现场总线控制系统在煤矿中的应用

煤矿井下现行的电气控制系统模式

　　由于我国目前煤矿井下使用的各种电气控制设备基本都是“单兵作战”，如馈电开关、电磁起动器等都是完成一些特定的功能，相互之间几乎没有任何联系，而且由于各个设备的内部状态不外露或很少外露，给诊断及监视造成很大的困难。另外，如果功能需要增加，就要考虑电气控制设备中的接线端子、喇叭嘴的数量够不够，内部还有没有安装位置等等，这就要对电气控制设备进行改造或重新设计，因此这种控制设备不能，也不可能使煤炭生产自动化，实现无人工作面，必须采用一种新的控制模式取代它。

　　2 现场总线控制系统

　　由现场总线构成的控制系统称为现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)。在FCS中，每个现场设备都是智能化的、能够相互通讯的、具有特定功能的设备，其系统结构特点是全分散式的，其中包含两个含义：

　　1)现场设备位置分散，可以分布在现场所需的各个地方。

　　2)功能块分散，把各种功能分散给各种现场设备。

　　这些现场设备都是通过现场总线来实现它们之间的联系的。那么，什么是现场总线?现场总线(Fieldbus)是一种用于生产、过程控制领域最底层的现场设备(仪表)互连的通讯网络。按IEC(1158—2，1993)的说明：现场总线是一种数字式、串行、多点，用于最底层的工业控制设备及仪表(如：传感器、执行器及现场控制器)互连通讯的数据总线。

　　现场总线采用数字串行通讯，其基本结构为总线形。各个现场设备都与总线相接并共用这一总线来互相交换数据。比如：一个现场设备通过总线发布一个控制命令后，相应的现场设备从总线上接收到这—命令后，执行命令所要求的操作；同样，—个现场设备也可以把自身的状态信息(比如：命令的完成情况)通过总线发布出去，供其它现场设备使用(比如：状态显示、运行监视、故障分析或诊断)等等。

　　现场总线的通讯方式为多点(广播)式，即每个现场设备都可以通过总线发布消息，但是任何时刻只能有一个发布者，其余均为接收者，通俗地讲就是“一人说，大家听”。对于这种通讯方式，每个现场设备都具备“接受过滤”的能力，即决定是否响应(接受)已经收到的消息。因此现场总线不单是一种通讯技术，它是计算机技术、通讯技术及控制技术三者的综合与集成。

　　对于现场总线FF(Fieldbus Foundation现场总线基金会，国际标准化组织，有120多个成员，几乎覆盖了世界上所有著名的DCS和PLC厂商)更强调开放式互连及互操作性，因为FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总线标准，使不同厂商不同品牌的产品能够直接互连直接互换，使用者可以很方便地用不同厂商不同品牌的产品直接构成满足自己要求的FCS。

　　3 现场总线控制系统在煤矿井下的应用

　　以现场总线为基础建立的煤矿井下电气控制系统新模式应具有现场总线的所有特点：总线结构、数字串行通讯、多点(广播)方式、接受过滤功能、全分散等。
　
　　在新模式中的“现场设备”的概念与现行井下使用的“设备”概念有很大的不同。新模式中“现场设备”应具有智能化、总线通讯、分散功能块等功能。智能化就是其内部含有微控制单元(MCU)，总线通讯即各个现场设备之间的联系都是通过总线进行的。在系统中它们以总线为核心，而分散功能块就是把原来电气控制设备上的多种功能分解到不同的现场设备上，各个现场设备都相对独立地执行其中的一个或一些功能，其主要包含两个内容：1)从总线上接受消息(与自己有关的消息)，并根据消息内容对动力回路实施控制；2)把内部状态、数据(如控制的完成情况等)公布到总线上去，而显示、监视等任务可由其他现场设备来承担。

　　因此在煤矿井下我们建立系统时，就只需按照系统功能的总要求把具有相应功能的各种现场设备接到总线上即可。而对系统修改时只需对相应的现场设备进行修改即可，其余现场设备不需作任何修正。在系统上要新增现场设备时，只要把新增现场设备接到总线上，发布可被其它现场设备接受的消息，或者能够接受其它现场设备发布的消息即可。

　　为了按照新模式建立煤矿井下新的电气控制系统，就需要对相应的现场设备进行研制，象带有标准串行通讯接口的馈电开关、磁力起动器等电控设备目前还处于起步阶段，希望依据新模式的要求研制出来的各种功能的现场设备能形成系统化、标准化，而不要“百花齐放”。

　　由此看来，煤矿井下新的电气控制系统模式具有以下优点：

　　1.可对系统监视及诊断—由于新模式中现场设备以总线为核心，总线汇集了所有的信息，因此可以很容易地从总线上获得各种信息，实现整个系统的诊断和监视。


　　2.可靠性高—由于新模式中各“现场设备”中安装的都是功能模块，因此工作可靠，接线简单而且少，同时各个“现场设备”的内部状态对外公开，可以很方便地对各个现场设备进行监视，便于查找及处理故障。

　　4 结束语

　　现场总线及现场总线控制系统FCS是一种新兴技术，它代表了现场测控技术领域的发展方向，以现场总线控制系统FCS技术为基础开发井下电气控制系统新模式是必然趋势，这种新模式必然会促进和推动煤矿电气控制技术的发展，推动煤矿向采煤自动化方向迈进。