矿区电能计量检测监控系统的设计

　　摘要：针对目前大型煤矿企业中电能计量和检测还处在人工操作阶段、计量不够准确、实时性差、工作效率较低的状况，设计了一种基于网络通信技术、智能模块技术、工控机技术的电参数采集监控系统，并详细描述了其核心部分一——数据采集系统和数据通信过程的设计和实现，为在线检测和计量提供了一种新的思路。

　　关键词：矿区;电能检测;数据采集;计量;监控;通信管理器;EDA9133A

　　0 引言

　　目前，我国煤炭企业的电能计量和检测大多还处在分散式手工管理阶段。一方面，负责计量管理工作的人员需要循环往返抄收各种电量参数，计量不够准确，且降压站、变电所、配电室及用电设备不集中，需要接收的人员多，工作效率较低;另一方面，没有安装检测设备和数据通信网络，不能实时在线检测各用电设备的运转情况、实时在线观察各个电参数的变化规律，无法实现各个电参数动态显示、各种历史数据的显示与处理，不能根据用电负荷的多少合理配置供电。

　　针对目前煤矿电能计量中存在的上述问题，笔者设计了一种基于网络通信技术、智能模块技术、工控机技术的电参数采集监控系统。该系统能自动采集、传输和处理电能计量数据，克服了传统人工操作模式的低效率和不确定性，推进了电能管理的现代化。

　　l 系统总体结构设计

　　矿区电能计量检测监控系统由地面总控室(监控主机)、现场采集设备、通信网络3个部分组成。系统总体结构如图1所示。

　　在矿调度室建立矿区电度监控中心(简称主机系统)，通过矿区局域网联接各通信管理器。每台通信管理器管理多台智能采集模块，每台智能采集模块有唯一的口地址，主机按顺序逐一访问，智能采集模块把电量数据上传给主机;主机将接收到的数据按类型分别记录保存到相应的数据库中，同时在屏幕上显示。

　　2数据采集系统的设计

　　在现场安装智能采集模块EDA9133A，采集各用电设备的用电量等参数，其与外围用电设备和线路的接线图如图2所示。

　　智能采集模块EDA9133A的RS485总线接到通信管理器的输入端，并经通信管理器连接到矿区的局域网，从而构建一个测控系统。EDA9133A模块可方便地测量三相三线制或三相四线制电路的各参数，并且具有显示功能，可实时显示各种数据参数;同时，该模块还具有开关量输入/继电器输出接口，可实现断路器跳闸、控制声、光报警设备和外部设备输出报警信号等功能。它还能替代过去的电流、电压、功率、功率因数、电量等变送器及测量这些变送器标准输出信号的输人模块，可降低系统成本，方便现场布线，提高系统的可靠性。

　　3数据通信方式的设计与实现

　　3.1 通信管理器的硬件设计

　　通信管理器就是局域网的网络协议转换器。它主要在网络层完成局域网TCP/IP协议和测控设备现场总线RS485协议之间的转换，完成局域网和测控设备及现场总线网络间的互联，实现不同局域网和现场总线网络设备之间的数据交换。通信管理器的组成结构如图3所示，其主要由单片机和局域网接口芯片组成。

　　局域网接口芯片可选用符合IEEES02.3协议的通用接口芯片，如RTL8019AS等芯片。这些芯片可完成与局域网在物理层上的通信任务，采用RJ45插口，可以直接连接到局域网上。

　　通信管理器中的单片机可选用普通单片机，如AT系列的AT89C52等。单片机闪存(或外接EEPRoM)内用汇编语言写TCP/IP通信协议、RS485现场串行总线通信协议。该单片机负责完成网际层、网络接口层的协议转换、数据交换任务。它对从局域网接收来的UDP包进行拆包，取出数据，再按RS485现场串行总线通信协议重新组成帧，发送给测控设备;或者将测控设备发送来的数据帧重新打成IP包，向局域网服务器发送。

　　单片机采用62256外部RAM芯片暂存数据、保存中间处理结果以及作为与UDP服务器端进行数据通信的缓冲区(如在发生UDP数据发送错误需要重新发送时，将数据再次从RAM中取出并发送到网络，而在数据发送后被确定正确接收，才将该帧数据从缓冲区内存单元删除)。

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