第12期㊀山西焦煤科技
㊀No.122020年12月㊀
㊀Shanxi Coking Coal Science &Technology㊀
㊀Dec.2020㊀
㊃专题综述㊃
㊀㊀收稿日期:2020-11-11
作者简介：崔仁杰(1985 )，男，山西临汾人,2014年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事煤矿机电安全工作 (E-mail)cuirenjie1985@126
崔仁杰
(霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿，山西㊀霍州㊀031400)
㊀㊀摘㊀要㊀为了响应国家节能号召，辛置煤矿从节约用电成本入手，设计了一款以MCGS 组态软件为基础的煤矿电网能耗监控系统，系统将设备用电量以及节能装置参数集中显示，同时分析采集数据，对异常数据实时预警，实现设备的精准化维护㊂经试运行，该系统可以节约煤矿月耗电量的5%~8%，实现了对煤矿电网能耗的监测与控制㊂ 关键词㊀MCGS 软件；上位机监测系统；通信；电表通信协议驱动设计中图分类号:TD61㊀文献标识码:B㊀文章编号:1672-0652(2020)12-0045-05
㊀㊀煤炭生产过程复杂，生产工序多，随着煤矿自动
化㊁信息化程度的不断提高，用电设备增多㊁耗电量大，其电耗成本占原煤生产总成本的35%以上，是矿井的主要耗能因素之一[1
-2]
.目前，辛置煤矿对现运
行设备电能数据未采集，无法有效分析设备运行状态，无法提前识别故障问题，导致矿井存在一定的安全隐患㊂同时，无法监控设备的非正常用电，导致出现电能浪费严重的状况㊂为解决以上问题，亟需设计一款能监测与控制煤矿电网能耗的系统㊂1㊀能耗监控系统的组成
矿山智能电网能耗监控系统，是基于MCGS 组态软件设计开发的㊂该系统通过设备电度表实时监控井下各设备的用电情况，将数据通过光纤发送至主机，通过曲线显示，直观地分析电量的变化情况㊂当数据发生较大波动时，系统会自动预警，并在相应位置做出紧急处理，旨在全方位实现矿井电能监测，有效避免电能浪费，同时电能发生波动时，系统预警，降低矿井的安全隐患，提高矿井的自动化水平，增加矿井的效益[3
-4]
.
监测系统主要由两部分组成，上位机监测系统以及通信，总体设计图见图1.通过各设备安装的智能电表对用电数据进行采集，通过光纤收发器，发
送至交换机，随后将信息快速准确上传至监测与通讯分站以及监控主机，主机将数据以报表的形式分享至其他系统，将其作为矿井成本控制的一项重要依据㊂1.1㊀上位机监测系统
在能耗监测与控制系统中上位机监测系统作为整个系统的 大脑组织 ，通过监控主机㊁其他办公计算机以及打印机将数据进行收集处理，统一显示在计算机上㊂由于监控主机安装有MCGS 通用版软件，因此当数据传输至监控主机时，主机会将异常数据进行标注，并报警提醒㊂上位监测系统结构组成示
意图见图2，该系统除了可以将井下各设备的用电情况以及节能装置运行情况实时数据显示外，还有查询历史数据的功能，当数据出现异常时，系统在报警的同时，会将异常数据汇总，发送至该项数据管理工程师手中，协助他们第一时间进行故障定位排除㊂1.2㊀井下能耗监测与通信
在整个控制系统中，光纤作为系统的 血管 ，执行信息传递的任务，而通信则是作为系统的 心脏 ，实现井下用电设备与节能装置的相互通信㊁实时参数信息的收集处理㊁井上井下信息交互的功能㊂主要由光纤收发器㊁触摸屏㊁通讯服务器㊁内部交换机和PLC 组成[5].通信通信结构见图3.
图1㊀
系统的总体设计图
图2㊀
上位监测系统结构图
图3㊀通信通信结构图
2㊀系统通信设计
为了实现两台设备间的通信联系，需要建立设备通信协议，即只有两台设备建立以及遵循设定的通信
协议，其之间才可以进行通话㊂而在不同设备之间，通信协议多样，每种协议均有自己的通信范围㊂因此，为了实现设备的信息互通，需要采用符合当下的通信协议以及通信规范㊂2.1㊀多功能电表通信设计
辛置矿现使用的电表多为多功能电表，其通信协
议尚未采用标准协议，目前采用的是自身协议，只可以与带有RS -485接口的设备实现信息互通㊂而在MCGS 软件中需要根据现有的通信接口，开发一款适合电表的通信驱动㊂利用脚本开发MCGS 设备通信驱动的工作原理见图4.驱动开发结束后，电表可以与系统实现通讯，执行电表电量的信息采集㊂
设备通信驱动的开发是作为电表信息互通的关键一步，在基础的MCGS 软件中用于脚本驱动开发的方式一般有两种，该设计选择非向导流的开发方式进行电表通信协议驱动设计㊂在开发之前第一步应该选择正确的脚本驱动的配置属性以及相对应的设备通道，配置结束后，利用所对应的接口函数进行驱动程序的编写，编写结束后将编写的驱动添加到驱动列表中，即可正常使用㊂
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2020年第12期
图4㊀工作原理图
2.2㊀井上井下通信设计
通过开发脚本将电表通信并入系统，将电表采集的电能信息通过光纤首先到达通信㊂为了实现井上信息互通必须建立井上监控与通信之间的数据传输㊂目前井上监控主机与井下监测通信之间的数据传输是通过TCP/IP协议实现的㊂通信中安装有嵌入版MCGS组态软件的触摸屏，屏幕通过与电表的通信接口互联，通过智能电表采集设备的电量后，经过以太网将数据上传至监控主机，从而实现井上主机对井下用电的实时监测㊂通过MCGS软件环境的设备参数窗口可以选择通用协议的TCP/IP父设备与Mod-bus TCP/IP的子设备，通过设置父/子设备的参数
信息，便可以实现TCP/IP通信设计㊂在进行通用TCP/IP设备属性配置后，应重点核对相关的本地以及远程的IP地址以及端口号，当编写子设备属性时，提前命名相关的连接变量与通道名称，防止书写错误而导致的系统报错㊂
3㊀系统组态设计
摩士集团
能耗监控系统在完成通信设计后，还需要对系统的井下通信即触摸屏的嵌入版以及井上监控主机通用
版的MCGS软件进行组态设计，才能基于MCGS软件真正实现各设备的监测与控制㊂
3.1㊀通用版MCGS组态软件介绍
MCGS软件运行分为组态环境㊁运行环境两种㊂其中组态环境指的是参数设置㊁设备汇总㊁数据库生成等搭建基础工作；而运行环境指软件的主界面，在主界面中可以通过数据直观地了解软件正常运行的基础条件，从而实现整个组态软件的运行规划㊂MCGS软件运行流程见图5.
图5㊀MCGS软件运行流程图
3.2㊀嵌入版MCGS触摸屏组态设计
嵌入版MCGS结构图见图6，该版本较通用版支持可视化，具有硬件适应性强㊁处理速度快以及异常数据预警等功能㊂由于嵌入版的功能众多，触摸屏组态软件选择将其作为基础环境进行搭建，使触摸屏实现数据读取㊁采集㊁处理以及上传等功能㊂湖南同志
1)窗口设计㊂
在触摸屏的众多窗口中，用户窗口对于美观实用性要求最高，而对于数据库设计则考验的是系统的性能以及传输的响应㊂在电网能耗监控系统中，用户窗
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2020年第12期崔仁杰：基于MCGS组态软件的煤矿电网能耗监控系统
图6㊀嵌入版MCG组态软件的结构图
口主要分为两种，包括井下用电设备参数检测窗口以及节能装置运转监测㊂设备用电参数检测窗口即通过实时的电表检测，将电能曲线上传至触摸屏中，帮助实时监测设备的用电状况以及电能的波动情况㊂㊀㊀节能装置的运转检测窗口即实时显示电路中的主回路电压㊁控制电压㊁补偿电流㊁补偿容量㊁功率因数以及温度等参数，通过参数实时显示反映出节能装置的运行情况㊂节能装置的窗口界面见图
7.
图7㊀节能装置运转监测图
㊀㊀2)数据库设计㊂
瞬时响应作为数据库设计的第一要求，在数据库
中首先对各个变量进行基础属性设置，其次添加各变
量的上下限值，最后设置报警模式，一旦采集数据超
出上下范围，系统立即预警发出警报㊂刘义庆
4㊀系统效益㊀
煤矿电网能耗监控系统对煤矿安全运行有重
要作用，与节能系统相结合能够为煤矿创造一定
的经济与社会效益㊂为了测试系统，将10#煤层的
4-2工作面作为试点进行小范围使用㊂通过运
行，系统的故障率较低，能够稳定运行，当设备出
现异常时，电能数据曲线波动异常，系统报警，设
备急停，基本达到设计初期对于故障定位的目的,
同时通过数月的试点运行，系统达到了设计初期
节约月耗电3%以上的预期目标㊂经预测，系统在
该矿进行推广，可实现的煤矿机电系统电能消耗
聚合硫酸铝铁降低幅度为5%~8%，预计运行一年将会节约
250~400万元的电费，能够较大程度上提高矿井
经济效益㊂
5㊀结㊀语
以MCGS组态软件为基础，开发了一款矿井电网
能耗监控系统，该系统分为上位机监测系统与井下能
耗监测与通信，通过安装通用版以及嵌入版的组
态软件，实现了井下设备用电情况实时显示㊁数据收
集处理以及异常预警功能㊂该系统应用于煤矿企业
中，能够配合现有的节能设备以及设备运行监测系
统，进一步提高矿井对设备的监控力度，有效降低能
耗，提高煤矿的经济效益㊂
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参㊀考㊀文㊀献
[1]㊀聂国伦.煤矿供电系统运行与维护[M].北京：煤炭工业出版社,2011.
[2]㊀笪爱彬.浅谈配电线路故障的原因及其运维管理分析[J].工程技术(引文版),2016(4):00182-00182.
[3]㊀王康民，李学忠.组态软件MCGS 在地方煤矿安全生产监控中的应用研究[J].太原理工大学学报,20
08(S2):82-83,87.[4]㊀孙㊀燕.基于MCGS 组态软件的大型超市消防监控平台设计[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2018,34(2):26-28,40.
[5]㊀彭㊀波，许振文.基于MCGS 组态软件的煤矿安全监控系统[J].煤矿机电,2005(3):27-29.
Energy Consumption Monitoring System Based on
MCGS Configuration Software
CUI Renjie
㊀㊀
Abstract ㊀Xinzhi coal mine designed a coal mine power consumption monitoring system based on MCGS
configuration software.All related operation data are analyzed and collected,the abnormal data are early warned in
real time,and the equipment is maintained accurately.Tested by trial operation,the system can save 5
%~8%of the monthly power cost of the coal mine,and realize centralized monitoring and control of energy consumption of the coal
mine power grid.
Key words ㊀MCGS software;Upper computer monitoring system;communication base station;Electric meter
communication protocol driver design (上接第41页)
Application of Load -sensitive Variable Pump in
Hydraulic System of Roadheader
LIU Yihui
㊀㊀Abstract ㊀The simulation model of the cutting lift circuit is established using AMESim simulation software.The
北京庙会标王
pressure fluctuations under standby conditions and cutting and lifting conditions were studied respectively.The
simulation results show that the load-sensitive variable pump can meet the requirements of system stability,energy
saving and consumption reduction under different working conditions.
Key words ㊀Heading machine hydraulic system;Load sensitive control technology;Variable pump;Cutting lift
circuit
(上接第44页)
Working Characteristics of Asymmetrical
Piston Variable Pump for Heading Machine
ZHAO Zhenhua
㊀㊀Abstract ㊀The flow of the plunger variable displacement control system together with the related mathematical
models such as the dynamic equation of swash plate,servo valve pressure and flow control are studied.Based on a-bove mentioned a simulation model of the system is established by using AMESim software.The simulation results show that the swash plate is faster than begore,the response speed and energy consumption should be selected with a suitable T-port drain pressure.
Key words ㊀Heading machine;Asymmetric piston variable pump;Single rod hydraulic system
㊃
94㊃2020年第12期崔仁杰：基于MCGS 组态软件的煤矿电网能耗监控系统
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