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簡單實現選煤廠低壓配電管理系統設計

為兼顧原有低壓配電系統和生產集控系統，在此次系統改造升級中，繼續沿用原有上位機監控系統，并在此基礎上開發數字化配電管理系統；PLC控制系統由西門子S7—300升級至S7—1500，饋線柜全部更換為支持工業以太網的MNS3.0數字開關柜，進線柜、補償柜、變壓器繼續保留，柜內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，建設基于工業以太網的數字化配電管理系統勢在必行。國電建投內蒙古能源有限公司、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協議的智能電氣設備，搭建從智能電氣設備到配電管理系統的一體化工業以太網平臺，實現數據高速傳輸。低壓配電管理系統不僅具有“遙測、遙控、遙信、遙調”功能，還具有停送電審批、能耗統計、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改造項目為背景，論述采用智能電氣設備和工業以太網搭建數字化低壓配電管理系統的實現方法，數字化低壓配電管理系統可以有效解決原有系統存在的問題，并為實現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的具有標準工業以太網接口的設備，以斷路器、電動機綜合保護器等智能設備為通信節點構建工業以太環網。通過以太網把現場電氣設備采集的大量數據實時傳送至PLC控制系統和配電管理系統中，搭建“智能電氣設備-數字開關柜-配電管理系統”從下至上的三位一體工業以太網結構。
末煤低壓配電系統由一臺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，中性點經高電阻接地。系統母線電壓為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，低壓配電系統與工藝控制共用一套PLC和上位機監控系統。
選煤廠生產設備以皮帶機、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；生產與輸送環節較多，各低壓配電系統隨車間分散布置；加工與運送高硬度物料，大量設備因磨損須每日停電檢修。
原有低壓配電系統存在的問題主要有：①大量電氣參數未采集至上位機系統，無法集中監測各配電系統運行狀況，主要依靠人員定期巡檢，無法及時發現并消除隱患；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，無法靈活調整定值，設備重載起車或嚴重卡堵時易發生誤動作、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。
數字開關柜選用集成以太網口的柜型，柜內電氣設備通過柜體與柜外交換機實現以太網直連，PLC與配電管理系統之間采用原有以太網通信，各節點交換機和智能電氣設備均選用具有以太網冗余功能的設備
工業以太網是以太網技術和通用工業協議的結合，為滿足高實時性的工業應用需求，著名自動化公司和標準化組織紛紛提出了各種工業以太網技術標準，受到廣泛支持的有Modbus/TCP、ProfiNet、Ethernet/IP等。該項目選用支持Modbus/TCP協議的智能電氣設備，對于支持Modbus/RTU協議的設備，可經過通信模塊轉換為Modbus/TCP協議后接入工業以太網中。