基于工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線的煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、近年來，隨著自動設(shè)備在現(xiàn)代煤礦企業(yè)中的廣泛應(yīng)用，井下供電設(shè)備成為煤礦井下生產(chǎn)、控制的重要支撐。煤礦井下供電設(shè)備在出現(xiàn)短路、漏電、過壓等故障時，其保護(hù)裝置會自動分閘，切除故障線路，造成停電事故，給井下供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患，因此，大多井下變電所會有專門人員巡檢開關(guān)及保護(hù)裝置的狀態(tài)，確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。但隨著開采的深入，配電點(diǎn)的增加，單純的人工巡檢不僅效率偏低，而且無法快速確定事故地點(diǎn)、及時排除故障，造成供電系統(tǒng)停送電周期長，影響煤礦采

2、區(qū)的工作效率，甚至危及生產(chǎn)安全。
　　煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)是一種煤礦礦井自動化系統(tǒng)，能夠遠(yuǎn)程集中監(jiān)測井下供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對保護(hù)裝置動作參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程整定，在調(diào)度人員允許時遠(yuǎn)程投、切保護(hù)裝置，使工作人員實(shí)時掌握井下供電情況，并在保護(hù)裝置動作時快速獲知故障位置及類型，及時制定對應(yīng)措施并排除故障，縮短停電時間，保證生產(chǎn)安全。對于一個實(shí)際的井下供電監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集及通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建至關(guān)重要，但在目前的井下供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法中，數(shù)據(jù)

3、采集過于依賴供電設(shè)備的信號輸出接口，不具有采集礦用傳感器信號的能力;通信方式較為單一，且主從通信網(wǎng)絡(luò)占主體，造成通信不穩(wěn)定，且對微控制器的開發(fā)設(shè)計較少，限制了通信網(wǎng)絡(luò)性能的進(jìn)一步提高。因此，設(shè)計一種以微控制器為基礎(chǔ)，能夠兼容礦用傳感器信號，且具有多樣化可靠通信能力的煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義與應(yīng)用價值。
　　本課題提出了一種基于工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線的煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案，通過對供電系統(tǒng)運(yùn)行信息的采集、共享，并設(shè)計遠(yuǎn)程

4、終端進(jìn)行監(jiān)視、控制操作，實(shí)現(xiàn)對供電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測，保護(hù)裝置動作參數(shù)的遠(yuǎn)程整定，同時在調(diào)度人員允許時，對保護(hù)裝置進(jìn)行投、切，完成井下供電設(shè)備的遠(yuǎn)程綜合管理，使工作人員實(shí)時了解井下供電情況，掌握事故處理的主動性。本課題主要進(jìn)行了以下方面的研究:
　　1、設(shè)計了以井下監(jiān)控單元、地面集控中心及通信網(wǎng)絡(luò)為構(gòu)架的煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控單元以STM32為主控制器，設(shè)計信號采集電路，顯示操作界面，RS485、CAN及以太網(wǎng)通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯

5、示、狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)整定等功能，并經(jīng)通信接口上傳供電設(shè)備的運(yùn)行信息到集控中心，完成監(jiān)控點(diǎn)現(xiàn)場情況的匯總，為供電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控奠定基礎(chǔ)。
　　2、采用上位機(jī)KingView軟件設(shè)計地面集控中心操作系統(tǒng)，顯示供電設(shè)備的供電參數(shù)、保護(hù)限值及保護(hù)設(shè)備狀態(tài)等信息，對保護(hù)裝置動作參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程整定，對保護(hù)裝置遠(yuǎn)程投、切，對遙測量、遙信量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并存放到數(shù)據(jù)庫中，并在保護(hù)裝置動作時，彈出提示窗口，指示動作地點(diǎn)。集控中心作為供電監(jiān)控系統(tǒng)的總終端，

6、完成對井下供電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使地面工作人員實(shí)時全面掌握井下供電情況，增強(qiáng)供電設(shè)備故障處理能力。
　　3、基于工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場供電設(shè)備、井下監(jiān)控單元及地面集控中心。設(shè)計具有通信自恢復(fù)、數(shù)據(jù)確認(rèn)功能的RS485電氣隔離接口，通過連接供電設(shè)備信息接口完成供電設(shè)備訪問，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與指令傳輸?；赥CP/IP體系結(jié)構(gòu)，以井下以太網(wǎng)通路為介質(zhì)，通過以太網(wǎng)接口構(gòu)建井下監(jiān)控單元之間的互訪網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)計網(wǎng)絡(luò)自診斷機(jī)制，完成

7、井下供電信息穩(wěn)定交互傳輸，實(shí)現(xiàn)各監(jiān)控點(diǎn)信息共享。根據(jù)KingView網(wǎng)絡(luò)接口特性，以Modbus/TCP協(xié)議模型為基礎(chǔ)，設(shè)計地面集控中心與井下網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)通路，使集控中心能夠獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)、下達(dá)控制命令，實(shí)現(xiàn)井下供電情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控單元設(shè)計具有抗干擾性能的CAN通信接口，能夠進(jìn)行監(jiān)控單元自組網(wǎng)或訪問具有CAN接口的供電設(shè)備，提高系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的兼容性。
　　根據(jù)制定的研究方案，設(shè)計硬件電路并編寫功能程序，構(gòu)建測試系統(tǒng)進(jìn)行驗證，所設(shè)計

8、井下供電監(jiān)控系統(tǒng)具有如下功能:(1)對井下供電設(shè)備的供電參數(shù)、保護(hù)裝置狀態(tài)等信息進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)測;(2)對保護(hù)限值進(jìn)行就地與遠(yuǎn)程整定操作，在調(diào)度人員允許時對保護(hù)裝置進(jìn)行投、切;(3)在任一監(jiān)控單元能夠查詢其他監(jiān)控點(diǎn)信息并進(jìn)行整定操作;(4)集控中心將現(xiàn)場數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，發(fā)生故障后，提示事故位置、故障類型。
　　基于工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線的煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時集中監(jiān)測煤礦井下供電設(shè)備運(yùn)行信息并進(jìn)行遠(yuǎn)程整定、控制操作，可應(yīng)用于配電