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摘要：为保障煤矿企业的施工进度以及安全生产，建立一套稳定高效的，供电自动化系统就显得非常重要，因此，基于现场总线的煤矿供电自动化系统的优化完善就更是重中之重，下面本文就对于煤矿工程的特殊工作环境，分析一下基于现场总线下的供电自动化系统的构成，以及所应用的软件和优点，从而获得煤矿供电自动化系统可靠性以及稳定性的提高，确保煤矿生产的安全进行。
关键词：煤矿供电系统；供电自动化；Profibus DP 环形网络
中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：
在我国所使用的一次性能源中70%都来源于煤炭，而95%以上的煤炭资源都源自井工开采矿井，因此，高效可靠的供电监控系统对煤炭企业非常重要，它是井下钻煤工人的安全保障，也是开采工作顺利进行的电能依靠，随着计算机通讯技术的迅速发展，使网络集成信息自动化技术正广泛应用到现场设备，现场总线系统也被广泛应用到煤炭供电监控系统。
监控系统组成 1.1 监控系统硬件组成
为满足硬件网络结构的设计，监控系统使用三层网络结构：即最下层是井下开采区职能采集设备，技术指标为：传输容量为64个分站，分站容量为32个综保。传输速率为2400bps。根据以上技术指标我们可知，选择西门子的中型PLC系统s7-300与ET200iSP分布式I/O 组成Profibus DP分布式网络，由于SIMATICS7-300系统具有强抗震动、高电磁兼容性以及结构紧凑等优点，非常适用于恶劣的工业环境以及电气干扰环境。管理层采用西门子的S7- 400系列PLC，从而能够使这一层实现现场总线通信控制及管理，这层的PLC与上层PC机连接，共同组建为监控系统的控制中心，从而能够对各个分站的运行以及组态进行监控，所以，这一层是供电监控系统核心所在。Profibus DP主干网络层使用四芯光纤，从而将所有的从站通过Profibus总线连接到主站，进而实现信息交流与数据的传输。这样就能使每个变电站电压、电流以及功率等信息传递给主站。煤矿的供电监控系统与其他的类似系统最根本区别在于煤矿生产的电气防爆，而运用现场总线技术之后，主要承担传输任务的介质使用的是本质安全的煤矿专用阻燃光缆，而井下的网络传输所使用的网络端口也采用了光电隔离技术，从而保证了本质安全的防爆性能。供电监测系统中的电器监测的安装与接入都完全避开原来的供电回路，所以，当监测设备出现故障时，也不会对井下的高压回路供电产生影响。现场总线设备供电所采用的隔爆兼本质安全型电源单元均由安全栅与电气隔离器组成，所以完全能够满足本质安全供电的需求。
1.2 Profibus DP智能从站设计分析
井下的智能采集器一般由多种型号传感器组成，以对高压开关的电压、电流、功率以及开合状态进行信息参数采集，并能够及时分析是否存在电气故障，若存在，还可进行迅速分闸，从而将故障点与正常供电区域相隔离。智能从站主要使用的是SPC3ASIC芯片与AT89C52设备，而SPC3是对Profibus DP从站进行优化所使用的一种通讯协议芯片，它支持Profibus DP协议，并遵循EN50170标准。它不仅能承担通信过程中处理器的负载，还能独立的完成Profibus-DP的通信功能。现场仪表处理即对数据的传输以及处理，这种方式能使大部分由芯片完成的通信协议不再繁琐。
二、软件设计
2.1 一类主站通信的设计
一类主站PIE是采用CP443--5与Profibus DP相连，在监测系统开始运行前对各智能从站进行配置工作。由于一级主站所使用的是西门子的S7—400PIE，所以主、从站的硬件组态以及系统的参数设置与程序编制都采用STEP7软件，STEP7编程是个较为复杂的工作，每一步都必须按照相关流程进行，在编程工作中，所需要的系统信号以及名称、数量，硬件的预置参数，如地址与量程等，配置表中排列次序均要与实际要求一致，模块订货号也需和硬件模块想匹配，否则CPU将会提示出错，当Profibus DP网络组建完成后，要使系统能够正常通讯，就必须为每个从站分配一个固定的地址，S7站址是STEP7软件用组态软件进行设置的，服务器以及工程师站站址使用SETPC#PC接口对CP443—5进行设置，必须注意的是，给从站分配指定的网址以及确定他们间的协议是组态过程中最重要的工作。
2.2 工控组态软件在上位机中的使用
在整个煤矿供电监控系统中的上极为上，所使用的是西门子公司的SIMATIC WINCC組态监控软件，它是现如今所有组态软件里最为强大的一款软件，由于软件本身可提供s7—300PIE的驱动程序，所以PIE能够非常容易的与上位机取得连接。通过对集成SQL归档数据的访问，以及通过与ActiveX控制对象和OLE2.0对文档的链接，PIE的信息数据可以直接连接到用户的应用图形上。这款软件创建的监控系统的界面主要有：人机交互界面、故障查询界面以及数据自动接收界面等等，这一系列界面不仅能够实现下位机参数的设定、可靠性数据的查询以及复归报警与保护信号等，还能为事故以后的分析工作提供相关依据，从而使工作人员及时的对井下监测分站的整定值做出调整。
2.3 智能从站软件的设计
井下的智能从站的采集器内所使用的协议转换芯片为西门子公司的SPC3，信息采集时，可使用中断处理程序，对SPC3中的突发事故进行有效处理，井下智能从站通过SPC3的应用，从而实现现场总线和采集器间的数据通信，最后处理器需对SPC3合理配置以及初始化处理。
三、该系统的优点分析
3.1 监控系统数字化、网络化
现场总线技术使监测系统组建更简单，数据采集更方便，通信系统更稳定，这样可以使各个从站设备间互相独立，任何一个从站出现故障，都不会对其他从站产生影响。由于现场总线技术的网络化、开放化，使其具有较高的互相操作性、资源共享性，从而提高数据信息传递的效率。
3.2 系统扩展性强
由于现场总线技术的开放性特点，使其技术与相关标准都较为公开化，设备间的互联更方便，设备的选用可根据系统规划，从而选择性价比较高的设备，以实现整个系统实用性与经济性的最佳契合。而且其具有很高的扩展性，使设备更新更方便。
3.3 功能综合化
使用现场总线技术以后，煤炭供电监测系统更完善，可以时时的对供电系统的电压、电流、功率以及有功电量、因数及频率等主要运行数据进行监测，并做出相应的判断。而且界面风格简单、直观、友好。系统结构在设计、安装以及运行维护中都可以体现较高的优越性，从而提高工作效率，为煤矿供电自动化提供可靠支持。
参考文献
[1] 杭林森．基于现场总线的煤矿供电自动化系统分析[J]．城市建设理论研究，2011,12(1):33．
[2] 邓先明，杨宇，方荣惠．基于现场总线的煤矿供电自动化系统[J]．电力自动化设备，2007,27(4):95--98．
[3] 刘欣荣，阳光．基于现场总线的煤矿供电监控系统[J]．科技信息（科学教研），2008,12(25):359--360．
王振业，男，1985年10月出生，助理工程师，毕业于山东科技大学电气工程及其自动化专业
关键词：煤矿供电系统；供电自动化；Profibus DP 环形网络
中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：
在我国所使用的一次性能源中70%都来源于煤炭，而95%以上的煤炭资源都源自井工开采矿井，因此，高效可靠的供电监控系统对煤炭企业非常重要，它是井下钻煤工人的安全保障，也是开采工作顺利进行的电能依靠，随着计算机通讯技术的迅速发展，使网络集成信息自动化技术正广泛应用到现场设备，现场总线系统也被广泛应用到煤炭供电监控系统。
监控系统组成 1.1 监控系统硬件组成
为满足硬件网络结构的设计，监控系统使用三层网络结构：即最下层是井下开采区职能采集设备，技术指标为：传输容量为64个分站，分站容量为32个综保。传输速率为2400bps。根据以上技术指标我们可知，选择西门子的中型PLC系统s7-300与ET200iSP分布式I/O 组成Profibus DP分布式网络，由于SIMATICS7-300系统具有强抗震动、高电磁兼容性以及结构紧凑等优点，非常适用于恶劣的工业环境以及电气干扰环境。管理层采用西门子的S7- 400系列PLC，从而能够使这一层实现现场总线通信控制及管理，这层的PLC与上层PC机连接，共同组建为监控系统的控制中心，从而能够对各个分站的运行以及组态进行监控，所以，这一层是供电监控系统核心所在。Profibus DP主干网络层使用四芯光纤，从而将所有的从站通过Profibus总线连接到主站，进而实现信息交流与数据的传输。这样就能使每个变电站电压、电流以及功率等信息传递给主站。煤矿的供电监控系统与其他的类似系统最根本区别在于煤矿生产的电气防爆，而运用现场总线技术之后，主要承担传输任务的介质使用的是本质安全的煤矿专用阻燃光缆，而井下的网络传输所使用的网络端口也采用了光电隔离技术，从而保证了本质安全的防爆性能。供电监测系统中的电器监测的安装与接入都完全避开原来的供电回路，所以，当监测设备出现故障时，也不会对井下的高压回路供电产生影响。现场总线设备供电所采用的隔爆兼本质安全型电源单元均由安全栅与电气隔离器组成，所以完全能够满足本质安全供电的需求。
1.2 Profibus DP智能从站设计分析
井下的智能采集器一般由多种型号传感器组成，以对高压开关的电压、电流、功率以及开合状态进行信息参数采集，并能够及时分析是否存在电气故障，若存在，还可进行迅速分闸，从而将故障点与正常供电区域相隔离。智能从站主要使用的是SPC3ASIC芯片与AT89C52设备，而SPC3是对Profibus DP从站进行优化所使用的一种通讯协议芯片，它支持Profibus DP协议，并遵循EN50170标准。它不仅能承担通信过程中处理器的负载，还能独立的完成Profibus-DP的通信功能。现场仪表处理即对数据的传输以及处理，这种方式能使大部分由芯片完成的通信协议不再繁琐。
二、软件设计
2.1 一类主站通信的设计
一类主站PIE是采用CP443--5与Profibus DP相连，在监测系统开始运行前对各智能从站进行配置工作。由于一级主站所使用的是西门子的S7—400PIE，所以主、从站的硬件组态以及系统的参数设置与程序编制都采用STEP7软件，STEP7编程是个较为复杂的工作，每一步都必须按照相关流程进行，在编程工作中，所需要的系统信号以及名称、数量，硬件的预置参数，如地址与量程等，配置表中排列次序均要与实际要求一致，模块订货号也需和硬件模块想匹配，否则CPU将会提示出错，当Profibus DP网络组建完成后，要使系统能够正常通讯，就必须为每个从站分配一个固定的地址，S7站址是STEP7软件用组态软件进行设置的，服务器以及工程师站站址使用SETPC#PC接口对CP443—5进行设置，必须注意的是，给从站分配指定的网址以及确定他们间的协议是组态过程中最重要的工作。
2.2 工控组态软件在上位机中的使用
在整个煤矿供电监控系统中的上极为上，所使用的是西门子公司的SIMATIC WINCC組态监控软件，它是现如今所有组态软件里最为强大的一款软件，由于软件本身可提供s7—300PIE的驱动程序，所以PIE能够非常容易的与上位机取得连接。通过对集成SQL归档数据的访问，以及通过与ActiveX控制对象和OLE2.0对文档的链接，PIE的信息数据可以直接连接到用户的应用图形上。这款软件创建的监控系统的界面主要有：人机交互界面、故障查询界面以及数据自动接收界面等等，这一系列界面不仅能够实现下位机参数的设定、可靠性数据的查询以及复归报警与保护信号等，还能为事故以后的分析工作提供相关依据，从而使工作人员及时的对井下监测分站的整定值做出调整。
2.3 智能从站软件的设计
井下的智能从站的采集器内所使用的协议转换芯片为西门子公司的SPC3，信息采集时，可使用中断处理程序，对SPC3中的突发事故进行有效处理，井下智能从站通过SPC3的应用，从而实现现场总线和采集器间的数据通信，最后处理器需对SPC3合理配置以及初始化处理。
三、该系统的优点分析
3.1 监控系统数字化、网络化
现场总线技术使监测系统组建更简单，数据采集更方便，通信系统更稳定，这样可以使各个从站设备间互相独立，任何一个从站出现故障，都不会对其他从站产生影响。由于现场总线技术的网络化、开放化，使其具有较高的互相操作性、资源共享性，从而提高数据信息传递的效率。
3.2 系统扩展性强
由于现场总线技术的开放性特点，使其技术与相关标准都较为公开化，设备间的互联更方便，设备的选用可根据系统规划，从而选择性价比较高的设备，以实现整个系统实用性与经济性的最佳契合。而且其具有很高的扩展性，使设备更新更方便。
3.3 功能综合化
使用现场总线技术以后，煤炭供电监测系统更完善，可以时时的对供电系统的电压、电流、功率以及有功电量、因数及频率等主要运行数据进行监测，并做出相应的判断。而且界面风格简单、直观、友好。系统结构在设计、安装以及运行维护中都可以体现较高的优越性，从而提高工作效率，为煤矿供电自动化提供可靠支持。
参考文献
[1] 杭林森．基于现场总线的煤矿供电自动化系统分析[J]．城市建设理论研究，2011,12(1):33．
[2] 邓先明，杨宇，方荣惠．基于现场总线的煤矿供电自动化系统[J]．电力自动化设备，2007,27(4):95--98．
[3] 刘欣荣，阳光．基于现场总线的煤矿供电监控系统[J]．科技信息（科学教研），2008,12(25):359--360．
王振业，男，1985年10月出生，助理工程师，毕业于山东科技大学电气工程及其自动化专业