现场总线技术在煤矿监控系统中的应用

刘超

摘 要：现场总线技术具有可靠性高、设计独特、性能卓越等优势，因此可以解决煤矿传统监控系统存在的诸多问题，该技术并非对煤矿综合监控系统的升级改造，而是彻底的进行更新换代，因此现场总线技术大大提高了煤矿的自动化、数字化水平。文章对现场总线技术进行简要介绍，分析监控系统的原理，并提出煤矿监控系统中现场总线技术的具体应用。

关键词：现场总线；煤矿；监控系统

所谓现场总线技术即是将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使其具备相应的数字计算能力及通信能力，再采用双绞线作为总线连续多个测量控制表，根据公开、规范的通信协议在现场多个微机化测量控制设备、仪表及远程监控计算机之间进行数据信息的传输与交换，以满足各类监控需要。

1 现场总线概述

现场总线控制系统（FCS）即由现场总线构成的控制系统，系统结构为全分散式的，不仅现场设备位置分散，功能模块也是分散的，系统中每个现场设备均可以互相通讯，并具备对应的功能；通过现场总线将系统中各类设备连接起来。现场总线控制系统既是一个开放性的通信网络，又是一种全分布式的控制系统，是联接各个智能设备的纽带。比如一个现场设备在接受到总线发送的控制命令后，会执行命令，并且现场设备也可以通过总线向控制中心发送自身的状态信息，比如命令的完成情况等，其他诸如运行监视、故障分析等现场设备即可接受该现场设备发送的状态信息。现场总线以多点式通讯方式保证系统中每个现场设备均可通过总线发布信息或接受信息，不过需要注意一点，即任何时间仅有一个发布者，余者均为接收者，而系统中每个设备均可以智能化的"过滤"掉自己所不需要的信息，做出是否响应信息的决定。由此可见，现场总线技术并非单纯的通讯技术，而是将计算机技术、控制技术及通讯技术结合在一起的综合性技术。

2 煤矿监控系统监测内容

煤矿综合监控系统的监控对象包括环境参数监控与机械设备运行状态监控两个方面，其中环境参数监控系统主要对模拟量形式的环境参数进行监测，比如瓦斯浓度、一氧化碳及二氧化碳的浓度、巷道风速及风量、风门、温度、变电所功率、电压、电流等，传感器主要输出FSK型的信号；并监测开关量形式设备的开停参数，包括通风机、水泵、带式输送机、掘进机等设备等。针对机械设备主要对其运行状态进行监没，包括设备振动量、电机电流、轴承温度等，并对设备的启停进行远程监控。监测过程中，环境参数信号只需采用均值统计法及3σ剔除法进行处理、判断及阈值报警，最后再将分析结果传至监控中心即可，而设备运行参数需要针对振动信号及电流信号进行降噪处理及时域分析，并进行FFT变换、频域故障诊断等处理，还要间隔特定周期向主机传送设备振动信号及电流信号的原始数据，以提高分析的精密度。由此可见，机械设备监控与环境参数监控的模拟信号处理电路、信号分析程序及通讯内容各不相同。

3 现场总线技术在煤矿监控系统中的应用

3.1 系统设计思想

在煤矿监控系统中应用现场总线技术，体现出开放性、可互换性、可互操作性、高度分散性的特点，与煤矿企业的现场工作情况更为相符。智能接口公开通信协议，以提高系统的兼容性与可扩展性，实现与国内外不同厂家不同型号监控设备之间的互联，实现信息互换，在选择传感器及控制器时有更多的余地；针对实理管理级及监视控制级的设备，采用国际标准接口设备，可方便接入国内煤矿监控领域不同品牌、不同用途的传感器与控制器，以保证系统良好的互换性。针对不同厂家生产的各种设备经过转换器进行联接，仅在系统开机时对各类设备之间的关系进行定义即可，并利用智能串口实现各转换器之间的信息沟通。将智能测控功能分布于工作现场，不仅可以提高系统的监测精度及抗干扰能力，还可以分散系统的风险。

3.2 系统结构

煤矿工作环境恶劣，且监控范围广、距离长，因此煤矿监控系统主要包括三大模块，即实时管理模块、监视控制模块及现场测控模块，具體结构则包括监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站及各类传感器等。下文分别介绍煤矿监控系统的三大模块：

3.2.1 实时管理模块：该模块包括系统服务器及各类终端，其主要作用是对煤矿的生产过程及环境条件进行实时管理，包括生产、技术、设备、通风、安全监察等；整个矿井的主要业务部门及安全生产信息均汇集至该模块，由其进行加工整理及存储后，再与上一级网络进行数据交换。

3.2.2 监视控制模块：主要包括监控计算机及图形工作站等，其主要作用是对现场监控信息进行采集、整理，并将相关信息存储于对应数据库，此外还具备图形显示、打印报表等功能；人机对话主要通过监视控制模块来实现，管理人员通过该模块定义监控系统各设备之间的关系，并进行故障诊断及高级控制等。

3.2.3 现场测控模块：主要包括转换器、传感器及控制器，其主要作用是执行上级即监视控制模块的命令，对风速、瓦斯、温度、氧气等环境参数进行监测，对皮带传输系统、供热系统、电力系统、瓦斯抽放系统等设备运行参数进行监测，并利用现场转换器将对应信息传输至上级监视控制模块。现场测控模块配置有FSK、RS485、RS232等智能接口、传感器接口及控制接口，直接挂在工作面走向避上，以实现转换器监测、控制及通信的功能；转换器包括两种，即总线转换器与分线转换器，其中总线转换器的主要作用是将信号转换成数字信号，其具有串行接口与FSK传输接口，传感器及执行器采集到的信号通过总线转换器转换成数字信息，再由FSK口直接输出与系统完成信息交换；分线转换器的主要作用则是将传感器及执行器的信号转换成数字信息，再由串行接口输入与总线转换器进行交换。此外，监控系统有多个井下分站，每个分站均具备完善的功能，包括程控功能、通信测试功能、死机自复位功能、接收地面中心站初始化本分站参数设置功能、分站自动识别配接传感器类型等。

4 结束语

总之，基于现场总线的煤矿监控系统可根据煤矿现场实现情况实现特定的控制要求及功能，对煤矿的环境参数及设备参数进行实时监控，提高了煤矿报警系统的模式识别能力，保证了监控系统的可靠性与准确性。

参考文献

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