煤矿电机车蓄电池自动充电管理信息系统研究

　　摘要：为满足“四化三减”要求、强化充电管理，针对煤矿井下电机车蓄电池充电时间长、人工充电质量不高、不能实现远距离控制等问题对现有充电机进行改造升级，安装蓄电池自动充电管理信息系统，实现了充电设备的远程监控，提高了充电质量和充电效率，实现了充电无人值守。

　　蓄电池电机车作为煤矿井下、地面窄轨主要辅助运输设备，担负着煤矿井下大巷材料、人员的主要运输任务，其电源多采用铅酸蓄电池。童亭煤矿井下现有的电机车铅酸蓄电池充电时间长，需要安排充电工现场进行充电操作，充电过程需人工选择充电参数，实时充电数据及历史数据不便追踪，充电设备不能实现远控操作，不能满足煤矿“四化三减”的要求。2020年，童亭煤矿配合上海申传电气股份有限公司，对现用充电设备进行了专题研究，改造安装了蓄电池自动化充电管理系统。该系统具有网络通信功能，能实现远程监测和监控，实现蓄电池自动充电，远程调整充电技术参数，不但提高了充电质量和充电效率和蓄电池的使用寿命，还实现了充电硐室无人值守，达到了减员提效的目的。

　　1.现状分析

　　童亭煤矿现用CTL12/6GP型蓄电池电机车作为井下、地面窄轨的主要辅助运输设备，主要承担着人员、设备、材料、矸石的运输任务。但是，充电是蓄电池电机车实际使用过程中非常重要的管控环节，现场仍然存在诸多问题需要解决。

　　（1）充电风险大。如果职工充电时操作不规范，出现违章操作行为，会导致安全事故。

　　（2）充电环境差。人工在井下充电时间较长，因长期在井下充电环境中工作，遭受有毒有害气体的侵害，不利于职工身体健康。

　　（3）充电质量差。蓄电池人工充电质量差，充电工序复杂，人工调整充电参数不科学、不合理，导致蓄电池使用寿命降低。

　　（4）充电人员多。充电不能实现远程监控，每班、每个充电房都需要安排专人对蓄电池进行充电，人力资源成本较高，无法做到减员提效，不能满足“四化三减”要求。

　　（5）充电效率低。充电工根据蓄电池的实际情况，结合自身工作经验，人为调整充电时间和充电电流，不科学、不合理，不能保证充电机在最佳工况点上运行，充电效率低。

　　针对以上充电存在的现实性问题，必须对现用充电设备进行改造升级，安装配套远程充电管理信息系统。

　　2.实施方案

　　结合矿井使用的蓄电池电机车的电源装置和充电机的实际情况确定改造设计方案，童亭煤矿井下现用充电机为ZBC100/288K(A)型矿用隔爆型充电机，蓄电池型号为DXT192/560，为了配合充电机信息化项目的实施，对充电机的软件和硬件做了部分改造升级。

　　2.1方案内容

　　（1）升级智能机。将现用充电机升级为智能充电机，构建网络通信功能，实现远程监测和监控功能。

　　（2）设计管理器。根据现用蓄电池技术参数设计蓄电池电源管理器，合理设计软件、硬件、隔爆结构等构成部分，满足现场使用要求。

　　（3）建立数据网。建立强大的数据传输网络，包含井下网络平台和地面网络平台智能充电机、本安分站、传输中继站、工业以太网平台；网络交换机、服务器、监控主机和监控备机，实现数据传输。

　　（4）搭建云平台。搭建蓄电池自动充电管理信息系统平台，建立逼真的可视化模拟实时图像、建立各种监测监控功能，实现远程监控、远程监视等服务。

　　2.2技术关键

　　（1）远程控制。通过矿井上下现有的网络将充电机和蓄电池进行编号并将数据上传地面调度中心，在地面调度中心能远程控制井下充电机的运行状态。

　　（2）显示功能。能实时显示各充电机、蓄电池及所有信号状况，能方便地进行多画面切换；当井下被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后给出文字告警提示。

　　（3）自动识别。能实现蓄电池以及充电电池组自动识别，如自动识别电机车车辆编号和电池组的编号，从而对系统所有充放电数据进行综合处理，便于针对各电池组进行统计分析。

　　（4）数据收集。对所有的充电数据进行实时收集，并进行图形化展示，便于查询充电参数，了解充电状况。

　　（5）系统兼容。系统扩展性、兼容性强，能便捷地进行设备的添加、删除和移动。

　　（6）记忆功能。系统具备维修记录及定期维护提醒功能，方便设备维修。

　　（7）测温成像。对充电对象进行温度成像，实时监控蓄电池的温度变化情况。

　　（8）安全警示。采集井下充电硐室的氢气浓度，并实时显示和预警，避免事故发生。

　　3.系统构成

　　电机车蓄电池自动充电管理信息系统主要由YHC-12 A矿用本安型铅酸蓄电池信号采集器、KJ 1242-F1矿用本安型铅酸蓄电池电源充电监测分站、KBA 12(A)矿用本安型摄像仪、GQH 1000矿用氢气传感器、ZJC矿用隔爆兼本安型充电机构成。

　　3.1信号采集器

　　（1）选用高性能的DSP为核心，设计蓄电池电源管理器控制电路实现自动识别蓄电池电源型号等参数对其充电，生成蓄电池电源充电报告以及历史记录。

　　（2）具备RS 485或CAN远程数据通讯接口，采集蓄电池电源数据并通过充电机可远程传至集中控制室。

　　3.2监测分站

　　（1）具备RS 485或CAN远程数据通讯接口，采集充电机数据。

　　（2）具备网口和光纤传输接口，通过井下环网传至集中控制室。

　　3.3摄像仪

　　（1）系统内连接摄像头，通过摄像头IP地址设置摄像头，并将监视画面导入系统。

　　（2）添加视频设备的数量和删减视频设备，进行视频的回放，删除硬盘中的视频数据。

　　3.4热成像

　　系统内连接热成像摄像仪，利用热成像原理将热成像摄像仪设置在井下充电硐室，可以有效监视硐室内的温度，防止硐室内温度过高，保证意外发生时快速锁定位置，及时应对意外情况。

　　3.5氢气检测

　　因充电机给蓄电池充电时会产生氢气，氢气具有可燃性，在一定条件下会发生爆炸。在充电硐室内安装氢气传感器装置，系统可实时监控硐室内的氢气含量，有效防止爆炸性混合气体含量超标，防止安全事故发生。

　　4.系统使用

　　4.1软件登录

　　登录软件界面需要用户名和密码，如用户名或者密码输入错误就无法正常登录界面。同时，远程操作人员和管理人员可以设置不同的操作权限，保证合规操作。

　　4.2软件首页

　　软件首页包括一些概要内容，如设备总数、电机车总数、充电机总数、蓄电池总数、工单统计、设备数统计、摄像头监控等，首页顶部有系统管理的全部内容，职工可以通过首页了解系统的基本内容。

　　4.3控制功能

　　点击上位机软件顶部远程控制的按钮就可以跳转到远程控制的页面上。在地面对井下充电机进行远程控制，远程操作充电机的运行、停止、增大、减少、复位等程序，真正实现充电硐室的无人值守。

　　4.4工单管理

　　通过点击工单管理菜单栏进入到工单管理的画面，用户可以在本页面添加工单表格，输入设备类型、设备名称、故障时间、故障代码、工单详情、联系人和联系方式等信息。

　　4.5显示功能

　　点击实时数据菜单栏就会跳转到实时数据的画面中。实时数据显示所有在线充电机的运行列表，充电机的运行电压、电流、SOC、运行时间、状态等参数都会在实时数据中显示出来，点击蓄电池也能显示电池的寿命、充放电次数、最低截止电压和充电最高电压等数据。

　　5.实施效果

　　2020年，童亭矿改造使用了KJ1242矿用蓄电池自动充电管理信息系统，经实践确认使用效果良好。

　　（1）该系统可对整个井下充电硐室充电过程进行远程监控，实现远程控制井下充电机的运行、停止、电流增大、减小等操作，充电工作可实现无人值守，满足了“四化三减”要求。

　　（2）该系统能区分每一组蓄电池的身份信息，记录每一组蓄电池的使用状态、寿命，可方便调出每一组蓄电池的所有历史充电数据，并对数据进行图形化处理，方便进行大数据分析，提高了充电机的安全管理效率。

　　（3）该系统具备自诊断功能，当故障发生时，会在地面计算机中弹出红色醒目标识，提示故障充电机的编号、故障内容、故障原因，可及时快速地进行故障处理，减少生产影响。

　　（4）该系统具备井下充电热成像仪画面重置功能，在地面监控中心就能分析充电蓄电池的充电温度变化情况，提高了充电的安全性能。

　　（5）该系统具备氢气监测功能，能实时显示井下充电房的氢气浓度，浓度过高时自动报警，提高了充电硐室的安全性。

　　（6）该系统采用高频开关电源技术，大幅降低了充电机本身及充电过程中因发热损失的能量，降低了充电过程中的耗能，延长了铅酸电池的使用寿命。

　　（作者单位：淮北矿业集团有限责任公司）

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