張魏魏

(徐州煤礦機械廠，徐州 221004)

1 引言

在目前的礦井開采中，井下供電系統(tǒng)經常出現開關保護誤動的現象，造成井下局部或者更大面積的停電事故。事故發(fā)生后，由于缺乏電網的實時監(jiān)測監(jiān)控，對事故發(fā)生的地點和原因不詳，恢復供電需要很長的時間，容易影響礦井安全生產。因此，對井下電力實現自動化遠程監(jiān)測監(jiān)控管理，供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)、故障診斷、技術參數以及停送電操作的管理很有必要。

眾所周知，井下變電站實時監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵在于大量的現場采集信息和數據快速、準確、實時上傳到監(jiān)控中心，并能將監(jiān)控中心下達的控制命令準確無誤的傳送到控制單元，及時采取措施避免事故發(fā)生，這就需要可靠的通信保障。因此在江蘇大屯煤礦對其井下供電系統(tǒng)進行了改造，同時引入了煤礦井下電力自動化遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并對數據中心站通信系統(tǒng)進行改進，使之更適合現代化煤礦發(fā)展的需要。

2 整體系統(tǒng)結構

系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控室、數據中心站、井下監(jiān)控分站三大部分組成，可實現快速故障診斷，保證系統(tǒng)的實時性、確定性和可靠性。系統(tǒng)結構圖如圖l所示。

圖1 整體系統(tǒng)結構

2.1 地面監(jiān)控中心

此部分主要配置包括上位機組態(tài)軟件、地面工控機(有一臺為熱備機)、打印機及配套設備組成。

上位機系統(tǒng)設計是基于組態(tài)王6.5通用工控組態(tài)軟件，它是工控系統(tǒng)的人機界面，是基于Windows NT/2000/XP操作系統(tǒng)。上位機具有良好的開放性和靈活性的組態(tài)軟件，提供友好的、易于操作的畫面風格，能準確的模擬被監(jiān)控現場的實際畫面，使看到畫面就像看到現場一樣，例如井下電力系統(tǒng)的模擬量顯示圖、分/合閘控制顯示圖、定值修改顯示圖、虛擬儀器顯示圖等都能顯示出來。

2.2 井下監(jiān)控分站

井下監(jiān)控分站，主要用于與井下配電設備的綜合保護裝置的通訊。監(jiān)控分站把智能終端保護器的各種數據傳送給地面監(jiān)控中心工控機，另外，把工控機發(fā)出的控制指令(定值修改、分/合閘操作、裝置復歸)傳送給智能終端保護器，由智能終端保護器來執(zhí)行工控機的命令，從而可靠地完成對被控設備的控制。

2.3 數據中心站

數據中心站，是井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵，在于它能將井下大量的現場采集信息和數據快速、準確、實時上傳到監(jiān)控中心，并能將監(jiān)控中心下達的控制命令準確無誤的傳送到控制單元，及時采取措施避免事故發(fā)生。煤礦井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的主要網絡結構，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網絡結構

從圖中可以看出，上位機到井下監(jiān)控分站之間的傳輸介質為光纖，井下監(jiān)控分站到下位機(各個開關綜合保護器)之間的傳輸介質為通信電纜，他們采用的是高可靠性的CAN現場總線通信方式。

下位機包括高壓防爆開關、低壓真空饋電開關及磁力啟動器等智能綜合保護裝置，智能綜合保護裝置都是通過RS－485通信電路與監(jiān)控主機通信，從而可在主機上完成遠方合閘、分閘、修改參數、查詢開關狀態(tài)等操作。由此就造成了監(jiān)控分站與下位機之間要有一個RS485轉CAN總線的轉換來實現。現實中既要滿足下位機(各種開關)的要求，又要滿足與上位機的通信，很多廠家的RS485－CAN轉換器不能適合本系統(tǒng)的要求，與此系統(tǒng)不匹配。因此針對這種情況，我們設計了一種專門針對此監(jiān)控系統(tǒng)的RS485－CAN轉換器，以此實現井下數據傳輸。

2.3.1 RS485－CAN 轉換器硬件設計

煤礦井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中RS485－CAN轉換器硬件部分由以下幾部分組成:AT89C52控制器、SJA1000T獨立的 CAN控制器、TJA1050收發(fā)器、6N137光電隔離器?？刂破鰽T89C52負責SJA1000T的初始化，通過控制TJA1050來實現數據的接收和發(fā)送等通信任務。

此轉換器不僅與上級監(jiān)控分站通信，還可獨立與其他各節(jié)點通信。我們這里采用AT89C52微處理器，在需要和監(jiān)控分站或其它節(jié)點通信時，其通過P0口向SJA1000T的寄存器發(fā)送信息，再由TJA1050把信息傳遞到CAN總線上。分站和其他通信節(jié)點判斷接收報文的標識符，將對接收到的信息作相應的處理，從而實現通信功能，如圖3所示。

圖3 轉換器通信原理

其主要電路設計思路:

(1)微處理器AT89C52通過P0口向SJA1000T的寄存器發(fā)送信息，其引腳P2.7接CAN控制器SJA1000T的片選信號/CS，處理器C52和CAN控制器SJA1000T分別使用用12 MHz、16 MHz的晶振，以提高通信速率;

(2)TJA1050–高速CAN收發(fā)器，輸入電平為5V。其特點在于:高速、抗電磁干擾(EMI)能力極強、無待機模式等。收發(fā)器TJA1050的引腳8(Rs)用10 kΩ的電阻連接，實現抗干擾的作用;

(3)圖3中應為兩個高速光電耦合隔離器件6N137，由于6N137輸出引腳的驅動能力不夠，需要連接一個約360 Ω的上拉電阻，以增加輸出引腳的驅動能力;

(4)此設計還用了一個看門狗電路，看門狗芯片用MAX813，使系統(tǒng)受到強干擾時能自動復位，防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者程序跑飛。另外用MAX485SCA作為RS－485的接口芯片，將單片機串口引出的TTL信號轉化為RS－485信號，主要電路如圖4所示。

圖4 主要電路圖

2.3.2 系統(tǒng)通信模塊的軟件設計

通信模塊的軟件由5部分組成:初始化程序，發(fā)送程序和接受程序、中斷服務程序和錯誤處理程序，僅這幾部分程序，就能完成通信信息的傳遞。

主程序流程圖如下:

圖5 主程序流程圖

SJA1000T CAN總線控制器的初始化、發(fā)送程序和接收程序，在此不做贅述，我們只介紹一下主程序部分:

Void USART init(void)

{

UCSROB=0x9C;

UCSROC=0x36;

UBRRPOL=0x2F;

PORTD.4=0;//MAX485收發(fā)控制

DORD.4=1;

}

//發(fā)送10個數據，其中第一個數據是地址信息，其他是數據信息

Void TXD(unsigned char*datas)

{

unsigned char i=0;

PORTD.4=1;//使MAX485處于發(fā)送狀態(tài)

while(i＜amount)//一共發(fā)送amount個數據

{

while(UCSROA＆32)==0);//等待發(fā)送緩沖器空閑

//第一字節(jié)是地址信息(第9位=1)其他的是數據信息(第9位=0)

if(i==0)USCROB=1;

else UCSROB＆=254;

UDRO=*(datas+i);//裝載數據開始發(fā)送

i++;

}

while((UCSROA＆64)==0);

UCSROA=64;//清除發(fā)送結束標志

PORTD．4=0;//使MAX485 處于接收狀態(tài)

}

3 系統(tǒng)功能

通過網絡通訊技術、現場總線技術、上位機、工控機等完成井下配電設備數據的采集、顯示、保存和查詢，以及對井下配電設備進行適當的控制。具體功能如下:

(1) 井下電網參數的顯示和記錄，如ABC三相的電流、零序電流、線電壓、零序電壓、絕緣信號和相敏信號;

(2) 地面計算機給井下每一臺配電開關，分布一個通訊地址，在井上就可以通過輸入通訊地址來查詢開關的運行狀態(tài)，即實現遙信、遙調、遙控、遙測，可對井下設備進行遠程參數整定、修改及遠程分合閘等操作;

(3) 當井下設備發(fā)生如過壓、欠壓、斷相、漏電、過載、短路等故障時，利用系統(tǒng)的聲光報警功能，可精確顯示故障設備的故障性質和位置;

(4) 生成每臺配電開關的電能統(tǒng)計日、月、年報表，并可打印，以方便電能消耗的統(tǒng)計;

(5) 實現多種查詢功能，如井下電網參數的歷史記錄查詢、報表查詢、報警記錄查詢等。

4 結束語

目前，在江蘇大屯煤礦對其井下供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)進行改造以后，該系統(tǒng)安全穩(wěn)定，能夠實時監(jiān)測井下供電系統(tǒng)各級電壓值，負載電流值，功率值及開關的運行狀態(tài)，并能夠查看相關值的歷史曲線; 能對各個配電設備的保護值進行整定和修改，通過在上位機的操作實現遠程分合閘; 能夠對井下電網的數據實時采集處理，對其出現的短路、過載、過壓、漏電等各種系統(tǒng)故障進行實時告警和定位; 另外，系統(tǒng)還預留了視頻及WEB 接口，便于將來系統(tǒng)的擴展。通過在該礦的實際應用，說明了該系統(tǒng)技術先進、功能完善、可靠性高，提高了生產效率，為煤礦的井下電力安全提供了很好的保障，產生了很好的經濟和社會效益。

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