基于煤矿电力监控系统信息量的采集及处理

李树奇

（郑州煤炭工业 ［集团］有限责任公司供电分公司）

0 引言

随着数字化技术的发展及应用，煤矿开采技术也实现了信息化，这给电力系统提出了较高的要求，尤其是在电力监控系统的调、控及检测等方面［1］，信息化手段能够及时快速地检测和处理煤矿生产设备故障及突发事件。信息量复杂而繁多是煤矿电力系统的重要特点，信息量控制设备运行的有效掌握，直接关系煤矿整个电力系统的运作状态。一般来讲，煤矿电力监控信息多少利用模拟量传输来实现，由于煤矿技术数字化的发展及应用，煤矿电力监控系统的设备得到极大改进，已经由模拟量的传输应用转为数字量的传输，但这也使得煤矿信息量变得更加复杂和混乱，难以进行统一、规范的传输。

煤矿信息本身较为复杂和丰富，如开关量、高压开关、电流、电压及传感器模拟等信息，加上许多开关信息量的通信传输方式并未完全实现智能化，以及一些传统通信模式的存在，因此，煤矿电力控制系统的信息处理、搜集模块必须统一，系统利用统一的搜集及处理模块对监控信息进行处理、分析，且在转化处理后，利用TCP／IP协议传输［2］，以监控整个煤矿电力系统的信息控制和传输，一旦发现某个环节出现问题，系统会及时提示和报警，工作人员在接到报警后对其进行及时处理和控制，以确保电力监控系统的政策运转和煤矿生产的安全，从而实现了煤矿安全监控的信息化和现代化。

1 煤矿电力系统信息量采集及转换的结构及原理

煤矿电力监控系统的信息量采集模块主要有数字量模块、开关量模块、模拟量模块和陈旧设备中非智能化的信息采集模块，实时统计、处理和分析这些模块的信息并将其输入存储至数据库。其中模拟量模块主要为电力系统的功率因数、频率、电流、电压、无功及有功功率、温度、有功及无功电度等。开关量模块主要有信号预告、事故信号、开关位置、撤除信号、自动装置投入、开门信号、远动开关或当地开关的操作位置信号等。陈旧设备中非智能设备的传输模式、心理处理及采集也是其信息量内容之一。在信息量采集中，煤矿电力监控系统主要利用CPU来实现，高性能、大容量的MCU、ROM、RAM、Memory、FLASH等共同构成监控系统的中心心脏CPU［3］。这种高性能及大容量的存储容量能够确保CPU的数据处理和记录能力非常强大，可以同时实现2路CAN和RS－485总线采集设备信息量，经过中央处理器处理后，再由传输协议TCP／IP向后台监控主机传输。

然而，由于煤矿电力系统信息量传输方式比较复杂，监控系统利用采集模块采集拟量和开关量，而后将此信息量传输到存储器，CPU内核在接到相关指令后再提取相关信息，且利用编译指示软件处理该信息，完成处理后形成TCP／IP统一协议，再向以太网向电力监控系统传输，而后由电力监控系统分析整理相关数据，并在分析、提示后对电力控制系统的整个信息进行判断和掌握，一旦发现系统出现问题，电力监控系统会及时报警和处理。煤矿电力监控系统信息量采集及处理的工作原理见图1.

图1 煤矿电力监控系统信息量采集、处理运行图

2 煤矿电力监控系统信息量采集及传输

2.1 采集信息量

模拟量、开关量和数字量等信息量的采集需要采集电路对不同的信号进行采集来实现，由采集电路再将其上传至中央处理器，经内核处理器处理后由TCP／IP协议上传至监控系统实施监控。该采集模块主要是对非智能及数字信号、模拟量、开关量进行采集。

采集非智能信号需要单独的采集电路来完成。有些非智能设备应用INA129，其为精度高且功耗低的通用型仪表放大器，能够提供很高的宽带，且偏置电压非常低，共模抑制强，能够以便携式电池进行工作，非常适用于采集矿山信号。采集信号利用INA129的2及3管脚将信息量输入到通用放大器，而后在6脚把放大的电压输出，并以Ro的调节对输出电压进行调节［4］。

2.2 传输信息量

信息量被采集后要利用模数转换成能够被处理器识别的信号，模数转换通常选择噪音低、功耗低的三通转换器。经AOUT将模拟信息量输入到转换器中，再经DOUT将24位的数字量输出。在光耦隔离作用下传输至处理器中，进而完成对模拟量、开关量信息的采集。采集电路模数转换电路见图2.

如果控制系统接收到处理信息量指令，需要将信息量转换为TCP／IP协议而后再向监控系统传输，煤矿安全监控工作人员操作监控系统。在传输信息量过程中，一旦出现紧急状况，应即刻将优先级提高，立即传输，且经监控系统报警，以引起监控系统操作者注意和避免出现监控系统失控。转换信息时，由中央处理器完成，若是开关量信息则传输至CPU内核，并由其转换为相应的TCP／IP协议。煤矿智能设备必须由此通信协议来实现，并无需转换而直接存储传输和采集。

图2 采集电路模数转换电路图

当煤矿设备被电力监控系统实施监控时，处理其相应信息量时，需要完成处理相应的开关信号及模拟信号，监控系统能够对煤矿设备的运行进行直接控制，以确保煤矿设备及各个环节的正常、安全运转，一旦发现问题能够及时解决。

2.3 处理信息量

煤矿电力监控系统程序编写采用的是C语言，该编写语言的功能强大，且具有较强的可维护性和可移植性。当然，监控系统程序功能的实现需要满足各个硬件的要求。如果监控系统开始运行，中央处理器对各个设备的信息进行收集并归类分析，经过存储处理后将所采集的信息量统一处理、存储至TCP／IP协议，并向上传输信息量。

数据处理中所用为SCADA系统，该系统较为成熟，应用也较为广泛，且信息传输的效率高、完整性强，能够对电力监控系统的运行进行准确监控，对出现的问题能够及时提前报警和迅速诊断系统的故障。该系统的应用进一步强化了煤矿电力系统的整体运行安全性和可靠性，减轻了监控工作者的负担，使经济效益进一步提高，实现了电力监控系统的智能化、自动化和现代化，为电力系统处理数据的核心。采集及处理完数据后可以从数据库中调出并对设备运行进行分析，显示出故障位置，对相应线路的波形输出进行查看并发出故障警告。数据处理能够对设备故障和设备运行状况进行线上诊断，并可对其进行滤波分析。

总之，在现代煤矿安全生产监控中，电力监控系统极为关键，其信息采集及转换改变了煤矿电力监控的传统模式，能够将煤矿设备运行及历史运行参数、性能参数、电路运行状况等在监控主机上显示，以便于电力调度对电力系统安全性、故障隐患、设备性能偏差等进行评估，在设备或系统故障发生前，能够及时指挥相关人员进行处理，以免发生事故。从而确保了煤矿生产的安全性，并提高了其经济效益，实现了煤矿安全生产的现代化和信息化、智能化。