现场总线技术在煤矿供电监控系统中的应用.pdf

2 0 0 8 年 第6 期 互 艇差 斜l枝 5 7 现场总线技术在煤矿供电监控系统中的应用 刘欣荣赵艳丽冯泽涛 山东工商学院计算机系， 山东 烟台2 6 4 0 o 5 摘要针对煤矿井下的特殊环境， 提出了一套基于 P R O F IB U S总线并满足本安特性要求的煤矿供电监控系统， 它能够对地面3 5 k V变电站、 井 下中央变电所及采区变电所供配电设备的状况进行实时监测和控制。采用现场总线技术后， 供 电系统的稳定性和可靠性显著提高， 有效减少 了矿井无计划停电事故的发生。 关键词供电监控系统现场总线P l娟b Il s D P智能从站 中图分类号T D 6 1 文献标识码A Ap p fi c a t i o n o f c o a l mi n e p o we r mo n i t o r i n g s y s t e m Ba s e d o n F i e l d b u s L I UXi nt o n g，Z HA O Ya al i， F e I lg吐le～t a o D e p a r t m e n t o f c o m p u t e r ， S h a n d o n g I n s t i t u t e o f B u s in e s s a n d T e c h n o l o g y ， Y a n t a i 2 6 4 0 O 5 ， C h i n a A b s 嘲C o u n t e r i n g t h e p r o b l e m s 吐 jn ginth e p o w e r m a to r s y s t e mi n c o a l m i n e ， 锄 i n t r i n s ic a l l y s a f e o mu v l s y s t e mline d 0 1 1 P n f d u s fi e ld b u s i s d e - s i g n e d ． T h e w h o l e s t r u c tm e a n dp ri n c i p l e 0 f s y s t e m’ ㈣ d i s c u s s e d i n d e t a i l ． I t i s v e t i fi d e inp r a c t i c e t h a t t h e 8 y g 啪 p r o v e s h i y r e l j 8 h I e ， c a r l r e d u c eth e p h m s de c tr i e a ll y a c c i d e n t ． Ke ywo r d s p o w e 1 “ m mi 【 0 唱 s y s t e m F i dd lms P n f d ms D Pi n t e ll ig e n t s l a v e 瞎坐燮 业 墓 是 譬 。 监 控 系 统 组 成 障 安 全 生 产 。随着计算机、 通信和控制为代表的3 C 技 术的迅速发展 ， 使得网络集成信息 自动化正在应用到 I ． I 监控系统硬件网络结构组成 现场设备。现场总线控制系统 F ℃ s 被应用到煤炭供 基于现场总线的供电监控系统在结构上如图 1 所 电监控系统中， 既能实现矿井电网的安全监测又能节 示。 约资金 ， 有效保障了煤矿行业的安全生产。 变压器 交压器 图1 供电监控系统结构图 为了满足硬件网络结构设计， 系统采用三层网络 结构 最下层为井下采区的智能采集设备， 主要技术指 标 传输容量 6 4台分站， 分站容量 3 2台综保。根据 上述任务的分析， 选择西门子的模块化中型 P I E系统 S 7 3 0 0和 田 2 0 0 i S P分布式 I ／ O组成 P r o f d m s D P分 布式网络。S I M A T I C S 7 3 0 0系统所具备的高电磁兼 容性和强抗振动及结构紧凑 ， 特别适合工业环境和电 气干扰环境。管理层采用西门子公司的 s 7 4 0 0 系列 * 收稿日期 加0 8 0 8 0 4 作者简介 刘欣荣 1 9 7 7 一 ， 女， 江西靖安人， 2 0 O 2年毕业于东北 电力学院。 工学硕士。山东工商学院计算机系讲师， 主要从事计算机 测控系统的研究工作。 P I E 。这一部分主要完成现场总线通信控制与管理。 s 7 4 0 0 有方便的用户参数赋值人机界面 H i I 。通 过 C P 4 4 3 5 通信处理器将 P L C连接到 P r o fi b u s D P 上， 符合 E N S 0 1 7 标准， 数据传输为9 ． 6 k b p s 一1 2 M b p s 。 此层 P I E与上层 P c机相连， 组成主控中心， 可以完成 各个从站的组态、 运行监控等， 此层是整个供电监控系 统的核心。P r o fi b u s- - D P主干网络层采用 P r o fi b u s 总 线， 选用 4 芯光纤， 所有从站通过 P r o fi b u s 总线连接主 站， 实现数据的传输， 信息的交流。这样， 每个变电站 的电压、 电流、 功率等信号就可以传输到主站。电气防 爆是煤矿供电监控系统区别于其它类似系统根本区别 之一。采用现场总线技术后， 主要传输介质采用本质 安全的矿用阻燃光缆 ， 井下网络传输部分的网络端口 5 8 东 穗 晨 舛 妓 2 0 0 8 年 第6 期 采用光电隔离， 以保证本质安全防爆性能。系统中所 有的电器监测的安装或接人完全避开原供电回路， 监 测系统出现故障， 不影响井下正常供 电。现场总线设 备供电采用隔爆兼本安型电源单元， 供电单元由电气 隔离器或安全栅构成， 满足本安供电的要求。 1 ． 2 P r o fi b u s D P智能丛站的设计 井下智能采集器的主要功能是通过数个不同的传 感器采集高压开关的电流、 电压、 功率和开关的开合状 态等电气参数， 并分析有无电气故障发生， 如有则立即 分闸， 隔离故障点。使用了 S P C 3 A s I c 芯片和 A 偶9 C 5 2 作为智能从站的主要设备， S P C 3是西门子公司为优化 的智能 P r o fi b u s D P 丛站提供的一种专用通讯协议芯 片， 支持 P r o fi b u s D P 协议， 遵循 E N 5 0 1 7 标准。它能 够承担通信部分的微处理器的负载， 可独立完成全部 P r o fi b u s D P 通信功能。使用这种方式， 现场仪表处理 是数据的传送和处理 ， 而有点烦琐的通讯协议大部分 已由协议芯片完成， 图 2 为智能从站接线图。 图2 P r o fi b u s D P 智能从站 2 软件设计 本监控网络存在两类通信 I 上位机与主控 P IE 之间的通信； 2 主控 P IE 对各智能从站的访问。上位 机也可以访问从站， 这样在主控 P I E出现故障时， 整个 监控系统仍然能够和现场设备交换信息， 保证整个供 电监控系统的可靠性。 2 ． 1 一类主站通信软件设计 一 类主站 P IE 通过 C P 4 4 3 5接连到 P r o fi b u s D P 上， 在系统开始工作前要对各站点进行配置和参数工 作。由于一级主站采用西门子公司的 S 7 4 0 0 P IE ， 所 以主站硬件组态、 从站的硬件组态、 系统参数设置和程 序的编制都选用西门子 S T E P 7 软件。P r o fi b u s D P网 络的硬件组成后， 要使系统通信正常， 必须为每一工作 站分配一个指定的地址。S 7 的站地址是在 S T E P 7 内用 组态软件进行设定， 服务器和工程师站 的站地址用 S E T P C P C 接 口对 C P 4 4 3 5 进行设定。组态过程中， 最主要的工作就是给网络接点即各从站分配网络地址 和确定它们之间的传输协议。 2 ． 2 工控组态软件 W I N C C在上位机中的应用 在整个监控系统的上机位上， 采用的是西门子的 组态监控软件 S I M A T I C W I N C C ， 它是目前所有组态软 件中比较强大的一种， 其本身提供与 s 7 3 0 0 P IE 的驱 动软件， 因此 P I E与上位机的连接变得非常容易。通 过集成 S Q L 的归档数据访问， 以及通过 O I E 2 ． 0 和 A c ． t i v e X 控件对象和文档的链接， 可以把 P I E信息直接连 接到用户应用图形上。创建的监控界面主要包括 人 机交互界面、 数据 自动接收界面， 故障查询界面等等。 能够实现对下位机参数的设定、 数据查询， 对报警、 保 护信号进行复归； 能够为事故分析提供依据。可在主 站对井下测控分站的整定值进行调整。 2 ． 3 智能从站软件设计 井下的智能采集器 中使用了西门子公司的 专 用 协 议 转 换 芯 片 S P C 3 。通过中断处理程 序， 用于完成 S P C 3中发 生的各种事件 的处 理， 智能从 站通过 S P C 3使 用现场总线与智能采集 器通讯 ， 获得数据， 主程 序流程如图 3所示。通 过应用程序的循环， 进 行了现场所在的输入／ 输 出处理。微处理器需要 对 S P C 3进行合 理的配 置、 初始化 处理。一般 用结构体数据结构来实 现数据的通信和报文。 主要处理项 目有 IA T 8 9 C 5 2 s v c 3 t 0 k I 用户设备接入I ， 0 程序 ● 采 集 处 理数 据 智能 拉 翻 运 算、 输出 I -● l 启 动 s P c 3 I k I 读 s P c 3 缓 冲 -区 中 的 熬 据 更 新 l I s P c 3 输入缓 冲区 J N 图3 智能从站软件设计流程图 DPs 2 一 BUI 1 Nr J ’， ／ 各种报文缓存区的大小； D S P 2 ． I O ． D A T A ． L E N／ ／ 数据输出、 输入的大小； D P S - D I A G - S T A T E - D E F， ， 诊断数据报文； D P S - P R M ． S T A T E - D E F ／ ／ 参数化报文； D P S - C F S - S T A T E - D E F／ ／ 组态报文。 3 结束语 本系统采用出 P r o fi b u s D P 总线技术， 将 P IE 和工 控机有机结合， 具有组网简单， 通信稳定性好， 且具有 本质安全防爆性能等特点， 能够保障煤矿供电系统的 安全运行。 参考文献 [ 1 ] 阳宪惠． 现场总线技术及其应用[ M] ． 北京 清华大学出版社， 2 O O 2 ． [ 2 ] 韩兵． 现场总线控制系统应用实例[ M] ． 北京 化学工业出版社 2 O O 6 [ 3 ] 雷霖 ， 现场总线控制网络技术[ M ] ． 北京 电子工业出版社， 2 O O 4 [ 4 ] 罗志军， 基于P r o f d u s D P 的P I E与P c 现场总线控制系统[ J ] 微 计算机信息， 2 O O 4 ， z o n 5 6 [ 5 ] 郑效田， 基于 W E B技术的煤矿井下供电电网实时监控系统 [ J ] 工矿自动化， 2 0 0 4 1 2