CN203180637U - 基于arm的煤矿井下电力监控系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，包括有地面微机管理系统、嵌入式监控分站、智能电力装置，地面微机管理系统包括有监控主机以及与监控主机连接的以太网收发器，嵌入式监控分站包括有多个采区变电站，监控主机通过CAN总线和以太网与各个采区变电站双重通信，各个采区变电站与其对应的智能电力装置之间采用RS-485的通讯方式。本实用新型可实现井下中央变电所、采区变电所的集中管理和无人值守，对于提高供电系统的可靠性和经济运行指标，促进采区供电系统管理的科学化、现代化，有着非常重要的现实意义。

Description

基于ARM的煤矿井下电力监控系统
技术领域
    本实用新型主要涉及煤矿监控领域，尤其涉及一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统。
背景技术
目前对定点、近距离的变电所的自动监控系统较多，但针对煤矿井下环境的特殊性，区域变电所多而距离远的监控系统还不成熟。
随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的发展，自动控制系统己在我国煤炭行业得到广泛应用。煤矿供电网络自动化控制系统，目前主要应用于煤矿井上变电所的微机保护、微机管理检测方面，特别是无人值班监测监控系统也得了广泛应用。而煤矿井下由于供电网络结构复杂，且受环境、地质条件等因素的制约，影响供电系统运行的不确定因素也较多，因此，对井下供电系统实施监控也十分迫切。
近年来，煤矿供电管理部门在改进井下配电装备、应用新技术成果的同时，不断强化人员素质的管理，煤矿井下供电系统的可靠性得到了提高。但由于人为因素造成的供电事故也时有发生，影响了煤矿的安全生产。
煤矿井下采区变电所服务对象为采煤、掘进、运输、排水等重要坏节，供电负荷种类繁多，区域分布广。负荷工作场所地质条件复杂，而且存在着瓦斯、煤尘、水等有害介质，事故发生率高，故障排查、停送电周期长，影响了采区的安全生产。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。  国内矿井电网的继电保护技术从硬件设备上来讲经历了机电式、半导体式和微机式3个发展阶段，早期的继电保护装置都是由电磁型、感应型或电动型继电器组成的，如DL-10系列过电流保护继电器，GL-10系列感应式过电流继电器等，这些继电器都具有机械转动部件，统称为机电式继电器，这种保护装置体积大、消耗功率大、动作速度慢、机械转动部分和触点容易磨损或粘连，调试维护比较复杂。
在上世纪50年代，随着半导体晶体管技术的发展，开始出现了晶体管式继电保护装置，到70-80年代，晶体管式继电保护装置在煤矿井下供电系统中得到了广泛的应用，如DWKB30系列馈电开关，其内部采用晶体管电路实现了短路、过载、欠压等保护功能，至今在许多矿井中仍在使用。与机电式保护装置相比，晶体管保护装置具有体积小、功率消耗小、动作速度快等优点，但容易受到电磁于扰的影响从而造成保护误动或损坏，可靠性差，而且保护功能也不完善。20世纪90年代，随着电子技术和计算机技术的发展，微机控制技术逐渐应用到矿井电网的继电保护系统中，相继出现T智能真空馈电开关，该保护装置采用MCS-51系列单片机作为中央控制单元，信号采样和逻辑变换电路都采用电子线路设计，具有电压、电流、漏电等综合保护功能，可以实时检测系统运行状况并显示其参数，实现了保护控制的智能化。微机控制技术的应用，使矿井电网继电保护技术发生了质的飞跃，保护动作的可靠性大大提高，保护功能更加完善。
近年来，随着智能技术的进一步发展，人工智能技术开始逐渐应用到电力系统中，主要解决一些传统技术难以解决的问题，如绝缘在线检测、故障类型判断等，并取得了一定的进展。专家预测，未来智能技术在控制领域必将得到更为广泛的应用，如何将智能技术更好地应用到矿井电网保护系统中，使其保护功能更加完善，动作更加可靠，这是矿井电网继电保护技术发展的方向之一。早期的电力系统调控主要采用就地人工操作方法，为了合理地监视日益扩大的系统的运行情况并及时处理影响整个运行事故和异常情况，人们开始注意到电力系统的远程监视和控制问题。但在开始阶段，由于技术装备的限制，运行人员所能获得的信息量和数据量是有限的，所以监视和控制的实时性和正确性都受到一定的限制。
国外一些工业发达国家，如美国、日本、德国、瑞士等，早在70年代末80年代初就开始了变电所综合自动化这一实用新型的研究工作，并很快引起了学术界的关注，国际供电会议、国际电力系统保护进展会议、国际电力系统控制运行与管理发展会议等，都组织有关专家对该项技术发展过程中的若干问题进行了深入的研究与探讨，使该项技术随着微机技术、信息传输技术的进一步发展而取得了重大进展。
实用新型内容
本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种利用嵌入式技术和以太网技术开发一套适用于煤矿井下采区变电所高、低压配电设备的嵌入式监控分站和智能电力装置，实现井下采区变电所的保护、测控一体化，并与远程计算机组成多级网络的监控系统。
本实用新型采用的技术方案是：   
一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：包括有地面微机管理系统、嵌入式监控分站、智能电力装置，地面微机管理系统包括有监控主机以及与监控主机连接的以太网收发器，嵌入式监控分站包括有多个采区变电站，监控主机通过CAN总线和以太网与各个采区变电站双重通信，各个采区变电站与其对应的智能电力装置之间采用RS-485的通讯方式；嵌入式监控分站的各个采区变电站采用AT91RM9200为核心处理器，核心处理器AT91RM9200连接有存储单元、通信接口、输入输出单元、人机接口；智能电力装置以单片机为控制核心，单片机的信号输入端连接有A/D转换器、遥信输入电路，单片机的信号输出端连接有遥控输出电路、报警电路，单片机还外接有RS-485通信接口、液晶显示及键盘电路，单片机与遥信输入电路、遥控输出电路之间还分别连接有光电隔离电路。
所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的存储单元包括8MB的Flash、32MB的SDRAM和512KB的I2C EEPROM。
所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的通信接口包括1路以太网、2路CAN、1路485、1路USB Host接口、I路USB Divee接口和l路232串口。
所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的输入输出单元包括32路I/O、8路A/D、2路D/A和2路PWM。
所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的人机接口包括4个7段LED，一个4×4键盘及I个64×128的LCD显示接口。
所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的智能电力装置的单片机采用16位单片机80C196KB。
本实用新型的创新之处及其优点在于：
本实用新型成功的将以太网技术、嵌入式技术引入煤矿井下，实现三级网络通信。针对井下恶劣的工作环境，设计出的相应的嵌入式系统平台具有好的移植性，同时移植了嵌入式操作系统和TCP/IP协议栈，能真正实现了远程监控。具体有以下几点：
1．采用AT91RM9200为核心处理器和实时操作系统μC/OS-II设计一个嵌入式监控分站，来提高系统采集数据的速度和缩短系统巡测周期，从而提高系统的整体性能，起到承上启下的作用。
2．在μC/OS-II上嵌入CANopen协议栈，通过CAN总线接口可靠的实现了电信息的远传功能，在μC/OS-II上嵌入TCP/IP协议栈，通过以太网接口实现了嵌入式设备方便的接入连接到Internet上，从而实现远程控制。
3．智能电力装置拟采用高精度的电压、电流互感器和改进的交流同步采样方法进行电力参数的采集，并对数据进行了数字滤波，按照“微积和”的算法进行数据计算，从而提高了电力参数的精度等级。同时拟采用双CPU来解决负担过重的问题，进步提高系统的实时数据处理能力。
4．三级网络整定保护定值和液晶显示。保护定值可以在每台智能电力装置安放的开关、井下嵌入式监控分站和井上调度室三处随时修改，灵活方便。同时这三处都由不同液晶显示实时数据。
5.本实用新型的研究和实施，可实现井下中央变电所、采区变电所的集中管理和无人值守，对于提高供电系统的可靠性和经济运行指标，促进采区供电系统管理的科学化、现代化，有着非常重要的现实意义。监控系统主要监测井下各类高低压配电开关的电流、电压、有功功率、真空断路器的开合状态，还可通过地面计算机控制各配电开关的分合。该系统从实际出发，除了监测和实时显示以前无法知道的负载设备用电参数外，还能实现地面遥控变电所高、低压配电开关复位、合闸、分闸，可使变电所无人值守，提高了用电的科学管理化、控制自动化水平，能很好地解决煤矿生产中遇到的问题，使因输配电造成的生产事故降到最低点。易于设备的后期维护，能给煤矿企业带来巨大的经济效益，是现代化矿井安全生产监控系统的发展方向。
附图说明
图1为本实用新型的监控系统总体设计框图。
图2为本实用新型的嵌入式监控分站总体设计框图。
图3为本实用新型的智能电力装置总体框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，包括有地面微机管理系统1、嵌入式监控分站2、智能电力装置3，地面微机管理系统1包括有监控主机4以及与监控主机4连接的以太网收发器5，嵌入式监控分站2包括有多个采区变电站6，监控主机4通过CAN总线和以太网与各个采区变电站6双重通信，各个采区变电站6与其对应的智能电力装置3之间采用RS-485的通讯方式。
第一部分，地面微机管理系统1主要任务是对整个井下采区变电所的信息进行存储和处理，并通过先进友好的人机界面实现所有采区变电所的监控及管理。其由以太网通信接口、监控主机、其它网络计算机等组成。只有监控主机可以对井下设备变电所内配电设备进行人工控制操作，它直接与通信接口相连，进行数据采集和控制输出，其它计算机可通过局域网可显示部分或全部监控画面和数据，但不能进行控制操作。
第二部分，嵌入式监控分站2是本系统设计的核心，如图2所示，其通过网络信息通道收集各前置智能电力终端的上传信息，并下达控制、调整命令。并负责把所有与它相连的智能电力装置的工作状态，上传到地面微机管理系统的监控主机。嵌入式监控分站2的各个采区变电站6采用AT91RM9200为核心处理器7，核心处理器AT91RM9200连接有存储单元8、通信接口9、输入输出单元10、人机接口11、支撑电路12、电源及掉电保护电路13；存储单元8包括8MB的Flash、32MB的SDRAM和512KB的I2C EEPROM；通信接口9包括1路以太网、2路CAN、1路485、1路USB Host接口、I路USB Divee接口和l路232串口；输入输出单元10包括32路I/O、8路A/D、2路D/A和2路PWM；人机接口11包括4个7段LED，一个4×4键盘及I个64×128的LCD显示接口。
第三部分，面向现场设备的间隔层测控、保护“一体化”智能电力装置3，该装置采用统一模块，放置于高、低压开关防爆腔内，形成就地微机保护和SCADA(数据采集和监控)为一体的前置智能测控单元。如图3所示：智能电力装置3以16位单片机80C196KB为控制核心，单片机14的信号输入端连接有A/D转换器15、遥信输入电路16，单片机14的信号输出端连接有遥控输出电路17、报警电路18，单片机14还外接有RS-485通信接口19、液晶显示及键盘电路20，单片机14与遥信输入电路16、遥控输出电路17之间还分别连接有光电隔离电路21。
这样，嵌入式监控分站2作为中继站，既能通过CAN总线连接到地面监控主机，又能通过以太网通信接口连接到Internet上，同时通过RS-485与智能电力装置进行通信。从而大大提高了系统采集数据的速度和缩短系统巡测周期，提高了系统的整体性能。同时，嵌入式监控分站也可以独立工作，能移植到其它工业控制领域中，有一定的实践研究价值。从而形成三级网络整定保护定值和液晶显示。保护定值可以在每台智能电力装置安放的开关、井下嵌入式监控分站和井上调度室三处随时修改，灵活方便。同时这三处都由不同液晶显示实时数据。这对于提高井下供电系统的可靠性和运行经济指标，促进采区供电系统的管理现代化，有着重要的意义。

Claims (6)

1.一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：包括有地面微机管理系统、嵌入式监控分站、智能电力装置，地面微机管理系统包括有监控主机以及与监控主机连接的以太网收发器，嵌入式监控分站包括有多个采区变电站，监控主机通过CAN总线和以太网与各个采区变电站双重通信，各个采区变电站与其对应的智能电力装置之间采用RS-485的通讯方式；嵌入式监控分站的各个采区变电站采用AT91RM9200为核心处理器，核心处理器AT91RM9200连接有存储单元、通信接口、输入输出单元、人机接口；智能电力装置以单片机为控制核心，单片机的信号输入端连接有A/D转换器、遥信输入电路，单片机的信号输出端连接有遥控输出电路、报警电路，单片机还外接有RS-485通信接口、液晶显示及键盘电路，单片机与遥信输入电路、遥控输出电路之间还分别连接有光电隔离电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的存储单元包括8MB的Flash、32MB的SDRAM和512KB的I2C EEPROM。
3.根据权利要求1所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的通信接口包括1路以太网、2路CAN、1路485、1路USB Host接口、I路USB Divee接口和l路232串口。
4.根据权利要求1所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的输入输出单元包括32路I/O、8路A/D、2路D/A和2路PWM。
5.根据权利要求1所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的嵌入式监控分站的人机接口包括4个7段LED，一个4×4键盘及I个64×128的LCD显示接口。
6.根据权利要求1所述的一种基于ARM的煤矿井下电力监控系统，其特征在于：所述的智能电力装置的单片机采用16位单片机80C196KB。
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CN106483352A (zh) * 2016-12-13 2017-03-08 四川福利来网络工程有限公司 电量远程智能监测系统

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