現(xiàn)場總線下煤礦供電自動化系統(tǒng)分析

1、現(xiàn)場總線下煤礦供電自動化系統(tǒng)分析    摘要：為保障煤礦企業(yè)的施工進度以及安全生產(chǎn)，建立一套穩(wěn)定高效的，供電自動化系統(tǒng)就顯得非常重要，因此，基于現(xiàn)場總線的煤礦供電自動化系統(tǒng)的優(yōu)化完善就更是重中之重，下面本文就對于煤礦工程的特殊工作環(huán)境，分析一下基于現(xiàn)場總線下的供電自動化系統(tǒng)的構(gòu)成，以及所應(yīng)用的軟件和優(yōu)點，從而獲得煤礦供電自動化系統(tǒng)可靠性以及穩(wěn)定性的提高，確保煤礦生產(chǎn)的安全進行。 關(guān)鍵詞：煤礦供電系統(tǒng)；供電自動化；Profibus DP 環(huán)形網(wǎng)絡(luò) 中圖分類號：O741+.2 文獻標識碼：A 文章編號： 在我國所使用的一次性能源中70%都來源于煤炭，而95%

2、以上的煤炭資源都源自井工開采礦井，因此，高效可靠的供電監(jiān)控系統(tǒng)對煤炭企業(yè)非常重要，它是井下鉆煤工人的安全保障，也是開采工作順利進行的電能依靠，隨著計算機通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，使網(wǎng)絡(luò)集成信息自動化技術(shù)正廣泛應(yīng)用到現(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場總線系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用到煤炭供電監(jiān)控系統(tǒng)。 監(jiān)控系統(tǒng)組成 1.1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成 為滿足硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，監(jiān)控系統(tǒng)使用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：即最下層是井下開采區(qū)職能采集設(shè)備，技術(shù)指標為：傳輸容量為64個分站，分站容量為32個綜保。傳輸速率為2400bps。根據(jù)以上技術(shù)指標我們可知，選擇西門子的中型PLC系統(tǒng)s7-300與ET200iSP分布式I/O 組成Profibus DP分布式

3、網(wǎng)絡(luò)，由于SIMATICS7-300系統(tǒng)具有強抗震動、高電磁兼容性以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，非常適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境以及電氣干擾環(huán)境。管理層采用西門子的S7- 400系列PLC，從而能夠使這一層實現(xiàn)現(xiàn)場總線通信控制及管理，這層的PLC與上層PC機連接，共同組建為監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，從而能夠?qū)Ω鱾€分站的運行以及組態(tài)進行監(jiān)控，所以，這一層是供電監(jiān)控系統(tǒng)核心所在。Profibus DP主干網(wǎng)絡(luò)層使用四芯光纖，從而將所有的從站通過Profibus總線連接到主站，進而實現(xiàn)信息交流與數(shù)據(jù)的傳輸。這樣就能使每個變電站電壓、電流以及功率等信息傳遞給主站。煤礦的供電監(jiān)控系統(tǒng)與其他的類似系統(tǒng)最根本區(qū)別在于煤礦生產(chǎn)的電氣

4、防爆，而運用現(xiàn)場總線技術(shù)之后，主要承擔傳輸任務(wù)的介質(zhì)使用的是本質(zhì)安全的煤礦專用阻燃光纜，而井下的網(wǎng)絡(luò)傳輸所使用的網(wǎng)絡(luò)端口也采用了光電隔離技術(shù)，從而保證了本質(zhì)安全的防爆性能。供電監(jiān)測系統(tǒng)中的電器監(jiān)測的安裝與接入都完全避開原來的供電回路，所以，當監(jiān)測設(shè)備出現(xiàn)故障時，也不會對井下的高壓回路供電產(chǎn)生影響。現(xiàn)場總線設(shè)備供電所采用的隔爆兼本質(zhì)安全型電源單元均由安全柵與電氣隔離器組成，所以完全能夠滿足本質(zhì)安全供電的需求。 1.2 Profibus DP智能從站設(shè)計分析 井下的智能采集器一般由多種型號傳感器組成，以對高壓開關(guān)的電壓、電流、功率以及開合狀態(tài)進行信息參數(shù)采集，并能夠及時分析是否存在電氣故障，若存在

5、，還可進行迅速分閘，從而將故障點與正常供電區(qū)域相隔離。智能從站主要使用的是SPC3ASIC芯片與AT89C52設(shè)備，而SPC3是對Profibus DP從站進行優(yōu)化所使用的一種通訊協(xié)議芯片，它支持Profibus DP協(xié)議，并遵循EN50170標準。它不僅能承擔通信過程中處理器的負載，還能獨立的完成Profibus-DP的通信功能。現(xiàn)場儀表處理即對數(shù)據(jù)的傳輸以及處理，這種方式能使大部分由芯片完成的通信協(xié)議不再繁瑣。 二、軟件設(shè)計 2.1 一類主站通信的設(shè)計 一類主站PIE是采用CP443-5與Profibus DP相連，在監(jiān)測系統(tǒng)開始運行前對各智能從站進行配置工作。由于一級主站所使用的是西門子

6、的S7400PIE，所以主、從站的硬件組態(tài)以及系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與程序編制都采用STEP7軟件，STEP7編程是個較為復(fù)雜的工作，每一步都必須按照相關(guān)流程進行，在編程工作中，所需要的系統(tǒng)信號以及名稱、數(shù)量，硬件的預(yù)置參數(shù)，如地址與量程等，配置表中排列次序均要與實際要求一致，模塊訂貨號也需和硬件模塊想匹配，否則CPU將會提示出錯，當Profibus DP網(wǎng)絡(luò)組建完成后，要使系統(tǒng)能夠正常通訊，就必須為每個從站分配一個固定的地址，S7站址是STEP7軟件用組態(tài)軟件進行設(shè)置的，服務(wù)器以及工程師站站址使用SETPC#PC接口對CP4435進行設(shè)置，必須注意的是，給從站分配指定的網(wǎng)址以及確定他們間的協(xié)議是組態(tài)

7、過程中最重要的工作。 2.2 工控組態(tài)軟件在上位機中的使用 在整個煤礦供電監(jiān)控系統(tǒng)中的上極為上，所使用的是西門子公司的SIMATIC WINCC組態(tài)監(jiān)控軟件，它是現(xiàn)如今所有組態(tài)軟件里最為強大的一款軟件，由于軟件本身可提供s7300PIE的驅(qū)動程序，所以PIE能夠非常容易的與上位機取得連接。通過對集成SQL歸檔數(shù)據(jù)的訪問，以及通過與ActiveX控制對象和OLE2.0對文檔的鏈接，PIE的信息數(shù)據(jù)可以直接連接到用戶的應(yīng)用圖形上。這款軟件創(chuàng)建的監(jiān)控系統(tǒng)的界面主要有：人機交互界面、故障查詢界面以及數(shù)據(jù)自動接收界面等等，這一系列界面不僅能夠?qū)崿F(xiàn)下位機參數(shù)的設(shè)定、可靠性數(shù)據(jù)的查詢以及復(fù)歸報警與保護信號等

8、，還能為事故以后的分析工作提供相關(guān)依據(jù)，從而使工作人員及時的對井下監(jiān)測分站的整定值做出調(diào)整。 2.3 智能從站軟件的設(shè)計 井下的智能從站的采集器內(nèi)所使用的協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片為西門子公司的SPC3，信息采集時，可使用中斷處理程序，對SPC3中的突發(fā)事故進行有效處理，井下智能從站通過SPC3的應(yīng)用，從而實現(xiàn)現(xiàn)場總線和采集器間的數(shù)據(jù)通信，最后處理器需對SPC3合理配置以及初始化處理。 三、該系統(tǒng)的優(yōu)點分析 3.1 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化 現(xiàn)場總線技術(shù)使監(jiān)測系統(tǒng)組建更簡單，數(shù)據(jù)采集更方便，通信系統(tǒng)更穩(wěn)定，這樣可以使各個從站設(shè)備間互相獨立，任何一個從站出現(xiàn)故障，都不會對其他從站產(chǎn)生影響。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)

9、化、開放化，使其具有較高的互相操作性、資源共享性，從而提高數(shù)據(jù)信息傳遞的效率。 3.2 系統(tǒng)擴展性強 由于現(xiàn)場總線技術(shù)的開放性特點，使其技術(shù)與相關(guān)標準都較為公開化，設(shè)備間的互聯(lián)更方便，設(shè)備的選用可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，從而選擇性價比較高的設(shè)備，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)實用性與經(jīng)濟性的最佳契合。而且其具有很高的擴展性，使設(shè)備更新更方便。 3.3 功能綜合化 使用現(xiàn)場總線技術(shù)以后，煤炭供電監(jiān)測系統(tǒng)更完善，可以時時的對供電系統(tǒng)的電壓、電流、功率以及有功電量、因數(shù)及頻率等主要運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并做出相應(yīng)的判斷。而且界面風格簡單、直觀、友好。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在設(shè)計、安裝以及運行維護中都可以體現(xiàn)較高的優(yōu)越性，從而提高工作效率，為煤礦供電自動化提供可靠支持。 參考文獻 1 杭林森基于現(xiàn)場總線的煤礦供電自動化系統(tǒng)分析J城市建設(shè)理論研究，2011,12(1):33 2 鄧先明，楊