煤矿地面供电综合自动化系统设计

煤矿地面供电综合自动化系统设计

王涛

（临沂矿业集团有限责任公司王楼煤矿山东济宁272063）

摘要：国外在煤矿开采和管理中应用的系统经过不断完善和创新，已经发展到现在的第四代以微机技术为基础的综合自动化系统，在实际应用中取得了较为可观的成效。我国从国外引进的HIMASS系统是美国新研发的煤矿综合自动化系统，承担着煤矿生产安全监测的重担，包括煤矿下各种温度、负压和瓦斯指标的监测，设备的正常运转情况等等，实现全自动化的生产和监控。由此看来，加强煤矿综合自动化系统的研究和设计分析是尤为必要的，对于后续理论研究和实践工作开展具有一定参考价值。

关键词：煤矿地面；供电；综合自动化；系统设计

引言

目前我国在矿业生产领域的配电自动化水平还处于较低的水平。对于配电系统来讲，友好及时的监控系统可为调度人员实时了解系统运行状态提供足够的信息，管理人员可根据调度指令对系统状态进行合理的调整来避免供电中断或者在故障出现早期就启动相应的维修程序，缩短因故障原因导致的生产停滞，给企业带来直接的经济效益。此外，经过对监控系统所给出状态信息的分析，监控人员可向生产前线下达合理的指令，指导安全生产。

1地面供电综合自动化系统的设计

1.1控制系统的软件系统结构

综合自动化控制系统的软件系统主要包括:MＲTDBS实时数据库、I/O驱动接口以及VB编程语言控制软件三部分构成。其中，实时数据库是用来对电路中各种的输入信息及反馈信息分类整理、判别的基础，是控制系统的核心部分，其主要由五个子库构成。

（1）组态数据库(DSDBS)

DSDBS主要记录整理特殊命令数据、反馈信息、数据属性以及与时间相关的动态数据。在构建DSDBS时，获取的数据可由同一ADO处理联系，其后生成的组态信息数据由关系数据库存储。

（2）事件库(DEDBS)

供电网路中的突发事件都由DEDBS进行处理并存储。DEDBS的核心特征为及时反馈特性，对此数据的分析、调用，以及后期的控制均要快捷，在发生电路故障或报警等突发状况，可及时处理。

（3）优先级数据库(PDBS)

PDBS可调出ＲTDBS中数据，并分析归类，划分数据的优先级别，因此与时间相关度越精确越好。在设计PDBS时，首先应保证其与整个系统计算机时间同步，才能保证其调用数据的有效性，以便于智能判别或管理者分析。

（4）历史数据库(HDBS)

HDBS的主要目的是存储过去一定时间段内的数据，以便于在需要这些数据时候及时调用，供管理人员分析。HDBS大大降低了数据接口及缓存负担。HDBS的设计要点是：采用历史数据缓冲技术，缓冲区大小根据计算机内存以及硬盘存储空间调整；此外，还可利用数据压缩技术以防数据存储崩溃。

1.2控制系统的硬件设备

（1）综合接入网关(MSAG)

MSAG的主要任务是对地面供电网路中的电路或开关等电气装置的监测数据进行汇总，并基于光纤传送至管理平台。MSAG基于AＲM9内核控制器与VxWOＲKS操作系统，采用TCPIP协议构见通信协议，实现跨平台、跨总线的数据传递。

（2）环网交换机

将以太网标准的环网交换机应用至地面供电控制系统，环网交换机是非常重要的硬件，具有输电局域广、安装与维护便捷、可自动感应报警、操作简易等优点。与井上供电系统与控制系统相连接，实现监测与自动控制动作。

1.3软件体系结构

煤矿综合自动化系统的软件主要是采用组态化设计，整合井下环境监控子系统和生产环节的自动化控制系统，建立统一的自动化系统。组态软件是通过I/O驱动，从现场收集到的信息加工和处理后，以直观生动的图形方式呈现在计算机屏幕上；加工主站的控制命令传输到I/O设备中，对于重要的历史数据存储在数据库中，为后续的数据使用提供检索和利用功能。一旦出现异常情况，可以向值班人员发出预警信息，并做好预警信息的记录。

（1）实时数据库

作为组态软件中核心部分，具备历史数据检索功能，一旦出现事故报警处理，存储报警数据信息，实现数据的科学分析和计算，还可以实现I/O数据连接等等。实时数据库中主要由几个部分组成，其一，组态数据库作为该系统中的核心配置，主要是负责记录收集得到的设备运行情况，将数据属性和相关性进行分析，为后续数据库系统完善提供数据支撑；其二，事件库则是在事故报警中的数据信息，可以自动化处理紧急事情；其三，主动规则库，用户可以根据实际需要来选择要监控的事件。

（2）I/O驱动

组态软件的实施数据库主要是为了实现设备之间的通信连接，实现资源信息的共享和交换，I/O驱动是设备交互的桥梁，实时性和可靠性是数据库正常运行的首要前提，为了确保数据信息的正常传输，应统一硬件设备结构。DCS和PLC控制设备；Etherent、Profibus现场总线通信接口装置；PC总线工业计算机板卡装置。

2下位机信号采集电路设计

信号采集是整个监控系统十分重要的一个环节，供电系统中的电压和电流参数是整个系统状态是否正常的重要指标，通常更关注电压和电流的幅值大小，所以对于交流电压和电流来讲首先要经过信号调理电路整形为直流量，然后再经过合理的幅值变换送入微控制器的AD采样通道。

2.1下位机软件设计

下位机和传感器是监控系统最重要的组成部分，下位机通过应用软件控制整个系统中各个环节按照预定的逻辑顺序工作，下位机软件程序流程如图5所示。微控制器上电后首先按照系统工作要求对其中的各个模块进行配置，例如模拟通道转换数量和转换等待时间、以及串口通讯的波特率等。此外，为了对AD采样结果进行数字处理，相关的中间变量需被赋为合理的初值。初始化完成后CPU启动AD转换对相应的转换通道进行扫描，得到相应电气量的转换结果后，对连接有开关检测电路的IO口状态进行检测，判断相应开关的状态。此时CPU已经完全读取了系统中的基本信息。在经过串口发送数据至上位机之前，CPU需要对相应的变量进行数字运算处理，比如串口通讯中一次发送8bit的数据，即只能表示最大255的电气量，而有些电参量的值，比如线电压、直流电压、电流等通常会超过255，所以需要对相应的数据进行拆分，分成2个字节进行发送。下位机和上位机协议为：对于某变量来讲，上位机接收到的第1个字节为数据的低位。所以再拆分发送时下位机必须将相应的低位首先发出，上位机根据协议进行数据重组，还原得到正确的数据。

2.2上位机软件设计

VB为系统上位机软件设计提供了丰富的控件，这里使用其中的串口控件、文本显示控件、数据显示控件和命令控件。上位机程序软件流程如图6所示，由于VB采用基于事件驱动的程序执行方式，需要配置各个控件在不同事件发生时所触发的子函数。数据显示控件的内容主要在串口接收子函数中设置，串口接收到数据后首先按照协议对数据进行重组还原得到正确的数据，然后通过对数据显示控件中文本属性的赋值实现显示界面的刷新。

命令控件只需设置点击事件所对应的子函数即可。系统中主要设置预案设置、关闭下位机和复位下位机3个命令按钮，上位机可以通过相应的命令按钮向下位机下发命令。

结束语

综上所述，煤矿作为推动社会经济持续增长的重要动力，逐渐进入到深井作业阶段，对于开采技术和工艺提出了更高的要求。应用信息化技术，建立煤矿综合自动化系统可以实时监控井下生产情况，实现生产活动的统一调度和安排，降低人工管理可能存在的失误可能性，提升工作成效。与此同时，井下一旦出现安全隐患和异常现象，及时发出预警信号，实现工作面电、瓦斯控制，分析潜在的爆炸情况，提高矿井自动化管理水平。

参考文献

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[3]郭龙.基于OPC技术的煤矿综合自动化系统的研究与设计[D].河北工程大学，2013.