現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用分析

　　一、煤礦井下現(xiàn)行的電氣控制系統(tǒng)模式
　　
　　由于我國目前煤礦井下使用的各種電氣控制設(shè)備基本都是“單兵作戰(zhàn)”，如饋電開關(guān)、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，而且由于各個設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)不外露或很少外露，給診斷及監(jiān)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(shè)備中的接線端子、喇叭嘴的數(shù)量夠不夠，內(nèi)部還有沒有安裝位置等等，這就要對電氣控制設(shè)備進(jìn)行改造或重新設(shè)計，因此這種控制設(shè)備不能，也不可能使煤炭生產(chǎn)自動化，實現(xiàn)無人工作面，必須采用一種新的控制模式取代它。
　　
　　二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
　　
　　由現(xiàn)場總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）。在FCS中，每個現(xiàn)場設(shè)備都是智能化的、能夠相互通訊的、具有特定功能的設(shè)備，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是全分散式的，其中包含兩個含義：
　　
　　1）現(xiàn)場設(shè)備位置分散，可以分布在現(xiàn)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(xiàn)場設(shè)備。
　　
　　這些現(xiàn)場設(shè)備都是通過現(xiàn)場總線來實現(xiàn)它們之間的的。那么，什么是現(xiàn)場總線?現(xiàn)場總線（Fieldbus）是一種用于生產(chǎn)、過程控制領(lǐng)域zui底層的現(xiàn)場設(shè)備（儀表）互連的通訊網(wǎng)絡(luò)。按IEC（1158—2，1993）的說明：現(xiàn)場總線是一種數(shù)字式、串行、多點(diǎn)，用于zui底層的工業(yè)控制設(shè)備及儀表（如：傳感器、執(zhí)行器及現(xiàn)場控制器）互連通訊的數(shù)據(jù)總線。
　　
　　現(xiàn)場總線采用數(shù)字串行通訊，其基本結(jié)構(gòu)為總線形。各個現(xiàn)場設(shè)備都與總線相接并共用這一總線來互相交換數(shù)據(jù)。比如：一個現(xiàn)場設(shè)備通過總線發(fā)布一個控制命令后，相應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備從總線上接收到這—命令后，執(zhí)行命令所要求的操作；同樣，—個現(xiàn)場設(shè)備也可以把自身的狀態(tài)信息（比如：命令的完成情況）通過總線發(fā)布出去，供其它現(xiàn)場設(shè)備使用（比如：狀態(tài)顯示、運(yùn)行監(jiān)視、故障分析或診斷）等等。
　　
　　現(xiàn)場總線的通訊方式為多點(diǎn)（廣播）式，即每個現(xiàn)場設(shè)備都可以通過總線發(fā)布消息，但是任何時刻只能有一個發(fā)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(xiàn)場設(shè)備都具備“接受過濾”的能力，即決定是否響應(yīng)（接受）已經(jīng)收到的消息。因此現(xiàn)場總線不單是一種通訊技術(shù)，它是計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)及控制技術(shù)三者的綜合與集成。
　　
　　對于現(xiàn)場總線FF（FieldbusFoundation現(xiàn)場總線基金會，標(biāo)準(zhǔn)化組織，有120多個成員，幾乎覆蓋了世界上所有的DCS和PLC廠商）更強(qiáng)調(diào)開放式互連及互操作性，因為FF的宗旨是促進(jìn)產(chǎn)生一個單一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠商不同品牌的產(chǎn)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(chǎn)品直接構(gòu)成滿足自己要求的FCS。
　　
　　三、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用
　　
　　以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)建立的煤礦井下電氣控制系統(tǒng)新模式應(yīng)具有現(xiàn)場總線的所有特點(diǎn)：總線結(jié)構(gòu)、數(shù)字串行通訊、多點(diǎn)（廣播）方式、接受過濾功能、全分散等。
　　
　　在新模式中的“現(xiàn)場設(shè)備”的概念與現(xiàn)行井下使用的“設(shè)備”概念有很大的不同。新模式中“現(xiàn)場設(shè)備”應(yīng)具有智能化、總線通訊、分散功能塊等功能。智能化就是其內(nèi)部含有微控制單元（MCU），總線通訊即各個現(xiàn)場設(shè)備之間的都是通過總線進(jìn)行的。在系統(tǒng)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(shè)備上的多種功能分解到不同的現(xiàn)場設(shè)備上，各個現(xiàn)場設(shè)備都相對獨(dú)立地執(zhí)行其中的一個或一些功能，其主要包含兩個內(nèi)容：1）從總線上接受消息（與自己有關(guān)的消息），并根據(jù)消息內(nèi)容對動力回路實施控制；2）把內(nèi)部狀態(tài)、數(shù)據(jù)（如控制的完成情況等）公布到總線上去，而顯示、監(jiān)視等任務(wù)可由其他現(xiàn)場設(shè)備來承擔(dān)。
　　
　　因此在煤礦井下我們建立系統(tǒng)時，就只需按照系統(tǒng)功能的總要求把具有相應(yīng)功能的各種現(xiàn)場設(shè)備接到總線上即可。而對系統(tǒng)修改時只需對相應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行修改即可，其余現(xiàn)場設(shè)備不需作任何修正。在系統(tǒng)上要新增現(xiàn)場設(shè)備時，只要把新增現(xiàn)場設(shè)備接到總線上，發(fā)布可被其它現(xiàn)場設(shè)備接受的消息，或者能夠接受其它現(xiàn)場設(shè)備發(fā)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(tǒng)，就需要對相應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行研制，象帶有標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口的饋電開關(guān)、磁力起動器等電控設(shè)備目前還處于起步階段，希望依據(jù)新模式的要求研制出來的各種功能的現(xiàn)場設(shè)備能形成系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，而不要“百花齊放”。
　　
　　由此看來，煤礦井下新的電氣控制系統(tǒng)模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　1.可對系統(tǒng)監(jiān)視及診斷—由于新模式中現(xiàn)場設(shè)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(xiàn)整個系統(tǒng)的診斷和監(jiān)視。
　　
　　2.可靠性高—由于新模式中各“現(xiàn)場設(shè)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(xiàn)場設(shè)備”的內(nèi)部狀態(tài)對外公開，可以很方便地對各個現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，便于查找及處理故障。
　　
　　四、結(jié)束語
　　
　　現(xiàn)場總線及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是一種新興技術(shù)，它代表了現(xiàn)場測控技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向，以現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)井下電氣控制系統(tǒng)新模式是必然趨勢，這種新模式必然會促進(jìn)和推動煤礦電氣控制技術(shù)的發(fā)展，推動煤礦向采煤自動化方向邁進(jìn)。