李樹(shù)奇

（鄭州煤炭工業(yè) ［集團(tuán)］有限責(zé)任公司供電分公司）

0 引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，煤礦開(kāi)采技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了信息化，這給電力系統(tǒng)提出了較高的要求，尤其是在電力監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)、控及檢測(cè)等方面［1］，信息化手段能夠及時(shí)快速地檢測(cè)和處理煤礦生產(chǎn)設(shè)備故障及突發(fā)事件。信息量復(fù)雜而繁多是煤礦電力系統(tǒng)的重要特點(diǎn)，信息量控制設(shè)備運(yùn)行的有效掌握，直接關(guān)系煤礦整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)作狀態(tài)。一般來(lái)講，煤礦電力監(jiān)控信息多少利用模擬量傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于煤礦技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展及應(yīng)用，煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備得到極大改進(jìn)，已經(jīng)由模擬量的傳輸應(yīng)用轉(zhuǎn)為數(shù)字量的傳輸，但這也使得煤礦信息量變得更加復(fù)雜和混亂，難以進(jìn)行統(tǒng)一、規(guī)范的傳輸。

煤礦信息本身較為復(fù)雜和豐富，如開(kāi)關(guān)量、高壓開(kāi)關(guān)、電流、電壓及傳感器模擬等信息，加上許多開(kāi)關(guān)信息量的通信傳輸方式并未完全實(shí)現(xiàn)智能化，以及一些傳統(tǒng)通信模式的存在，因此，煤礦電力控制系統(tǒng)的信息處理、搜集模塊必須統(tǒng)一，系統(tǒng)利用統(tǒng)一的搜集及處理模塊對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行處理、分析，且在轉(zhuǎn)化處理后，利用TCP／IP協(xié)議傳輸［2］，以監(jiān)控整個(gè)煤礦電力系統(tǒng)的信息控制和傳輸，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)提示和報(bào)警，工作人員在接到報(bào)警后對(duì)其進(jìn)行及時(shí)處理和控制，以確保電力監(jiān)控系統(tǒng)的政策運(yùn)轉(zhuǎn)和煤礦生產(chǎn)的安全，從而實(shí)現(xiàn)了煤礦安全監(jiān)控的信息化和現(xiàn)代化。

1 煤礦電力系統(tǒng)信息量采集及轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)及原理

煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)的信息量采集模塊主要有數(shù)字量模塊、開(kāi)關(guān)量模塊、模擬量模塊和陳舊設(shè)備中非智能化的信息采集模塊，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、處理和分析這些模塊的信息并將其輸入存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)。其中模擬量模塊主要為電力系統(tǒng)的功率因數(shù)、頻率、電流、電壓、無(wú)功及有功功率、溫度、有功及無(wú)功電度等。開(kāi)關(guān)量模塊主要有信號(hào)預(yù)告、事故信號(hào)、開(kāi)關(guān)位置、撤除信號(hào)、自動(dòng)裝置投入、開(kāi)門信號(hào)、遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)或當(dāng)?shù)亻_(kāi)關(guān)的操作位置信號(hào)等。陳舊設(shè)備中非智能設(shè)備的傳輸模式、心理處理及采集也是其信息量?jī)?nèi)容之一。在信息量采集中，煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)主要利用CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)，高性能、大容量的MCU、ROM、RAM、Memory、FLASH等共同構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的中心心臟CPU［3］。這種高性能及大容量的存儲(chǔ)容量能夠確保CPU的數(shù)據(jù)處理和記錄能力非常強(qiáng)大，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)2路CAN和RS－485總線采集設(shè)備信息量，經(jīng)過(guò)中央處理器處理后，再由傳輸協(xié)議TCP／IP向后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)傳輸。

然而，由于煤礦電力系統(tǒng)信息量傳輸方式比較復(fù)雜，監(jiān)控系統(tǒng)利用采集模塊采集擬量和開(kāi)關(guān)量，而后將此信息量傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器，CPU內(nèi)核在接到相關(guān)指令后再提取相關(guān)信息，且利用編譯指示軟件處理該信息，完成處理后形成TCP／IP統(tǒng)一協(xié)議，再向以太網(wǎng)向電力監(jiān)控系統(tǒng)傳輸，而后由電力監(jiān)控系統(tǒng)分析整理相關(guān)數(shù)據(jù)，并在分析、提示后對(duì)電力控制系統(tǒng)的整個(gè)信息進(jìn)行判斷和掌握，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，電力監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警和處理。煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)信息量采集及處理的工作原理見(jiàn)圖1.

圖1 煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)信息量采集、處理運(yùn)行圖

2 煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)信息量采集及傳輸

2.1 采集信息量

模擬量、開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量等信息量的采集需要采集電路對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行采集來(lái)實(shí)現(xiàn)，由采集電路再將其上傳至中央處理器，經(jīng)內(nèi)核處理器處理后由TCP／IP協(xié)議上傳至監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控。該采集模塊主要是對(duì)非智能及數(shù)字信號(hào)、模擬量、開(kāi)關(guān)量進(jìn)行采集。

采集非智能信號(hào)需要單獨(dú)的采集電路來(lái)完成。有些非智能設(shè)備應(yīng)用INA129，其為精度高且功耗低的通用型儀表放大器，能夠提供很高的寬帶，且偏置電壓非常低，共模抑制強(qiáng)，能夠以便攜式電池進(jìn)行工作，非常適用于采集礦山信號(hào)。采集信號(hào)利用INA129的2及3管腳將信息量輸入到通用放大器，而后在6腳把放大的電壓輸出，并以Ro的調(diào)節(jié)對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)［4］。

2.2 傳輸信息量

信息量被采集后要利用模數(shù)轉(zhuǎn)換成能夠被處理器識(shí)別的信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換通常選擇噪音低、功耗低的三通轉(zhuǎn)換器。經(jīng)AOUT將模擬信息量輸入到轉(zhuǎn)換器中，再經(jīng)DOUT將24位的數(shù)字量輸出。在光耦隔離作用下傳輸至處理器中，進(jìn)而完成對(duì)模擬量、開(kāi)關(guān)量信息的采集。采集電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路見(jiàn)圖2.

如果控制系統(tǒng)接收到處理信息量指令，需要將信息量轉(zhuǎn)換為TCP／IP協(xié)議而后再向監(jiān)控系統(tǒng)傳輸，煤礦安全監(jiān)控工作人員操作監(jiān)控系統(tǒng)。在傳輸信息量過(guò)程中，一旦出現(xiàn)緊急狀況，應(yīng)即刻將優(yōu)先級(jí)提高，立即傳輸，且經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警，以引起監(jiān)控系統(tǒng)操作者注意和避免出現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)失控。轉(zhuǎn)換信息時(shí)，由中央處理器完成，若是開(kāi)關(guān)量信息則傳輸至CPU內(nèi)核，并由其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的TCP／IP協(xié)議。煤礦智能設(shè)備必須由此通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)，并無(wú)需轉(zhuǎn)換而直接存儲(chǔ)傳輸和采集。

圖2 采集電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖

當(dāng)煤礦設(shè)備被電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控時(shí)，處理其相應(yīng)信息量時(shí)，需要完成處理相應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)及模擬信號(hào)，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)γ旱V設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行直接控制，以確保煤礦設(shè)備及各個(gè)環(huán)節(jié)的正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)解決。

2.3 處理信息量

煤礦電力監(jiān)控系統(tǒng)程序編寫(xiě)采用的是C語(yǔ)言，該編寫(xiě)語(yǔ)言的功能強(qiáng)大，且具有較強(qiáng)的可維護(hù)性和可移植性。當(dāng)然，監(jiān)控系統(tǒng)程序功能的實(shí)現(xiàn)需要滿足各個(gè)硬件的要求。如果監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，中央處理器對(duì)各個(gè)設(shè)備的信息進(jìn)行收集并歸類分析，經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)處理后將所采集的信息量統(tǒng)一處理、存儲(chǔ)至TCP／IP協(xié)議，并向上傳輸信息量。

數(shù)據(jù)處理中所用為SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)較為成熟，應(yīng)用也較為廣泛，且信息傳輸?shù)男矢?、完整性?qiáng)，能夠?qū)﹄娏ΡO(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題能夠及時(shí)提前報(bào)警和迅速診斷系統(tǒng)的故障。該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)一步強(qiáng)化了煤礦電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行安全性和可靠性，減輕了監(jiān)控工作者的負(fù)擔(dān)，使經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)了電力監(jiān)控系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化和現(xiàn)代化，為電力系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的核心。采集及處理完數(shù)據(jù)后可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出并對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行分析，顯示出故障位置，對(duì)相應(yīng)線路的波形輸出進(jìn)行查看并發(fā)出故障警告。數(shù)據(jù)處理能夠?qū)υO(shè)備故障和設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行線上診斷，并可對(duì)其進(jìn)行濾波分析。

總之，在現(xiàn)代煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控中，電力監(jiān)控系統(tǒng)極為關(guān)鍵，其信息采集及轉(zhuǎn)換改變了煤礦電力監(jiān)控的傳統(tǒng)模式，能夠?qū)⒚旱V設(shè)備運(yùn)行及歷史運(yùn)行參數(shù)、性能參數(shù)、電路運(yùn)行狀況等在監(jiān)控主機(jī)上顯示，以便于電力調(diào)度對(duì)電力系統(tǒng)安全性、故障隱患、設(shè)備性能偏差等進(jìn)行評(píng)估，在設(shè)備或系統(tǒng)故障發(fā)生前，能夠及時(shí)指揮相關(guān)人員進(jìn)行處理，以免發(fā)生事故。從而確保了煤礦生產(chǎn)的安全性，并提高了其經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全生產(chǎn)的現(xiàn)代化和信息化、智能化。