煤矿自动化系统现场设备层通信基于RS-485总线实现
概述 系统描述 解决方案 连接示意图 适用产品型号

煤炭作为中国的主要能源在国民经济中占有重要地位,但是由于中国的煤炭分布较广,且基本上为深藏煤矿,露天煤矿相对较少。人们挖掘煤矿需要深入地表以下几十米甚至数百米才可以开采到煤炭,而矿井下由于各种复杂的条件,一旦疏漏就可能出现事故导致人员财产的损失。一般而言,地下矿井出现的事故基本上都是塌方,透水以及瓦斯爆炸几种情况。而瓦斯爆炸以北方煤矿出现的概率较高,南方煤矿主要以塌方,透水事故较为多见。

系统描述

煤矿自动化系统是综合应用计算机技术,数据通信技术以及传感技术组成的自动化系统,采用各种现代电子技术对于煤矿各种设备以及环境参数进行实时监测,并依据获取的参数自动控制运行相应设备,从而达到提高煤矿生产效率以及降低煤矿的事故几率的作用。煤矿自动化系统通信线路一般都是采用冗余环网光纤+双绞线的工业以太网,但是光纤布线比较复杂,且一旦断裂熔接非常麻烦,而矿井下机械设备众多,环境昏暗,非常容易损坏线路,全部采用光纤布线不是很合适,而以太网通信距离只有100米,同样布线较为复杂。煤矿自动化系统位于井下部分的现场设备层基本上还是采用现场总线作为通信线路,其中RS-485总线由于布线简单方便,应用成熟,现在依旧大量的应用于现场设备层。

解决方案

RS-485总线由于使用简单,布线方便,通信距离远,支持点对多点通信,且支持厂家众多(大多数仪器仪表设备都具有RS-485数字接口),在工业控制现场具有广泛的应用。但是其布线规范要求做到手牵手总线式布线,而在现场环境下,完全做到手牵手布线即使能够做到,有的时候也会布线非常复杂,在某些特定条件下,RS-485总线布线需要采用树形或者星形拓扑结构,但是如果不借助相应的设备,单纯的连接成星形结构,可能会形成信号反射从而导致通信出错甚至出现通信失败的情况。

某煤矿上马监测自动化系统,通过自动化系统对矿井运行的设备以及矿井内的环境参数实施实时监测,其中的采集的环境参数包括有瓦斯含量,温度,水位数据,含氧量等各种参数,由于采集的环境参数必须是各个巷道里面的实时数据,监测点也就必须布置在各个巷道里面。而自动化系统的监控中心则位于地面,因此就需要将所有环境监测点的数据通过通信线路汇聚至监控中心,整个自动化系统管理层和监控层的通信线路大多是采用工业以太网作为通信线路,但是现场设备层如果采用工业以太网则很难实现:井下现场环境复杂,巷道像蛛网一样四通八达,采用光纤或者网线布线成本高,且一旦出现损坏则修复非常困难(尤其是光纤通信线路)。

由于大多数据采集仪表都已经具备RS-485接口,系统集成商决定在现场设备层采用RS-485总线作为通信线路,即通过RS-485总线将设备连接起来,再通过串口联网服务器将RS-485总线转为以太网接口与工业以太网交换机连接,将相关数据通过工业以太网传输至监控中心。但是施工方在实际布线中发现一个问题,由于矿井内的巷道是像蛛网一样四通八达,而环境监测点则是离散的分布在各个巷道里面,如果按照手牵手的布线方式则会非常复杂,需要将线路绕来绕去的布线,那样布线不仅浪费线材导致布线成本高,还会因为通信距离过长导致通信不稳定。

针对矿井下的特殊情况,施工方决定采用星形拓扑结构布线,采用星形拓扑结构不仅结构清晰简单,相对来说使用的线材也更为节省并且整体的通信距离也不会太远。但是单纯的采用星形结构会产生信号反射的问题,在此施工方采用深圳市鼎信鸿达科技有限公司的N-1204型485集线器来解决该问题,由于485集线器向上提供一路RS-485接口,向下提供四路RS-485接口,各个接口之间相互隔离成独立的RS-485总线,从而有效的避免了信号反射的问题,保证了RS-485总线通信的稳定性。煤矿自动化系统现场层设备通信线路采用RS-485总线能够很好的适应井下长距离通信以及容易修复的要求,而采用星形拓扑结构使之更加能够适应井下的复杂地形情况。

连接示意图
适用产品型号
 
N-1204型485集线器  

 

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