现场总线技术在煤矿供电监控系统中的应用

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[摘 要]文章首先简述了现场总线技术简介及技术特点，然后分析了电网监控系统工作原理与结构，最后重点探讨了现场总线技术在煤矿监控系统中的应用。

[关键词]现场总线；煤矿；监控系统

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0086-01

一、前言

现场总线技术具有可靠性高、设计独特、性能卓越等优势，因此可以解决煤矿传统监控系统存在的诸多问题，现场总线技术大大提高了煤矿的自动化、数字化水平。因此，现场总线技术在煤矿供电监控系统中具有重要的意义。

二、现场总线技术特点

1、现场总线的技术特点

（一）、系统的开放性

开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致性、公开性、强调对标准的共识与遵从。

（二）、互可操作性与互用性

互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点、一点对多点的数字通信。

（三）、对现场环境的适应性

工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、红外线等，具有较强的抗干扰能力，并可满足安全防爆要求。

2、现场总线的优点

由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。具体体现在：节省硬件数量与投资；节省安装费用；节约维护开销；用户具有高度的系统集成主动权；提高了系统的准确性与可靠性。

三、电网监控系统工作原理与结构

1、工作原理

在本监控系统进行初次运行的时候，要先定义计算机一共连接了多少台分站，这个定义是根据系统连接的分站及每个分站所连接的智能采集器来完成的，定义的主要内容包括：每台分站连接了几个智能采集器，每台分站和采集器的地址编号是多少。为了保证计算机能够检测到相关数据，实际连接的各设备必须与计算机的定义相符合。待分站和智能采集器的定义完成之后，需要进行“初始化”操作，然后就进入了实时监控状态。此时，计算机后台系统依次将从各分站及智能采集器收集到的有关配电开关装置中的功率、电压、开和状态与电流等信息传送到主计算机并在主系统上进行显示。同时，工作人员可以根据需要对任一配电开关等进行分合闸等操作。

2、监控系统的硬件构成与设计

（一）、系统的通信接口设计

本系统采用比较适用于现场、技术先进，并且性能相对较好的现场总线CANBUS。此技术是上世纪80年代德国BOSCH公司开发的，当时是为了解决现代工业中的控制与测试仪器间数据交换问题而开发的，是一种已广泛应用于多个领域的串行数据通信协议。它的技术特点主要包括：对等的网络结构，每一帧信息都有检验措施，采用非破坏性总线仲裁技术，较低的通信误码率，通信距离长、速率高，通信介质除了双绞线以外，还以使用光纤。

（二）、分站设计

分站在整个系统中具有承上启下的作用，它可以有效缩短系统巡测周期，提高系统数据采集速度，进而有效提升系统整体性能，并且，分站可以脱离主机进行独立运转。本系统中的分站选用双单片机，其中单片机Ⅰ主要作用是控制智能采集器，单片机Ⅱ的主要作用是与店面计算机进行通信。两个单片机之间通过一双口RAM数据处理器进行信息的交换与传递，彼此之间相互独立运行工作。这个RAM数据处理器的主要作用是可以实现两只单片机在对其进行同步读写操作，但是不允许对同时对统一存储单元进行同步写操作，如果想实现这一操作，可以通过链接两根握手先来实现。

（三）、智能采集器设计

智能采集器的功能作用除了在高压配电开关内部进行系统需要的电压、真空开关开合状态、电流和有功功率等参数信息的采集之外，还同时需要对地面计算机发出的分合闸、复位等命令进行执行操作。该系统中有功功率、电流和电压传感器选用的都是0-5V的模拟输出方式，电流和电压传感器的输入范围分别是交流0-5A和交流0-100V，三相三线制是有功功率传感器的输入方式。其中A/D转换器采用新型串行数据输出和11路0-5V输入，12位分辨率的模数转换器TLC2543。转换较快、精度相对高，并且操作简单方便是此芯片的特点。

四、现场总线技术在煤矿监控系统中的应用

1、系统设计思想

在煤矿监控系统中应用现场总线技术，体现出开放性、可互换性、可互操作性、高度分散性的特点，与煤矿企业的现场工作情况更为相符。智能接口公开通信协议，以提高系统的兼容性与可扩展性，实现与国内外不同厂家不同型号监控设备之间的互联，实现信息互换，在选择传感器及控制器时有更多的余地；针对实理管理级及监视控制级的设备，采用国际标准接口设备，可方便接入国内煤矿监控领域不同品牌、不同用途的传感器与控制器，以保证系统良好的互换性。针对不同厂家生产的各种设备经过转换器进行联接，仅在系统开机时对各类设备之间的关系进行定义即可，并利用智能串口实现各转换器之间的信息沟通。将智能测控功能分布于工作现场，不仅可以提高系统的监测精度及抗干扰能力，还可以分散系统的风险。

2、系统结构

煤矿工作环境恶劣，且监控范围广、距离长，因此煤矿监控系统主要包括三大模块，即实时管理模块、监视控制模块及现场测控模块，具体结构则包括监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站及各类传感器等。下文分别介绍煤矿监控系统的三大模块：

实时管理模块：该模块包括系统服务器及各类终端，其主要作用是对煤矿的生产过程及环境条件进行实时管理，包括生产、技术、设备、通风、安全监察等；整个矿井的主要业务部门及安全生产信息均汇集至该模块，由其进行加工整理及存储后，再与上一级网络进行数据交换。

监视控制模块：主要包括监控计算机及图形工作站等，其主要作用是对现场监控信息进行采集、整理，并将相关信息存储于对应数据库，此外还具备图形显示、打印报表等功能；人机对话主要通过监视控制模块来实现，管理人员通过该模块定义监控系统各设备之间的关系，并进行故障诊断及高级控制等。

现场测控模块：主要包括转换器、传感器及控制器，其主要作用是执行上级即监视控制模块的命令，对风速、瓦斯、温度、氧气等环境参数进行监测，对皮带传输系统、供热系统、电力系统、瓦斯抽放系统等设备运行参数进行监测，并利用现场转换器将对应信息传输至上级监视控制模块。现场测控模块配置有FSK、RS485、RS232等智能接口、传感器接口及控制接口，直接挂在工作面走向避上，以实现转换器监测、控制及通信的功能；转换器包括两种，即总线转换器与分线转换器，其中总线转换器的主要作用是将信号转换成数字信号，其具有串行接口与FSK传输接口，传感器及执行器采集到的信号通过总线转换器转换成数字信息，再由FSK口直接输出与系统完成信息交换；分线转换器的主要作用则是将传感器及执行器的信号转换成数字信息，再由串行接口输入与总线转换器进行交换。

五、结束语

综上所述，当前的现场总线技术，具有一定的使用价值，在实际应用中需要不断的改进和完善。随着现场总线技术的进一步发展，研制出更好的现场总线开发工具及配套设备，能够开发出适合煤矿监控需要，符合现场总线国际标准的系统，才能保证了监控系统的可靠性与准确性。

参考文献

[1] 李金利.单片机原理不应用技术[M].高等教育出版社，2010：305.

[2] 万重山.基于现场总线的报警监控系统的研究和开发[J].低压电器，2012（12）：221-222.