后备电池远程监控及自动维护系统设计

异常报警 备时间无法达到２ｈ
丝是否正常或更换电池
浮充时间 浮充时间过长将影 响 电 浮充时间超过 ３个月时
过长报警 池的使用寿命
弹出报警界面
电池未接 电池未接或电池保 险 丝 检查接线端子是否接入
报警 损坏
或及时更换电池保险丝
图 ３ 远 程 监 控 界 面
图 ４ 远 程 监 控 设 置 界 面
３ 系 统 应 用
后备电池远程监控及自动维护系统由中心站、 环 网 平 台 、监 控 分 站 和 电 源 箱 组 成 ，如 图 １ 所 示 。 中 心站用于显示后备 电 池 运 行 信 息，并 下 发 远 程 控 制 命令；环网平台用于 传 输 控 制 指 令 和 后 备 电 池 运 行 数据；监控分站用于 将 中 心 站 控 制 指 令 传 输 给 电 源 箱 ，并 将 电 源 箱 运 行 数 据 上 传 至 中 心 站 ；电 源 箱 用 于 执 行 中 心 站 的 控 制 指 令 ，并 将 采 集 、处 理 的 运 行 数 据 上传给监控分站。
远程监控界面如图３所示。该界面可以显示对 应监控分站电源箱 电 池 的 工 作 状 态，同 时 它 也 是 远 程充放电 的 操 作 控 制 界 面。 在 执 行 远 程 放 电 指 令 时，界面中电源 的 工 作 状 态 将 呈 现 不 同 的 颜 色。 若
２０１５ 年 第 ６ 期
林 引 ：后 备 电 池 远 程 监 控 及 自 动 维 护 系 统 设 计
监控分站与电源箱之 间 通 过 ＲＳ４８５ 接 口 通 信。 当中心站需要监控电源箱后备电池的工作状态时， 向监控分站下发取 数 据 命 令；监 控 分 站 接 收 到 命 令 后向电源箱发送相 应 控 制 指 令；电 源 箱 收 到 控 制 指 令 后 ，按 照 预 先 制 定 的 协 议 进 行 解 析 和 处 理 ，从 而 控 制后备电 池。 中 心 站 会 定 期 下 发 查 询 信 息 请 求 指 令，下位机收到数据 请 求 指 令 后 向 监 控 分 站 发 送 采 集到的实时数据，监 控 分 站 在 上 传 其 他 数 据 的 同 时 将电源信息传送给中心站。监控分站与电源箱的通 信 协 议 见 表 １— 表 ３。
控制电路自动切换到充电状态。为减小采集数据的 误 差 ，采 集 后 备 电 池 的 电 压 、充 电 电 流 、负 载 电 流 、箱 体温度等参 数 时，需 对 电 流 等 小 信 号 进 行 放 大、补 偿 、校 正 处 理 。采 集 的 数 据 通 过 处 理 器 处 理 和 分 析 后经 ＲＳ４８５通信口传送至监控 分 站，监 控 分 站 再 通 过环网平台将数据上传至中心站。对出现异常的后 备 电 池 ，控 制 器 应 能 自 动 进 行 相 应 保 护 。 ２．２ 监 控 分 站 与 电 源 箱 网 络 通 信 协 议 设 计
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工矿自动化
２０１５ 年 第 ４１ 卷
的 远 程 控 制 ，可 远 程 实 时 监 控 后 备 电 池 的 运 行 状 态 ， 同时地面中心站软件会根据上传的数据主动提醒地 面维护人员对后备 电 池 进 行 维 护，当 电 源 箱 内 出 现 故障时能给出维护策略。
１ 系 统 组 成
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｃｋｕｐ ｂａｔｔｅｒｙ；ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
０ 引 言
矿 用 后 备 电 池 是 监 控 分 站 、传 感 器 、交 换 机 等 井 下设备的备用电源，若 后 备 电 池 使 用 一 段 时 间 后 不 能正常工作或供电 时 间 不 够，将 造 成 安 全 监 测 监 控 系统不能正常运行，对 煤 矿 安 全 生 产 造 成 严 重 的 影 响 。 ［１］ 除了电池本 身 的 质 量 问 题 外，造 成 后 备 电 池 使用寿命短的原因主要是电池长期处于浮充状态且 缺乏定期维护 。 ［２］ 针对上述 问 题，参 考 文 献［３－４］提 出了通过 充 放 电 控 制 策 略 增 加 电 池 使 用 寿 命 的 方 法 ；参 考 文 献 ［５］提 出 了 矿 井 监 测 分 站 后 备 电 池 地 面
关 键 词 ：后 备 电 池 ；远 程 监 控 ；自 动 维 护 中 图 分 类 号 ：ＴＤ６７２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 网 络 出 版 时 间 ：２０１５－０５－２９ １５：１０ 网 络 出 版 地 址 ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１６２７．ＴＰ．２０１５０５２９．１５１０．０２２．ｈｔｍｌ
报警类型
报警原因
维护策略
浮充电压 浮充电压过高易造 成 电 调整充电参数或更换充
异常报警 池过充，缩短循环寿命
电板
温度过高 异常报警
电池正常运行的环 境 温 度一般为０～４０ ℃，超 出 该范围将降低电池 的 使 用寿命
检查电源箱周围环境温 度是否过热、充 电 板 是 否 出现故障
充电电流 异常报警
远 程 遥 控 全 自 动 放 电 装 置 的 设 计 方 案［５］；参 考 文 献 ［６］提出通过外接 设 备 来 控 制 电 源 箱 的 输 入 电 压 通 断，实现后备电池远程充放电功能 。 ［６］ 然而，井 下 后 备电源箱一般处于 无 人 值 守 状 态，维 护 人 员 无 法 获 得后备电池的实时 工 作 状 态，更 不 能 估 测 后 备 电 池 的 池 的 使用寿命长短常受 外 部 因 素 的 制 约，如 电 池 的 充 放 电次数、使用环境 温 度、放 电 深 度 以 及 维 护 状 况 等， 因此，维护人员 很 难 评 判 电 池 的 好 坏。 针 对 上 述 情 况，本文提出了一种 矿 用 后 备 电 池 远 程 监 控 及 自 动 维护系统设计方案，该 方 案 实 现 了 后 备 电 池 充 放 电
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｂａｃｋｕｐ ｂａｔｔｅｒｙ
ＬＩＮ Ｙｉｎ （ＣＣＴＥＧ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｍａｉｎｔａｉｎｅｒ ｃａｎｎｏｔ ｇｅｔ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｗｏｒｋ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｍｉｎｅ－ｕｓｅｄ ｂａｃｋｕｐ ｂａｔｔｅｒｙ，ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｂａｃｋｕｐ ｂａｔｔｅｒｙ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｋｕｐ ｂａｔｔｅｒｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒ ｂｏｘ ｉｓ ｕｐｌｏａｄｅｄ ｔｏ ｃｅｎｔｒａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｓｅｎｔ ｂｙ ｃｅｎｔｒａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｏｗｅｒ ｂｏｘ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｂａｃｋｕｐ ｂａｔｔｅｒｙ．
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第４１卷 第６期 ２０１５ 年 ６ 月
工矿自动化
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍｉｎｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１５
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檾檾檾檾殧 经验交流
文 章 编 号 ：１６７１－２５１Ｘ（２０１５）０６－００９１－０３ ＤＯＩ：１０．１３２７２／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－２５１ｘ．２０１５．０６．０２２ 林 引 ．后 备 电 池 远 程 监 控 及 自 动 维 护 系 统 设 计 ［Ｊ］．工 矿 自 动 化 ，２０１５，４１（６）：９１－９３．
收 稿 日 期 ：２０１４－１２－３１；修 回 日 期 ：２０１５－０４－１６；责 任 编 辑 ：胡 娴 。 基 金 项 目 ：２０１４ 年 工 信 部 物 联 网 发 展 专 项 资 金 项 目 （２０１４０８３１０５）。 作 者 简 介 ：林 引 （１９７９－ ），男 ，四 川 资 中 人 ，副 研 究 员 ，硕 士 ，现 从 事 煤 矿 安 全 监 控 系 统 相 关 技 术 研 究 工 作 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｉｄｌｉｎｙｎ＠１６３．ｃｏｍ。
后备电池远程监控及自动维护系统设计
林引
（中 煤 科 工 集 团 重 庆 研 究 院 有 限 公 司 ，重 庆 ４０００３９）
摘要：针对维护人员无法获得矿用后备电池实时工作状态的问题 ，设计了后备电池远程监控及自动维护 系统。该系统将井下电源箱后备电池的运行信息上传至地面中心站进行实时监 控 ；通 过 中 心 站 向 电 源 箱 发 送 放 电 维 护 指 令 ，实 现 自 动 维 护 功 能 。 该 系 统 的 应 用 可 降 低 企 业 维 护 成 本 ，提 高 后 备 电 池 管 理 水 平 。
电 池 充 电 一 般 采 用 ０．１Ｃ 电流进行恒 流 充 电，否 则 会造成电池过充或 充 不 满 ，影 响 电 池 正 常 使 用
检查充电电流是否设置 正确或更换充电板
负载电流 负载电流超出设定 范 围 及时更换充电板
异常报警 将影响放电时间
电池容量 容量 低 于 设 定 容 量 时 后 检查电池是 否 接 入、保 险
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工 作 状 态 的 颜 色 为 绿 色 ，说 明 对 应 的 状 态 正 常 ，若 出 现红色则说明电源 出 现 了 异 常，提 醒 维 护 人 员 重 视 并根据状态及时处理异常情况。远程监控设置界面 如图４所示。在该界面中能够设置需要显示的状态 参数和需要报警的阈值。
表 ４ 异 常 报 警 和 维 护 策 略
图 ２ 电 源 箱 控 制 电 路
引导符 ０ｘ７Ｅ
表 ３ 下 位 机 控 制 回 传 指 令
地址
类型
帧长度
数据 校验和
０ｘＦＦ １Ｂｙｔｅ １Ｂｙｔｅ １Ｂｙｔｅ ２Ｂｙｔｅ
２．３ 异 常 报 警 及 维 护 策 略 设 计 中心站能够实时监测到电池运行的动态参数，
因此，可以分析采集 到 的 参 数 并 对 出 现 的 异 常 值 给 出报警提醒，对出现 异 常 的 后 备 电 池 提 出 相 应 的 解 决策略，从而实 现 了 远 程 监 控 和 维 护 相 统 一。 这 不 仅延长了后备电池 的 使 用 寿 命，而 且 节 约 了 维 护 成 本，保障了安全监 控 系 统 的 正 常 运 行。 表 ４ 给 出 了 后备电池出现的异常报警和相应的维护策略。 ２．４ 中 心 站 界 面 设 计
表 １ 上 位 机 查 询 及 控 制 指 令
引导符 地址
类型
帧长度
校验和
０ｘ７Ｅ ０ｘＦＦ １Ｂｙｔｅ
１Ｂｙｔｅ
２Ｂｙｔｅ
２ 系 统 设 计
图 １ 系 统 组 成
引导符 ０ｘ７Ｅ
表 ２ 下 位 机 查 询 回 传 指 令
地址
类型
帧长度
数据 校验和
０ｘＦＦ １Ｂｙｔｅ １Ｂｙｔｅ １０Ｂｙｔｅ ２Ｂｙｔｅ
表4异常报警和维护策略报警类型报警原因维护策略浮充电压异常报警浮充电压过高易造成电池过充缩短循环寿命调整充电参数或更换充电板温度过高异常报警电池正常运行的环境温度一般为040超出该范围将降低电池的使用寿命检查电源箱周围环境温度是否过热充电板是否出现故障充电电流异常报警电池充电一般采用01c电流进行恒流充电否则会造成电池过充或充不满影响电池正常使用检查充电电流是否设置正确或更换充电板负载电流异常报警负载电流超出设定范围将影响放电时间及时更换充电板电池容量异常报警容量低于设定容量时后备时间无法达到2h检查电池是否接入保险丝是否正常或更换电池浮充时间过长报警浮充时间过长将影响电池的使用寿命浮充时间超过3个月时弹出报警界面电池未接报警电池未接或电池保险丝损坏检查接线端子是否接入或及时更换电池保险丝图3远程监控界面图4远程监控设置界面3系统应用后备电池远程监控及自动维护系统主要实现了以下功能
２．１ 电 源 箱 控 制 电 路 设 计 电源箱控制电路如图２所示。在交流输入电压
正常条件下，未接收到 控 制 命 令 时，开 关 Ｋ１ 处 于 闭 合状态，Ｋ２ 处于 断 开 状 态；当 输 入 交 流 断 电 或 收 到 放电命 令 时，Ｋ１ 处 于 断 开 状 态，Ｋ２ 处 于 闭 合 状 态； 当交流输入电压正 常 且 接 收 到 放 电 命 令 时，控 制 电 路会提前判断电池 容 量 是 否 适 合 放 电 维 护，如 果 电 池 电量充足则进入放电状态 ，如果电池容量 极 低 则