基于POF-CAN总线的井下变电站监控系统研究

论文摘要

井下变电站监控系统是矿井安全供电监控系统的重要组成部分,本课题以平顶山煤业集团十二矿安全供电监控系统的改造为依托,主要目标是实现对井下变电站的主要电气设备和线路的自动监视、测量、控制和保护,以全面提高变电站自动化运行和管理水平,提高变电站的生产效率和经济效益。本论文所开发的监控系统采用了POF-CAN总线技术。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次,可在各节点之间实现自由通信。POF-CAN总线控制芯片已经商品化,性价比高,POF光纤价格便宜,且抗电磁干扰强,特别适用于煤矿井下变电站监控系统之间的数据通信。监控系统由若干数据传输分站、一个监控站组成。数据传输分站通过RS485完成对各电气设备的信号采集。然后通过CAN总线将数据传给监控主机,完成系统的显示监控功能。监控主机利用VC++实现人机交互,利用SQL Sever对各数据传输分站采集到的数据进行统计计算,同时完成数据的存储保护,并且发出各种控制命令。系统的软件设计采用面向对象、分层、模块化的结构程序设计思想将软件进行结构与功能设计,主要包括通信管理模块、数据库管理模块、报表系统和实时人机界面几部分。并分别对这几个模块的实现方法进行详细的介绍。采用这种设计方法可以使软件的结构层次划分明确,结构清晰,代码可复用性强,各个层次模块开发与维护相对独立。最后对平煤集团十二矿变电站监控系统的网络布置结构给予了详细的阐明,并给出了监控软件的部分界面图。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外变电站监控系统的发展
• 1.3 国内部分矿井供电监控系统
• 1.4 井下变电站存在的问题
• 1.5 论文的主要工作和内容安排
• 2 井下变电站监控系统概述
• 2.1 变电站监控系统介绍
• 2.2 变电站监控系统组成
• 2.3 监控系统数据通信
• 2.3.1 变电站数据通信内容
• 2.3.2 数据通信传输方式
• 2.4 井下变电站监控系统主要功能
• 2.5 小结
• 3 井下变电站监控系统通信方式
• 3.1 变电站通信网络要求
• 3.2 通信协议
• 3.2.1 RS485 协议
• 3.2.2 CAN 总线协议
• 3.2.3 DL/T634-1997 标准
• 3.3 监控通信网络采用POF-CAN 的优点
• 3.3.1 塑料光纤
• 3.3.2 POF 的优点
• 3.3.3 监控通信网络采用POF 的理由
• 3.4 小结
• 4 POF-CAN 总线设计的关键技术
• 4.1 总线拓扑结构的选择
• 4.2 传输功率计算
• 4.3 链路时间计算
• 4.3.1 环路最大传输延迟时间
• 4.3.2 位周期
• 4.4 POF-CAN 节点数目计算
• 4.4.1 由传输功率确定节点数
• 4.4.2 由链路时间确定节点数
• 4.5 碰撞检测
• 4.6 CAN 控制器与POF 接口
• 4.7 光纤和双绞线混合使用接口
• 4.7.1 光纤收发模块的选用
• 4.7.2 光电转换编码、解码器设计
• 4.8 小结
• 5 数据传输分站的设计
• 5.1 数据传输分站的结构
• 5.2 CPU 与部分外围电路
• 5.2.1 CPU 的选取
• 5.2.2 电源电路的设计
• 5.2.3 复位电路设计
• 5.3 数据传输分站硬件平台设计
• 5.3.1 RS485 串行接口设计
• 5.3.2 CAN 总线接口电路设计
• 5.4 嵌入式实时操作系统
• 5.4.1 μC/OS-Ⅱ操作系统
• 5.4.2 任务的划分
• 5.5 数据传输分站软件设计
• 5.5.1 系统初始化程序
• 5.5.2 RS485 总线通信程序设计
• 5.5.3 CAN 总线通信程序的设计
• 5.5.4 RS485 与 CAN 总线数据转换原理
• 5.6 小结
• 6 变电站监控软件设计
• 6.1 监控系统软件模型
• 6.1.1 监控软件层次
• 6.1.2 面向对象的程序设计
• 6.1.3 变电站监控软件模型
• 6.2 主控制模块的实现
• 6.3 通信管理模块的实现
• 6.4 数据库管理模块的实现
• 6.4.1 数据接口层在数据库系统中的应用
• 6.4.2 存储数据库的实现
• 6.4.3 历史数据库的实现
• 6.4.4 内存数据库与历史数据库的数据交换
• 6.4.5 数据流程分析
• 6.5 人机模块的实现
• 6.6 报表模块的实现
• 6.7 小结
• 7 平煤十二矿井下变电站监控系统的工程实施
• 7.1 十二矿变电站监控系统布置结构
• 7.2 硬件设备选型
• 7.3 POF-CAN 总线数据通信测试
• 7.4 小结
• 8 结束语
• 8.1 本文完成的主要工作
• 8.2 未来展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 学位论文数据集