网络化煤矿漏电智能控制器的设计

摘要

煤矿的工作环境比较恶劣，极易发生漏电故障，漏电事故处理不及时会给煤矿生产带来严重的安全隐患，因此需要及时、快速、准确的报告漏电故障信息，以进一步采取相应措施，保证矿井的安全生产。
　　本论文选题于解决煤矿漏电事故处理不能网络化的问题，提出了研制网络化煤矿漏电智能控制器的方案。针对煤矿安全生产的需要，分析煤矿已有的通信网络，综合矿井漏电通信的需求和意义，提出了矿山漏电信息传输网络的安全性和实时性指标，重点分析了工业现场总线网络的安全性问题、实时性问题。提出了布置于 RS485总线上的Modbus协议实现以及总线通信的实时性调度算法，同时提出融合故障线路、时间、零序电压等漏电信息的电力系统IEC60870-5-104国际标准规约的设计，以及Modbus信息数据转化为IEC60870-5-104数据在TCP/IP上传输的方案，提高漏电信息在网络传输中的实时性、快速性和安全性。
　　在理论分析基础上，论文提出采用基于S3C2410嵌入式控制器、DM9000网络接口芯片、RS485转化芯片的网络化煤矿漏电智能控制器的研究和实现方案。开发了S3C2410主控制器的UART串行口等外围设备驱动程序和DM9000A网络接口驱动程序；移植了实时嵌入式系统uC/OS-II；完成了TCP/IP协议栈中数据链路层、IP、TCP、ARP协议的嵌入式实现；实现了总线 Modbus通信协议，并进行了实时优化调度算法改进，提高了总线网络的漏电信息传输的实时性；实现了IEC60850-5-104国际标准规约，解决了协议不统一的问题，完成了总线控制网络和信息网络的异构网络互连。并在实验室和煤矿现场进行了大量的试验，试验结论说明编写的程序能够完成漏电信息的安全传输，较好的完成了漏电信息的网络化传输功能，为企业将来的管控一体化发展提供了有利条件。

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1 绪论

1.1煤矿漏电监控现状

1.2 课题背景

1.3研究意义

1.4课题主要内容

2 Modbus总线系统

2. 1拓扑结构

2.2 Modbus数据结构

2.3 Modbus事务处理

3 总线性能分析

3.1 现场总线实时性

3.2漏电监控实时性要求

3.3 实时性调度算法

4 IEC60870-5-104规约分析

4.1数据结构

4.2机制分析

4.3执行规则

5 嵌入式TCP/IP 协议栈

5. 1 数据链路层

5. 2网际协议

5. 3 地址解析协议

5. 4 传输控制协议

6 网络集成—控制器实现

6.1 现场总线与工业以太网集成

6.2 串行总线接口设计

6.3 DM9000A网络接口设计

6.4μC/OS-II系统移植

6.5 Modbus客户机实现

6.6 IEC60870-5-104规约实现

6.7实验测试

7 总结展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和发表的论文