伴隨微電子,、微機(jī),、PLC、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展,，煤礦現(xiàn)代化和自動(dòng)化已成為我國(guó)煤礦企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),，煤礦供電系統(tǒng)作為煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)中極其重要的一部分，自動(dòng)化,、智能化的程度也必然越來(lái)越高,。
因此以往煤礦井下高壓供電系統(tǒng)的高壓防爆開關(guān)的綜合保護(hù)裝置的缺陷也日益暴露出來(lái)，例如可操作性較差,、可靠性不高,、升級(jí)改進(jìn)困難等等，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足井下高壓供電系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展的需要,。本文就是基于上述各種情況,，運(yùn)用西門子軟PLCWinAC、WinCC6．0和必須的硬件,，實(shí)現(xiàn)了集測(cè)量,、控制、保護(hù),、通信功能于一體的高壓防爆開關(guān)保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)裝置,。
1 智能型保護(hù)裝置的主要功能分析
經(jīng)過(guò)對(duì)煤礦高壓供電系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)研，智能高壓隔爆開關(guān)保護(hù)裝置最好集“檢測(cè),、控制,、保護(hù)、通信”4功能于一體,。
具體主要功能與特點(diǎn)描述：
1)檢測(cè)功能,。能夠精確實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行中的參數(shù)，如Ua,、Ub,、Uc等。
2)控制功能,。具有就地與遠(yuǎn)程控制功能,。
3)保護(hù)功能。能與10／6kV電壓等級(jí)的高壓防爆開關(guān)配套使用,，可完成,、過(guò)載,、短路、欠壓等多種保護(hù)功能,，且漏電保護(hù)具有選擇性,。
4)通信功能。裝置具有Profibus-DP通信接口,，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集,、操作功能，這樣便于實(shí)現(xiàn)礦井管理的現(xiàn)代化,。
5)事件及故障記憶功能,。每次調(diào)整的各項(xiàng)保護(hù)功能參數(shù)與故障信息均記憶保存，下次上電或系統(tǒng)復(fù)位時(shí)自動(dòng)提取上一次設(shè)定的參數(shù),。
6)自檢功能,。軟硬件自檢功能，如有問(wèn)題,，系統(tǒng)給出相應(yīng)的出錯(cuò)信息,。
7)Window XP Embedded嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的嵌入式PC平臺(tái)，提供強(qiáng)大的人機(jī)交互界面,，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,，可靠性。
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)采用西門子基于PC控制的自動(dòng)化解決方案,，在該解決方案中工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,，即以裝有西門子公司的Win-AC RTX的工業(yè)PC機(jī)為核心，另外配置了數(shù)字量輸入輸出模塊,、模擬量輸入輸出模塊等,。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，工控機(jī)上安裝了SIMATICW-inAC,、WinCC6．0組態(tài)軟件，Net Working for System軟件與STEP7／編程軟件,。
1)SIMATIC WinAC RTX處理單元該處理單元性能極高,，有較好的實(shí)時(shí)性。其高性能體現(xiàn)在高速控制應(yīng)用運(yùn)算時(shí)僅占用微處理器的較少資源,。除了處理控制任務(wù),，CPU還有足夠的資源運(yùn)行其他大量需要并行處理的復(fù)雜的PC任務(wù)。SIMATIC WinAC RTX(軟件PLC),，在PC上能實(shí)現(xiàn)硬件PLC的功能,，替代了傳統(tǒng)的硬件PLC，實(shí)現(xiàn)了基于PC的開放的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),。運(yùn)用它實(shí)現(xiàn)了將PLC控制,、數(shù)據(jù)處理,、通訊、可視化集成于一臺(tái)PC機(jī)上,。軟件方面支持各種開放性協(xié)議,，例如：OPC、DDE,、COM／DCOM,、OLE等。硬件方面不僅能夠支持各種運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品,，而且能夠支持各種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng),。
2)ET200及榆入、輸出模塊ET200是多通道模塊化的分布式I／O,，模塊分為數(shù)字量與模擬量?jī)煞N,，開關(guān)量輸入單元共有4路輸入信號(hào)，采集當(dāng)前的開關(guān)量狀態(tài)以及手動(dòng)操作的輸入等,。開關(guān)量輸出單元共有6路輸出信號(hào),。模擬量輸入單元共9路信號(hào)，分別為電網(wǎng)電壓Ua,、Ub,、Uc、Uo,，電流Ia,、Ic、Io,、附加電阻監(jiān)視線電流,、地線電流等。
3)通訊單元 系統(tǒng)采用Profibus-DP通信,，選用CP5611卡,，實(shí)現(xiàn)ET200與上位機(jī)的通信。同時(shí),，系統(tǒng)還具有以太網(wǎng)通信功能,。
3 軟件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)軟件和PLC軟件2個(gè)部分。
1)上位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)編程軟件采用西門子公司的組態(tài)軟件WinCC6．0,，主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì),，界面結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。通過(guò)界面可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電力電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),、自檢狀態(tài)、告警類型,、故障狀態(tài)等信息,，完成數(shù)據(jù)采集,、過(guò)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等,。
2)下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC軟件以西門子STEP7 V5．2為開發(fā)平臺(tái),，采用直觀通用的梯形圖語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)高壓防爆開關(guān)狀態(tài)參數(shù)的采集,、處理,、保護(hù)等功能，系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)如圖3所示,。由以下幾個(gè)組織塊及功能組成OB塊：程序循環(huán)塊OB1,、中斷服務(wù)塊OB35、暖啟動(dòng)塊OB1000另外還用到了自定義的功能FC,、數(shù)據(jù)塊DB,、系統(tǒng)功能SFC等。
圖3中保護(hù)子程序是整個(gè)裝置的核心,，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的具體保護(hù)類型,，保護(hù)子程序包括絕緣監(jiān)視保護(hù)、電流保護(hù),、欠壓保護(hù),、選擇性漏電保護(hù)等。其中,，絕緣監(jiān)視保護(hù)子程序的開發(fā)設(shè)計(jì)主要依據(jù)附加電阻的交流監(jiān)視線保護(hù)原理,。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)視線和地線之間的電流，然后通過(guò)歐姆定律,，結(jié)合監(jiān)視電壓,，計(jì)算出電阻。選擇性漏電保護(hù)子程序設(shè)計(jì)主要利用選相法,。
系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí),，經(jīng)過(guò)OB100初始化之后就開始任務(wù)調(diào)度，通過(guò)OB35定時(shí)進(jìn)行模擬量采集,，接受外部輸入,。本系統(tǒng)中，首先是以采樣中斷為原發(fā)事件,，并按保護(hù)功能處理流程激活一系列后續(xù)任務(wù)FC8-FC11，完成保護(hù)功能的任務(wù)鏈,。同時(shí),，系統(tǒng)通過(guò)FC7完成通訊功能以及人機(jī)交互任務(wù)等。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),，調(diào)用FC6進(jìn)行故障判決,。當(dāng)滿足故障判據(jù)后觸發(fā)故障處理任務(wù),，實(shí)現(xiàn)報(bào)警等。
4 抗干擾設(shè)計(jì)
由于該設(shè)備主要應(yīng)用于煤礦井下,，工作環(huán)境惡劣,，存在強(qiáng)大的干擾源，這些干擾常常使控制器系統(tǒng)工作中斷,，造成嚴(yán)重事故,，為此該設(shè)備從硬件、軟件兩方面進(jìn)行了考慮,。
硬件方面：1)輸入模塊采用光電隔離I／O模塊：輸入電路接入光電耦合后,，使夾雜在輸入開關(guān)量中的各種干擾脈沖被有效阻擋；2)輸出模塊選用繼電器隔離模塊：利用繼電器的線圈和觸點(diǎn)間沒有電氣上的聯(lián)系的特點(diǎn),，有效避免強(qiáng)電和弱電信號(hào)之間的直接接觸,。
軟件方面：在軟件上主要采用滑動(dòng)平均數(shù)字濾波，程序隸屬于FC1模塊,，流程圖如圖4所示,。該濾波方法對(duì)周期性交流電帶來(lái)的干擾具有良好的抑制作用。
5 結(jié)論
本文介紹了一種基于WinAC的高壓防爆開關(guān)保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,。硬件采用基于高性能的工業(yè)PC機(jī),，使系統(tǒng)接口簡(jiǎn)單、功能豐富,、抗干擾性強(qiáng),；軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了功能強(qiáng)大的人機(jī)交互界面,，開發(fā)了保護(hù),、故障處理等相關(guān)程序，保證了整個(gè)裝置的可靠性,、實(shí)時(shí)性和易擴(kuò)展性,。