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摘要：针对当前无法实现对井下设备运行状态及用电情况进行实时监控的问题，在分析现有井下供电监控系统现状的基础上，开展了井下供电安全监控系统的总体方案及关键分系统的设计研究，并将该系统进行了6个月的现场测试验证。结果显示，该系统运行良好，具有较高的智能化程度及运行稳定性，能够很好地监测设备的运行情况及发生的故障类型，并实时显示及报警提示，在井下安全生产保障中发挥着重要作用，实际应用价值重大。
关键词：煤矿;井下;供电;安全监控系统
中图分类号：TD76 文献标志码：A 文章编号：1009—9492（2021）03—0250—03
0引言
当前，国家对煤矿的安全生产提出了更高的要求，也越来越重视将当前先进的智能化控制技术应用到煤矿设备中，实现煤矿设备物联网系统建设。其中，实现井下设备供电过程的实时监控，成为当前提高煤矿安全生产建设的重要组成部分，但在井下设备运行过程中，仅实现了设备的供电电气设计，无法实现对设备供电过程的监测控制。井下供电事故一旦发生，将可能造成井下大面积停电、设备无法正常作业等现象，甚至会使其关键作用的设备突然断电而出现失效现象，这将给井下作业的安全性及煤矿的开采率造成巨大影响，对井下设备实施供电系统监测显得尤为重要。
为此，本文在分析现有井下供电系统监控现状的基础上，开展了井下设备供电系统的总体方案设计及关键分系统设计研究，并进行了实际应用测试，这对提高井下的作业安全及降低企业运行成本具有重大意义。
1现有井下供电监控系统现状分析
当前，国家已逐步加大对煤矿井下安全的重视，正在逐步将当前先进的智能化、自动化控制技术应用到煤矿安全生产中。井下供电安全监控系统属于煤矿安全监控系统的一个分系统。但经资料调研，当前在井下配电及供电监控方面，基本未进行专门的供电安全监控系统设计，仅实现了井下设备的供电系统建设，也有相关研究机构开展了供电安全监控系统的研究，但还处于基础研发阶段，并未进行大量的市场应用推广。井下设备运行过程中，所需电量相对较高，但由于未进行地面监控中心及井下供电信号采集系统的设计，导致无法对井下设备的用电情况及运行参数进行实时监控，也无法对设备的用电安全进行保护。同时，当前井下供电系统主要采用独立的综合保护器及隔爆兼本安型的保护装置，但大部分均为预留相关的通讯接口，无法实现设备的向外通讯及数据的远距离传输，要想在此基础上增加供电的监控系统相对较难，且所需成本相对较高，施工周期也相对较长。因此，在现有供电设备上，增加供电安全监控系统具有一定的难度。
2井下供电安全监控系统总体方案设计
结合当前井下供电设备存在的问题，开展了煤矿供电安全监控系统的设计研究。所设计供电安全监控系统由地面监控主站、井下监控分站及井下各电力监控单元等组成。其中，监控系统的底端包括了多种隔爆兼本质安全型的终端保护装置，主要对井下各设备的运行参数及用电情况进行信号检测，通过双绞线及RS485通讯接口进行信号的传输，由监控系统分站中的各类变电所进行信号的采集、计算、数据汇总等操作，并经过信号处理后，经过光端机的信号分析及传输，最终将用电信号传输至上端的监控主机、备用机及显示大屏幕上，人员可通过显示界面对设备的用电情况进行实时监控，并对设备运行参数进行数据保存。同时，整套监控系统能根据设备用电过程中出现的用电故障情况，通过合理分配电力及缩短停电时间等操作，实现对设备用电的安全保护及报警提示。另外，整套监控系统采用了双电源回路设计，与其他系统进行独立控制，当出现用电故障时，可对电源进行单独切断，以此完成对井下设备用电过程的实时监控，确保整个矿井的用电安全。整个供电安全监控系统的结构框架如图1所示。
3监控系统关键分系统设计
3.1地面监控主站分系统
地面监控主站分系统是整个井下供电安全监控系统的重要组成部分，其系统结构由数据采集服务器、WEB服务器、工作站备机、综合保护器、监控工作站、通讯服务器、信息采集模块等组成，设备之间通过RS485进行数据的实时传输，通讯协议采用了Modbus协议。其中，数据采集服务器能通过内部的程序软件，接收下层传输的数据信息，并对数据进行分析、处理、存储等。信息采集模块采用了市场上较为成熟的MDIA型隔离采集器，具有8路电流模拟量输入，量程范围为-25～25 mA，通过RS485接口可实现对远程模拟量的数据采集及控制操作，并经过内部的A/D转换器后，将数字信号保存于主机存储器中，此采集模块具有抗爆、抗雷击等功能特点。另外，主站中设计的综合保护器也采用了RS485接口，可实现对井下变电所的有力保护。鉴于井下信号传输距离相对较远，为保证信号传输过程中不出现衰减现象，在地面与地上之间增添了一个光端机，以实现将信号有效转换，提高信号传输质量。地面监控主站分系统的结构框架如图2所示。
3.2井下监控系统软件
在井下供电安全监控系统软件设计中，设计了数据库系统和软件操作系统，其中，数据库系统采用了当前成熟的Century Star组态软件进行程序生成，形成了一套SQL2000数据库系统，而操作系统则主要是基于当前的Windows系统进行设计，软件系统中集成了数据库管理主程序、组态工具模块程序、通讯管理模块程序、显示模块等部分，包含了对监控系统整套的程序监控。其中，组态工具模块程序主要是实现对采集电量、变电站的接线图及运行情况、断路器的开关状态、系统电压变化情况等方面进行图形绘制及处理，其程序控制流程如图3所示。通讯管理模块则主要负责读取供电系统中的数据信息，并创建临时的实时数据库，通过RS485通讯接口和以太网通讯进行信号的传输通信，其主程序控制流程如图4所示。
4井下供电安全监控系统的应用测试
为进一步验证此井下供电安全监控系统的可靠性及运行效果，将其在某煤矿井下供电系统进行了兼容性应用测试，测试周期为6个月，主要负责对该煤矿井下设备的运行情况及用电情况进行监测。在此测试过程中，该监控系统能对所监控设备的功率、电流、漏电等参数情况进行实时采集，并通过监控中心进行数据的实时显示，具有系统运行稳定、数据传输率高、界面直观等特点，针对不同设备及变电所，进行快速的界面切换，同时，将采集后的数据信息绘制成变化曲线并实时存储。针对出现的设备故障问题，能通过监控中心进行直观的故障位置及故障原因显示。供电安全监控系统的登录界面及历史数据变化曲线如图5～6所示。该系统成功应用后，整个井下设备的故障发生率同比降低了将近40%，井下的耗电量减少了30万的电费支出，得到了该企业管理人员及操作人员的一致好评和认可，其实际应用价值较高。
5结束语
将当前先进的控制技术应用到煤矿智能化物联网建设中，提高煤矿的生产安全性，已成为当下政府鼓励、企业推行的重要方向，而实现井下设备供电安全监控系统则是其中的重要环节。通过远程监控方式，实时掌握设备的运行状态及故障情况，不仅能及时采取有效的安全防护措施，也能有效降低事故带来人员伤害及经济损失。因此，本文以当前井下设备供电系统现状为基础，利用以太网大数据传输技术，开展了井下设备供电安全监控系统总体方案及关键分系统的设计研究，并对该系统进行了测试验证。结果显示，該系统具有较高的稳定性及可靠性，运行效果良好，能对井下设备的功率、耗电量等情况进行实时监测，有限避免了小隐患引发的煤矿安全事故发生，在井下安全生产保障中发挥着重要作用。
关键词：煤矿;井下;供电;安全监控系统
中图分类号：TD76 文献标志码：A 文章编号：1009—9492（2021）03—0250—03
0引言
当前，国家对煤矿的安全生产提出了更高的要求，也越来越重视将当前先进的智能化控制技术应用到煤矿设备中，实现煤矿设备物联网系统建设。其中，实现井下设备供电过程的实时监控，成为当前提高煤矿安全生产建设的重要组成部分，但在井下设备运行过程中，仅实现了设备的供电电气设计，无法实现对设备供电过程的监测控制。井下供电事故一旦发生，将可能造成井下大面积停电、设备无法正常作业等现象，甚至会使其关键作用的设备突然断电而出现失效现象，这将给井下作业的安全性及煤矿的开采率造成巨大影响，对井下设备实施供电系统监测显得尤为重要。
为此，本文在分析现有井下供电系统监控现状的基础上，开展了井下设备供电系统的总体方案设计及关键分系统设计研究，并进行了实际应用测试，这对提高井下的作业安全及降低企业运行成本具有重大意义。
1现有井下供电监控系统现状分析
当前，国家已逐步加大对煤矿井下安全的重视，正在逐步将当前先进的智能化、自动化控制技术应用到煤矿安全生产中。井下供电安全监控系统属于煤矿安全监控系统的一个分系统。但经资料调研，当前在井下配电及供电监控方面，基本未进行专门的供电安全监控系统设计，仅实现了井下设备的供电系统建设，也有相关研究机构开展了供电安全监控系统的研究，但还处于基础研发阶段，并未进行大量的市场应用推广。井下设备运行过程中，所需电量相对较高，但由于未进行地面监控中心及井下供电信号采集系统的设计，导致无法对井下设备的用电情况及运行参数进行实时监控，也无法对设备的用电安全进行保护。同时，当前井下供电系统主要采用独立的综合保护器及隔爆兼本安型的保护装置，但大部分均为预留相关的通讯接口，无法实现设备的向外通讯及数据的远距离传输，要想在此基础上增加供电的监控系统相对较难，且所需成本相对较高，施工周期也相对较长。因此，在现有供电设备上，增加供电安全监控系统具有一定的难度。
2井下供电安全监控系统总体方案设计
结合当前井下供电设备存在的问题，开展了煤矿供电安全监控系统的设计研究。所设计供电安全监控系统由地面监控主站、井下监控分站及井下各电力监控单元等组成。其中，监控系统的底端包括了多种隔爆兼本质安全型的终端保护装置，主要对井下各设备的运行参数及用电情况进行信号检测，通过双绞线及RS485通讯接口进行信号的传输，由监控系统分站中的各类变电所进行信号的采集、计算、数据汇总等操作，并经过信号处理后，经过光端机的信号分析及传输，最终将用电信号传输至上端的监控主机、备用机及显示大屏幕上，人员可通过显示界面对设备的用电情况进行实时监控，并对设备运行参数进行数据保存。同时，整套监控系统能根据设备用电过程中出现的用电故障情况，通过合理分配电力及缩短停电时间等操作，实现对设备用电的安全保护及报警提示。另外，整套监控系统采用了双电源回路设计，与其他系统进行独立控制，当出现用电故障时，可对电源进行单独切断，以此完成对井下设备用电过程的实时监控，确保整个矿井的用电安全。整个供电安全监控系统的结构框架如图1所示。
3监控系统关键分系统设计
3.1地面监控主站分系统
地面监控主站分系统是整个井下供电安全监控系统的重要组成部分，其系统结构由数据采集服务器、WEB服务器、工作站备机、综合保护器、监控工作站、通讯服务器、信息采集模块等组成，设备之间通过RS485进行数据的实时传输，通讯协议采用了Modbus协议。其中，数据采集服务器能通过内部的程序软件，接收下层传输的数据信息，并对数据进行分析、处理、存储等。信息采集模块采用了市场上较为成熟的MDIA型隔离采集器，具有8路电流模拟量输入，量程范围为-25～25 mA，通过RS485接口可实现对远程模拟量的数据采集及控制操作，并经过内部的A/D转换器后，将数字信号保存于主机存储器中，此采集模块具有抗爆、抗雷击等功能特点。另外，主站中设计的综合保护器也采用了RS485接口，可实现对井下变电所的有力保护。鉴于井下信号传输距离相对较远，为保证信号传输过程中不出现衰减现象，在地面与地上之间增添了一个光端机，以实现将信号有效转换，提高信号传输质量。地面监控主站分系统的结构框架如图2所示。
3.2井下监控系统软件
在井下供电安全监控系统软件设计中，设计了数据库系统和软件操作系统，其中，数据库系统采用了当前成熟的Century Star组态软件进行程序生成，形成了一套SQL2000数据库系统，而操作系统则主要是基于当前的Windows系统进行设计，软件系统中集成了数据库管理主程序、组态工具模块程序、通讯管理模块程序、显示模块等部分，包含了对监控系统整套的程序监控。其中，组态工具模块程序主要是实现对采集电量、变电站的接线图及运行情况、断路器的开关状态、系统电压变化情况等方面进行图形绘制及处理，其程序控制流程如图3所示。通讯管理模块则主要负责读取供电系统中的数据信息，并创建临时的实时数据库，通过RS485通讯接口和以太网通讯进行信号的传输通信，其主程序控制流程如图4所示。
4井下供电安全监控系统的应用测试
为进一步验证此井下供电安全监控系统的可靠性及运行效果，将其在某煤矿井下供电系统进行了兼容性应用测试，测试周期为6个月，主要负责对该煤矿井下设备的运行情况及用电情况进行监测。在此测试过程中，该监控系统能对所监控设备的功率、电流、漏电等参数情况进行实时采集，并通过监控中心进行数据的实时显示，具有系统运行稳定、数据传输率高、界面直观等特点，针对不同设备及变电所，进行快速的界面切换，同时，将采集后的数据信息绘制成变化曲线并实时存储。针对出现的设备故障问题，能通过监控中心进行直观的故障位置及故障原因显示。供电安全监控系统的登录界面及历史数据变化曲线如图5～6所示。该系统成功应用后，整个井下设备的故障发生率同比降低了将近40%，井下的耗电量减少了30万的电费支出，得到了该企业管理人员及操作人员的一致好评和认可，其实际应用价值较高。
5结束语
将当前先进的控制技术应用到煤矿智能化物联网建设中，提高煤矿的生产安全性，已成为当下政府鼓励、企业推行的重要方向，而实现井下设备供电安全监控系统则是其中的重要环节。通过远程监控方式，实时掌握设备的运行状态及故障情况，不仅能及时采取有效的安全防护措施，也能有效降低事故带来人员伤害及经济损失。因此，本文以当前井下设备供电系统现状为基础，利用以太网大数据传输技术，开展了井下设备供电安全监控系统总体方案及关键分系统的设计研究，并对该系统进行了测试验证。结果显示，該系统具有较高的稳定性及可靠性，运行效果良好，能对井下设备的功率、耗电量等情况进行实时监测，有限避免了小隐患引发的煤矿安全事故发生，在井下安全生产保障中发挥着重要作用。