为TPC7032Kt的MCGS触摸屏，通信层采用深圳科陆DSZ-719型智能电表。

(1）监控主机

客户端具有较高的CPU性能，硬盘空间大并且可靠性更高，在复杂工况下能够长时间不间断稳定运行。服务器采用联想Think Server TS80X E-2224G/8G型原装工业整机。

(2）通信部分

在该系统中，以MCGS触摸屏为中心设计通信柜，通信柜由MCGS触摸屏、宇泰高科UT-5204集线器和明纬24 V开关电源组成。上位机服务器需要和配电室通信柜内MCGS触摸屏进行通信，通信柜内MCGS触摸屏需要与压风机处6台智能电表进行串行通信，MCGS触摸屏的串口数量有限，无法满足需求。而宇泰高科UT-5204集线器可以解决这个问题。因此，在该系统中选择了宇泰高科UT-5204集线器作为解决方案。

(3）配电仪表部分

压风机房配电室计量柜内智能电表均采用深圳科陆DSZ-719型智能电表。该智能电表可采集三相电流值、三相电压值、有功功率、无功功率、视在功率、电能、频率、功率因数等电网参数值。这款仪表具有RS-485通信功能，通信协议为与厂家定制的Modbus-RTU协议，可以满足现场使用需求。通过双绞屏蔽线与UT-5204集线器进行连接，实现对每台压风机各个运行状态量和电量参数的实时采集，可完整地掌握压风机房配电系统的实时运行状态，及时发现异常耗能并做出相应的决策和处理。

3、通信设计

该系统采用三相多功能智能电表Modbus协议，该协议基于Modbus协议中的工业自动化网络规范，采用Modbus-RTU模式，在DTSD719-B10表下制定，其数据包结构如表1所示。

表1 Modbus数据包结构表

3.1 MCGS通信的配置

(1)MCGS的硬件通信配置

在确保通信柜内MCGS触摸屏关闭的情况下，将MCGS触摸屏COM口通过RS-485通信线与UT-5204集线器单口485侧连接，另一侧多口485侧通过双绞屏蔽线与计量柜内6台智能电表485口分别对应连接。

(2)MCGS的软件通信配置

在MCGS软件Mcgs Pro中组态时，由于智能电表采用的是Modbus-RTU协议，因此软件工作台设备窗口中父设备可选择“通用串口父设备”，子设备选择“Modbus-RTU”。设置好设备组态，配置好相关的参数信息就可以实现MCGS与多台智能电表之间的通信，将压风机运行时的电参量上传至触摸屏进行数据显示。

在子设备Modbus-RTU中，MCGS通过Modbus通信读取每台电表的总电量、电压、电流、功率与功率因数等参数，其通道设置如图2所示。

图2 MCGS参数通道配置界面

3.2智能电表的通信配置

所采用的深圳科陆DSZ-719型智能电表，其通信配置参数设备地址、波特率、奇偶校验、数据位和停止位如表2所示。

表2通信参数设置表

MCGS通过Modbus通信读取电表的总电量、电压、电流、功率与功率因数等参数功能码为0x03，其含义是读取多个寄存器，可以从某个寄存器开始，连续读取多个寄存器值。对应智能电表通信的寄存器地址如表3所示。

表3电表通信参数寄存器地址表

4、软件设计

在MCGS层中，MCGS的压风机房智能配电SCADA系统界面负责将配电设备层的6台压风机的智能电表的电能数据进行集中显示和管理，对压风机房配电系统进行整体监控，并将数据上传至服务器。

(1系统功能

在整个系统中，MCGS触摸屏作为系统的“心脏”，实现压风机房用电设备的通信显示、实时参数信息收集处理、机房内外信息交互等重要功能。

(1)用户管理

用户权限管理既可以避免没有操作能力的人对界面进行误操作，又可以在出现异常状况后通过操作日志追查当时的操作人员和行为动作。用户权限管理设置是采用用户组和用户的概念来进行操作权限的控制，类似于Windows开机时的用户登录。

(2)数据采集处理

压风机房智能配电SCADA系统具备实时采集现场压风机各项电参数和开关状态的能力，包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能以及设备运行状态等。这些数据会直接显示在系统中，并同时存储到数据库中以供后续使用。

(3)状态曲线

系统可以对指定电参量通过曲线进行实时变化趋势的显示和历史数据的记录及分时显示，方便值班人员对监测的压风机房配电网络数据信息及时分析并执行节能管理的操作。

(4)报表管理

报表为历史存盘数据浏览。可以选择所要查询的数据和起止时间，并将数据存盘导出，方便进一步分析。

(5)报警与故障分析

系统提供报警与故障分析功能。当检测到压风机状态异常或者限定值偏出设定时，界面报警提示，并显示报警的原因与处理措施，方便工作人员迅速对故障进行处理。

(2）系统主要界面

系统根据实际需要，开发了MCGS界面，部分主要界面如图3、图4所示。

图3系统主界面

5、结语

基于MCGS，以Mcgs Pro组态软件为基础，开发了煤矿压风机房智能配电SCADA系统。该系统既可以使用户实时监控压风机房的电耗情况，又可以实时远程监控各压风机的运行和用电情况。通过实时监控和远程控制最大限度地降低了人工管理存在的安全隐患，该系统在企业电网中不仅能够提高节能性，还能与现有的节能设备和设备运行监测系统相配合。特别是在煤矿企业的应用中，该系统进一步加强了对设备的监控力度，有效降低能耗，提高煤矿的经济效益，具有一定的推广价值。

图4压风机状态界面

参考文献:

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[7]孙伟,左登超,杨海群.基于光纤环网和现场总线的选煤厂SCADA系统设计[J].煤矿机械,2014,35(10):228-230.

基金资助:山东省自然科学基金资助项目(ZR2022ME194);兖矿能源科技项目(kj20210001);

文章来源:杨伟光,孟祥忠.基于MCGS的压风机房智能配电SCADA系统设计[J].煤矿机械,2024,45(01):170-173.

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期刊名称：煤矿机械

期刊人气：1773

期刊详情

主管单位：国家煤矿安全监察局

主办单位：哈尔滨煤矿机械研究所

出版地方：黑龙江

专业分类：煤矿

国际刊号：1003-0794

国内刊号：23-1280/TD

邮发代号：14-38

创刊时间：1980年

发行周期：月刊

期刊开本：大16开

见刊时间：1年以上

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