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)設計.pdf

1、近年來，隨著自動設備在現(xiàn)代煤礦企業(yè)中的廣泛應用，井下供電設備成為煤礦井下生產(chǎn)、控制的重要支撐。煤礦井下供電設備在出現(xiàn)短路、漏電、過壓等故障時，其保護裝置會自動分閘，切除故障線路，造成停電事故，給井下供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來隱患，因此，大多井下變電所會有專門人員巡檢開關及保護裝置的狀態(tài)，確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行。但隨著開采的深入，配電點的增加，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、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)，能夠遠程集中監(jiān)測井下供電設備運行狀態(tài)，對保護裝置動作參數(shù)進行遠程整定，在調(diào)度人員允許時遠程投、切保護裝置，使工作人員實時掌握井下供電情況，并在保護裝置動作時快速獲知故障位置及類型，及時制定對應措施并排除故障，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)絡的構建至關重要，但在目前的井下供電監(jiān)控系統(tǒng)設計方法中，數(shù)據(jù)

3、采集過于依賴供電設備的信號輸出接口，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)絡占主體，造成通信不穩(wěn)定，且對微控制器的開發(fā)設計較少，限制了通信網(wǎng)絡性能的進一步提高。因此，設計一種以微控制器為基礎，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)設計方案，通過對供電系統(tǒng)運行信息的采集、共享，并設計遠程

4、終端進行監(jiān)視、控制操作，實現(xiàn)對供電設備的遠程監(jiān)測，保護裝置動作參數(shù)的遠程整定，同時在調(diào)度人員允許時，對保護裝置進行投、切，完成井下供電設備的遠程綜合管理，使工作人員實時了解井下供電情況，掌握事故處理的主動性。本課題主要進行了以下方面的研究:
　　1、設計了以井下監(jiān)控單元、地面集控中心及通信網(wǎng)絡為構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備的運行信息到集控中心，完成監(jiān)控點現(xiàn)場情況的匯總，為供電設備的遠程監(jiān)控奠定基礎。
　　2、采用上位機KingView軟件設計地面集控中心操作系統(tǒng)，顯示供電設備的供電參數(shù)、保護限值及保護設備狀態(tài)等信息，對保護裝置動作參數(shù)進行遠程整定，對保護裝置遠程投、切，對遙測量、遙信量數(shù)據(jù)進行記錄并存放到數(shù)據(jù)庫中，并在保護裝置動作時，彈出提示窗口，指示動作地點。集控中心作為供電監(jiān)控系統(tǒng)的總終端，

6、完成對井下供電設備的遠程監(jiān)控，使地面工作人員實時全面掌握井下供電情況，增強供電設備故障處理能力。
　　3、基于工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線設計通信網(wǎng)絡連接現(xiàn)場供電設備、井下監(jiān)控單元及地面集控中心。設計具有通信自恢復、數(shù)據(jù)確認功能的RS485電氣隔離接口，通過連接供電設備信息接口完成供電設備訪問，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與指令傳輸。基于TCP/IP體系結構，以井下以太網(wǎng)通路為介質(zhì)，通過以太網(wǎng)接口構建井下監(jiān)控單元之間的互訪網(wǎng)絡，并設計網(wǎng)絡自診斷機制，完成

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

8、井下供電監(jiān)控系統(tǒng)具有如下功能:(1)對井下供電設備的供電參數(shù)、保護裝置狀態(tài)等信息進行遠程集中監(jiān)測;(2)對保護限值進行就地與遠程整定操作，在調(diào)度人員允許時對保護裝置進行投、切;(3)在任一監(jiān)控單元能夠查詢其他監(jiān)控點信息并進行整定操作;(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)能實時集中監(jiān)測煤礦井下供電設備運行信息并進行遠程整定、控制操作，可應用于配電