煤矿供电综合自动化分站设计

摘要煤炭作为我国目前的主要消耗能源，它的安全生产直接影响着国民经济的能否快速发展。在煤矿生产中，供电环节是保证安全最重要的环节。为了提高煤矿供电的质量、增强供电的安全性，必须对供电系统本身进行可靠的监测、控制和保护。煤矿供电自动化系统的使用能够提高煤矿供电的安全性和可靠性，可以改善供电系统的管理水平。其中，分站是整个系统的中间环节，它起到了一个桥梁作用，一方面将现场设备信息进行集成，另一方面将数据信息转换成统一协议的数据，并且通过串口通信方式传递给主站。本文首先介绍了煤矿供电自动化系统的功能、结构和应用现状。在详细分析SDZB通信规约的基础上，设计出煤矿供电自动化系统分站的网络结构，设计了基于SDZB通信规约的供电自动化分站的硬件系统，该系统主要功能是实现“三遥”功能并能提供用户认证和数据打印等基础功能。最后，利用VC+6.0和通信控件MSComm设计出了分站软件，从而实现对煤矿供电进行自动化控制和管理的功能，提高供电的安全性和可靠性，改善供电系统的管理水平。关键词：煤矿供电自动化系统分站；SDZB通信规约；“三遥“功能ABSTRACTChinascurrentcoalastheprimaryenergyconsumption,itcandirectlyaffectthesafeproductionandrapiddevelopmentofthenationaleconomy.Incoalproduction,supplylinkistoensurethesafetyofthemostimportantaspects.Inordertoimprovethequalityofcoalsupplyandenhancesecurityofsupply,thepowersupplysystemitselfmustbereliablemonitoring,controlandprotection.Theuseofcoal-poweredautomationsystemscanimproveminesafetyandreliabilityofpowersupply,thepowersupplysystemtoimprovethemanagementlevel.Amongthem,thesub-stationinthemiddlepartofthewholesystem,itactsasabridge,whilethefielddeviceinformationintegration,ontheotherhandtoconvertthedataintoaunifieddataprotocols,andpassedtothemasterstationviaserialcommunication.Thispaperdescribesthefeaturesofcoal-poweredautomationsystems,structureandapplicationstatus.OnthebasisofdetailedanalysisSDZBcommunicationprotocolbasedonthedesignofthecoalpowersub-stationautomationsystemnetworkarchitectureisdesignedbasedonpowersub-stationautomationhardwaresystemSDZBcommunicationprotocol,themainfunctionofthesystemistoachievethethreeremotefunctionandcanprovidesuserauthenticationanddataprintingandotherbasicfunctions.Finally,theuseofVC+6.0andcommunicationcontrolMSCommdesignedthesub-stationsoftware,enablingthecoal-poweredautomatedcontrolandmanagementfunctions,improvethesafetyandreliabilityofpowersupply,thepowersupplysystemtoimprovethemanagementlevelKeywords:Coalpowersub-stationautomationsystems;SDZBcommunicationprotocol;Threeremotefeature目录1绪论.11.1课题的背景与意义.11.2国内外研究现状及发展趋势.11.3本课题主要研究目的和意义.22煤矿井下供电概述.32.1煤矿供电系统的体系结构.32.1.1煤矿地面变电所.32.1.2井下中央变电所.32.1.3移动变电站.42.2矿井供电的基本要求.42.3传统变电站存在的缺点.42.4变电站自动化系统的优越性.53分站的硬件设计与实现.73.1分站的功能.73.2自动化分站系统的总体设计要求.73.2.1分站系统设计的目标和原则.73.3通信方式.83.3.1SDZB高压馈电综合保护器通信方式.83.3.2RS-485串行接口.83.3.3TCP/IP协议.93.4分站的硬件结构设计.104分站的软件设计与实现.124.1基于SDZB通信规约自动化分站系统的工作原理.124.2VisualC+6.0介绍.144.3MSComm控件.154.4总体设计.164.4.1设计原则.164.4.2基于SDZB通信规约自动化分站的程序设计.164.5通信控件的创建.184.6程序设计.184.6.1通信初始化程序的设计.184.6.29位串行数据发送程序的设计.194.6.39位串行数据接收程序的设计.194.7程序运行界面.205结论与展望.235.1结论.235.2展望.23参考文献.24翻译部分.25英文原文.25中文译文.34致谢.441绪论1.1课题的背景与意义煤炭工业是国民经济和社会发展的基础产业。目前，在一次能源结构中煤炭消耗约占70%左右。据中国工程院研究报告预测，到2050年煤炭在我国能源消费结构中的比例仍将保持在50%以上。因此，煤炭在相当长的时期内还将是我国的主要能源，煤炭工业的可持续发展直接关系着建设全面小康社会目标的实现和国家能源安全。国民经济的快速发展，使我国对煤炭的需求量越来越大。煤矿也就面临一个严峻的问题，即安全生产问题。煤炭埋藏于地下，煤炭开采的作业环境有地面和井下两种。而井下作业环境又在不断的发生变动，井下作业环境恶劣复杂。在煤矿开采过程中，伴随有瓦斯、煤尘突出、爆炸的危险，以及水患等，同时，煤矿井下生产环节多、劳动密集，生产效率低。因此，对矿井有害气体或危险成份的监测和对通风设备及断电控制设备运行状态的监测及控制十分重要。在煤矿生产中，电力是其生产的主要能源。煤矿地面及井下变电所是煤矿输配电系统中非常重要的环节，直接影响煤矿的生产与安全一旦供电环节出现问题，就会造成重大事故，甚至整个煤矿报废。为了提高煤矿供电的质量、增强供电的安全性，必须对供电系统本身进行可靠的监测、控制和保护。而目前，虽然部分变电所继电保护实现了微机化，但变电所内设备巡视与操作全部靠人工操作，地面调度人员对变电站的运行信息完全靠值班人员电话传递，不能直观、快速的了解、控制变电站的运行状况、给煤矿井上下供电的集中、科学管理带来了诸多不便。而供电自动化系统可以对煤矿供电进行自动化控制和管理，实现无人值班。能够提高供电的安全性和可靠性，改善供电系统的管理水平，降低维护工作量，减少维护人员和值班人员。1.2国内外研究现状及发展趋势国外变电站自动化技术始于20世纪70年代中后期。英国、意大利、法国、西德、澳大利亚等国均于70年代末新装了微机型远动装置，个别有用16位小型计算机的。至今已有是四代产品，基本上510年更新一代产品。从技术特性来看，主要是从信息传输方式的进步来划分监控系统发展阶段的。80年代以后计算机技术和集成电路，数字通讯的高速发展，MINOS监控系统的成功运用，在英国其他的公司都开始以此为基础开发新的监控系统。后来西德提出的GEAMATIC-2000全矿井监控系统的实施计划，此后西门子AEG等公司也纷纷推出以时分为基础的煤矿监控系统以满足市场的需要，波兰自行开发的HADES设备工况监控系统，苏联，日本，美国也将计算机技术，大规模集成电路技术，数据通讯技术相融合使用于煤矿监控系统中，便产生了第四代产品，具有代表的是美国MSA公司的DAN6400监控系统，信息传输方式仍为时分制范畴。1特别是现在传感技术上的提高，为监控系统整体技术上的提高具有不可磨灭的贡献。目前在美国广泛使用的监控系统为EDAS(EthernetDataAcquisitionSystem)，系统基于以太网的I/O系统结合智能仪器仪表实现数据高速传输，目前已经广泛的应用于煤矿等地，特别是可扩充数据采集通道达到192个，而且智能I/O模块具有很强的兼容能力，是新一代的开放式系统5。我国变电站综合自动化技术的研究工作开始于20世纪80年代。从波兰，法国，德国，英国和美国等引进了一批安全监控系统，如DAN6400，TF200，MINOS和Senturion-200，装备了部分煤矿。当时由于微机技术的发展，远动终端、当地监控、故障滤波等装置相继更新换代，实现了微机化，因此统一考虑变电站二次回路各种功能的集成化自动化系统成为可能。1987年，清华大学电机工程系研制成功第一个符合国情的变电站综合自化系统，在山东威海望岛变电站成功投入运行。该系统主要由三台微机组成，分成三个子系统，担负了变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等全部任务。1.3本课题主要研究目的和意义在煤矿实现供电系统自动化控制，可避免越级跳闸和大面积停电等事故发生，提高供电可靠性，掌握煤矿电网的运行规律，提高煤矿电网的运行管理水平，进而实现变电所的无人值班，使煤矿电网安全经济运行。目前，国内各高校、研究院和矿务局等单位正在大力研究开发适合我国煤矿生产的煤矿供电自动化系统。这个课题的研究设计，是对传统煤矿供电系统的突破，也是对煤矿供电系统走向自动化的升华。这样不仅可以保证煤矿供电的可靠性，为煤矿节省投资，提高煤矿运行水平，减轻了运行人员的劳动强度。2煤矿井下供电概述2.1煤矿供电系统的体系结构煤矿供电系统是由各级变电所（地面变电所、井下中央变电所、采取变电所）的变压器、配电装置、配电线路及用电负荷，按照一定的方式互相联结起来的整体，称为煤矿供电系统。其供电体系结构如图2.1所示：地方区域变电所（110KV/35KV)通风机房地面10KV或6KV负荷压风机房井提升机房矿井变电所（35/10KV下10KV或6KV双回路双电源）中采区变电所央工作面配变移动变电站电10KV所或各种用电设备6KV移动变电站10/0.66KV10/1.14KV控制开关10/3.3KV图2.1煤矿供电系统的体系结构图2.1.1煤矿地面变电所矿山地面变电所是全矿供电的中心，变电所把由电源线路引入的35（或60）KV电压变为6KV，然后向地面的各高压负荷和井下中央变电所配电。有的煤矿地面变电所设有动力照明变压器，把6kv电压变为380/220V,供给变电所附近的低压动力设备和照明用电。煤矿地面变电所中的主要电气设备是电力变压器和各种高低压配电装置。矿山地面变电所多数是有两回电源线路和两台主变压器的终端变电所。矿井地面变电所的主接线有：线路变压器组。桥接形式。单母线分段。电源进线和主变压器的联接多采用桥形接线。桥形接线又可分为全桥接线、外侨接线和内桥接线三种。2.1.2井下中央变电所井下中央变电所，是全矿井下的供电中心，接受从地面变电所送来的高压电能之后，向采区变电所及主排水泵的高压电动机供电，通过降压后供给井底车场附近的低压动力设备、照明及电机车的变流设备等用电。由进入井筒的供配电、控制和用电等设备与电缆按一定方式组成的供电网路称为井下供电系统。对于小型矿井，因其用电设备的容量小、台数少，因而可采用低压直接下井的供电方式；对大、中型矿井通常采用高压下井的供电方式才能满足生产的需要。井下高压供电系统由高压配电装置、高压电缆、电力变压器及高压用电设备等组成。2.1.3移动变电站移动变电站，是煤矿井下一种的用供、变电设备，由矿用隔爆型干式变压器、矿用隔爆型移动变电站用高压负荷开关或高压真空开关、矿用隔爆型移动变电站用高压电缆连接器和矿用隔爆型移动变电站用低压馈电开关或低压电源保护箱组合而成的可移动式成套装置。它最大特点的就是具有防爆性能，多用于有爆炸危险的矿井。2.2矿井供电的基本要求2供电可靠。即要求供电不中断。对煤矿的供电一旦中断,不仅会造成全矿停产,而且会导致保证矿井安全生产的一些重要设备如水泵、通风机停止运转,危及矿井及井下工人的安全。因此,为保证矿井安全生产,要求煤矿实行连续供电。供电安全。电能有它的特殊性,使用中稍有疏忽,就会导致人身触电、电火灾等事故的发生。煤矿主要是地下作业，工作环境和地面有很大的差别,特别是存在有爆炸危险的瓦斯和煤尘,不仅发生人身触电和电火灾的可能性比地面大,而且会导致瓦斯、煤尘爆炸严重后果。因此，煤矿供电必须保证安全,严格遵守煤矿安全规程的有关规定。有良好的供电质量。这主要是指供电频率和供电电压偏离额定值的幅度不超过允许的范围。否则,电气设备的远行情况将会显著恶化,甚至损坏电气设备。我国规定一般电力设备使用的交流供电标准频率为50赫兹。偏差不超过士0.2土0.5。电压不超过士7%。有足够的供电能力。这不仅要求电力系统或发电厂能供给煤矿充足的电量,而且要求矿并供电系统的各项供电设施,具有足够的供电能力。供电经济。在以上四项基本要求的基础上,尽量做到供电系统简单、操作方便、基本建设投资和运行维护费用低。2.3传统变电站存在的缺点在供电系统的变电站中，目前大都采用机电式的继电保护装置、仪表屏、操作屏及中央信号系统等对供电系统的运行状态进行监控。供电系统二次设备中继电保护和自动装置、远动装置等（有不少变电站没有自动装置和远动装置），它们大都采用电磁型或晶体管式，这种配置，结构复杂，可靠性不高，信息采样重复，资源不能共享，本身又没有故障自诊断的能力，维护工作量很大。（1）传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大都采取电磁型或小规模集成电路缺乏自检和自诊断能力，其结构复杂，可靠性低。（2）二次设备主要依靠大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低。（3）传统变电站占地面积大，实用电缆多，电压互感器、电流互感器负担重，二次设备冗余配置多。（4）远动功能不够完善，提供给调度中心的信息量少、精度差，且变电站内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合力量，难以满足电网实时监测和控制的要求。（5）电磁式或小规模集成电路调试和维护工作量大，自动化程度低，不能远方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态。有些设备易受环境的影响，如晶体管型二次设备，其工作点会受到环境温度的影响。传统的二次系统中，各设备按设备功能配置，彼此之间相关性甚少相互之间协调困难，需要值班人员比较多的干预，难以适应现代化电网的控制要求。另外需要对设备进行定期的试验和维修，即便如此，仍然存在设备故障不能及时发现的现象，甚至这种定期检修也可能引起新的问题，发生和出现有试验人员过失引起的故障。另外煤矿井下变电站的服务对象多为采煤、掘进、运输、排水等重要环节，供电负荷种类繁多，区域分布广。负荷工作场所供电结构、地质条件复杂，而且存在着瓦斯、煤尘水等有害介质，受环境、地质条件等因素的制约。此外，煤矿井下变电站主要由中央变电站和若干个采区变电站组成。影响供电系统运行的不确定因素也较多，事故发生率高，故障排查、停送电周期长，故中央变电站与采区变电站一般不可能采用同一种保护装置，其通信规约往往也有很大的不同，因此，对井下供电系统监控困难较大。供电部门每天用于值班和线路维护的工作人员较多，降低了劳动生产率8。由于传统变电站存在以上问题，无法满足电力系统安全、稳定和经济、优化运行的要求，但为提高生产效率和安全管理水平，为实现煤矿现代化建设目标，就要解决这些问题，提高变电站自动化水平。对传统的变电站应逐步进行技术改造。2.4变电站自动化系统的优越性（1）提高供电质量，提高电压合格率由于在变电站综合自动化系统中包括电压、无功自动控制功能。故对于具备有载调压变压器无功补偿电容器的变电站，利用自动控制策略，可以大大提高电压合格率，保证电力系统主要设备和各种电器设备的安全。使无功潮流合理、降低网损、节约电能损耗。（2）提高变电站的安全、可靠运行水平。变电站综合自动化系统中的各子系统，绝大多数都是由微机组成的，它们多数具有故障诊断功能。使得采用综合自动化系统的变电站一、二次设备的可靠性大大提高。（3）提高电力系统的运行、管理水平。变电站实现自动化后，监视、测量、记录、抄表等工作都由计算机自动进行，既提高了测量的精度，又避免了人为的主观干预，运行人员只要通过观看屏幕，对变电站主要设备和各输、配电电路的运行工况和运行参数便一目了然。综合自动化系统具有与上级调度通信功能，可将检测到的数据及时送往调度中心。使调度员能及时掌握各变电站的运行情况，也能对它进行必要的调节与控制，且各种操作都有事件顺序记录可供查阅，大大提高运行管理水平。（4）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。变电站综合自动化系统，由于采用计算机和通信技术，可以实现资源共享和信息共享，同时由于二次装置均为微机保护装置，与常规的二次装置相比，可以大大缩小变电站的占地面积。因而可以减少变电站的总投资。（5）减少维护工作量。减少值班员劳动，实现减人增效。由于综合自动化系统中。各子系统有故障自诊断功能，系统内部有故障时能自检出故障部位，缩短了维修时间。微机保护和自动装置的定值又可在线读出检查，可节约定期核对定值的时间，而监控系统的抄表、记录自动化，值班员可不必定时抄表记录，可实现少人值班，如果配置了与上级调度的通信功能、能实现遥测、遥信、遥控、遥调。则完全可实现无人值班，达到减人增效的目的。实现煤矿供电系统自动化控制还可避免越级跳闸和大面积停电等事故发生，提高供电可靠性，掌握煤矿电网的运行规律，提高煤矿电网的运行管理水平，使煤矿电网安全运行11。3分站的硬件设计与实现本文的主要任务是针对煤矿供电特点，设计基于SDZB通信规约的煤矿供电自动化系统分站，主要从自动化系统分站的硬件结构设计和分站软件设计等方面进行详细地分析。通过第二章对综合自动化系统的功能、特点和结构的了解，本章将会针对综合自动化系统的分站硬件设备做以具体的研究与设计。3.1分站的功能设计的自动化分站系统主要实现以下功能：(1)遥测功能：是一种多路的数据传输系统，电压、电流、功率、功率因数、过载延时、漏电延时等高压馈电柜中的模拟量信号可以实时的被采集到，遥测的数据、负载、故障信息等可以准确的显示出来，进而完成数据的多路传输；(2)遥信功能：监视设备状态信息，即开关状态量可以实时被采集到并予以显示；(3)遥控功能：改变运行设备的状态，即主站通过分站向高压馈电柜发送分闸、合闸等信号，信号及时反馈到监控中心，进而实施控制；(4)数据显示、保存功能：在显示屏和控制中心对监测信号进行准确的本地或远方显示和保存，方便以后查阅。系统还能提供用户认证和数据打印等基础功能。3.2自动化分站系统的总体设计要求3.2.1分站系统设计的目标和原则系统的目标是利用现代信息技术，对矿井生产系统的各项电力参数实行实时动态监测，判断矿井电力状态的变化情况，以便及时采取措施，防止事故的发生。为达到上述目标，针对矿井监测复杂、内容多、监测环境恶劣、监测周期长等特点，系统研制应遵循以下原则：(1)精确性为准确地反映出矿井安全状态及外部环境的变化，系统测量精度应满足一定的要求。(2)实时性实时性是指系统的各项处理与被监测对象变化速度的适应能力。这里强调的是适应，而不是越快越好。为保证在矿井安全状态及外部环境出现异常时立即报替，系统的测量、通信、处理速度应满足一定的要求。(3)可靠性可靠性指系统在一定的条件下和一定的时间内完成预定功能的能力，包括硬件可靠性和软件可靠性。系统可靠性是衡量系统质量的重要指标。系统的可靠性既是设计、生产出来的，也是管理出来的。(4)易用性和可维性易用性是指系统便于安装、使用和管理。可维性是指系统发生故障时维修难易程度的一种指标。矿井安全状态监测点一般处于存在淋水、矿尘、有害气体的环境下，给系统维修带来一定的困难。因此，一方面要提高系统的可靠性，少出故障，另一方面，要提高系统的可维性，如设计故障自诊断功能、模块化结构，缩短维修时间。(5)安全性安全性是指系统在正常工作或发生故障的情况下，不会对系统本身以及外界事物带来危险或灾难性后果。在矿井安全监测中，由于系统长期处在具有潜在爆炸性气体等环境下，一旦系统出现短路等现象而引起电火花，就会产生危险。因此，安全性设计是监测系统设计的重要组成部分。(6)灵活性和可扩展性灵活性是指系统可根据使用要求灵活配置的能力。扩展性是指系统的规模、功能及处理能力等是否能够在运行后对其方便地添加。规模扩展要考虑最多测点的情况；功能扩展要考虑功能的增加和升级。采用标准化、网络化、模块化、智能化设计，既可提高系统的可扩展性，也可提高系统的可维性、可靠性。(7)先进性。系统的先进性是对系统以上指标的综合评价，需要先进的软硬件环境、先进的设计技术、完善的设计和分析理论来保障。3.3通信方式3.3.1SDZB高压馈电综合保护器通信方式3SDZB高压馈电综合保护器采用MCS-51系列单片机中的通讯方式3（1个起始位、8个数据位、1个可控的第9位、一个停止位）；波特率为9600，低位先发。发送一个字节后停止位不应少于1.5位的时间宽度。询问相同或不同的站点应有发送二个字节以上（或命令执行时间）的间隔时间。地址的第9位置1；数据的第9位置0。每一分站可编排16台保护器。16台保护器可分为2组。第一组：1#至8#，第二组：9#至16#。1#呼叫地址为18h，2#呼叫地址为19h，3#呼叫地址为1ah，4#呼叫地址为1bh，5#呼叫地址为1ch，6#呼叫地址为1dh，7#呼叫地址为1eh，8#呼叫地址为1fh,9#呼叫地址为28h，10#呼叫地址为29h，11#呼叫地址为2ah，12#呼叫地址为2bh，13#呼叫地址为2ch，14#呼叫地址为2dh，15#呼叫地址为2eh，16#呼叫地址为2fh。广播地址为3eh。分站与综合保护器间以固定格式交换数据。分站发给综保的包固定为3字节或4字节或7字节长。综保回应读取设置参数命令时包长为8字节，综保回应读取数据命令时包长为7字节。3.3.2RS-485串行接口RS-485是一种多发送器的电路标淮，它实际上是RS-422A的变形。RS-422采用两对平衡差分电路，而RS-485只用一对。RS-485扩展了RS-422A的性能，允许双线总线上一个发送器驱动32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器(发送器和接收器的组合)。当用于多站互连时，可节省信号线，便于高速距离传送。许多智能仪器设备配有RS-485总线接口，便于将它们进行联网。根据接口芯片的不同，RS-485接口可连接成半双工和全双工两种通信方式。半双工通信芯片有SN75176、SN751276、SN75LBC184、MAX485、MAX1478、MAX3082、MAX1483等；全双工通信的有SN75179、SN75180、MAX488-491、MAX1482等。RS-485通信需要TTL/RS-485和RS-485/RS-232电平转换，并采用双绞线连接，其通信距离较远，在低波特率的情况下通信距离可在千米以上(实际通信距离由现场环境决定)。常用的TTL/RS-485电平转换器有MAX1483，MAX485等。RS-485/RS-232转换器可以使用市面上的成品转换器，型号较多，性能各异。（如图3-5）为RS-485的分布式测控系统的通信接口方式。如前所述各RS-485电平转换驱动器驱动能力各不相同，因此在构建RS-485分布式测控系统时要考虑总线负载问题。购买成品的RS-485/RS-232转换器也要注意同样的问题。良好的总线阻抗匹配是成功构建分布式测控系统的关键。一般地，在距主机最近端和最远端加接1200的终端电阻可以解决反射问题。布线时尽量让各通信子机靠近通信总线，太长的子机联机会使数据波形变坏、误码率升高，严重时导致不能正常通信。上位机监控系统电平转换12n图3-5RS-485通信接口方式用RS-485实现简单的总线型通信系统的方案较早应用于变电站综合自动化通信系统，目前仍为许多产品所使用。它具有以下几方面的特点：(l)易于实现，成本低廉。(2)其通信方式多为主从方式，即主计算机问，保护单元或自控装置答，整个通信网上只有一个主节点对通信进行管理和控制，其余皆为从节点，受主节点管理和控制，这样主节点便成为系统的瓶颈，一旦主节点出现故障，整个系统的通信便无法进行。这样，对较小规模系统，实时性可以得到保证，但随着系统规模的扩大，系统性能急剧降低。(3)通常由于其抗干扰及安全性较差，一般只适宜于在控制室内部使用，不能用于开关场或开关间内，即不适用于分散式的变电站自动化系统。3.3.3TCP/IP协议TCP/IP协议实现了五层协议。（1）物理层：对应OSI的物理层。（2）网络接口层：类似于OSI的数据链路层。（3）Internet层：OSI模型在Internet网使用前提出，未考虑网间连接。（4）传输层：对应OSI的传输层。（5）应用层：对应OSI的表示层和应用层。3.4分站的硬件结构设计本文设计的煤矿供电自动化分站的硬件系统，它采用防爆结构，主要由嵌入式计算机系统、通信协议转换器、光电转换器和UPS电源,全部安装在一个金属密封的箱体内组成。该装置循环采集现场测控单元的数据，并进行数据的协议转换，通过RS485串口传递给主站；同时接受主站的控制命令，再指挥相应的现场测控单元进行遥控操作。该装置同时有集中显示和控制功能。该自动化装置可以对煤矿供电进行自动化控制和管理，实现无人值班。图4分站硬件结构嵌入式计算机1#测控单元2#测控单元n#测控单元RRRS485光电隔离转换器SDZB规约的RS485总线网络COM1UPS电源COM2ABC网关光电转换器主网络显示屏煤矿变电所中有多个高压馈电柜，需要为每一个馈电柜设计一个综合保护器（现场测控单元），通信接口是RS-485信号接口，通信协议采用SDZB通信规约。系统分站使用RS-485总线连接所有现场测控单元。RS-485总线速度快（最大10Mbps）,传送距离远（9.6kbps下可传1200米）；以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。由于RS-485接口的输入阻抗一般为1200，因此总线最多可以连接32个分站。但是，为了保证网络信号的稳定性和减少通讯的循环时间，一个RS-485网络的分站数量应在15以下，如果超过15个分站可以分成几个独立的RS-485总线子网络，每个子网络直接接入系统分站不同的串行接口（COM口）。为了适应煤矿防爆的要求，自动化系统分站的所有硬件设备需要安放在防爆柜中，RS-485总线使用防爆信号电缆。由于煤矿井下只有127V和660V的低压电源，在对井下的中央变电所和采区变电所分站的电源设计时，需要一台127V/220V，容量为2KVA的单相变压器（图3-9），将127V电压转换为220V交流电压，然后通过不间断电源（UPS）为分站供电。在对井上分站的电源设计时，不需要变压器，将220V的交流电源直接输入UPS电源即可。煤矿生产现场的环境十分恶劣，普通工控机根本无法可靠运行。为了保证系统分站的安全可靠运行，选用嵌入式计算机和触摸显示屏来组成分站。嵌入式计算机使用电子硬盘和低功耗芯片，具有防震防潮的结构，因此它能适应煤矿恶劣的生产环境。触摸显示屏的显示信号从嵌入式计算机的VGA口输出，控制信号由COM3口输出。嵌入式计算机的一个RS485网络接入设备的数量15个以下，网络通过光电隔离转换器接入分站计算机的COM口。分站装置可以同时连接多个RS485总线网络。所述控制开关的电源由127V电源，顺次经过总开关、三绕组单相变压器、UPS电源后接入控制开关电源输入端，控制开关配接有按钮。现场智能测控单元的数据是通过基于RS-485接口的网络传递给嵌入式计算机。嵌入式计算机作为RS-485网络的主站，现场设备的测控单元相当于网络的从站。在RS-485的网络中，一般选用带屏蔽的双绞线作为信号传输线。4分站的软件设计与实现本章主要利用VisualBasic编程语言结合ActiveX通信控件和Timer时间控件来开发进行程序设计与编程，从而实现对煤矿供电进行自动化控制和管理的功能。4.1基于SDZB通信规约自动化分站系统的工作原理一、设置参数1实际值与档位值对应表短路（额定值倍数）：1.6、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0、10.0设定值1：0、1、2、3、4、5、6、7过载（额定值倍数）：0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4设定值2：0、1、2、3、4、5、6、7过载反时限延时：1、2、3、4、5、6、7、8设定值3：0、1、2、3、4、5、6、7漏电延时：0.1、0.2、0.3、0.5、0,7、1.0、1.5、2.0设定值4：0、1、2、3、4、5、6、7零序电压：3.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、电流型设定值5：0、1、2、3、4、5、6零序电流：0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0设定值6：0、1、2、3、4、5、6、7额定工作电流：600、400、300、200、150、100、50、演示（或500）设定值7：0、1、2、3、4、5、6、72参数设置格式（发给保护器）：地址码,功能代码,数据1,数据2,数据3,PaddRev,Pxor地址码：第9位置1（低4位为015的地址号、高4位为地址的反）功能代码：字母“I”数据1：低4位为设定值1；高4位为设定值2数据2：低4位为设定值3；高4位为设定值4数据3：低4位为设定值5；高4位为设定值6PaddRev：从“数据1”到“数据3”的累加和取反。Pxor：从“数据1”到“数据3”的异或。保护器回答：无论命令正确收到否均不回答，读取设置参数时回答设置参数。3（从保护器）读取设置参数地址码,功能代码,功能代码反地址码：第9位置1（低4位为015的地址号、高4位为地址的反）功能代码：字母“C”保护器回答：地址码,功能代码,数据1,数据2,数据3,数据4,PaddRev,Pxor地址码：第9位置0（低4位为015的地址号、高4位为地址的反）功能代码：字母“C”数据1：低4位为短路（额定值倍数）当前档位值；高4位为过载（额定值倍数）当前档位值。数据2：低4位为过载反时限延时当前档位值；高4位为漏电延时当前档位值。数据3：低4位为零序电压当前档位值；高4位为零序电流当前档位值。数据4：低4位为额定工作电流当前档位值PaddRev：从“数据1”到“数据4”的累加和取反。Pxor：从“数据1”到“数据4”的异或。二、读取数据地址码,功能代码,功能代码反地址码：第9位置1（低4位为015的地址号、高4位为地址的反）功能代码：字母“S”保护器回答：地址码,功能代码,电流,电压,状态,PaddRev,Pxor地址码：9位置0（低4位为015的地址号、高4位为地址的反）功能码：字母“S”电流：0255（满度值对应100，例如额定电流为50A则100就代表50A）电压：0255（对应关系见表1、表2）状态：Bit7分、合闸状态；Bit4参数设置权属；Bit3Bit0故障状态Bit7=1为分闸状态Bit7=0为合闸状态Bit4=1为井上调度中心设置参数Bit4=0为井下现场设置参数Bit3Bit0：1=短路2=漏电3=过载4=缺相5=高电压6=低电压7=绝缘监视开路8=绝缘监视短路10=综保自检故障PaddRev：电压、电流、状态的累加和取反。Pxor：电压、电流、状态的异或。三、（向保护器）发控制命令地址码,功能代码,数据1,数据1反地址码：第9位置1（低4位为015的地址号、高4位为地址的反）功能代码：字母“R”数据1：#82h为分闸；#66h为合闸；#02h为复位命令；#20h为井下现场设置参数。保护器回答：命令正确时执行命令。回答数据时发送状态和电压&电流信息（参看“读取数据”）。四、保护器发现命令不正确时不执行命令。回答数据时改变功能码（改“S”为“s”发送状态和电压&电流信息（参看“读取数据”）。4.2VisualC+6.0介绍6VisualC+是一个功能强大的可视化软件开发工具。自1993年Microsoft公司推出VisualC+1.0后，随着其新版本的不断问世，VisualC+已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。虽然微软公司推出了VisualC+.NET(VisualC+7.0)，但它的应用的很大的局限性，只适用于Windows2000,WindowsXP和WindowsNT4.0。所以实际中，更多的是以VisualC+6.0为平台。VisualC+6.0不仅是一个C+编译器，而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境（integrateddevelopmentenvironment,IDE）。VisualC+6.0由许多组件组成，包括编辑器、调试器以及程序向导AppWizard、类向导ClassWizard等开发工具。这些组件通过一个名为DeveloperStudio的组件集成为和谐的开发环境。VisualC+它大概可以分成三个主要的部分：1.DeveloperStudio，这是一个集成开发环境，我们日常工作的99%都是在它上面完成的，再加上它的标题赫然写着“MicrosoftVisualC+”，所以很多人理所当然的认为，那就是VisualC+了。其实不然，虽然DeveloperStudio提供了一个很好的编辑器和很多Wizard，但实际上它没有任何编译和链接程序的功能。2.MFC。从理论上来讲，MFC也不是专用于VisualC+，BorlandC+，C+Builder和SymantecC+同样可以处理MFC。同时，用VisualC+编写代码也并不意味着一定要用MFC，只要愿意，用VisualC+来编写SDK程序，或者使用STL，ATL，一样没有限制。不过，VisualC+本来就是为MFC打造的，VisualC+中的许多特征和语言扩展也是为MFC而设计的，所以用VisualC+而不用MFC就等于抛弃了VisualC+中很大的一部分功能。但是，VisualC+也不等于MFC。3.PlatformSDK。这才是VisualC+和整个VisualStudio的精华和灵魂，虽然我们很少能直接接触到它。大致说来，PlatformSDK是以MicrosoftC/C+编译器为核心（不是VisualC+，看清楚了），配合MASM，辅以其他一些工具和文档资料。上面说到DeveloperStudio没有编译程序的功能，那么这项工作是由谁来完成的呢？是CL，是NMAKE，和其他许许多多命令行程序，这些我们看不到的程序才是构成VisualStudio的基石。VisualC+6.0，简称VC或者VC6.0，是微软推出的一款C+编译器，将“高级语言”翻译为“机器语言（低级语言）”的程序。VisualC+是一个功能强大的可视化软件开发工具。自1993年Microsoft公司推出VisualC+1.0后，随着其新版本的不断问世，VisualC+已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。虽然微软公司推出了VisualC+.NET(VisualC+7.0)，但它的应用有很大的局限性，只适用于Windows2000、WindowsXP和WindowsNT4.0。所以实际中，更多的是以VisualC+6.0为平台。VisualC+6.0由Microsoft开发,它不仅是一个C+编译器，而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境（integrateddevelopmentenvironment，IDE）。VisualC+6.0由许多组件组成，包括编辑器、调试器以及程序向导AppWizard、类向导ClassWizard等开发工具。这些组件通过一个名为DeveloperStudio的组件集成为和谐的开发环境。Microsoft的主力软件产品。VisualC+是一个功能强大的可视化软件开发工具。自1993年Microsoft公司推出VisualC+1.0后，随着其新版本的不断问世，VisualC+已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。虽然微软公司推出了VisualC+.NET(VisualC+7.0)，但它的应用的很大的局限性，只适用于Windows2000,WindowsXP和WindowsNT4.0。所以实际中，更多的是以VisualC+6.0为平台。VisualC+6.0以拥有“语法高亮”，自动编译功能以及高级除错功能而著称。比如，它允许用户进行远程调试，单步执行等。还有允许用户在调试期间重新编译被修改的代码，而不必重新启动正在调试的程序。其编译及创建预编译头文件(stdafx.h)、最小重建功能及累加连结(link)著称。这些特征明显缩短程序编辑、编译及连结的时间花费，在大型软件计划上尤其显著。VC作为一个主流的开发平台一直深受编程爱好者的喜爱，但是很多人却对它的入门感到难于上青天，究其原因主要是大家对他错误的认识造成的，严格的来说VC+不是门语言，虽然它和C+之间有密切的关系,如果形象点比喻的话，可以把C+看作为一种“工业标准”，而VC+则是某种操作系统平台下的“厂商标准”,而“厂商标准”是在遵循“工业标准”的前提下扩展而来的。VC+应用程序的开发主要有两种模式，一种是WINAPI方式，另一种则是MFC方式，传统的WINAPI开发方式比较繁琐，而MFC则是对WINAPI再次封装，所以MFC相对于WINAPI开发更具备效率优势。VC适用范围：1、VC主要是针对Wi