贺磊
陕西涌鑫矿业有限责任公司 陕西榆林719408
摘要：提出对煤矿电气设备实施远程监控与实时数据管理的网络结构及软件设计方案，阐述了单片机数据采集装置的结构及RS485远程通讯的通讯方式。
关键词：监控网络；煤矿电气；远程监控；数据管理
现代煤矿生产规模不断扩大，电气设备增多，尤其采用大功率电牵引采煤机的矿井，其综合机械化、电气化和自动化程度更高。采用计算机测控网络对井下各类电气设备：采煤机电机、运输机电机、各类开关及通讯照明设备实行远程监控和运行数据实时管理，是确保电气设备安全运行，提高运行及维护效率的重要手段，也是煤矿生产现代化的重要标志。本文拟采用单片机作为数据采集装置、ADAM模块，基于RS485通讯标准的煤矿电气设备计算机远程监控网络，同时对检测数据和设备资料进行实时管理。
1系统配置
1.1网络方案
本系统采用一级网络结构，由管理计算机、NOVELL数据通讯网络、现代数据采集装置，RS485远程测控网络组成，以保证对各台设备运行状态进行不问断巡回检测，同时对运行数据进行实时管理。管理计算机和监测计算机均放置于矿调度室。
1）远程监控采用RS485通讯标准的工业测控网络，主要完成对各台设备的巡回检测，显示运行状态，故障报警。RS485接口采用差动输入输出，利用一般的双绞线作为传输介质。管理计算机通过监测计算机来收集数据并实施管理，而监测计算机通过远程通讯转换模块将RS232信号转换成RS485信号，利用屏蔽双绞线与每组（以每个采区为单位）设备的现场数据采样装置与通讯模块连接，各个模块统一编址。连接时各模块之间或连接线每100m设远程中继器（ADAM4510）进行信号的驱动与放大。2）远程监控制的上层为NOVELL数据通讯网，用于数据的传输管理，故障原因分析，提出故障处理策略，报表生成及打印输出，同时，监测计算机通过网卡与管理计算机进行连接。
1.2监测计算机软件功能
监测计算机系统软件主要由数据采集与监控子系统和检测数据发送子系统两大部分组成。其中，数据采集与监控子系统包括现场数据采集、处理，数字量与模拟量输入/输出，‘网络通讯，状态显示，故障判断与报警等程序。检测数据发送子系统主要完成检测数据的保存及更新以及与管理计算机的数据交换。
2现场信号的采集方法
（1）每个采面的供电电压、电流经电平转换、光电隔离后，送人前置数据采集装置（单片机数据采集器或ADAM4013模拟量输入模块）。（2）采煤机和输送机的电动机的温升可利用温度传感器经电平转换后，送人前置数据采集装置。（3）利用变频调速和PLC控制的电气设备，可通过与计算机通讯的接口直接检测到微机控制系统的内部信号；利用ADM5021隔离型数字输入模块检测由继电器控制的电气设备的外部信号。利用变频调速和PLC控制的电气设备，可通过与计算机通讯的接口直接检测得到微机控制系统的内部信号；利用ADAM5021隔离型数字输入模块检测由继电器控制的电气设备的外部信号。
3 RS485远程监控网络的通讯方式
（1）监测计算机与单片机数据采集装置的远程通讯经各类传感器来的反映各类物理量变化的电信号，由ADC0809变为数字量，且由8031初步处理后，送给可编程通讯接口8251A，再由8251A经MCl488、MCl489电平转换，6N137光电隔离后送到SN75176差分总线接收器，从而完成RS232到RS485通讯标准的转换。差分总线接收器后的总线即为本网络总线。监测计算机为了从监测总线上得到各类数据，可在计算机主板的总线插槽内插入RS486通讯卡，或将RS232串行通讯口输出外接RS485通讯转换接口。（2）单片机数据采集装置之间的多级通讯该通讯方式为方式3串行通讯，以监测计算机作为主机，各单片机数据采集装置作为从机。通过单片机内特殊寄丰收器即可接收监测计算机发送来的信息或向监测计算机传送所采集的数据。（3）监测计算机与其他设备的通讯方式监测计算机与PLC的通讯采用串行传送块的操作命令进行。ADAM系统模块间的远程通讯亦采用串行通讯方式。
4检测数据的数据库管理
数据库由FOXPRO数据库管理程序进行管理，其内部具体结构及记录的读取、改写与追加操作不在此详述。
5电气设备远程无线监控系统应用
5.1煤矿地面35千伏变电站无人职守无线监控系统
有人职守变电站的工作人员凭自身的感官或借助表计等来监视配电设备，用头脑做出判定决策，并通过电话请示调度，调度下达命令，人工进行操作。因此速度慢，实时性差。使用无人职守GSM无线监控变电站和以往的有人职守变电站相比具有以下优点：能够实现统一管理集中控制，提高工作效率，节约生产成本。煤矿地面35千伏变电站无人职守无线监控系统可分为变电站的从系统和控制中心主系统两人部分组成。控制中心主系统由一台计算机和一台无线调制解调器组成，变电站从系统由多台装有智能监控系统的开关柜、计算机、无线调制解调器和电源组成。每台开关柜除了应有的强电控制部分外还有3路电流数据采集器，3路电压数据采集器，还有反映开关分合、储能、保护、火灾传感器、防盗传感器等开关量的开关量采集器。
5.2GSM煤矿主扇通风机停机告知器
当煤矿主扇通风机发生停机时，GSM煤矿主扇风机停机告知器能将停机信息通过GSM网络以短信的形式发送到管理者和维修人员的手机上，以便快速的处理故障，保证煤矿的安全生产。将煤矿主扇通风机（风机型号：FBCDZ一8-N022B/2*160KW）l号风机2号风机的1级电机正转和2级电机正转的开关量送入GSM无线调制解调器的单片机中（单片机型号STC89C52），经单片机分析判断生成相应的PDU格式的短信息发送出去，无线传送到管理者和维修人员的手机上，通知管理者和维修人员风机停机尽快处理。达到保证安全生产目的。使用GSM煤矿主扇风机停机告知器和传统的方式相比具有信息传递及时、准确的优点，不论管理者和维修人员身处哪里只要有GSM信号就可以收到信息。
5.3皮带集中控制系统实现“无人值守”
以KTC181皮带为例，集中控制系统操作、维修方便简单，具有“实时多彩状态显示、光纤快速通讯、数字式安全反馈、无线和按钮配合控制”等多项创新功能，且实现了防爆防潮和减少作业人员的目的，下一步将逐渐在其他采区皮带运输系统推广应用，在矿井减人提效、智慧生产方面起到积极的推动作用。
KTC181皮带集中控制系统安装在一部皮带机头，能通过安装在各皮带机头机尾处的摄像头适时监控各皮带运行情况，操作人员只需要控制操作台的按钮就可以控制任何一部皮带的开停，并监测皮带的安全运行状况。引入可编程控制器PLC，同时配备了10.4寸显示器，提高了系统的稳定性和直观性，也方便后期操作和维护。KTC181皮带集中控制系统建成后，操作人员只需在集控室内直接操作控制设备，就可以实现对矿井下各个运输机的实时控制。从而实现了真正意义上的无人值守。
5.3煤矿泵房无人值守系统
整个系统由数据采集与检测、现场监测与控制、远端监控指挥三部分组成。
数据采集与检测。数据采集由智能模块完成，模块检测传感器状态，并将数据通过通讯模块传送至控制计算机。
现场监测与控制。现场监测与控制部分由控制CPU、管理控制软件、手动集中操作面板组成。控制计算机和管理控制软件组成自动监控系统，负责将模块传输来的数据整理分析，根据控制策略做出决策，并将数据记录存储。手动集中操作面板与自动监控系统平行实现控制功能。
远端监控指挥。远端监控指挥部分由计算机、管理软件、网络传输部分组成，通过计算机网络，同步显示现场工况。远端监控具有开放的接口，可以扩展功能或接入其他系统。
6结束语
本方案是在参考大量的集散控制系统和实时检测系统的基础上，针对煤矿的生产实际所得到的一种较为可靠的方案。尤其采用完全适用于工业控制的NoVELL数据通讯网，其可靠性高，运行灵活。
参考文献
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