淺談煤礦井下高防開關(guān)無線測溫系統(tǒng)

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文利用觸摸屏、表帶式無線測溫傳感器、無線測溫收發(fā)器，結(jié)合Zigbee射頻技術(shù)、MODBUS通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計了煤礦井下高防開關(guān)的無線測溫系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測高防開關(guān)內(nèi)各相動靜觸頭的溫度。

關(guān)鍵詞：高防開關(guān) 無線測溫 MODBUS

1引言

隨著科技的發(fā)展，無線測溫技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用迅猛發(fā)展，已成為各種高壓設(shè)備安全運行的重要保障。然而，在煤礦領(lǐng)域，由于行業(yè)的特殊性，井下所有高壓開關(guān)均為隔爆型，受安裝空間、干擾、行業(yè)規(guī)范等方面的影響，傳統(tǒng)的無線測溫技術(shù)無法直接應(yīng)用于煤礦高壓開關(guān)柜測溫。為此，本文設(shè)計了煤礦隔爆型高壓開關(guān)無線測溫系統(tǒng)，順應(yīng)了煤礦智能化發(fā)展的方向，解決了煤礦高壓測溫安全性的難題，實現(xiàn)了溫度的實時在線監(jiān)測。從而有效防止火災(zāi)事故的發(fā)生，保證高壓設(shè)備的安全運行，并為運行人員和管理決策層提供直接可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)需求

無線測溫系統(tǒng)應(yīng)能連續(xù)監(jiān)測高壓設(shè)備的運行溫度，可確定設(shè)備的過熱程度，當發(fā)生超溫時，系統(tǒng)能夠發(fā)出報警指示。

對于高防開關(guān)測溫，一般每個高防開關(guān)配一個無線測溫收發(fā)器，一套監(jiān)測裝置可帶3至12個無線測溫傳感器。

所有的無線測溫收發(fā)器可通過標準RS485總線將數(shù)據(jù)傳至礦用本安型顯示控制器，實現(xiàn)就地監(jiān)視與報警，并可通過本安顯示控制器接入工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)到地面的上傳。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，無線測溫傳感器固定在高防開關(guān)三相動觸頭上，內(nèi)置紐扣電池，無線測溫收發(fā)器固定在高防開關(guān)前面板，兩者之間采用Zigbee方式進行無線通信。多個高防開關(guān)內(nèi)的無線測溫收發(fā)器組成RS-485串行總線接入一臺礦用本安型顯示控制器，顯示控制器的使用觸摸屏。

3軟件設(shè)計

3.1無線測溫收發(fā)器通信協(xié)議

本文采用的是安科瑞ATC200無線測溫收發(fā)器，支持標準MODBUS-RTU通信協(xié)議，讀取溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)據(jù)格式如

表1所示，返回響應(yīng)數(shù)據(jù)格式如表2所示，通信地址表如表3 所示。

表1發(fā)送數(shù)據(jù)格式

表2響應(yīng)數(shù)據(jù)格式

表3通信地址表

3.2觸摸屏的MODBUS通信

打開MCGS嵌入版軟件后，新建工程選擇好對應(yīng)觸摸屏型號，在設(shè)備窗口進行設(shè)備組態(tài)，首先添加通用串口父設(shè)備，雙擊并進入圖2所示的設(shè)置，其次添加*康ModbusRTU,如找不到可在設(shè)備管理中的通用設(shè)備—ModBusRTU中添加，雙擊并進入圖3所示界面，增加設(shè)備通道，根據(jù)表3，要讀取溫度值，其起始地址為04H，根據(jù)MODBUS通信規(guī)約，在主站發(fā)送數(shù)據(jù)時要加1，因此讀取地址從05開始，如圖4所示。此外根據(jù)表3，溫度的通信值為16位整數(shù)，為實際溫度值的十倍，因此要顯示正確溫度的話，需要進行處理。本文是利用窗口屬性里的循環(huán)腳本功能實現(xiàn)的。

圖2通用串口父設(shè)備設(shè)置

圖3 ModbusRTU設(shè)置

觸摸屏界面如圖4所示。

圖4觸摸屏界面

4安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測溫產(chǎn)品介紹

4.1概述

開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于470MHz無線測溫技術(shù)開發(fā)的針對開關(guān)柜進行測溫的系統(tǒng)，可對開關(guān)柜分別為母線排、上下觸頭、電纜接頭，柜體表面等部位溫度進行實時監(jiān)測，方便運維人員及遠程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場設(shè)備運行情況。

4.2應(yīng)用場所

變電所，配電室，箱變等

配電室箱變數(shù)據(jù)中心機房

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測溫通訊終端（溫度顯示儀）、溫度監(jiān)測預(yù)警工作站三部分組成，

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息。

4.4.2溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）：

4.4.3運行報表

查詢各回路設(shè)備運行溫度報表。

4.4.4實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出警告。設(shè)備提供以下幾種告警方式：

1）彈出事件報警窗口。

2）實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。

3）短信警告。可以向號碼發(fā)送告警信息短信。

4.4.5歷史告警查詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ懈婢录涗涍M行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.4.6用戶權(quán)限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

4.4.7定值設(shè)置

用于修改高溫定值、超溫定值。

WEB，手機APP（可選）：

通過手機APP展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息，設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

4.5.產(chǎn)品選型

4.5.1無線測溫傳感器選型

4.5.2收發(fā)器選型

4.6典型配置方案

4.6.1高低壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫（單柜就地顯示）

a）配置方案

說明：ARTM-Pn通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收60只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安裝實例

4.6.2高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫帶操顯功能（單柜就地顯示）

a）配置方案

說明：ASD320通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收12只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安裝實例

ASD320ATE200觸頭測溫ATE400母排測溫ATE100M柜體測溫

4.6.3高低壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫（集中就地顯示/就地?zé)o顯示）

a）配置方案

說明：觸摸屏通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現(xiàn)場不需要就地顯示，可以直接通過ATC的RS485接口，把數(shù)據(jù)傳送到值班室的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

b）安裝實例

ATP070ATCATE200接點測溫ATE200電容器表面測溫

4.6.4就地壁掛式集中顯示方案（適用于改造，不方便在柜子上加裝顯示屏的現(xiàn)場）

方案一：Acrel-2000T/A就地集中顯示：

說明：Acrel-2000/A通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

方案二：Acrel-2000T/B就地集中顯示：

說明：Acrel-2000T/B不僅可以通過RS485連接多種ATC收發(fā)器接收所有型號傳感器實現(xiàn)集中顯示，還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測溫相關(guān)就地顯示裝置實現(xiàn)集中顯示，同時還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機保護、電力儀表等電力監(jiān)控設(shè)備進行監(jiān)測。

4.6.5低壓電氣接點有線測溫、變壓器繞組測溫

a）配置方案

說明：ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器，有線連接，Pt100傳感器客戶自配，測量低壓電氣接點時Pt100傳感器需做好絕緣處理。

b）安裝實例

5結(jié)束語

本文介紹了基于MODBUS和MCGS組態(tài)軟件的煤礦井下高防開關(guān)無線測溫系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測高防開關(guān)內(nèi)動靜觸點的溫度，同時具備故障報警功能。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、功能齊全等特點，其應(yīng)用能夠大大提高高防開關(guān)運行的安全可靠性，具有良好的推廣性。

參考文獻

[1]余洋，徐鵬鵬，龐志國.煤礦井下高防開關(guān)無線測溫系統(tǒng).

[2]安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.02月版.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06月版.