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為兼顧原有低壓配電系統(tǒng)和生產(chǎn)集控系統(tǒng)，在此次系統(tǒng)改造升級中，繼續(xù)沿用原有上位機監(jiān)控系統(tǒng)，并在此基礎上開發(fā)數(shù)字化配電管理系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)由西門子S7—300升級至S7—1500，饋線柜全部更換為支持工業(yè)以太網(wǎng)的MNS3.0數(shù)字開關柜，進線柜、補償柜、變壓器繼續(xù)保留，柜內(nèi)電氣設備全部更換為智能設備。
在智慧選煤廠建設加速推進的背景下，建設基于工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)字化配電管理系統(tǒng)勢在必行。國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司、鄂爾多斯應用技術學院的研究人員劉建、白雪梅、于大偉，在2021年第12期《電氣技術》上撰文，選用支持Modbus/TCP協(xié)議的智能電氣設備，搭建從智能電氣設備到配電管理系統(tǒng)的一體化工業(yè)以太網(wǎng)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸。低壓配電管理系統(tǒng)不僅具有“遙測、遙控、遙信、遙調(diào)”功能，還具有停送電審批、能耗統(tǒng)計、設備維護、報警與事件、操作記錄等管理功能。
本文以選煤廠末煤低壓配電系統(tǒng)改造項目為背景，論述采用智能電氣設備和工業(yè)以太網(wǎng)搭建數(shù)字化低壓配電管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，數(shù)字化低壓配電管理系統(tǒng)可以有效解決原有系統(tǒng)存在的問題，并為實現(xiàn)與智慧工廠管理平臺的無縫集成奠定基礎。
智能電氣
設備選擇采用微處理器技術開發(fā)的具有標準工業(yè)以太網(wǎng)接口的設備，以斷路器、電動機綜合保護器等智能設備為通信節(jié)點構建工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。通過以太網(wǎng)把現(xiàn)場電氣設備采集的大量數(shù)據(jù)實時傳送至PLC控制系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)中，搭建“智能電氣設備-數(shù)字開關柜-配電管理系統(tǒng)”從下至上的三位一體工業(yè)以太網(wǎng)結構。
末煤低壓配電系統(tǒng)由一臺10kV/0.69kV干式變壓器負責供電，變壓器容量800kVA，采用IT供電方式，中性點經(jīng)高電阻接地。系統(tǒng)母線電壓為690V，單母線段獨立運行，由一面進線柜、一面電容補償柜和三面饋線柜組成，主要負荷有4臺皮帶機和2臺刮板機，單臺設備大功率不超過132kW，采用直接起動方式。配電柜采用MNS2.0柜型，進線柜安裝CW1框架斷路器，饋線抽屜內(nèi)安裝CM1塑殼斷路器、電動機綜合保護器、接觸器等電氣設備，低壓配電系統(tǒng)與工藝控制共用一套PLC和上位機監(jiān)控系統(tǒng)。
選煤廠生產(chǎn)設備以皮帶機、刮板機、破碎機、泵類等重負荷設備為主，設備需頻繁帶載起停；生產(chǎn)與輸送環(huán)節(jié)較多，各低壓配電系統(tǒng)隨車間分散布置；加工與運送高硬度物料，大量設備因磨損須每日停電檢修。
原有低壓配電系統(tǒng)存在的問題主要有：①大量電氣參數(shù)未采集至上位機系統(tǒng)，無法集中監(jiān)測各配電系統(tǒng)運行狀況，主要依靠人員定期巡檢，無法及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患；②日常停送電需要電工去往各個配電室就地手動操作完成，時間成本高，工作效率極低，且存在人工誤操作風險；③塑殼斷路器保護功能配置不豐富，無法靈活調(diào)整定值，設備重載起車或嚴重卡堵時易發(fā)生誤動作、越級跳閘等故障；④PLC模塊和配電柜之間通過控制電纜連接，二次接線繁雜，故障率較高。
數(shù)字開關柜選用集成以太網(wǎng)口的柜型，柜內(nèi)電氣設備通過柜體與柜外交換機實現(xiàn)以太網(wǎng)直連，PLC與配電管理系統(tǒng)之間采用原有以太網(wǎng)通信，各節(jié)點交換機和智能電氣設備均選用具有以太網(wǎng)冗余功能的設備
工業(yè)以太網(wǎng)是以太網(wǎng)技術和通用工業(yè)協(xié)議的結合，為滿足高實時性的工業(yè)應用需求，著名自動化公司和標準化組織紛紛提出了各種工業(yè)以太網(wǎng)技術標準，受到廣泛支持的有Modbus/TCP、ProfiNet、Ethernet/IP等。該項目選用支持Modbus/TCP協(xié)議的智能電氣設備，對于支持Modbus/RTU協(xié)議的設備，可經(jīng)過通信模塊轉(zhuǎn)換為Modbus/TCP協(xié)議后接入工業(yè)以太網(wǎng)中。