时间：2023-02-06 23:08:25
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇工矿自动化论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：电厂；节能减排；自动化技术；火力发电；环境污染
文献标识码：A中图分类号：TM621文章编号：1009-2374（2016）09-0082-02
1概述
社会的发展越来越快，社会的经济水平也越来越高。在生活水平提高之后，越来越多的人们逐渐开始重视其生活质量的问题。电能是人们生活、发展过程中必不可少的资源，电量的增多可以保障日常生活、工作的稳定。然而我国的发电结构还处于以火力发电为主的层面，而火力发电则会使用大量的煤炭资源。煤炭资源属于不可再生资源的一种，长期、大量的消耗最终会导致煤炭资源的稀缺，不利于我国的长久发展。不仅如此，大量的燃烧煤炭也会造成空气的污染。为此我国逐渐把可持续发展问题作为当前的发展重点来看待，尤其是节能减排工作。节能减排不仅可以有效地节约资源，同时也可以减少因废气的排放而造成的环境污染。随着科学技术的不断发展，电厂不仅仅依靠手工操作进行生产，进而转向了利用自动化技术进行生产。这也大大提高了电厂的工作效率，从而为节能减排起到了推动作用。
2运用自动化技术实现节能减排的相关理念
2.1运用自动化产品实现节能减排
为了逐步实现节能减排的目标，一些电厂开始运用自动化产品作为辅助工具。如电厂利用微电脑系统进行控制以及使用软启动等技术，从而在一定程度上可以依靠自动化产品使节能减排成为可能。一些自动化产品的使用，使得电厂在控制方面的精准度有所提升。在对电厂的运行功率以及运行负载进行严格的控制之后，耗电量以及耗费的能源逐渐减少，因此，使用自动化产品可以有效地帮助电厂实现节能减排。
2.2运用自动化系统实现节能减排
除了运用自动化产品实现节能减排之外，也可以利用自动化系统使节能减排成为可能，比如运用调度自动化以及管理自动化等，在提高企业经济效益的同时，也能有效地控制资源以及能源的投入量问题。依靠节能系统实现对电厂投入的控制，从而使电厂节约成本，并且节约各种资源，进而促进节能减排工作的顺利实现。
3电厂节能减排中自动化技术的应用
3.1实现自动化系统的一体化进程
目前，电厂的自动化系统由三层结构构成，即过程控制、制造执行以及经营规划三层。为了有效地实现节能减排，除了运用先进的技术、设备之外，还要利用先进的自动化系统。通过系统的控制，进而实现操作以及调度等方面的优化。我国有六种耗能较多的工矿企业：有色、冶金、建材、电力、造纸以及化工。这些工矿企业不仅耗费大量的能源、资源，也会对环境造成严重的污染。为此，就需要对其重点的能耗设备进行节能控制，减少能源的消耗，同时对其重点污染源进行污染治理，因此，逐渐完善控制装置并进行系统的及时优化势在必行。通过各种系统和先进设备的共同作用，对能源的除尘、脱硫等流程进行严格控制。同时对各种易产生污染的环节进行优化处理，从而使燃烧技术更为优化，使能源消耗与污染物的排放降至最低，进而实现电厂的节能减排工作。
3.2节能自动化产品的研制和技术的开发
由于科学技术的不断进步，电厂也逐渐实现手工控制操作向自动化控制的方向发展。同时，实现了自动化控制之后，也使电能生产的方式更加优化、合理，使得电能的生产效率也实现了逐步提升。目前，电厂的自动化技术一般都是运用变送器对计算机系统以及大屏幕的监视器、现场总线等进行控制。虽然国家及电厂正在加大力度实现发电结构的转型，但是在我国的电力规划中指出，即使到2030年，我国电厂发电结构依然是以火力发电为主。而预计4年后，我国的装机容量便可多达14亿千瓦，其中火力发电所占的比重就多达10亿左右。因此，在以火力为主的发电结构模式下，节能减排工作更是困难重重，要及时需找新的方法，加快节能自动化产品和自动化技术的研发。首先可以寻找新的自动化节能方法，可以不断引进外国先进的节能技术，再与我国先进的技术相结合，实现无触点调压、稳压等；其次，采用移相控制技术以及电子安全保护技术等方法及时地对发电机的输出功率进行调整和改变，加强微电脑对电厂的控制管理，不断提高电机的工作效率，使能耗逐渐降低，从而达到节约资源的目的；最后，可以加快研制新的自动化产品和自动化技术，使可再生及不可再生资源的储能效率及生产效率等都获得较大程度的提高。
3.3结合信息管理进行节能减排
在电厂使用自动化技术进行控制的早期，一般都是单纯地对控制系统方面的单输出和单输入情况进行分析整理，之后再对其进行人工绘图。而这种操作方法一般都会存在很大的误差，且工作效率低。由于电厂对于信息管理的重视不够，导致自动化技术与管理信息化程度严重不匹配。为了改变这一局面，就要重视二者的协调发展，从而提高系统统计数据的准确性，也使自动控制的实用性更强，使操作更为简单、方便。
4成功运用自动化技术进行节能减排的表现
4.1变频技术的应用
电厂使用变频技术能有效地控制节能减排。在电厂的运行过程中，一般会利用煤、燃气或是油等资源进行发电，因此，就会有很多浪费现象从中产生。煤、燃气以及油等资源的消耗使我国能源的投入量大大提高。而在电厂实际发电的过程中，对于能源的消耗也很大，以致节能减排难以实现，使用变频技术可以有效降低能源消耗。变频调节器的使用也会在很大程度上降低燃料的消耗量，从而根据电厂的实际情况对能源投入进行调节和控制。与此同时，变频调节器的使用也可以优化锅炉的运行状态，控制燃料在燃烧时的风量。变频技术的应用可以帮助电厂解决能源消耗以及资源浪费等问题，逐渐实现电厂的节能减排、降低消耗，从而获得更多的经济收益。
4.2运用现场总线技术
运用现场总线技术可以帮助电厂顺利实现节能减排。随着经济的不断发展，电厂总线布置涉及的范围也越来越广。现场总线技术与传统的技术相比具有比较明显的优势：一是可以使硬件设备的应用数量有所降低。现场总线技术一般采用的是计算机控制，同时利用PC，使得硬件设施的需求量大为减少，并且其控制站的面积也可以因此大大缩减；二是从安装方面来讲，现场总线操作起来更为简捷、方便。在现场总线的其中一条线路上可以进行多个设备的接入，从而为电厂节约了更多的资金。同时，应用现场总线技术也在一定程度上可以解放人力。由于其工作量小，相对的，电厂对于人力、物力方面的投入也会相对减少。
4.3碳素焙烧控制技术
利用碳素焙烧技术进行生产时，焙烧可以影响生产的各个方面，如对环保产生影响、对能耗产生影响、对成品的品质和成品的寿命造成影响等。然而碳素焙烧技术在生产过程中具有多道工艺，因此，对于环境造成的影响也极其恶劣。但是由于长时间缺乏控制，所以其相对的能耗也比较大且污染严重。目前，针对这一情况已经研发出专门控制碳素焙烧的技术，在电厂的投入使用中，不仅为电厂节约了大量的能源，也减少了对于环境造成严重污染的污染物的排放，同时为电厂带来了巨大的经济效益，使得节能减排工作逐渐成为现实。
5电厂节能减排中自动化技术的发展方向
5.1走可持续发展之路
电厂在节能减排过程中运用自动化技术可以促进电厂实现高水平、高质量的发展。在利用自动化技术的同时，能够有效实现电厂的可持续发展。自动化技术使节能减排成为可能。在降低能源消耗、减少对环境的污染的同时，不仅为国家节约了大量资源、能源，也逐渐促使国家向环境友好型方向发展。
5.2促进自动化技术的规模化发展
自动化技术的运用是符合时展潮流的，而且在电厂的实际应用中，不仅节约成本、降低消耗、保证环境质量，同时也增加了企业的经济效益。利用自动化技术，可以实现利用小型系统就可以实现大规模节能减排的效果，因此，要促进自动化技术向规模化方向发展。扩大自动化技术的应用范围之后，可以实现更大规模的节能减排目标。在全国各个领域、各大工矿企业推广自动化技术，从而实现全方位的节能减排工作。
5.3深化自动化技术的应用
目前，自动化技术主要应用于电厂的节能减排工作上，所以要不断深化自动化技术的应用，使自动化技术在安全控制方面的应用力度不断加强，从而使节能减排工作水平的安全性能不断提高。减少自动化技术的安全隐患，从而提升其应用效益，不断满足电厂在节能减排方面的需求。
6结语
我国电厂的发展为我国提供了大量生活必须的电能，有助于社会的安全与稳定。然而在实际的生产发展过程中，电厂的正常运行需投入大量的能源、资金，同时，能源、燃料的燃烧也给环境带来了巨大的危害。由于煤等能源属于不可再生资源，如果大量使用，子孙后代将无这种资源的福祉可享。为此，我国的发展不能只建立在眼前利益之上，而应更多地考虑长远利益的发展。与此同时对于环境的污染也成为世界各国广泛关注的焦点，因此一定要重视节能减排工作的落实。为此，电厂引进先进的自动化技术，在一定程度上降低了能源的消耗和污染物的排放，也促进了电力生产事业的发展。
参考文献
[1]杨永明．自动化技术在电厂节能减排中的应用与研究[J]．中国高新技术企业，2011，（33）．
[2]方剑．节能减排理念下的电厂自动化技术浅析[J]．山东工业技术，2015，（7）．
[3]姚生魁，胡英军．自动化技术在电厂节能减排中的应用与研究[J]．中国新技术新产品，2015，（19）．
[4]任继德．自动化技术在电厂节能减排中的应用研究[J]．中国科技信息，2014，（17）．
中图分类号：TD989文献标识码：A文章编号：1003-2738（2012）03-0327-01
摘要：煤矿企业生产环节复杂，占用人员多，安全性低，推广自动化尤为必要。翟镇煤矿近年来生产系统装备大幅度提高，调度、通讯、信息、生产系统逐步实现自动化监控，减少了下井人员。
关键词：自动化；改造；煤矿；生产
一、生产调度、通讯综合信息平台建设
翟镇煤矿生产调度、工业电视、通讯综合信息平台包括生产检测、工业电视系统、程控交换机和井下无线通讯、井下人员定位系统。
1.生产检测及工业电视系统。
矿调度指挥中心设有KJ70生产监测系统主机，调度台正前方设有监测系统的大屏显示器，井下各地点设有监控分站和开停传感器，通过大屏显示器随时显示实时生产情况。工业电视由井上指挥中心16部监视器和井下16部摄像仪组成，通过光缆传输视频信号，在重要岗位安装生产检测传感器和摄像仪24小时监测监控，利用程控电话或无线通讯进行调度安排。
2.程控交换机及井下无线通讯系统。
矿调度指挥中心设有第六代新型数字交换机，触摸屏显示，具有会议、急呼、录音查询等功能。调度指挥中心四部直通电话与井下电话联系，各要害生产场所及岗位均设防爆电话，确保井下各地点能够及时将出现的事故反映到调度指挥中心，调度指挥中心将指令下达到各采区、地点，将事故控制在最小范围。
井下无线通讯系统在井下设有一个基站控制器和26个基站发射器，通过光缆与井上无线通讯主机连接，无线通讯主机与地面程控交换机联网，实现井上下直接通话，无需转接。全矿无线通讯信号覆盖井下90%范围，满足井下通讯要求。
3.人员定位系统。
人员定位系统主机设在调度指挥中心。井下在各采区大巷和各工作岗位、采掘工作面安设分站天线，下井人员随身携带人员定位收发机，人员通过时分站天线自动记录收发机的信号，传送到主机和终端实现人员定位的目的，随时查看人员在井下的位置。当井下发生紧急情况时，指挥中心值班调度员下达撤离命令，向井下收发机发出报警命令，收发机收到报警命令后，提示人员沿避灾路线撤离。井下出现紧急情况时人员按求助按钮向调度指挥中心发出求救信号，值班调度员及时调度人员前往救援。
通过生产调度、工业电视、通讯综合信息平台可有效掌握井下生产情况，实现高效调度，矿井一旦发生事故，及时掌握事故时间、地点、类型、人员伤亡等情况，便于值班调度员在第一时间发出撤离人员或救助等指令，将事故损失降到最低程度。
二、安全生产综合管理三维可视化信息系统
电子信息技术的飞速发展推动了矿井生产信息化进程，但其矿井生产信息主要以表格与平面图形信息，在三维可视化方面并没有完全实现，建立安全生产综合管理三维可视化信息系统，建成三维数字化矿山，把安全监测监控数据与井巷工程平面图结合起来，可直观了解安全监测地点及其监测结果。主要功能是在常规CAD软件功能基础上增加图例库、线型库及元件库，具有智能制图功能，该系统通过三维立体图将工程、生产、安全、地质等多方面信息直观综合地反映出来，在一个视图上较全面地了解矿井安全与生产状态，为安全生产管理、调度指挥、抢险救灾提供综合信息支持。
三、井下运输大巷控制网络综合信息平台建设
针对原信集闭dos系统易出现调度错误的实际情况，对信集闭系统进行升级改造，通过大巷运输测速传感器，监测大巷电机车运输速度，实现与信集闭控制相结合，保证大巷运输不超速；把大巷架线停送电装置与信集闭结合起来，实现远距离控制。针对信集闭、泄漏通讯系统调度指挥机车运行不直观情况，安装视频监控系统，井下运输现状直观的传输到地面。
大巷运输监控实现了信集闭、视频监控、泄漏通迅相结合的控制方式，通过视觉、听觉、感觉相结合，提高了大巷运输控制监控效果及大巷运输效率。
四、生产系统设备自动化控制改造
翟镇煤矿建成了井上下设备视频监视、集中控制于一体的生产系统设备监控系统，通过光缆的反馈信号实现对设备的远程控制，把原煤生产系统、压风系统、高压供电系统、井下排水系统、采区运输系统等系统的运行状况显现出来，在地面通过工控主机对现场设备进行远距离集中控制。当设备出现异常情况时，集控室人员通过语音报警或显示器判断故障，迅速采取措施，实现了现场无人值守、减员提效。
1.原煤运输自动化控制系统。
实施原煤运输系统自动化改造，在地面可直观监视地面胶带运输机、井下采区胶带运输机和给煤机运行情况，通过监控电脑指令进行单台启停或连锁启停。连锁启车时设备按逆煤流顺序自动启动，连锁停车时胶带按顺煤流顺序停车，降低岗位人员操作不安全因素，减少人员投入，充分发挥了机控的功能。
2.高压供电自动化控制系统。
翟镇煤矿原配电系统采用电磁式继电保护，手动分合闸送电，准确率低，无功补偿采用电容补偿，功率因数低。对其进行自动化控制改造，将高低压配电设备运行状态进行总体监控，采用永磁式真空断路器，二次系统采用以CSR系列微机保护测控装置为主的综合自动化系统，改造后实现井下供配电系统电气监测、信号监视、开关分合控制操作、定值设定等，实现变电所无人值守。
3.排水自动化控制系统。
排水系统进行自动化改造，地面值班人员可直观监视井下泵房内排水泵运行情况，通过监控电脑指令进行单台启停或按程序启停各台排水泵。当设置为自动开泵时，根据水位控制原则，自动实现水泵的轮换运行，延长了水泵寿命，监控装置根据水仓水位及电网负荷信息，以“移峰填谷”原则确定开停水泵时间，泵房实现无人值守。
4.压风自动化控制系统。
压风机房使用的单螺杆压风机，在集控室上位机可显示压风机压风量、出口压力、温度，电机电流及电压等参数，根据需要随时修改参数，可设定使用气压情况自动开停，高效节能，可靠性高，实现无人值守。
5.采区运输自动化控制系统。
采区运输系统由胶带机和给煤机组成，均采用就地控制，安设岗位多，控制难度大，电费浪费，设备损耗大。按照“井上集中监控为主，井下多点监测为辅”原则，在采区皮带机头安装可编程控制器，采集实时数据上传到调度控制中心，地面工作人员远程控制，可实时掌握各皮带和给煤机的运行状况，实现无人值守，避免了由于人为操作造成的失误，实现自动化控制。
五、应用效果
1.可在地面实时获取系统各种运行参数，实现设备动态管理，为安全生产、调度指挥、抢险救灾提供综合信息支持。
2.矿井自动化改造后，固定岗位实现了无人值守，运输系统取消了岗位工，减少下井人员68人，达到了减人提效的目的。
参考文献：
[1]杨奇逊；变电站综合自动化技术发展趋势[J]；电力系统自动化；1995年10期。
[2]单文飞；煤矿斜巷运输安全设施的技术改造探讨[J]；现代商贸工业；2008年12期。
关键词：电厂高炉 温度调节 自动控制
中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0063-01
电厂作为电力供应的生产者，其电力制造的质量和生产过程的安全直接关系到千家万户的切身利益，因此对于电厂现场机电装备的自动化控制的要求十分严格。随着现场总线技术的飞速发展和广泛应用，以现场总线技术为典型应用的自动化控制系统已经逐渐深入到工矿自动化的多个领域，在一些自动化控制水平较高的电厂，已经初步实现了电厂机电装备的自动化控制。高炉是火力电厂生产过程中不可缺少的机电装备，其温度控制要求十分严格，如何实现高炉温度自动调节与控制，一直是很多火力电厂技术工程师都着力重点解决的技术难题之一。本论文主要结合现场总线技术，结合电厂高炉温度的控制要求，对其温度自动控制系统进行系统的研究与探讨，以期能够找到面向火力电厂高炉的温度自动控制技术，并以此和广大同行分享。
1.高炉温度自动控制概述
（1）高炉温度调节控制功能需求。火力电厂采用高炉主要是实现燃煤产电，为了实现能源的复合利用，提高经济效益，往往还通过高炉生产一些副产品，这就要求对于高炉内的温度和压力都有着严格的控制要求。在实际生产过程中，高炉温度的调节往往是采用人工调节的方式实现，这种调节方式效率低，精度差，可靠性差，因此逐渐提出了高炉温度自动调节的控制要求。要达到高炉温度无人值守控制的效果，就必须要能够实时自动监测高炉内的温度参数，并通过计算实时控制气阀或者进料阀，以实现对高炉内温度的自动控制与调节。
（2）现场总线技术的应用特点。由于技术的发展和设备的日益复杂，过去集中式自动化控制模式在实际应用中已经逐渐暴露出了诸多问题与不足，如控制中心负载过大，信息传输效率较低，系统兼容性较差等等；而现场总线技术的出现则很好的克服了上述问题，现场总线能够结合具体的被控对象合理设计自动化控制系统，对现场的智能仪表、数据传输、数据处理和终端均有着可靠的集成性和兼容性，因此将现场总线技术应用于火力发电厂高炉温度的自动调节控制，是完全可行的。
2.基于现场总线的高炉温度自动调节控制技术应用探讨
2.1系统功能设计
基于现场总线技术的高炉温度自动调节系统，具体来说，其功能主要包含以下几个方面：（1）在线监测。（2）数据查询。（3）生成报表与统计分析。（4）超限报警与联动控制。
2.2系统层次架构
高炉温度的自动调节控制系统主要由以下四个系统层构成。
（1）传感仪表层。为了实现高炉温度的自动监测与控制，必须选用合适的传感器对高炉内的温度进行实时监测，温度传感器采用4-20 mA电流信号作为传输介质，将模拟量信号传输到数据采集模块中。
（2）数据采集层。数据采集模块接收传感器传送过来的模拟量信号，通过现场总线实现模拟量数据信号的远程传输，直至传输到中央控制室的PC终端。
（3）PC终端。PC终端通过专用的组态软件实现对高炉的温度变量的实时显示，并提供友好的人机交互界面，完成数据的查询、存储和报表统计等管理功能。
（4）驱动执行层。当被监测的高炉温度过低或过高或者异常超限时，由PC终端发出相应的控制指令，经过驱动机构层实现控制指令的放大和执行，输出到动作执行器，实现相关的报警动作或联动控制动作。动作执行器主要由气阀和进料阀构成，气阀的开度可以降低高炉内的温度，进料阀的开度可以提高高炉内的温度，它们通过接收来自PC终端发出的控制指令，经过驱动放大转变为阀门调节的开度大小，从而实现对高炉温度的自动调节与控制。
2.3系统软件设计
基于现场总线的高炉温度自动调节与控制系统，采用组态软件实现对高炉温度参数的实时显示，以提高人机交互系统的直观性。该组态软件可以采用当前市场上主流的组态软件，例如wINCC，组态王等专业工控自动化组态软件，也可以采用VB、VC等高级语言进行开发。由于该自动控制系统仅仅是对高炉的温度参数进行实时监测与显示，因此软件开发的工作量并不是很大，下面结合组态软件的开发分析软件系统的设计基本流程。
（1）系统界面设计。一个好的软件系统必然有着良好的人机交互性，而这离不开系统的界面设计，因此要结合高炉的温度控制选取合适的图像图形，提高软件的可观性。
（2）系统导航设计。由于软件系统既要显示温度数据，还要提供数据报表、历史曲线等其他数据管理功能，就需要提供良好的页面之间的导航切换功能。
（3）系统数据设计。组态软件或者说自动化控制系统软件都离不开数据库的开发，可以选用软件自带的数据库系统，也可以采用第三方数据库管理系统，但是都必须要能够为系统提供可靠的数据源。
（4）系统管理设计。出于对系统管理的安全性考虑，必须要对系统进行管理涉及，包括用户认证，数据权限管理等等，这些都需要进行系统的管理功能的界定与设计。
【关键词】矿井；皮带堆煤；图像处理；背景差分
1.前言
随着我国煤炭生产的不断发展，矿井运输已趋于皮带化、高速化，大运量的皮带运输机已经成为我国矿井运输的主要工具。如何安全[1]、可靠地实现对皮带堆煤事故的检测，对于保障煤矿安全生产具有重要的意义。
目前大多采用堆煤传感器对胶带输送机进行保护，现有的堆煤传感器[2][3]可大致分为3类：
（1）基于行程开关的堆煤传感器；
（2）基于水银开关或煤油开关的堆煤传感器；
（3）基于电极式原理的堆煤传感器。
由于以上三类传感器都是基于碰触检测方式来实现皮带堆煤检测，当有大的煤块经过，或是有工人误碰触时容易发生误报警现象。现有的堆煤传感器有以下不足之处：
（1）由于煤矿环境复杂，行程开关的堆煤传感器易受煤尘湿气等外部环境影响常常不能及时准确报警，其耐用性、灵敏度、可靠性都不十分理想；
（2）水银开关或煤油开关的堆煤传感器无法实现全方位的高精度的测量，自身抗干扰能力较差；
（3）电极式堆煤传感器需要定期清理电极座过多的煤，尤其是喷水后应将煤尘和水擦干净，维护频率高，此外电极式传感器的准确率和误报率还与煤的干湿度有很大关系；
（4）使用接触式传感器，存在机械磨损同时煤块与传感器摩擦容易产生火花，影响安全生产；
（5）监测不具可视化，监控者只能看到一些数字化指标，检测效果差。
为了有效果地解决以上几个方面的问题，本文提出采用非接触式的视频图像处理方法来实现矿井皮带堆煤状态的检测。
2.皮带堆煤检测图像识别原理
2.1 识别原理
本文尝试将图像识别技术引入到煤矿井下皮带堆煤检测装置中。由于皮带头落煤点发生堆煤事故时，在皮带头落煤点会有大量的煤块发生堆积，此时落煤点处图像会发生显著的变化。因此可在皮带头落煤处斜上方合适位置安装矿用摄像机，利用皮带头堆煤事故发生前后的图像特征变换进行实时监控。当在预先设定区域内原本稳定无变化的图像中出现了变化，即最新采集到的一帧图像与背景图像差分后发现有不同处，如出现了煤块堆积影像，就可判定为皮带头落煤处发生堆煤事故。此时软件系统会控制硬件做出相应反应，报警或直接将皮带机断电停机。
由于煤矿井下运输巷的环境较恶劣，光线较昏暗，矿用摄像机采用低照度长寿命CCD摄像机，摄像机的安装地点要兼顾实用性。基于以上2个原则，在皮带头落煤点上方合适位置安装矿用摄像机。摄像机的安装方式如图1所示。将矿用摄像机对准皮带头落煤点处进行拍摄，一旦有皮带堆煤事故发生，在摄像机监控图像预先设定的区域内就会得到与正常情况下不同的图像。图像传到计算机以后，经过图像分析软件的识别，发出皮带堆煤警报。
图1 皮带堆煤检测摄像机安装方式
2.2 堆煤图像识别算法研究
背景差分法是最为常用的运动目标检测和分割方法之一[4][5]，背景差分的基本原理就是利用两帧图像之间的差来判断物体的出现和运动，背景差分法用序列中的每一帧与一个固定的静止参考帧（不存在任何运动物体）做图像差，这种方法的优点是位置精确速度快，满足实时处理的要求，因为它只需要获取当前的一幅图像。背景差分方法检测效果的好坏在很大程度上依赖于背景图像的质量。阈值的选择相当关键，选择过低不足以抑制图像中的噪声，过高则忽略了图像中有用的变化。对于比较大的、颜色一致的运动目标，有可能在目标内部产生空洞，无法完整地提取运动目标。
2.2.1 背景模型建立
背景模型建立[6]是背景差分方式的基础和核心环节。采用背景差分的方法对运动目标进行检测，首先要建立稳定清晰的背景，再用摄像机获取的当前图像和背景图像进行差分运算。并对差分图像进行区域分割，提取出运动区域。
背景估计有很多方法，研究人员已提出了许多背景建模算法，但总的来讲可以概括为非回归递推和回归递推两类。非回归背景建模算法是动态的利用从某一时刻开始到当前一段时间内存储的新近观测数据作为样本来进行背景建模。非回归背景建模方法有最简单的帧间差分、中值滤波方法等。回归算法在背景估计中无需维持保存背景估计帧的缓冲区，它们是通过回归的方式基于输入的每一帧图像来更新某个时刻的背景模型。这类方法包括广泛应用的线性卡尔曼滤波法、Stauffe与Grimson提出的混合高斯模型等。本系统采用效果较好且效率相对较高的均值法，即任意像素点的背景信息由序列图像中对应像素点颜色的均值来确定，如式（1）所示：
（1）
Ik（i，j）表示第k帧图像，B（i，j）表示背景图像。由于煤矿井下光照较为恒定，因此一般选取前一百帧静态画面的图像，取平均后作为背景模型图像。
2.2.2 运动团块的提取
根据运动物体和场景中的静止背景在亮度、色度上的不同，将图像序列的每一帧图像与背景图像作差，然后二值化，就可以得到每一帧的运动点团：图像中的一个像素，如果它与背景图像对应像素的距离大于一个阈值，则认为它是前景，输出1，否则为背景，输出0。最后得到的二值图像就是运动团块图像。
图2 运动团块提取流程图
图3 背景相差二值化结果图
两帧图像的差是指两帧中对应像素矢量的距离。常用的矢量距离是欧氏距离和马氏距离，本文采用欧氏距离运动团块提取的方法。
欧氏距离提取运动点团的具体算法如下：
（1）设背景图像是B（x，y）
（2）遍历当前帧的每一个像素（x，y）
如果：
（2）
则：输出G（x，y）=1，否则：G（x，y）=0
（3）G（x，y）就是当前帧的运动点团图像。
2.2.3 阈值选取技术
对于不同光线背景下的差分图像，用固定的阈值T去进行二值化处理显然不能对每一帧图像都达到很好的效果。希望得到的阈值不仅可以将目标从背景中分离出来，而且要能根据不同的图像来智能地选取。在此我们采用Otus阈值化技术[7]，以简化阈值的选取OTS方法的基本思想是：选取的最佳阈值T应该使得不同类间的分离性最好。
对于灰度级为0～255，M×N的一幅图像，记f（i，j）为图像点（i，j）处的灰度值。
Otus法具步骤：
（1）计算图像的直方图统计结果，得到灰度值为k的频率PHS（k）为：
（3）
（2）计算图像的灰度均值为：
（4）
（3）计算机灰度类均值和类直方图之和：
（5）
（6）
（4）计算类分离指标为：
（7）
最后，求出使达到最大的值S，则最佳阈值。
图3所示为通过Otus法求得最佳阈值后背景相差后的结果。
2.3 基于虚拟检测区域的皮带堆煤检测
在采集到的视频图像帧中，在皮带落煤点处人为地设置一个虚拟矩形检测区域。根据堆积的煤块占矩形区域面积是否超过设定的阈值，判断是否存在堆煤。矩形检测区域的大小根据皮带煤流大小及落煤点区域大小来设定。
图4 检测区域的设置
3.皮带堆煤检测图像识别程序设计
皮带堆煤检测图像识别程序开发环境采用WINDOWS 7操作系统，开发工具为VS2010。
系统包含以下几个部分：
（1）视频图像获取。由矿用摄像机采取皮带落煤点图像，并通过井下工业环网传送到地面PC机。
（2）设定虚拟检测矩形区域。根据摄像机和皮带落煤点距离以及与皮带落煤点所成的角度，合理设置虚拟矩形区域的大小及在视频图像上的位置。
（3）皮带落煤点煤流检测。对获取到的视频图像进行建立背景模型、背景减除、二值化阈值和后处理，提取出落煤点堆积煤流信息。
（4）堆煤检测。根据堆积煤块图像占矩形区域的比例是否超过设定阈值，来判断是否发生堆煤。
系统流程图如图5所示：
图5 系统流程图
4.皮带堆煤检测图像识别实验及结果
本系统软件在Windows 7操作系统VS2010编译环境下调试，硬件配置为双核CPU2.8GHz主频，4G内存。程序界面见图6。
图6 程序界面
试验中所得结果图像如图7所示：
图7 实验结果
在试验中，该系统选用了声光报警器作为报警输出设备，对皮带堆煤检测报警率不小于96%，从产生堆煤事故到报警发出的时间为0.6～1.5s，平均反应时间约为1.1s。
5.结论
煤矿皮带落煤点堆煤问题在国内外普遍存在，到目前为止没有一种可行的方法能够有效的解决这个问题。本文主要利用图像处理技术，针对煤矿皮带头落煤点发生堆煤时，图像特征发生变化进行识别，分析皮带头落煤点图像特点，通过视频背景相差的方法来识别堆煤。得出如下结论：作为非接触式皮带堆煤检测方法，基于图像识别的堆煤检测系统可以有效解决接触式堆煤传感器存在的问题。随着计算机运算能力的提高和煤矿井下工业电视系统的普及，该检测方法有广阔的应用前景。
参考文献
[1]煤炭工业部安全司编.矿井安全监控原理与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，1996.
[2]蒋志龙，张大女.基于ADXL335的堆煤传感器的设计[J].工矿自动化，2012（08）：87-89.
[3]孙君，崔凯.基于水银开关的矿用本安型堆煤传感器的设计[J].工矿自动化，2011（05）：74-75.
[4]江拥辉.浅谈智能视频分析系统[J].科技信息，2010（4）.
[5]秦莉娟.基于内容的自动视频监控研究[D].浙江大学计算机科学与技术专业博士论文，2006.
[6]刘鑫，刘辉，强振平，耿续涛.混合高斯模型和帧间差分相融合的自适应背景模型[J].中国图象图形学报，2008.
[7]张圣强，王建军，丁蕾.选煤厂智能视频监控中的运动人体目标检测方法[J].工矿自动化，2011.
关键词：系统设计；PLC；称重给料控制系统；模拟调节器
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）04-0027-03
在生产领域中，产品的质量以及生产过程的稳定性与原料的配比精度有着最为直接的关系，而PLC的称重给料控制系统的设计，不仅可满足其精度要求，而且有利于生产效率的提高和产品质量的提高，从根本上实现企业的效益。因此，对PLC的称重给料控制系统的设计进行探讨有其重要的价值和意义。
1 系统的设计原理
基于PLC的称重给料控制系统，其所用到的方法和原理相对简单，而且具有很强的适应性。在设计时，其主要通过模拟调节器来进行，结合相关的数字运算，确定其相关的给定值，具体的计算方法如下：
式中：PVnf为当前滤波输入值；Dn为微分运算值；EVn为当前偏差；EVn-1为前一次偏差；KP为比例常数；Dn-1为上一次微分运算值；SV为设定值；PVn为当前采样值；α为输入滤波常数。
根据以上的程序设定，当系统发出指令时，若是输入值PVnf比设定值大时，那么就要通过正作用执行PID算法，反之，则通过反作用执行PID算法。
2 系统设计
基于PLC的称重给料控制系统是一种用于工农业（如水泥、钢铁、玻璃、煤矿、制药、饲料等行业）自动化称重配料设备的控制系统，通常是由带有自动配料算法软件的计算机（微机）组成，该系统的应用，既可以节省大量的劳动力，提高企业生产效率，而且可以为企业的生产带来巨大的效益。另外，在实际生产与应用中，还可以根据不同物料的配料，定制和设计相应的控制系统，为企业发展提供完善的解决方案，满足企业的发展需求，具体的设计如图1所示：
图1 系统设计图
2.1 系统操作程序
在工矿企业中经常遇到这样的原料入库配料系统，工艺流程图如图1所示，系统中所用原料分别是粉矿岩、铁粉、石灰石，它们均来自各自的原料堆场；混合料来自预配料系统，混合料实际上是石灰石和粉砂岩按一定比例混合得到的。在实际运行中，粉砂岩、石灰石、铁粉三种原料均由皮带输送机1从各自的堆场送到分叉溜子2，再由可逆皮带机3将物料分别送至4、7、10号料仓中。可逆皮带机正转（向右），且分叉溜子2在右边下料，则石灰石物料送入料仓10中，若可逆皮带机反转（向左），且分叉溜子在左边下料，则粉砂岩或铁粉进入料仓4或7中。混合料单独由皮带机21直接送入混合料仓22中。料仓下设备5、8、23为出料皮带机，该皮带机的转速可调，从而调节入库的喂料量，即调节物料的下料量。
出料皮带机下设备6、9、12、24为称重喂料机，称重喂料机的称重信号经质量自动控制系统来调节出料皮带机的转速，从而自动调节入库喂料量及几种喂料量之间的比例。称重喂料机下为入库皮带机25，经过可逆皮带机31，再经回转阀32，物料喂入粉库内。可逆皮带机25正转（向右），使物料喂入粉库，可逆皮带机反转（向左），物料流入装料汽车。正常情况下，喂料输送系统运行时，混合喂料装置21、23、24及铁粉喂料设备1、3、8、9工作。下料皮带机23与称重皮带机24组成闭环系统，保持混合料下料恒定。下料皮带机8与称重皮带机9组成闭环系统，保持铁粉下料恒定。
物料在分库内混合时，其成分为细度和化学成分合格的生料粉。对生料粉取样化验，若符合要求，则系统稳定运行。若化学成分不满足要求，系统必须调整，偏差较小时，可改变混合料或铁粉的下料量，偏差较大时，可增加一定数量的石灰石或粉砂岩，此时，石灰石或粉砂岩系统投入运行，使出库生粉达到规定值。
2.2 监测系统
在设计监测系统时，需要结合以下控制要求来完成：
2.2.1 物料流程要求：各个设备之间联锁，起动顺序逆着物料流向，各设备的起动有一定的时间间隔。停止顺序顺物料流向，相互之间也有一定的时间间隔，停车时，前后两个设备的时间间隔由一个设备的运行速度及设备长度决定。总之，在正常停车后，希望各设备上的物料全部输送完毕。
2.2.2 正常运行时，入库物料为混合料及铁粉，此时设备21-25、1-3、8-9、31-32运行，分叉溜子打开左边，皮带机3反转。
2.2.3 当需要调整物料配料时，若设备5、6运行，粉砂岩原料入料，设备11、12运行，高品位石灰石原料入库。
2.2.4 粉砂岩、铁粉、石灰石是否需要，根据选择开关而定，可逆皮带机31的运行方向也需选择而定。
另外，在具体的设计时，第一，要根据控制要求，进行原料入库系统的PLC控制系统设计，
I/O连线图以及PLC硬件配置电路；第二，要根据控制要求，编制原料入库系统PLC控制应用程序；第三，编写设计说明书，内容包括：设计过程和有关说明；基于PLC的原料入库系统的I/O连线图；PLC控制程序（梯形图和指令表），并调试直至符合要求；另外，其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题以及解决方法、对本次设计的认识和建议等。5、8、11、23――下料皮带机；6、9、12、24――称重喂料机；1、21、3――入料仓皮带机；25――入库皮带机；31――可逆皮带机；33、34――喂料皮带机；35――密封风机；2――分叉溜子；36――库分传动；32――回转阀。
2.3 电气控制系统
初始状态：初始状态各阀门关闭，传感器H.I.L为OFF启动操作：按下启动按钮SB1定时器开始计时，同时阀门X1打开，3s后液体到达液面L，低液面显示L1亮（传感器L=ON），3s后液体到达液面I，中液面显示L2亮（传感器L=ON），控制阀门X1关闭，阀门X2打开注入液体B，在经过3s后，到达液面H，高液面显示L3亮（传感器H=ON），控制阀门X2关闭，搅拌机开始工作，显示灯L5闪烁3s后，搅拌结束，控制阀门X3打开，液面下降，7s后液体放空，控制阀门X3关闭，一周工作结束，控制阀门X1打开继续循环工作。停止操作：按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后才停止操作。
3 优化系统设计
3.1 优化程序设置
由于PLC的运行主要通过程序来实现，并且与各种传感器结合，全面完成整个系统的监控，一旦系统出现故障时，需要仔细确定输入点和正常时的区别与不同，或者使用编程软件进行监视，以此确定不能配料，PLC正常运行，上位机对数据可以读/写，PLC输出点有输出。
3.2 优化系统模块
首先，系统重量检测模块的设计需要采用压力传感器来检测，要求其主要的输出电压范围在0～21.6mV之间，采用A/D变换模式，将输出电阻控制在351，并且通过AD623芯片，将系统所需要的信号放大50倍。其次，数据转换功能模块的设计要通过变频器将PLC计算得到的数据进行转换，使其成为模拟信号，控制下料电机的转速。最后，参数检测模块在电机运行时经过485接口，将相关的功率、电流以及效率等数据进行转换，并且传送给上位机以及PLC。
4 结语
总而言之，基于PLC的称重给料控制系统主要是以PLC为控制中心，配置相关的操作程序，保证系统的自动运行，实现系统的自动监测。一般而言，整体系统属于一个闭环控制，利用编程方法，结合功能扩展，优化流程设计与接口设计。
参考文献
[1] 董军豪，杨孝虎，刘彦滔，马光，赵晨.可编程控制器在煤矿应用的安全性研究[A].煤矿自动化与信息化――第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（下册）[C].2011.
[2] 李克俭，侯鸿佳，蔡启仲，李丹丹.PLC装置用户基本指令编码与测试[A].中南六省（区）自动化学会第二学术年会论文集[C].2011.
[3] 倪文兴.在电工实习课中引入PLC教学[J].中国教育技术装备，2011，（34）.
【论文摘要】钢铁行业作为国家基础产业，为中国经济的快速发展做出了重要贡献。本文主要探讨本钢集团如何通过供应链管理，降低物流成本，以持续提高集团的竞争力。
随着我国钢铁工业的快速发展，钢铁产能迅速扩大，年产钢量从2000年的1.29亿吨，跃升至2010年的6.27亿吨。本文旨在通过分析本钢集团采购库存管理现状、供应商选择、业务流程设计等方面存在的问题，以集成化供应链模式的构建、库存管理战略实施、信息系统完善等方面为着眼点，为本钢集团改进管理效率、提高竞争力提供一些思路和参考。
1.本钢集团采购与库存管理现状
1.1 采购管理现状
本钢集团采购中心作为实施专业化采购管理的机构，负责大宗原燃料、辅料、消耗性资材、工程设备、备件、合金件和服务性物资的采购。本钢集团采购物料按采购种类可分为战略性采购和服务性采购。战略性采购是指大宗原燃料、资材、工程设备和备件等的采购；服务性采购主要指办公器材、劳保品等的采购。其中，战略性采购占股份公司总采购资金的82%左右，服务性采购占18%。
1.2 库存管理现状
本钢集团的原料主要包括铁矿石、焦炭、煤、废钢、各种合金、辅助材料和备件，分布在物流中心、焦化、原料、二铁、特钢等单位。其中大宗原燃料由采购中心下设的煤焦采购室、废钢采购室、合金料采购室、工矿一室负责采购，并与物流中心联合负责日常管理，其他单位的原材料为从物流中心领用后未完全使用剩余及各单位零星采购形成。上述原材料、燃料和废钢的特点是品种多，数量大，周转快。
辅助材料主要是油脂、五金电器等，其特点是品种多、数量少、价值低，周转快。其库存主要由物流中心和一二级库负责管理。
备品备件主要包括设备备件、机修备件和大型工具等，其库存主要由物流中心、一二级库和生产使用单位负责管理。
本钢集团主要产品为棒材、线材、生铁、热轧板卷、冷轧板卷、球磨铸管和特殊钢产品，库存分为原材料、材料采购、委托加工物资、产成品。全集团每年要耗费20%—40%的利润来维持其所有的库存，其中原料库存占据了总库存量的绝大部分。
2.本钢集团采购与库存管理存在问题分析
2.1 采购管理存在问题分析
本钢集团的供应商管理经过十多年的学习和实践，已经比较规范，但与供应商管理的先进实践来比还是有差距的，主要表现在以下几个方面：（1）本钢集团供应商的评估只是集中在一定期限内与本钢集团有业务往来的少数供应商身上，而不是所有的供应商都能得到评估。（2）本钢集团尽管有供应商评估标准，却没有统一的，只是手工打分操作，没有建立标准的自动化进程。（3）对供应商分类较粗糙，没有针对不同类别的供应商制定不同的管理策略和协作计划，这些都应该得到改进。（4）信息的不透明、不共享。企业内部的采购部门与其他相关部门之间信息不透明。企业与上游供应商没有信息共享，与下游的客户之间信息传递和交换缓慢，不能及时收集客户需求信息，为客户提供良好的服务。
2.2 库存管理存在问题分析
（1）库房管理分属不同部门和法人，使用单位很难及时了解整个库存状况，库存采购计划和实际消耗存在一定差距；（2）库存信息无法共享，一级库无法确切知道二级库的库存现有量，库存台帐和财务帐存在一定的差异，制约了采购决策能力和监控只能的有效发挥；（3）大宗原燃料的出入库计量标准不一致，造成库存账面数据和实际数据的人为差异，难以对库存数量进行管理和控制。
3.基于供应链的本钢集团采购与库存管理对策研究
我们认为本钢集团应认识到其作为钢铁供应链上的一环，必须从整个钢铁供应链的角度出发，与上下游企业结成战略联盟，树立共同的战略目标确立长期合作策略，将本身的生产经营活动与上游铁矿、煤矿供应商，下游造船、汽车、房地产等企业的经营情况综合考虑，构建集成化供应链管理模型；以联合库存管理来解决本钢集团原材料采购不均衡、库存与生产不同步的问题；本着合作共赢的精神与上游的供应商建立供需协调机制，协调双方利益，解决运行过程中出现的问题；不论是在本钢集团的内部还是外部，都要强调信息的共享，在集团内部可以通过公司的SAP系统以及OA（Office Automation）网，实现各种信息在各部门间的无障碍流转。与供应商和客户之间，本钢集团则可借助Internet建立起信息沟通的渠道，以建立公共的网站等方式搭建起信息集成的平台，来实现信息的传递与共享。甚至还可将双方的协议条件、享受的权利、承担的风险和义务、业务操作流程、资金结算、纠纷仲裁和责任追究等问题以标准化的信息资源固化于网络中。这样既可以安全快速的获得信息，又可以提供更好的用户服务和加强客户联系，并提高本钢集团供应链运行能力。
通过上述本钢集团供应链的构建，以及相应管理策略的实施，保障原材料的稳定供应，消除本钢集团采购、库存管理信息不同步、滞后现象，达到产、供、销的同步稳定运行，提高本钢集团乃至整个供应链的竞争优势。
参考文献：
[1]周筱.简析从物流管理到供应链的整合[J].市场周刊(新物流)，2009(02):24-25.
关键词：通信；Modbus协议；S7-226；直流电源
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)10-2395-04
Modbus Protocol Applied in the Communication of S7-226 and HSPY DC Power
LIU Shi-chao
(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)
Abstract: IN DC power control system of Dense Medium Separation ,based on the Modbus protocol,realized the communication between S7-200PLC and HSPY DC power. IN Modbus communication protocol,Siemens S7-226 PLC is master,HSPY DC power is slave, use communication to control the start of the DC power supply, stop, and the change in current. Instruced Modbus library in the Step 7 MicroWin Software of Siemens, and used the serial port debugging software to facilitate the writing and debugging of the program. Modbus simplify external wiring ,solve the interference and distortion in the transmission process of conventional switching of analog signals , the communication control method can easily read the information of the operation of the DC power ,monitoring the DCpower operation status .
Key words: communication; Modbus agreement; S7-226 ; DC power
某选煤厂为了在线调节控制三产品旋流器二段分选密度，外加螺线圈来用磁场影响磁铁矿粉的分布。螺线圈是采用直流电源来供电，系统要求通过调节电流来控制螺线圈磁场，因此要控制直流电源的运行状态。控制信号需要从集控室开始需要传输五百米才能到达直流电源，从而控制直流电源动作。在一般工业应用中，对于电源的控制大部分采用的是0-24mA或0-5V模拟量控制，很少总线控制方式。但经过比较和实际使用发现，现场总线与模拟量控制相比有很多优势，最显著的是具有很高的可靠性高，避免失真，并且交换的信息非常多样化，因此越来越多的设备开始支持串口通信协议，可以预见总线控制方式通信在工程上的应用将越来越广泛。
MODBUS通信协议是MODICON公司提出的一种报文传输协议，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议[1]。它广泛应用于工业控制领域，并已经成为一种通用的行业标准。MODBUS通信协议可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。不同厂商提供的控制设备可通过MODBUS协议连成通信网络，从而实现集中控制。已经有很多通过MODBUS通信协议进行PLC和变频器的成功案例[2]。该文中采用MODBUS协议进行S7-226和HSPY程控直流稳压电源的通讯，可以更好地控制电源，监控电源运行状态，来解决信号远距离传输失真的问题。
1PLC与HSPY程控直流稳压电源通信控制系统
在此系统方案中PLC采用西门子公司的SIMATIC S7－226CN，直流电源采用HSPY程控直流稳压电源。S7－226系列PLC的CPU内部集成了2个通信端口，该通信口为标准的RS485串口，可以在三种方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通信口方式。系统可以将一个通信端口设为PPI方式用于连接工控机也可将其设置为MPI方式以连接触摸屏，做为人机信息交换[2]。而另一个通信端口设为自由通信口方式，自由通信口方式是S7－200的一个特色功能，是一种通信协议完全开放的功能工作方式。在自由通信口方式下的通信口的协议由外设决定，PLC通过程序来适应外设，从而使得S7－200系列的PLC可以与任何具备通信能力并且协议公开的设备通信[3] [4]。系统中的HSPY程控直流稳压电源均内置了Modbus现场总线，相关系统构成如图1所示，PLC的Port0通讯端口和HSPY程控直流稳压电源构成Modbus总线。通过S7－226CN控制多台HSPY程控直流稳压电源，完成系统控制要求，实现对直流稳压电源的输出电流、电压设定，运行状态监控及数据交换等。
图1直流电源控制系统
本系统中PLC作为主站，直流稳压电源作为从站，主站向直流稳压电源发送运行指令，同时接受直流稳压电源反馈的运行状态及故障报警状态的信号等。
2MODBUS通信协议在电源通信控制系统中的使用
西门子在Micro／Win V4.0 SP5中正式推出Modbus RTU主站命令库，西门子标准库指令通过调用该指令库可以使S7－200CPU上的通信口设置在自由口模式下成为Modbus RTU的主站。在S7－200控制系统应用中，要实现Modbus RTU通讯，需要STEP7－Micro／Win32 V4.0 SP5以上版本，并且安装Modbus指令库，如图2，STEP7－Micro／Win32指令库包含有专门为Modbus通讯设计的预先定义的子程序和中断服务程序，使得PLC与Modbus从站的通讯简单易行[5]。
图2 Modbus命令库
2.1 MODBUS RTU主站命令库使用步骤
使用Modbus RTU主站命令库，可以读写MODBUS RTU从站的数字量、模拟量I/O、以及保持寄存器[2]。按照一下步骤使用MODBUS RTU主站命令库：
1)安装西门子标准MODBUS RTU指令库。
2)调用MODBUS RTU主站初始化和控制子程序，使用SM0.0调用MBUS_CTRL完成主站的初始化，并启动其功能控制。
3)在CPU的V数据区中为MODBUS分配存储区。
4)调用MODBUS RTU主站读写子程序MBUS_MSG，发送MODBUS请求。
表1 MODBUS部分功能码表
2.2 HSPY电源的Modbus通讯规约
HSPY系列电源支持MODBUS通信协议，主机（PLC、RTU、PC机、DCS等）利用通讯命令，可以任意读写其数据寄存器。HSPY系列电源支持的MODBUS功能码为03，10。
HSPY系列电源通讯方式为：
波特率：9600；起始位：1；数据位：8；校验位：无；停止位：1。
2.3 HSPY系列电源的参数通讯地址的转换
通常MODBUS地址由5位数字组成，包括起始的数据类型代号，以及后面的偏移地址。MODBUS Master协议库把标准的MODBUS地址映射为所谓MODBUS功能号，读写从站的数据。MODBUS Master协议库支持如下地址：
00001 - 09999：数字量输出（线圈）
10001 - 19999：数字量输入（触点）
30001 - 39999：输入数据寄存器（通常为模拟量输入）
40001 - 49999：数据保持寄存器
HSPY系列电源的参数通讯地址是16进制数，首先转为10进制，由于S7-200 PLC中最小地址为400001，而HSPY系列电源中最小地址为0，所以在写HSPY系列电源地址时必须要加1。例如，电源的电压设定值参数通讯地址是1000H，转为10进制是4096，加1后是4097，寄存器地址栏要写44097.
3串口调试软件进行MODBUS通信调试
由于程序编写比较繁琐，一旦出现错误可能会损害HSPY电源，为了避免损害的发生，可以利用串口调试软件进行MODBUS通信调试，其优点是不必连接HSPY电源，而是在工控机或PC机上用串口调试软件查看S7－226CN输出和读取的数据，来判断程序是否正确。
一般的工控机或PC机没有RS485串口，可以将通过RS232转RS485转换模块和PLC连接。RS485线选择3号线和8号线,（其余均断开）3号线接T+，8号线接T-，将另一端9针插头接到PLC的PORT0通信端口上。也可以通过USB转RS485转换器连接。将编写的通讯程序下载到PLC中。运行程序，打开串口调试软件进行监控，从接收到的数据来看，和设置的HSPY电源动作的数据一致，说明MODBUS主站程序编写正确[2] [6]。不一致，则要修改MODBUS通信程序，使其一致。
图3 PLC串口调试软件监控界面
4 PLC控制HSPY程控直流稳压电源的部分程序
使用SM0.0调用MBUS＿CTRL完成主站的初始化，并启动其功能控制，如图4。
图4 Modbus RTU主站初始化
图5(a)上电初始化，将控制电源的数据存入S7－226CN的V存储器。在分配存储区时要注意，数据区不能和其他数据区重叠，否则不能正常通讯。图5(b)向电源发送Modbus请求，把1写入电源寄存器1004，电源开启；图5(c)把1写入电源寄存器1006，锁定电源面板按键；图5(d)把10写入电源寄存器1004，电源输出电流10A；图5(e)读取从电源寄存器数据:图5(f)把0写入电源寄存器1004，电源关闭。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图5部分控制程序
5结论
该文以S7－200控制系统为例，叙述了利用Modbus RTU协议指令库PLC与HSPY程控直流稳压电源通讯的实现。采用自由口通讯方式的Modbus RTU协议很好的解决了PLC与直流电源等智能设备的通讯问题，不仅能有效解决信号传输过程中失真的问题，而且在通信模式下PLC可以方便控制直流稳压电源的运行和读取直流稳压电源的运行信息，对直流稳压电源进行有效监控。
参考文献：
[1]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200PLC [M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[2]廖常初. PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
[3]龚俊,黄锐,戴涛.ACS 550与S7-226PLC自由口通讯[J/OL].[2010-04-17].中国科技论文在线(paper.省略).
[4]张士聪,王波,王然风.成庄矿选煤厂重介密度监控系统的改造实践[J].工矿自动化,2011(5):12-14.
剖析了我国煤矿产业在生产过程中存在的问题，通过概述煤矿生产调度管理系统的构建以及对煤矿生产调度管理系统的构成、功能、应用实例的介绍，对通信技术在我国煤矿生产调度管理系统中的运用前景进行了探析。
关键词：
通信技术；煤矿生产；系统；运用
煤炭在我国国民生产中占据举足轻重的地位，提高煤炭的生产调度技术管理的水准，成为保障煤炭产业发展的基石。虽然通信技术已经在我国的煤矿生产过程中得到了比较好的应用，但是在整个生产调度管理系统上仍然存在分散性、不连贯、不系统等缺点，不能通过运用通信技术获取相关生产信息，从根本上解决煤矿生产过程中所衍生的各项问题。因此，目前亟需将通信技术运用于我国煤炭生产调度管理系统中去。
1通信技术在我国煤矿生产调度管理系统中的运用前景探析
据国家安全生产监督管理总局数据显示，2014年煤矿等重点行业领域安全生产状况进一步好转，煤矿事故起数和死亡人数同比分别下降16.3%和14.3%，重特大事故同比分别下降12.5%和10.5%，连续21个多月没有发生特别重大事故。说明目前我国煤炭安全生产的形式呈现逐年好转趋势，但是，当与世界上其他国家的煤炭主产国相比较，我国仍有10倍的差距。深究其原因，一方面，我国煤炭地下开采量占比高达95%之多，小煤矿占比多，灾害频发，另一方面，煤矿生产调度管理系统信息化程度不够完善[1]。因此，我国亟需利用通信技术实现这一目标。随着通信技术领域的快速发展，我国社会生产的各个领域都受益良多，我国煤矿生产调度管理中的运用起到不可忽视的作用。在煤矿的安全生产中，煤矿生产调度是核心工作。传统管理模式中，电话是获取各种生产动态的主要途径，日常各资料统计汇总工作是以手工记录为主，存在着工作琐碎、信息传递不及时、误差大、记录方式不统一、不规范等缺点。基于通信技术构建一个煤炭生产调度管理平台则可以从根本上杜绝以上问题。
1.1煤炭生产调度管理系统利用VPN构建一个煤炭企业的内部加密网络，厂矿领导通过对整个VPN网络的控制来实现整个内部网络的有效运行[1]。在内部网络中，各生产部门或者科室是相互连接，相互监督的关系。在煤矿生产过程中，计划科、安监科、通风调度、综采队、掘进队和其他有关部门通过内部网络有机地连接起来，实现信息共享，完成生产调度信息的各部门采集，获取产量、掘进进尺、外运、瓦斯抽采、煤炭洗选、安全情况通报等信息。其通信连接方式如下页图1所示[2]。
1.2系统功能简介
1.2.1实现数据的分布式上传在保障煤矿日常安全生产、作业人员自身安全上，煤矿重大灾害预警技术的研发与推广具有重要意义[3]。普遍应用于各煤矿安全生产中的瓦斯实时监测、报警与断电系统等，在预警方面不能及时预警，不能满足煤矿在生产过程中对安全性的保障。因此，提高煤矿生产的安全性非常迫切。而基于通信技术构建的生产调度系统平台可以通过检测，掌握各项安全信息，并汇总上报，以备管理人员及时作出反应。各班次的生产开采情况由采煤队和掘进队通过系统本队组上报数据；生产计划由生产计划科组织信息上传；矿井安全动态、通风情况、瓦斯情况由安监科统计上传。
1.2.2优化数据统计分析方式按照一定的时间段如日、周、旬、月、年生成煤炭产量、掘进进尺、安全情况等数据，使各生产管理部门及时地掌握各项生产信息，对已经存在的生产问题进行改善，同时也可以根据已有数据，及时对煤矿生产过程进行不断完善。
1.2.3合理分配各项资源煤矿生产调度管理系统可对作业劳动力，设备、雷管、炸药的使用进行合理调配，既保障了供应，也实现了节约生产，同时可保障煤矿生产作业的安全性。
1.3煤矿生产调度信息的生成系统平台可以根据各个单位填报的调度信息日报表，全面系统地显示出全矿的生产情况，相比传统的记录方式而言，查找方便，错误率也大大降低[4]。各项数据清晰明了，对于有关部门和领导及时掌握相关的生产信息非常有意义，极大减少了信息处理者的工作量，也有助于对数据的分析和上报。
2利用通信技术构建煤炭生产调度管理系统的应用实例解析
2.1生产管理调度系统中全矿井安全生产信息调用目前，通信技术在全矿井安全生产调度、避险和应急救援中得到较好的运用。如，基于矿井无限传输衰减大、发射功率受限制、设备体积小、抗干扰能力强、防护性能好、电气防爆、电源电压波动适应能力强等特点，提出多基站矿井移动通信系统网络结构，矿井移动通信与应急通信系统性能要求和方法，研制成功了基于WIFI的矿井移动通信系统等。这种技术的应用，提高了井下人员与地面沟通联系，及时解决生产等相关问题。该信息可由安监科进行报送，保障矿井安全信息的及时通报、共享。
2.2生产管理调度系统中井下人员位置的监测通信技术在全矿井安全生产调度中发挥着重要作用，不仅可以防止工作人员靠近危险区域，对事故采取应急救援，而且可以考察作业人员的出勤率等，为煤矿的安全生产调度提供了保障。基于GPS信号无法覆盖全矿井，以及无线传输在矿井巷道的传输过程中衰减大等，通信技术已经在煤矿井下人员位置探测系统中得到运用。其技术要求体现在：识别卡与分站之间的无线传输距离应大于10m；识别卡位移速度要大于5m/s；识别卡并发数量要大于80个；系统漏读率要小于10-4；识别卡数量要大于8000个等等。其装备要求体现在：将分站安置于每个人员出入井口、开采重点区域出入口，以及以下盲巷等限制区域；为了准确监测持卡人员的移动情况，需设置2台以上的分站或者天线，并且在巷道分支处设置分站或者天线。这种技术的应用可以保障矿井的安全生产，利用生产管理部门和厂矿领导及时跟进人员位置信息，做到人员监管实时监测，心中有数。
2.3通信技术在煤炭安全生产远程监控系统中的运用目前，在煤矿生产过程中被使用的煤矿供电、排水检测系统，胶轮车运输监控系统，轨道运输监控系统等，充分保障了井下作业人员的人身安全，有效减少和避免了安全事故的发生，在减少事故发生率、生产工人死亡率、百万吨死亡率等方面发挥着重要作用。各项信息的及时报送提高了生产效率，有助于相关管理人员根据实时信息进行合理判断和决策，保障厂矿生产的安全进行。
参考文献
[1]党文刚.通信技术在煤矿生产调度管理系统中的应用[J].管理观察，2014（12）:9-40.
[2]夏智.煤矿生产调度管理软件的开发与应用[C]//第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（下册）.北京：中国煤炭学会，2011：672-676.
[3]周艳平，王科鹏.DMIS系统调度自动化运行管理模块应用[J].云南电力技术，2012（6）:35-37.
购物车(0)
