現場總線控制系統在煤礦中的應用

煤礦井下現行的電氣控制系統模式

　　由于我國目前煤礦井下使用的各種電氣控制設備基本都是“單兵作戰”，如饋電開關、電磁起動器等都是完成一些特定的功能，相互之間幾乎沒有任何聯系，而且由于各個設備的內部狀態不外露或很少外露，給診斷及監視造成很大的困難。另外，如果功能需要增加，就要考慮電氣控制設備中的接線端子、喇叭嘴的數量夠不夠，內部還有沒有安裝位置等等，這就要對電氣控制設備進行改造或重新設計，因此這種控制設備不能，也不可能使煤炭生產自動化，實現無人工作面，必須采用一種新的控制模式取代它。

　　2 現場總線控制系統

　　由現場總線構成的控制系統稱為現場總線控制系統FCS(Fieldbus Control System)。在FCS中，每個現場設備都是智能化的、能夠相互通訊的、具有特定功能的設備，其系統結構特點是全分散式的，其中包含兩個含義：

　　1)現場設備位置分散，可以分布在現場所需的各個地方。

　　2)功能塊分散，把各種功能分散給各種現場設備。

　　這些現場設備都是通過現場總線來實現它們之間的聯系的。那么，什么是現場總線?現場總線(Fieldbus)是一種用于生產、過程控制領域最底層的現場設備(儀表)互連的通訊網絡。按IEC(1158—2，1993)的說明：現場總線是一種數字式、串行、多點，用于最底層的工業控制設備及儀表(如：傳感器、執行器及現場控制器)互連通訊的數據總線。

　　現場總線采用數字串行通訊，其基本結構為總線形。各個現場設備都與總線相接并共用這一總線來互相交換數據。比如：一個現場設備通過總線發布一個控制命令后，相應的現場設備從總線上接收到這—命令后，執行命令所要求的操作；同樣，—個現場設備也可以把自身的狀態信息(比如：命令的完成情況)通過總線發布出去，供其它現場設備使用(比如：狀態顯示、運行監視、故障分析或診斷)等等。

　　現場總線的通訊方式為多點(廣播)式，即每個現場設備都可以通過總線發布消息，但是任何時刻只能有一個發布者，其余均為接收者，通俗地講就是“一人說，大家聽”。對于這種通訊方式，每個現場設備都具備“接受過濾”的能力，即決定是否響應(接受)已經收到的消息。因此現場總線不單是一種通訊技術，它是計算機技術、通訊技術及控制技術三者的綜合與集成。

　　對于現場總線FF(Fieldbus Foundation現場總線基金會，國際標準化組織，有120多個成員，幾乎覆蓋了世界上所有著名的DCS和PLC廠商)更強調開放式互連及互操作性，因為FF的宗旨是促進產生一個單一的國際現場總線標準，使不同廠商不同品牌的產品能夠直接互連直接互換，使用者可以很方便地用不同廠商不同品牌的產品直接構成滿足自己要求的FCS。

　　3 現場總線控制系統在煤礦井下的應用

　　以現場總線為基礎建立的煤礦井下電氣控制系統新模式應具有現場總線的所有特點：總線結構、數字串行通訊、多點(廣播)方式、接受過濾功能、全分散等。
　
　　在新模式中的“現場設備”的概念與現行井下使用的“設備”概念有很大的不同。新模式中“現場設備”應具有智能化、總線通訊、分散功能塊等功能。智能化就是其內部含有微控制單元(MCU)，總線通訊即各個現場設備之間的聯系都是通過總線進行的。在系統中它們以總線為核心，而分散功能塊就是把原來電氣控制設備上的多種功能分解到不同的現場設備上，各個現場設備都相對獨立地執行其中的一個或一些功能，其主要包含兩個內容：1)從總線上接受消息(與自己有關的消息)，并根據消息內容對動力回路實施控制；2)把內部狀態、數據(如控制的完成情況等)公布到總線上去，而顯示、監視等任務可由其他現場設備來承擔。

　　因此在煤礦井下我們建立系統時，就只需按照系統功能的總要求把具有相應功能的各種現場設備接到總線上即可。而對系統修改時只需對相應的現場設備進行修改即可，其余現場設備不需作任何修正。在系統上要新增現場設備時，只要把新增現場設備接到總線上，發布可被其它現場設備接受的消息，或者能夠接受其它現場設備發布的消息即可。

　　為了按照新模式建立煤礦井下新的電氣控制系統，就需要對相應的現場設備進行研制，象帶有標準串行通訊接口的饋電開關、磁力起動器等電控設備目前還處于起步階段，希望依據新模式的要求研制出來的各種功能的現場設備能形成系統化、標準化，而不要“百花齊放”。

　　由此看來，煤礦井下新的電氣控制系統模式具有以下優點：

　　1.可對系統監視及診斷—由于新模式中現場設備以總線為核心，總線匯集了所有的信息，因此可以很容易地從總線上獲得各種信息，實現整個系統的診斷和監視。


　　2.可靠性高—由于新模式中各“現場設備”中安裝的都是功能模塊，因此工作可靠，接線簡單而且少，同時各個“現場設備”的內部狀態對外公開，可以很方便地對各個現場設備進行監視，便于查找及處理故障。

　　4 結束語

　　現場總線及現場總線控制系統FCS是一種新興技術，它代表了現場測控技術領域的發展方向，以現場總線控制系統FCS技術為基礎開發井下電氣控制系統新模式是必然趨勢，這種新模式必然會促進和推動煤礦電氣控制技術的發展，推動煤礦向采煤自動化方向邁進。