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關鍵詞：電廠；節能減排；自動化技術；火力發電；環境污染
文獻標識碼：A中圖分類號：TM621文章編號：1009-2374（2016）09-0082-02
1概述
社會的發展越來越快，社會的經濟水平也越來越高。在生活水平提高之后，越來越多的人們逐漸開始重視其生活質量的問題。電能是人們生活、發展過程中必不可少的資源，電量的增多可以保障日常生活、工作的穩定。然而我國的發電結構還處于以火力發電為主的層面，而火力發電則會使用大量的煤炭資源。煤炭資源屬于不可再生資源的一種，長期、大量的消耗最終會導致煤炭資源的稀缺，不利于我國的長久發展。不僅如此，大量的燃燒煤炭也會造成空氣的污染。為此我國逐漸把可持續發展問題作為當前的發展重點來看待，尤其是節能減排工作。節能減排不僅可以有效地節約資源，同時也可以減少因廢氣的排放而造成的環境污染。隨著科學技術的不斷發展，電廠不僅僅依靠手工操作進行生產，進而轉向了利用自動化技術進行生產。這也大大提高了電廠的工作效率，從而為節能減排起到了推動作用。
2運用自動化技術實現節能減排的相關理念
2.1運用自動化產品實現節能減排
為了逐步實現節能減排的目標，一些電廠開始運用自動化產品作為輔助工具。如電廠利用微電腦系統進行控制以及使用軟啟動等技術，從而在一定程度上可以依靠自動化產品使節能減排成為可能。一些自動化產品的使用，使得電廠在控制方面的精準度有所提升。在對電廠的運行功率以及運行負載進行嚴格的控制之后，耗電量以及耗費的能源逐漸減少，因此，使用自動化產品可以有效地幫助電廠實現節能減排。
2.2運用自動化系統實現節能減排
除了運用自動化產品實現節能減排之外，也可以利用自動化系統使節能減排成為可能，比如運用調度自動化以及管理自動化等，在提高企業經濟效益的同時，也能有效地控制資源以及能源的投入量問題。依靠節能系統實現對電廠投入的控制，從而使電廠節約成本，并且節約各種資源，進而促進節能減排工作的順利實現。
3電廠節能減排中自動化技術的應用
3.1實現自動化系統的一體化進程
目前，電廠的自動化系統由三層結構構成，即過程控制、制造執行以及經營規劃三層。為了有效地實現節能減排，除了運用先進的技術、設備之外，還要利用先進的自動化系統。通過系統的控制，進而實現操作以及調度等方面的優化。我國有六種耗能較多的工礦企業：有色、冶金、建材、電力、造紙以及化工。這些工礦企業不僅耗費大量的能源、資源，也會對環境造成嚴重的污染。為此，就需要對其重點的能耗設備進行節能控制，減少能源的消耗，同時對其重點污染源進行污染治理，因此，逐漸完善控制裝置并進行系統的及時優化勢在必行。通過各種系統和先進設備的共同作用，對能源的除塵、脫硫等流程進行嚴格控制。同時對各種易產生污染的環節進行優化處理，從而使燃燒技術更為優化，使能源消耗與污染物的排放降至最低，進而實現電廠的節能減排工作。
3.2節能自動化產品的研制和技術的開發
由于科學技術的不斷進步，電廠也逐漸實現手工控制操作向自動化控制的方向發展。同時，實現了自動化控制之后，也使電能生產的方式更加優化、合理，使得電能的生產效率也實現了逐步提升。目前，電廠的自動化技術一般都是運用變送器對計算機系統以及大屏幕的監視器、現場總線等進行控制。雖然國家及電廠正在加大力度實現發電結構的轉型，但是在我國的電力規劃中指出，即使到2030年，我國電廠發電結構依然是以火力發電為主。而預計4年后，我國的裝機容量便可多達14億千瓦，其中火力發電所占的比重就多達10億左右。因此，在以火力為主的發電結構模式下，節能減排工作更是困難重重，要及時需找新的方法，加快節能自動化產品和自動化技術的研發。首先可以尋找新的自動化節能方法，可以不斷引進外國先進的節能技術，再與我國先進的技術相結合，實現無觸點調壓、穩壓等；其次，采用移相控制技術以及電子安全保護技術等方法及時地對發電機的輸出功率進行調整和改變，加強微電腦對電廠的控制管理，不斷提高電機的工作效率，使能耗逐漸降低，從而達到節約資源的目的；最后，可以加快研制新的自動化產品和自動化技術，使可再生及不可再生資源的儲能效率及生產效率等都獲得較大程度的提高。
3.3結合信息管理進行節能減排
在電廠使用自動化技術進行控制的早期，一般都是單純地對控制系統方面的單輸出和單輸入情況進行分析整理，之后再對其進行人工繪圖。而這種操作方法一般都會存在很大的誤差，且工作效率低。由于電廠對于信息管理的重視不夠，導致自動化技術與管理信息化程度嚴重不匹配。為了改變這一局面，就要重視二者的協調發展，從而提高系統統計數據的準確性，也使自動控制的實用性更強，使操作更為簡單、方便。
4成功運用自動化技術進行節能減排的表現
4.1變頻技術的應用
電廠使用變頻技術能有效地控制節能減排。在電廠的運行過程中，一般會利用煤、燃氣或是油等資源進行發電，因此，就會有很多浪費現象從中產生。煤、燃氣以及油等資源的消耗使我國能源的投入量大大提高。而在電廠實際發電的過程中，對于能源的消耗也很大，以致節能減排難以實現，使用變頻技術可以有效降低能源消耗。變頻調節器的使用也會在很大程度上降低燃料的消耗量，從而根據電廠的實際情況對能源投入進行調節和控制。與此同時，變頻調節器的使用也可以優化鍋爐的運行狀態，控制燃料在燃燒時的風量。變頻技術的應用可以幫助電廠解決能源消耗以及資源浪費等問題，逐漸實現電廠的節能減排、降低消耗，從而獲得更多的經濟收益。
4.2運用現場總線技術
運用現場總線技術可以幫助電廠順利實現節能減排。隨著經濟的不斷發展，電廠總線布置涉及的范圍也越來越廣。現場總線技術與傳統的技術相比具有比較明顯的優勢：一是可以使硬件設備的應用數量有所降低。現場總線技術一般采用的是計算機控制，同時利用PC，使得硬件設施的需求量大為減少，并且其控制站的面積也可以因此大大縮減；二是從安裝方面來講，現場總線操作起來更為簡捷、方便。在現場總線的其中一條線路上可以進行多個設備的接入，從而為電廠節約了更多的資金。同時，應用現場總線技術也在一定程度上可以解放人力。由于其工作量小，相對的，電廠對于人力、物力方面的投入也會相對減少。
4.3碳素焙燒控制技術
利用碳素焙燒技術進行生產時，焙燒可以影響生產的各個方面，如對環保產生影響、對能耗產生影響、對成品的品質和成品的壽命造成影響等。然而碳素焙燒技術在生產過程中具有多道工藝，因此，對于環境造成的影響也極其惡劣。但是由于長時間缺乏控制，所以其相對的能耗也比較大且污染嚴重。目前，針對這一情況已經研發出專門控制碳素焙燒的技術，在電廠的投入使用中，不僅為電廠節約了大量的能源，也減少了對于環境造成嚴重污染的污染物的排放，同時為電廠帶來了巨大的經濟效益，使得節能減排工作逐漸成為現實。
5電廠節能減排中自動化技術的發展方向
5.1走可持續發展之路
電廠在節能減排過程中運用自動化技術可以促進電廠實現高水平、高質量的發展。在利用自動化技術的同時，能夠有效實現電廠的可持續發展。自動化技術使節能減排成為可能。在降低能源消耗、減少對環境的污染的同時，不僅為國家節約了大量資源、能源，也逐漸促使國家向環境友好型方向發展。
5.2促進自動化技術的規模化發展
自動化技術的運用是符合時展潮流的，而且在電廠的實際應用中，不僅節約成本、降低消耗、保證環境質量，同時也增加了企業的經濟效益。利用自動化技術，可以實現利用小型系統就可以實現大規模節能減排的效果，因此，要促進自動化技術向規模化方向發展。擴大自動化技術的應用范圍之后，可以實現更大規模的節能減排目標。在全國各個領域、各大工礦企業推廣自動化技術，從而實現全方位的節能減排工作。
5.3深化自動化技術的應用
目前，自動化技術主要應用于電廠的節能減排工作上，所以要不斷深化自動化技術的應用，使自動化技術在安全控制方面的應用力度不斷加強，從而使節能減排工作水平的安全性能不斷提高。減少自動化技術的安全隱患，從而提升其應用效益，不斷滿足電廠在節能減排方面的需求。
6結語
我國電廠的發展為我國提供了大量生活必須的電能，有助于社會的安全與穩定。然而在實際的生產發展過程中，電廠的正常運行需投入大量的能源、資金，同時，能源、燃料的燃燒也給環境帶來了巨大的危害。由于煤等能源屬于不可再生資源，如果大量使用，子孫后代將無這種資源的福祉可享。為此，我國的發展不能只建立在眼前利益之上，而應更多地考慮長遠利益的發展。與此同時對于環境的污染也成為世界各國廣泛關注的焦點，因此一定要重視節能減排工作的落實。為此，電廠引進先進的自動化技術，在一定程度上降低了能源的消耗和污染物的排放，也促進了電力生產事業的發展。
參考文獻
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中圖分類號：TD989文獻標識碼：A文章編號：1003-2738（2012）03-0327-01
摘要：煤礦企業生產環節復雜，占用人員多，安全性低，推廣自動化尤為必要。翟鎮煤礦近年來生產系統裝備大幅度提高，調度、通訊、信息、生產系統逐步實現自動化監控，減少了下井人員。
關鍵詞：自動化；改造；煤礦；生產
一、生產調度、通訊綜合信息平臺建設
翟鎮煤礦生產調度、工業電視、通訊綜合信息平臺包括生產檢測、工業電視系統、程控交換機和井下無線通訊、井下人員定位系統。
1.生產檢測及工業電視系統。
礦調度指揮中心設有KJ70生產監測系統主機，調度臺正前方設有監測系統的大屏顯示器，井下各地點設有監控分站和開停傳感器，通過大屏顯示器隨時顯示實時生產情況。工業電視由井上指揮中心16部監視器和井下16部攝像儀組成，通過光纜傳輸視頻信號，在重要崗位安裝生產檢測傳感器和攝像儀24小時監測監控，利用程控電話或無線通訊進行調度安排。
2.程控交換機及井下無線通訊系統。
礦調度指揮中心設有第六代新型數字交換機，觸摸屏顯示，具有會議、急呼、錄音查詢等功能。調度指揮中心四部直通電話與井下電話聯系，各要害生產場所及崗位均設防爆電話，確保井下各地點能夠及時將出現的事故反映到調度指揮中心，調度指揮中心將指令下達到各采區、地點，將事故控制在最小范圍。
井下無線通訊系統在井下設有一個基站控制器和26個基站發射器，通過光纜與井上無線通訊主機連接，無線通訊主機與地面程控交換機聯網，實現井上下直接通話，無需轉接。全礦無線通訊信號覆蓋井下90%范圍，滿足井下通訊要求。
3.人員定位系統。
人員定位系統主機設在調度指揮中心。井下在各采區大巷和各工作崗位、采掘工作面安設分站天線，下井人員隨身攜帶人員定位收發機，人員通過時分站天線自動記錄收發機的信號，傳送到主機和終端實現人員定位的目的，隨時查看人員在井下的位置。當井下發生緊急情況時，指揮中心值班調度員下達撤離命令，向井下收發機發出報警命令，收發機收到報警命令后，提示人員沿避災路線撤離。井下出現緊急情況時人員按求助按鈕向調度指揮中心發出求救信號，值班調度員及時調度人員前往救援。
通過生產調度、工業電視、通訊綜合信息平臺可有效掌握井下生產情況，實現高效調度，礦井一旦發生事故，及時掌握事故時間、地點、類型、人員傷亡等情況，便于值班調度員在第一時間發出撤離人員或救助等指令，將事故損失降到最低程度。
二、安全生產綜合管理三維可視化信息系統
電子信息技術的飛速發展推動了礦井生產信息化進程，但其礦井生產信息主要以表格與平面圖形信息，在三維可視化方面并沒有完全實現，建立安全生產綜合管理三維可視化信息系統，建成三維數字化礦山，把安全監測監控數據與井巷工程平面圖結合起來，可直觀了解安全監測地點及其監測結果。主要功能是在常規CAD軟件功能基礎上增加圖例庫、線型庫及元件庫，具有智能制圖功能，該系統通過三維立體圖將工程、生產、安全、地質等多方面信息直觀綜合地反映出來，在一個視圖上較全面地了解礦井安全與生產狀態，為安全生產管理、調度指揮、搶險救災提供綜合信息支持。
三、井下運輸大巷控制網絡綜合信息平臺建設
針對原信集閉dos系統易出現調度錯誤的實際情況，對信集閉系統進行升級改造，通過大巷運輸測速傳感器，監測大巷電機車運輸速度，實現與信集閉控制相結合，保證大巷運輸不超速；把大巷架線停送電裝置與信集閉結合起來，實現遠距離控制。針對信集閉、泄漏通訊系統調度指揮機車運行不直觀情況，安裝視頻監控系統，井下運輸現狀直觀的傳輸到地面。
大巷運輸監控實現了信集閉、視頻監控、泄漏通迅相結合的控制方式，通過視覺、聽覺、感覺相結合，提高了大巷運輸控制監控效果及大巷運輸效率。
四、生產系統設備自動化控制改造
翟鎮煤礦建成了井上下設備視頻監視、集中控制于一體的生產系統設備監控系統，通過光纜的反饋信號實現對設備的遠程控制，把原煤生產系統、壓風系統、高壓供電系統、井下排水系統、采區運輸系統等系統的運行狀況顯現出來，在地面通過工控主機對現場設備進行遠距離集中控制。當設備出現異常情況時，集控室人員通過語音報警或顯示器判斷故障，迅速采取措施，實現了現場無人值守、減員提效。
1.原煤運輸自動化控制系統。
實施原煤運輸系統自動化改造，在地面可直觀監視地面膠帶運輸機、井下采區膠帶運輸機和給煤機運行情況，通過監控電腦指令進行單臺啟停或連鎖啟停。連鎖啟車時設備按逆煤流順序自動啟動，連鎖停車時膠帶按順煤流順序停車，降低崗位人員操作不安全因素，減少人員投入，充分發揮了機控的功能。
2.高壓供電自動化控制系統。
翟鎮煤礦原配電系統采用電磁式繼電保護，手動分合閘送電，準確率低，無功補償采用電容補償，功率因數低。對其進行自動化控制改造，將高低壓配電設備運行狀態進行總體監控，采用永磁式真空斷路器，二次系統采用以CSR系列微機保護測控裝置為主的綜合自動化系統，改造后實現井下供配電系統電氣監測、信號監視、開關分合控制操作、定值設定等，實現變電所無人值守。
3.排水自動化控制系統。
排水系統進行自動化改造，地面值班人員可直觀監視井下泵房內排水泵運行情況，通過監控電腦指令進行單臺啟停或按程序啟停各臺排水泵。當設置為自動開泵時，根據水位控制原則，自動實現水泵的輪換運行，延長了水泵壽命，監控裝置根據水倉水位及電網負荷信息，以“移峰填谷”原則確定開停水泵時間，泵房實現無人值守。
4.壓風自動化控制系統。
壓風機房使用的單螺桿壓風機，在集控室上位機可顯示壓風機壓風量、出口壓力、溫度，電機電流及電壓等參數，根據需要隨時修改參數，可設定使用氣壓情況自動開停，高效節能，可靠性高，實現無人值守。
5.采區運輸自動化控制系統。
采區運輸系統由膠帶機和給煤機組成，均采用就地控制，安設崗位多，控制難度大，電費浪費，設備損耗大。按照“井上集中監控為主，井下多點監測為輔”原則，在采區皮帶機頭安裝可編程控制器，采集實時數據上傳到調度控制中心，地面工作人員遠程控制，可實時掌握各皮帶和給煤機的運行狀況，實現無人值守，避免了由于人為操作造成的失誤，實現自動化控制。
五、應用效果
1.可在地面實時獲取系統各種運行參數，實現設備動態管理，為安全生產、調度指揮、搶險救災提供綜合信息支持。
2.礦井自動化改造后，固定崗位實現了無人值守，運輸系統取消了崗位工，減少下井人員68人，達到了減人提效的目的。
參考文獻：
[1]楊奇遜；變電站綜合自動化技術發展趨勢[J]；電力系統自動化；1995年10期。
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關鍵詞：電廠高爐 溫度調節 自動控制
中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0063-01
電廠作為電力供應的生產者，其電力制造的質量和生產過程的安全直接關系到千家萬戶的切身利益，因此對于電廠現場機電裝備的自動化控制的要求十分嚴格。隨著現場總線技術的飛速發展和廣泛應用，以現場總線技術為典型應用的自動化控制系統已經逐漸深入到工礦自動化的多個領域，在一些自動化控制水平較高的電廠，已經初步實現了電廠機電裝備的自動化控制。高爐是火力電廠生產過程中不可缺少的機電裝備，其溫度控制要求十分嚴格，如何實現高爐溫度自動調節與控制，一直是很多火力電廠技術工程師都著力重點解決的技術難題之一。本論文主要結合現場總線技術，結合電廠高爐溫度的控制要求，對其溫度自動控制系統進行系統的研究與探討，以期能夠找到面向火力電廠高爐的溫度自動控制技術，并以此和廣大同行分享。
1.高爐溫度自動控制概述
（1）高爐溫度調節控制功能需求。火力電廠采用高爐主要是實現燃煤產電，為了實現能源的復合利用，提高經濟效益，往往還通過高爐生產一些副產品，這就要求對于高爐內的溫度和壓力都有著嚴格的控制要求。在實際生產過程中，高爐溫度的調節往往是采用人工調節的方式實現，這種調節方式效率低，精度差，可靠性差，因此逐漸提出了高爐溫度自動調節的控制要求。要達到高爐溫度無人值守控制的效果，就必須要能夠實時自動監測高爐內的溫度參數，并通過計算實時控制氣閥或者進料閥，以實現對高爐內溫度的自動控制與調節。
（2）現場總線技術的應用特點。由于技術的發展和設備的日益復雜，過去集中式自動化控制模式在實際應用中已經逐漸暴露出了諸多問題與不足，如控制中心負載過大，信息傳輸效率較低，系統兼容性較差等等；而現場總線技術的出現則很好的克服了上述問題，現場總線能夠結合具體的被控對象合理設計自動化控制系統，對現場的智能儀表、數據傳輸、數據處理和終端均有著可靠的集成性和兼容性，因此將現場總線技術應用于火力發電廠高爐溫度的自動調節控制，是完全可行的。
2.基于現場總線的高爐溫度自動調節控制技術應用探討
2.1系統功能設計
基于現場總線技術的高爐溫度自動調節系統，具體來說，其功能主要包含以下幾個方面：（1）在線監測。（2）數據查詢。（3）生成報表與統計分析。（4）超限報警與聯動控制。
2.2系統層次架構
高爐溫度的自動調節控制系統主要由以下四個系統層構成。
（1）傳感儀表層。為了實現高爐溫度的自動監測與控制，必須選用合適的傳感器對高爐內的溫度進行實時監測，溫度傳感器采用4-20 mA電流信號作為傳輸介質，將模擬量信號傳輸到數據采集模塊中。
（2）數據采集層。數據采集模塊接收傳感器傳送過來的模擬量信號，通過現場總線實現模擬量數據信號的遠程傳輸，直至傳輸到中央控制室的PC終端。
（3）PC終端。PC終端通過專用的組態軟件實現對高爐的溫度變量的實時顯示，并提供友好的人機交互界面，完成數據的查詢、存儲和報表統計等管理功能。
（4）驅動執行層。當被監測的高爐溫度過低或過高或者異常超限時，由PC終端發出相應的控制指令，經過驅動機構層實現控制指令的放大和執行，輸出到動作執行器，實現相關的報警動作或聯動控制動作。動作執行器主要由氣閥和進料閥構成，氣閥的開度可以降低高爐內的溫度，進料閥的開度可以提高高爐內的溫度，它們通過接收來自PC終端發出的控制指令，經過驅動放大轉變為閥門調節的開度大小，從而實現對高爐溫度的自動調節與控制。
2.3系統軟件設計
基于現場總線的高爐溫度自動調節與控制系統，采用組態軟件實現對高爐溫度參數的實時顯示，以提高人機交互系統的直觀性。該組態軟件可以采用當前市場上主流的組態軟件，例如wINCC，組態王等專業工控自動化組態軟件，也可以采用VB、VC等高級語言進行開發。由于該自動控制系統僅僅是對高爐的溫度參數進行實時監測與顯示，因此軟件開發的工作量并不是很大，下面結合組態軟件的開發分析軟件系統的設計基本流程。
（1）系統界面設計。一個好的軟件系統必然有著良好的人機交互性，而這離不開系統的界面設計，因此要結合高爐的溫度控制選取合適的圖像圖形，提高軟件的可觀性。
（2）系統導航設計。由于軟件系統既要顯示溫度數據，還要提供數據報表、歷史曲線等其他數據管理功能，就需要提供良好的頁面之間的導航切換功能。
（3）系統數據設計。組態軟件或者說自動化控制系統軟件都離不開數據庫的開發，可以選用軟件自帶的數據庫系統，也可以采用第三方數據庫管理系統，但是都必須要能夠為系統提供可靠的數據源。
（4）系統管理設計。出于對系統管理的安全性考慮，必須要對系統進行管理涉及，包括用戶認證，數據權限管理等等，這些都需要進行系統的管理功能的界定與設計。
【關鍵詞】礦井；皮帶堆煤；圖像處理；背景差分
1.前言
隨著我國煤炭生產的不斷發展，礦井運輸已趨于皮帶化、高速化，大運量的皮帶運輸機已經成為我國礦井運輸的主要工具。如何安全[1]、可靠地實現對皮帶堆煤事故的檢測，對于保障煤礦安全生產具有重要的意義。
目前大多采用堆煤傳感器對膠帶輸送機進行保護，現有的堆煤傳感器[2][3]可大致分為3類：
（1）基于行程開關的堆煤傳感器；
（2）基于水銀開關或煤油開關的堆煤傳感器；
（3）基于電極式原理的堆煤傳感器。
由于以上三類傳感器都是基于碰觸檢測方式來實現皮帶堆煤檢測，當有大的煤塊經過，或是有工人誤碰觸時容易發生誤報警現象。現有的堆煤傳感器有以下不足之處：
（1）由于煤礦環境復雜，行程開關的堆煤傳感器易受煤塵濕氣等外部環境影響常常不能及時準確報警，其耐用性、靈敏度、可靠性都不十分理想；
（2）水銀開關或煤油開關的堆煤傳感器無法實現全方位的高精度的測量，自身抗干擾能力較差；
（3）電極式堆煤傳感器需要定期清理電極座過多的煤，尤其是噴水后應將煤塵和水擦干凈，維護頻率高，此外電極式傳感器的準確率和誤報率還與煤的干濕度有很大關系；
（4）使用接觸式傳感器，存在機械磨損同時煤塊與傳感器摩擦容易產生火花，影響安全生產；
（5）監測不具可視化，監控者只能看到一些數字化指標，檢測效果差。
為了有效果地解決以上幾個方面的問題，本文提出采用非接觸式的視頻圖像處理方法來實現礦井皮帶堆煤狀態的檢測。
2.皮帶堆煤檢測圖像識別原理
2.1 識別原理
本文嘗試將圖像識別技術引入到煤礦井下皮帶堆煤檢測裝置中。由于皮帶頭落煤點發生堆煤事故時，在皮帶頭落煤點會有大量的煤塊發生堆積，此時落煤點處圖像會發生顯著的變化。因此可在皮帶頭落煤處斜上方合適位置安裝礦用攝像機，利用皮帶頭堆煤事故發生前后的圖像特征變換進行實時監控。當在預先設定區域內原本穩定無變化的圖像中出現了變化，即最新采集到的一幀圖像與背景圖像差分后發現有不同處，如出現了煤塊堆積影像，就可判定為皮帶頭落煤處發生堆煤事故。此時軟件系統會控制硬件做出相應反應，報警或直接將皮帶機斷電停機。
由于煤礦井下運輸巷的環境較惡劣，光線較昏暗，礦用攝像機采用低照度長壽命CCD攝像機，攝像機的安裝地點要兼顧實用性。基于以上2個原則，在皮帶頭落煤點上方合適位置安裝礦用攝像機。攝像機的安裝方式如圖1所示。將礦用攝像機對準皮帶頭落煤點處進行拍攝，一旦有皮帶堆煤事故發生，在攝像機監控圖像預先設定的區域內就會得到與正常情況下不同的圖像。圖像傳到計算機以后，經過圖像分析軟件的識別，發出皮帶堆煤警報。
圖1 皮帶堆煤檢測攝像機安裝方式
2.2 堆煤圖像識別算法研究
背景差分法是最為常用的運動目標檢測和分割方法之一[4][5]，背景差分的基本原理就是利用兩幀圖像之間的差來判斷物體的出現和運動，背景差分法用序列中的每一幀與一個固定的靜止參考幀（不存在任何運動物體）做圖像差，這種方法的優點是位置精確速度快，滿足實時處理的要求，因為它只需要獲取當前的一幅圖像。背景差分方法檢測效果的好壞在很大程度上依賴于背景圖像的質量。閾值的選擇相當關鍵，選擇過低不足以抑制圖像中的噪聲，過高則忽略了圖像中有用的變化。對于比較大的、顏色一致的運動目標，有可能在目標內部產生空洞，無法完整地提取運動目標。
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礎和核心環節。采用背景差分的方法對運動目標進行檢測，首先要建立穩定清晰的背景，再用攝像機獲取的當前圖像和背景圖像進行差分運算。并對差分圖像進行區域分割，提取出運動區域。
背景估計有很多方法，研究人員已提出了許多背景建模算法，但總的來講可以概括為非回歸遞推和回歸遞推兩類。非回歸背景建模算法是動態的利用從某一時刻開始到當前一段時間內存儲的新近觀測數據作為樣本來進行背景建模。非回歸背景建模方法有最簡單的幀間差分、中值濾波方法等。回歸算法在背景估計中無需維持保存背景估計幀的緩沖區，它們是通過回歸的方式基于輸入的每一幀圖像來更新某個時刻的背景模型。這類方法包括廣泛應用的線性卡爾曼濾波法、Stauffe與Grimson提出的混合高斯模型等。本系統采用效果較好且效率相對較高的均值法，即任意像素點的背景信息由序列圖像中對應像素點顏色的均值來確定，如式（1）所示：
（1）
Ik（i，j）表示第k幀圖像，B（i，j）表示背景圖像。由于煤礦井下光照較為恒定，因此一般選取前一百幀靜態畫面的圖像，取平均后作為背景模型圖像。
2.2.2 運動團塊的提取
根據運動物體和場景中的靜止背景在亮度、色度上的不同，將圖像序列的每一幀圖像與背景圖像作差，然后二值化，就可以得到每一幀的運動點團：圖像中的一個像素，如果它與背景圖像對應像素的距離大于一個閾值，則認為它是前景，輸出1，否則為背景，輸出0。最后得到的二值圖像就是運動團塊圖像。
圖2 運動團塊提取流程圖
圖3 背景相差二值化結果圖
兩幀圖像的差是指兩幀中對應像素矢量的距離。常用的矢量距離是歐氏距離和馬氏距離，本文采用歐氏距離運動團塊提取的方法。
歐氏距離提取運動點團的具體算法如下：
（1）設背景圖像是B（x，y）
（2）遍歷當前幀的每一個像素（x，y）
如果：
（2）
則：輸出G（x，y）=1，否則：G（x，y）=0
（3）G（x，y）就是當前幀的運動點團圖像。
2.2.3 閾值選取技術
對于不同光線背景下的差分圖像，用固定的閾值T去進行二值化處理顯然不能對每一幀圖像都達到很好的效果。希望得到的閾值不僅可以將目標從背景中分離出來，而且要能根據不同的圖像來智能地選取。在此我們采用Otus閾值化技術[7]，以簡化閾值的選取OTS方法的基本思想是：選取的最佳閾值T應該使得不同類間的分離性最好。
對于灰度級為0～255，M×N的一幅圖像，記f（i，j）為圖像點（i，j）處的灰度值。
Otus法具步驟：
（1）計算圖像的直方圖統計結果，得到灰度值為k的頻率PHS（k）為：
（3）
（2）計算圖像的灰度均值為：
（4）
（3）計算機灰度類均值和類直方圖之和：
（5）
（6）
（4）計算類分離指標為：
（7）
最后，求出使達到最大的值S，則最佳閾值。
圖3所示為通過Otus法求得最佳閾值后背景相差后的結果。
2.3 基于虛擬檢測區域的皮帶堆煤檢測
在采集到的視頻圖像幀中，在皮帶落煤點處人為地設置一個虛擬矩形檢測區域。根據堆積的煤塊占矩形區域面積是否超過設定的閾值，判斷是否存在堆煤。矩形檢測區域的大小根據皮帶煤流大小及落煤點區域大小來設定。
圖4 檢測區域的設置
3.皮帶堆煤檢測圖像識別程序設計
皮帶堆煤檢測圖像識別程序開發環境采用WINDOWS 7操作系統，開發工具為VS2010。
系統包含以下幾個部分：
（1）視頻圖像獲取。由礦用攝像機采取皮帶落煤點圖像，并通過井下工業環網傳送到地面PC機。
（2）設定虛擬檢測矩形區域。根據攝像機和皮帶落煤點距離以及與皮帶落煤點所成的角度，合理設置虛擬矩形區域的大小及在視頻圖像上的位置。
（3）皮帶落煤點煤流檢測。對獲取到的視頻圖像進行建立背景模型、背景減除、二值化閾值和后處理，提取出落煤點堆積煤流信息。
（4）堆煤檢測。根據堆積煤塊圖像占矩形區域的比例是否超過設定閾值，來判斷是否發生堆煤。
系統流程圖如圖5所示：
圖5 系統流程圖
4.皮帶堆煤檢測圖像識別實驗及結果
本系統軟件在Windows 7操作系統VS2010編譯環境下調試，硬件配置為雙核CPU2.8GHz主頻，4G內存。程序界面見圖6。
圖6 程序界面
試驗中所得結果圖像如圖7所示：
圖7 實驗結果
在試驗中，該系統選用了聲光報警器作為報警輸出設備，對皮帶堆煤檢測報警率不小于96%，從產生堆煤事故到報警發出的時間為0.6～1.5s，平均反應時間約為1.1s。
5.結論
煤礦皮帶落煤點堆煤問題在國內外普遍存在，到目前為止沒有一種可行的方法能夠有效的解決這個問題。本文主要利用圖像處理技術，針對煤礦皮帶頭落煤點發生堆煤時，圖像特征發生變化進行識別，分析皮帶頭落煤點圖像特點，通過視頻背景相差的方法來識別堆煤。得出如下結論：作為非接觸式皮帶堆煤檢測方法，基于圖像識別的堆煤檢測系統可以有效解決接觸式堆煤傳感器存在的問題。隨著計算機運算能力的提高和煤礦井下工業電視系統的普及，該檢測方法有廣闊的應用前景。
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關鍵詞：系統設計；PLC；稱重給料控制系統；模擬調節器
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）04-0027-03
在生產領域中，產品的質量以及生產過程的穩定性與原料的配比精度有著最為直接的關系，而PLC的稱重給料控制系統的設計，不僅可滿足其精度要求，而且有利于生產效率的提高和產品質量的提高，從根本上實現企業的效益。因此，對PLC的稱重給料控制系統的設計進行探討有其重要的價值和意義。
1 系統的設計原理
基于PLC的稱重給料控制系統，其所用到的方法和原理相對簡單，而且具有很強的適應性。在設計時，其主要通過模擬調節器來進行，結合相關的數字運算，確定其相關的給定值，具體的計算方法如下：
式中：PVnf為當前濾波輸入值；Dn為微分運算值；EVn為當前偏差；EVn-1為前一次偏差；KP為比例常數；Dn-1為上一次微分運算值；SV為設定值；PVn為當前采樣值；α為輸入濾波常數。
根據以上的程序設定，當系統發出指令時，若是輸入值PVnf比設定值大時，那么就要通過正作用執行PID算法，反之，則通過反作用執行PID算法。
2 系統設計
基于PLC的稱重給料控制系統是一種用于工農業（如水泥、鋼鐵、玻璃、煤礦、制藥、飼料等行業）自動化稱重配料設備的控制系統，通常是由帶有自動配料算法軟件的計算機（微機）組成，該系統的應用，既可以節省大量的勞動力，提高企業生產效率，而且可以為企業的生產帶來巨大的效益。另外，在實際生產與應用中，還可以根據不同物料的配料，定制和設計相應的控制系統，為企業發展提供完善的解決方案，滿足企業的發展需求，具體的設計如圖1所示：
圖1 系統設計圖
2.1 系統操作程序
在工礦企業中經常遇到這樣的原料入庫配料系統，工藝流程圖如圖1所示，系統中所用原料分別是粉礦巖、鐵粉、石灰石，它們均來自各自的原料堆場；混合料來自預配料系統，混合料實際上是石灰石和粉砂巖按一定比例混合得到的。在實際運行中，粉砂巖、石灰石、鐵粉三種原料均由皮帶輸送機1從各自的堆場送到分叉溜子2，再由可逆皮帶機3將物料分別送至4、7、10號料倉中。可逆皮帶機正轉（向右），且分叉溜子2在右邊下料，則石灰石物料送入料倉10中，若可逆皮帶機反轉（向左），且分叉溜子在左邊下料，則粉砂巖或鐵粉進入料倉4或7中。混合料單獨由皮帶機21直接送入混合料倉22中。料倉下設備5、8、23為出料皮帶機，該皮帶機的轉速可調，從而調節入庫的喂料量，即調節物料的下料量。
出料皮帶機下設備6、9、12、24為稱重喂料機，稱重喂料機的稱重信號經質量自動控制系統來調節出料皮帶機的轉速，從而自動調節入庫喂料量及幾種喂料量之間的比例。稱重喂料機下為入庫皮帶機25，經過可逆皮帶機31，再經回轉閥32，物料喂入粉庫內。可逆皮帶機25正轉（向右），使物料喂入粉庫，可逆皮帶機反轉（向左），物料流入裝料汽車。正常情況下，喂料輸送系統運行時，混合喂料裝置21、23、24及鐵粉喂料設備1、3、8、9工作。下料皮帶機23與稱重皮帶機24組成閉環系統，保持混合料下料恒定。下料皮帶機8與稱重皮帶機9組成閉環系統，保持鐵粉下料恒定。
物料在分庫內混合時，其成分為細度和化學成分合格的生料粉。對生料粉取樣化驗，若符合要求，則系統穩定運行。若化學成分不滿足要求，系統必須調整，偏差較小時，可改變混合料或鐵粉的下料量，偏差較大時，可增加一定數量的石灰石或粉砂巖，此時，石灰石或粉砂巖系統投入運行，使出庫生粉達到規定值。
2.2 監測系統
在設計監測系統時，需要結合以下控制要求來完成：
2.2.1 物料流程要求：各個設備之間聯鎖，起動順序逆著物料流向，各設備的起動有一定的時間間隔。停止順序順物料流向，相互之間也有一定的時間間隔，停車時，前后兩個設備的時間間隔由一個設備的運行速度及設備長度決定。總之，在正常停車后，希望各設備上的物料全部輸送完畢。
2.2.2 正常運行時，入庫物料為混合料及鐵粉，此時設備21-25、1-3、8-9、31-32運行，分叉溜子打開左邊，皮帶機3反轉。
2.2.3 當需要調整物料配料時，若設備5、6運行，粉砂巖原料入料，設備11、12運行，高品位石灰石原料入庫。
2.2.4 粉砂巖、鐵粉、石灰石是否需要，根據選擇開關而定，可逆皮帶機31的運行方向也需選擇而定。
另外，在具體的設計時，第一，要根據控制要求，進行原料入庫系統的PLC控制系統設計，
I/O連線圖以及PLC硬件配置電路；第二，要根據控制要求，編制原料入庫系統PLC控制應用程序；第三，編寫設計說明書，內容包括：設計過程和有關說明；基于PLC的原料入庫系統的I/O連線圖；PLC控制程序（梯形圖和指令表），并調試直至符合要求；另外，其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調試過程、遇到的問題以及解決方法、對本次設計的認識和建議等。5、8、11、23――下料皮帶機；6、9、12、24――稱重喂料機；1、21、3――入料倉皮帶機；25――入庫皮帶機；31――可逆皮帶機；33、34――喂料皮帶機；35――密封風機；2――分叉溜子；36――庫分傳動；32――回轉閥。
2.3 電氣控制系統
初始狀態：初始狀態各閥門關閉，傳感器H.I.L為OFF啟動操作：按下啟動按鈕SB1定時器開始計時，同時閥門X1打開，3s后液體到達液面L，低液面顯示L1亮（傳感器L=ON），3s后液體到達液面I，中液面顯示L2亮（傳感器L=ON），控制閥門X1關閉，閥門X2打開注入液體B，在經過3s后，到達液面H，高液面顯示L3亮（傳感器H=ON），控制閥門X2關閉，攪拌機開始工作，顯示燈L5閃爍3s后，攪拌結束，控制閥門X3打開，液面下降，7s后液體放空，控制閥門X3關閉，一周工作結束，控制閥門X1打開繼續循環工作。停止操作：按下停止按鈕SB2后，在當前的混合液操作處理完畢后才停止操作。
3 優化系統設計
3.1 優化程序設置
由于PLC的運行主要通過程序來實現，并且與各種傳感器結合，全面完成整個系統的監控，一旦系統出現故障時，需要仔細確定輸入點和正常時的區別與不同，或者使用編程軟件進行監視，以此確定不能配料，PLC正常運行，上位機對數據可以讀/寫，PLC輸出點有輸出。
3.2 優化系統模塊
首先，系統重量檢測模塊的設計需要采用壓力傳感器來檢測，要求其主要的輸出電壓范圍在0～21.6mV之間，采用A/D變換模式，將輸出電阻控制在351，并且通過AD623芯片，將系統所需要的信號放大50倍。其次，數據轉換功能模塊的設計要通過變頻器將PLC計算得到的數據進行轉換，使其成為模擬信號，控制下料電機的轉速。最后，參數檢測模塊在電機運行時經過485接口，將相關的功率、電流以及效率等數據進行轉換，并且傳送給上位機以及PLC。
4 結語
總而言之，基于PLC的稱重給料控制系統主要是以PLC為控制中心，配置相關的操作程序，保證系統的自動運行，實現系統的自動監測。一般而言，整體系統屬于一個閉環控制，利用編程方法，結合功能擴展，優化流程設計與接口設計。
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【論文摘要】鋼鐵行業作為國家基礎產業，為中國經濟的快速發展做出了重要貢獻。本文主要探討本鋼集團如何通過供應鏈管理，降低物流成本，以持續提高集團的競爭力。
隨著我國鋼鐵工業的快速發展，鋼鐵產能迅速擴大，年產鋼量從2000年的1.29億噸，躍升至2010年的6.27億噸。本文旨在通過分析本鋼集團采購庫存管理現狀、供應商選擇、業務流程設計等方面存在的問題，以集成化供應鏈模式的構建、庫存管理戰略實施、信息系統完善等方面為著眼點，為本鋼集團改進管理效率、提高競爭力提供一些思路和參考。
1.本鋼集團采購與庫存管理現狀
1.1 采購管理現狀
本鋼集團采購中心作為實施專業化采購管理的機構，負責大宗原燃料、輔料、消耗性資材、工程設備、備件、合金件和服務性物資的采購。本鋼集團采購物料按采購種類可分為戰略性采購和服務性采購。戰略性采購是指大宗原燃料、資材、工程設備和備件等的采購；服務性采購主要指辦公器材、勞保品等的采購。其中，戰略性采購占股份公司總采購資金的82%左右，服務性采購占18%。
1.2 庫存管理現狀
本鋼集團的原料主要包括鐵礦石、焦炭、煤、廢鋼、各種合金、輔助材料和備件，分布在物流中心、焦化、原料、二鐵、特鋼等單位。其中大宗原燃料由采購中心下設的煤焦采購室、廢鋼采購室、合金料采購室、工礦一室負責采購，并與物流中心聯合負責日常管理，其他單位的原材料為從物流中心領用后未完全使用剩余及各單位零星采購形成。上述原材料、燃料和廢鋼的特點是品種多，數量大，周轉快。
輔助材料主要是油脂、五金電器等，其特點是品種多、數量少、價值低，周轉快。其庫存主要由物流中心和一二級庫負責管理。
備品備件主要包括設備備件、機修備件和大型工具等，其庫存主要由物流中心、一二級庫和生產使用單位負責管理。
本鋼集團主要產品為棒材、線材、生鐵、熱軋板卷、冷軋板卷、球磨鑄管和特殊鋼產品，庫存分為原材料、材料采購、委托加工物資、產成品。全集團每年要耗費20%—40%的利潤來維持其所有的庫存，其中原料庫存占據了總庫存量的絕大部分。
2.本鋼集團采購與庫存管理存在問題分析
2.1 采購管理存在問題分析
本鋼集團的供應商管理經過十多年的學習和實踐，已經比較規范，但與供應商管理的先進實踐來比還是有差距的，主要表現在以下幾個方面：（1）本鋼集團供應商的評估只是集中在一定期限內與本鋼集團有業務往來的少數供應商身上，而不是所有的供應商都能得到評估。（2）本鋼集團盡管有供應商評估標準，卻沒有統一的，只是手工打分操作，沒有建立標準的自動化進程。（3）對供應商分類較粗糙，沒有針對不同類別的供應商制定不同的管理策略和協作計劃，這些都應該得到改進。（4）信息的不透明、不共享。企業內部的采購部門與其他相關部門之間信息不透明。企業與上游供應商沒有信息共享，與下游的客戶之間信息傳遞和交換緩慢，不能及時收集客戶需求信息，為客戶提供良好的服務。
2.2 庫存管理存在問題分析
（1）庫房管理分屬不同部門和法人，使用單位很難及時了解整個庫存狀況，庫存采購計劃和實際消耗存在一定差距；（2）庫存信息無法共享，一級庫無法確切知道二級庫的庫存現有量，庫存臺帳和財務帳存在一定的差異，制約了采購決策能力和監控只能的有效發揮；（3）大宗原燃料的出入庫計量標準不一致，造成庫存賬面數據和實際數據的人為差異，難以對庫存數量進行管理和控制。
3.基于供應鏈的本鋼集團采購與庫存管理對策研究
我們認為本鋼集團應認識到其作為鋼鐵供應鏈上的一環，必須從整個鋼鐵供應鏈的角度出發，與上下游企業結成戰略聯盟，樹立共同的戰略目標確立長期合作策略，將本身的生產經營活動與上游鐵礦、煤礦供應商，下游造船、汽車、房地產等企業的經營情況綜合考慮，構建集成化供應鏈管理模型；以聯合庫存管理來解決本鋼集團原材料采購不均衡、庫存與生產不同步的問題；本著合作共贏的精神與上游的供應商建立供需協調機制，協調雙方利益，解決運行過程中出現的問題；不論是在本鋼集團的內部還是外部，都要強調信息的共享，在集團內部可以通過公司的SAP系統以及OA（Office Automation）網，實現各種信息在各部門間的無障礙流轉。與供應商和客戶之間，本鋼集團則可借助Internet建立起信息溝通的渠道，以建立公共的網站等方式搭建起信息集成的平臺，來實現信息的傳遞與共享。甚至還可將雙方的協議條件、享受的權利、承擔的風險和義務、業務操作流程、資金結算、糾紛仲裁和責任追究等問題以標準化的信息資源固化于網絡中。這樣既可以安全快速的獲得信息，又可以提供更好的用戶服務和加強客戶聯系，并提高本鋼集團供應鏈運行能力。
通過上述本鋼集團供應鏈的構建，以及相應管理策略的實施，保障原材料的穩定供應，消除本鋼集團采購、庫存管理信息不同步、滯后現象，達到產、供、銷的同步穩定運行，提高本鋼集團乃至整個供應鏈的競爭優勢。
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關鍵詞：通信；Modbus協議；S7-226；直流電源
中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：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
某選煤廠為了在線調節控制三產品旋流器二段分選密度，外加螺線圈來用磁場影響磁鐵礦粉的分布。螺線圈是采用直流電源來供電，系統要求通過調節電流來控制螺線圈磁場，因此要控制直流電源的運行狀態。控制信號需要從集控室開始需要傳輸五百米才能到達直流電源，從而控制直流電源動作。在一般工業應用中，對于電源的控制大部分采用的是0-24mA或0-5V模擬量控制，很少總線控制方式。但經過比較和實際使用發現，現場總線與模擬量控制相比有很多優勢，最顯著的是具有很高的可靠性高，避免失真，并且交換的信息非常多樣化，因此越來越多的設備開始支持串口通信協議，可以預見總線控制方式通信在工程上的應用將越來越廣泛。
MODBUS通信協議是MODICON公司提出的一種報文傳輸協議，是全球第一個真正用于工業現場的總線協議[1]。它廣泛應用于工業控制領域，并已經成為一種通用的行業標準。MODBUS通信協議可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。不同廠商提供的控制設備可通過MODBUS協議連成通信網絡，從而實現集中控制。已經有很多通過MODBUS通信協議進行PLC和變頻器的成功案例[2]。該文中采用MODBUS協議進行S7-226和HSPY程控直流穩壓電源的通訊，可以更好地控制電源，監控電源運行狀態，來解決信號遠距離傳輸失真的問題。
1PLC與HSPY程控直流穩壓電源通信控制系統
在此系統方案中PLC采用西門子公司的SIMATIC S7－226CN，直流電源采用HSPY程控直流穩壓電源。S7－226系列PLC的CPU內部集成了2個通信端口，該通信口為標準的RS485串口，可以在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通信口方式。系統可以將一個通信端口設為PPI方式用于連接工控機也可將其設置為MPI方式以連接觸摸屏，做為人機信息交換[2]。而另一個通信端口設為自由通信口方式，自由通信口方式是S7－200的一個特色功能，是一種通信協議完全開放的功能工作方式。在自由通信口方式下的通信口的協議由外設決定，PLC通過程序來適應外設，從而使得S7－200系列的PLC可以與任何具備通信能力并且協議公開的設備通信[3] [4]。系統中的HSPY程控直流穩壓電源均內置了Modbus現場總線，相關系統構成如圖1所示，PLC的Port0通訊端口和HSPY程控直流穩壓電源構成Modbus總線。通過S7－226CN控制多臺HSPY程控直流穩壓電源，完成系統控制要求，實現對直流穩壓電源的輸出電流、電壓設定，運行狀態監控及數據交換等。
圖1直流電源控制系統
本系統中PLC作為主站，直流穩壓電源作為從站，主站向直流穩壓電源發送運行指令，同時接受直流穩壓電源反饋的運行狀態及故障報警狀態的信號等。
2MODBUS通信協議在電源通信控制系統中的使用
西門子在Micro／Win V4.0 SP5中正式推出Modbus RTU主站命令庫，西門子標準庫指令通過調用該指令庫可以使S7－200CPU上的通信口設置在自由口模式下成為Modbus RTU的主站。在S7－200控制系統應用中，要實現Modbus RTU通訊，需要STEP7－Micro／Win32 V4.0 SP5以上版本，并且安裝Modbus指令庫，如圖2，STEP7－Micro／Win32指令庫包含有專門為Modbus通訊設計的預先定義的子程序和中斷服務程序，使得PLC與Modbus從站的通訊簡單易行[5]。
圖2 Modbus命令庫
2.1 MODBUS RTU主站命令庫使用步驟
使用Modbus RTU主站命令庫，可以讀寫MODBUS RTU從站的數字量、模擬量I/O、以及保持寄存器[2]。按照一下步驟使用MODBUS RTU主站命令庫：
1)安裝西門子標準MODBUS RTU指令庫。
2)調用MODBUS RTU主站初始化和控制子程序，使用SM0.0調用MBUS_CTRL完成主站的初始化，并啟動其功能控制。
3)在CPU的V數據區中為MODBUS分配存儲區。
4)調用MODBUS RTU主站讀寫子程序MBUS_MSG，發送MODBUS請求。
表1 MODBUS部分功能碼表
2.2 HSPY電源的Modbus通訊規約
HSPY系列電源支持MODBUS通信協議，主機（PLC、RTU、PC機、DCS等）利用通訊命令，可以任意讀寫其數據寄存器。HSPY系列電源支持的MODBUS功能碼為03，10。
HSPY系列電源通訊方式為：
波特率：9600；起始位：1；數據位：8；校驗位：無；停止位：1。
2.3 HSPY系列電源的參數通訊地址的轉換
通常MODBUS地址由5位數字組成，包括起始的數據類型代號，以及后面的偏移地址。MODBUS Master協議庫把標準的MODBUS地址映射為所謂MODBUS功能號，讀寫從站的數據。MODBUS Master協議庫支持如下地址：
00001 - 09999：數字量輸出（線圈）
10001 - 19999：數字量輸入（觸點）
30001 - 39999：輸入數據寄存器（通常為模擬量輸入）
40001 - 49999：數據保持寄存器
HSPY系列電源的參數通訊地址是16進制數，首先轉為10進制，由于S7-200 PLC中最小地址為400001，而HSPY系列電源中最小地址為0，所以在寫HSPY系列電源地址時必須要加1。例如，電源的電壓設定值參數通訊地址是1000H，轉為10進制是4096，加1后是4097，寄存器地址欄要寫44097.
3串口調試軟件進行MODBUS通信調試
由于程序編寫比較繁瑣，一旦出現錯誤可能會損害HSPY電源，為了避免損害的發生，可以利用串口調試軟件進行MODBUS通信調試，其優點是不必連接HSPY電源，而是在工控機或PC機上用串口調試軟件查看S7－226CN輸出和讀取的數據，來判斷程序是否正確。
一般的工控機或PC機沒有RS485串口，可以將通過RS232轉RS485轉換模塊和PLC連接。RS485線選擇3號線和8號線,（其余均斷開）3號線接T+，8號線接T-，將另一端9針插頭接到PLC的PORT0通信端口上。也可以通過USB轉RS485轉換器連接。將編寫的通訊程序下載到PLC中。運行程序，打開串口調試軟件進行監控，從接收到的數據來看，和設置的HSPY電源動作的數據一致，說明MODBUS主站程序編寫正確[2] [6]。不一致，則要修改MODBUS通信程序，使其一致。
圖3 PLC串口調試軟件監控界面
4 PLC控制HSPY程控直流穩壓電源的部分程序
使用SM0.0調用MBUS＿CTRL完成主站的初始化，并啟動其功能控制，如圖4。
圖4 Modbus RTU主站初始化
圖5(a)上電初始化，將控制電源的數據存入S7－226CN的V存儲器。在分配存儲區時要注意，數據區不能和其他數據區重疊，否則不能正常通訊。圖5(b)向電源發送Modbus請求，把1寫入電源寄存器1004，電源開啟；圖5(c)把1寫入電源寄存器1006，鎖定電源面板按鍵；圖5(d)把10寫入電源寄存器1004，電源輸出電流10A；圖5(e)讀取從電源寄存器數據:圖5(f)把0寫入電源寄存器1004，電源關閉。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
圖5部分控制程序
5結論
該文以S7－200控制系統為例，敘述了利用Modbus RTU協議指令庫PLC與HSPY程控直流穩壓電源通訊的實現。采用自由口通訊方式的Modbus RTU協議很好的解決了PLC與直流電源等智能設備的通訊問題，不僅能有效解決信號傳輸過程中失真的問題，而且在通信模式下PLC可以方便控制直流穩壓電源的運行和讀取直流穩壓電源的運行信息，對直流穩壓電源進行有效監控。
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剖析了我國煤礦產業在生產過程中存在的問題，通過概述煤礦生產調度管理系統的構建以及對煤礦生產調度管理系統的構成、功能、應用實例的介紹，對通信技術在我國煤礦生產調度管理系統中的運用前景進行了探析。
關鍵詞：
通信技術；煤礦生產；系統；運用
煤炭在我國國民生產中占據舉足輕重的地位，提高煤炭的生產調度技術管理的水準，成為保障煤炭產業發展的基石。雖然通信技術已經在我國的煤礦生產過程中得到了比較好的應用，但是在整個生產調度管理系統上仍然存在分散性、不連貫、不系統等缺點，不能通過運用通信技術獲取相關生產信息，從根本上解決煤礦生產過程中所衍生的各項問題。因此，目前亟需將通信技術運用于我國煤炭生產調度管理系統中去。
1通信技術在我國煤礦生產調度管理系統中的運用前景探析
據國家安全生產監督管理總局數據顯示，2014年煤礦等重點行業領域安全生產狀況進一步好轉，煤礦事故起數和死亡人數同比分別下降16.3%和14.3%，重特大事故同比分別下降12.5%和10.5%，連續21個多月沒有發生特別重大事故。說明目前我國煤炭安全生產的形式呈現逐年好轉趨勢，但是，當與世界上其他國家的煤炭主產國相比較，我國仍有10倍的差距。深究其原因，一方面，我國煤炭地下開采量占比高達95%之多，小煤礦占比多，災害頻發，另一方面，煤礦生產調度管理系統信息化程度不夠完善[1]。因此，我國亟需利用通信技術實現這一目標。隨著通信技術領域的快速發展，我國社會生產的各個領域都受益良多，我國煤礦生產調度管理中的運用起到不可忽視的作用。在煤礦的安全生產中，煤礦生產調度是核心工作。傳統管理模式中，電話是獲取各種生產動態的主要途徑，日常各資料統計匯總工作是以手工記錄為主，存在著工作瑣碎、信息傳遞不及時、誤差大、記錄方式不統一、不規范等缺點。基于通信技術構建一個煤炭生產調度管理平臺則可以從根本上杜絕以上問題。
1.1煤炭生產調度管理系統利用VPN構建一個煤炭企業的內部加密網絡，廠礦領導通過對整個VPN網絡的控制來實現整個內部網絡的有效運行[1]。在內部網絡中，各生產部門或者科室是相互連接，相互監督的關系。在煤礦生產過程中，計劃科、安監科、通風調度、綜采隊、掘進隊和其他有關部門通過內部網絡有機地連接起來，實現信息共享，完成生產調度信息的各部門采集，獲取產量、掘進進尺、外運、瓦斯抽采、煤炭洗選、安全情況通報等信息。其通信連接方式如下頁圖1所示[2]。
1.2系統功能簡介
1.2.1實現數據的分布式上傳在保障煤礦日常安全生產、作業人員自身安全上，煤礦重大災害預警技術的研發與推廣具有重要意義[3]。普遍應用于各煤礦安全生產中的瓦斯實時監測、報警與斷電系統等，在預警方面不能及時預警，不能滿足煤礦在生產過程中對安全性的保障。因此，提高煤礦生產的安全性非常迫切。而基于通信技術構建的生產調度系統平臺可以通過檢測，掌握各項安全信息，并匯總上報，以備管理人員及時作出反應。各班次的生產開采情況由采煤隊和掘進隊通過系統本隊組上報數據；生產計劃由生產計劃科組織信息上傳；礦井安全動態、通風情況、瓦斯情況由安監科統計上傳。
1.2.2優化數據統計分析方式按照一定的時間段如日、周、旬、月、年生成煤炭產量、掘進進尺、安全情況等數據，使各生產管理部門及時地掌握各項生產信息，對已經存在的生產問題進行改善，同時也可以根據已有數據，及時對煤礦生產過程進行不斷完善。
1.2.3合理分配各項資源煤礦生產調度管理系統可對作業勞動力，設備、雷管、炸藥的使用進行合理調配，既保障了供應，也實現了節約生產，同時可保障煤礦生產作業的安全性。
1.3煤礦生產調度信息的生成系統平臺可以根據各個單位填報的調度信息日報表，全面系統地顯示出全礦的生產情況，相比傳統的記錄方式而言，查找方便，錯誤率也大大降低[4]。各項數據清晰明了，對于有關部門和領導及時掌握相關的生產信息非常有意義，極大減少了信息處理者的工作量，也有助于對數據的分析和上報。
2利用通信技術構建煤炭生產調度管理系統的應用實例解析
2.1生產管理調度系統中全礦井安全生產信息調用目前，通信技術在全礦井安全生產調度、避險和應急救援中得到較好的運用。如，基于礦井無限傳輸衰減大、發射功率受限制、設備體積小、抗干擾能力強、防護性能好、電氣防爆、電源電壓波動適應能力強等特點，提出多基站礦井移動通信系統網絡結構，礦井移動通信與應急通信系統性能要求和方法，研制成功了基于WIFI的礦井移動通信系統等。這種技術的應用，提高了井下人員與地面溝通聯系，及時解決生產等相關問題。該信息可由安監科進行報送，保障礦井安全信息的及時通報、共享。
2.2生產管理調度系統中井下人員位置的監測通信技術在全礦井安全生產調度中發揮著重要作用，不僅可以防止工作人員靠近危險區域，對事故采取應急救援，而且可以考察作業人員的出勤率等，為煤礦的安全生產調度提供了保障。基于GPS信號無法覆蓋全礦井，以及無線傳輸在礦井巷道的傳輸過程中衰減大等，通信技術已經在煤礦井下人員位置探測系統中得到運用。其技術要求體現在：識別卡與分站之間的無線傳輸距離應大于10m；識別卡位移速度要大于5m/s；識別卡并發數量要大于80個；系統漏讀率要小于10-4；識別卡數量要大于8000個等等。其裝備要求體現在：將分站安置于每個人員出入井口、開采重點區域出入口，以及以下盲巷等限制區域；為了準確監測持卡人員的移動情況，需設置2臺以上的分站或者天線，并且在巷道分支處設置分站或者天線。這種技術的應用可以保障礦井的安全生產，利用生產管理部門和廠礦領導及時跟進人員位置信息，做到人員監管實時監測，心中有數。
2.3通信技術在煤炭安全生產遠程監控系統中的運用目前，在煤礦生產過程中被使用的煤礦供電、排水檢測系統，膠輪車運輸監控系統，軌道運輸監控系統等，充分保障了井下作業人員的人身安全，有效減少和避免了安全事故的發生，在減少事故發生率、生產工人死亡率、百萬噸死亡率等方面發揮著重要作用。各項信息的及時報送提高了生產效率，有助于相關管理人員根據實時信息進行合理判斷和決策，保障廠礦生產的安全進行。
參考文獻
[1]黨文剛.通信技術在煤礦生產調度管理系統中的應用[J].管理觀察，2014（12）:9-40.
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