通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域應(yīng)用研究

錢旭

(1.中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧撫順，113122；2.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧撫順，113122)

1 通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域應(yīng)用原則

現(xiàn)如今隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣工程領(lǐng)域與通信技術(shù)的不斷融合，促使電氣工程再進(jìn)一步地從深度還有廣度上發(fā)展?，F(xiàn)代化的通信技術(shù)，除了計(jì)算機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)，通信設(shè)備也是較為重要的一種技術(shù)。通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域的應(yīng)用主要遵循以下幾個(gè)方面的原則。

通信技術(shù)應(yīng)用的全面性。任何一個(gè)電氣工程中，電力設(shè)備的種類都是比較繁雜的，因此通信技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用過程中，尤其是在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，必須要從各個(gè)方面進(jìn)行全方位的周密設(shè)計(jì)，包括組網(wǎng)，設(shè)備選擇，通信資源等各個(gè)方面，從而保證通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域的運(yùn)行，以及后期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)維護(hù)中達(dá)到有效統(tǒng)一的效果。

通信技術(shù)應(yīng)用的實(shí)用性。在電氣工程領(lǐng)域通信技術(shù)的運(yùn)用必須要對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)或者電力設(shè)備的實(shí)際要求達(dá)到深刻的了解，對(duì)整個(gè)電力企業(yè)的通信管理組織以及管理設(shè)備因地制宜，經(jīng)過周密的設(shè)計(jì)，才能符合電氣工程領(lǐng)域電力企業(yè)的全方位要求。

通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域的運(yùn)用還需要很大的兼容性。通信系統(tǒng)與電氣工程領(lǐng)域電力設(shè)備需要互相連接并且有效地運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的傳輸以及共享。當(dāng)前通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的運(yùn)用原理主要是分布的設(shè)計(jì)原理，整個(gè)通信系統(tǒng)的擴(kuò)容性需要模塊化的軟件結(jié)構(gòu)來支撐與維持。信息采集器以及信息處理設(shè)備的也是不可或缺的硬件設(shè)備通信系統(tǒng)的軟件開發(fā)要完全的遵循基本軟件工程的基本原理。通過不斷地測(cè)試充分的觀察，保障其運(yùn)行的穩(wěn)定與高效。

2 通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域具體應(yīng)用

2.1 故障綜合處理系統(tǒng)

故障綜合系統(tǒng)相對(duì)于電氣工程及電力系統(tǒng)中電氣工程的常見故障來講，一般以通信系統(tǒng)為載體，在能源管理上廣泛應(yīng)用，如變電站、配電網(wǎng)、小區(qū)電力監(jiān)控等。這一系統(tǒng)安裝方便，接線不難，維護(hù)起來較為簡(jiǎn)單，工程過程簡(jiǎn)單不復(fù)雜。

故障綜合處理系統(tǒng)主要包括電纜型故障指示器、故障綜合指示儀、通信終端三個(gè)部分組成。故障指示器主要用來檢測(cè)線路是否短路以及接地線的故障等問題，并且可以采集線路運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集器。故障綜合指示儀的主要功能是將現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)收集起來，包括對(duì)遙控、開關(guān)狀態(tài)、電流、溫度等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的收集，與通信終端連接傳輸數(shù)據(jù)并接受命令。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能便是對(duì)被測(cè)對(duì)象、子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、設(shè)備等狀態(tài)近真實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且對(duì)性能參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)，從而可以控制環(huán)境設(shè)備的運(yùn)行。

2.3 遙控測(cè)試系統(tǒng)

遙控測(cè)試系統(tǒng)主要是對(duì)電力參數(shù)、接地故障的監(jiān)測(cè)。通過傳感器對(duì)電流、電壓、電纜頭溫度電力參數(shù)的測(cè)量，并且將測(cè)量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口傳輸至配網(wǎng)故障綜合指示儀，數(shù)據(jù)將通過指示儀的外接傳輸?shù)酵ㄐ沤K端，連接至監(jiān)測(cè)后臺(tái)，從而進(jìn)行監(jiān)測(cè)。接地故障的監(jiān)測(cè)主要是通過傳感器實(shí)現(xiàn)的，傳感器主要通過對(duì)零序電流進(jìn)行檢測(cè)從而判斷是否出現(xiàn)接地故障。

2.4 遙信系統(tǒng)

遙信系統(tǒng)遙信功能的實(shí)現(xiàn)主要是采取兩種原理的綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的，包括自適應(yīng)原理以及速斷原理。自適應(yīng)原理的別稱即為突變電流檢測(cè)原理。將突變電流作為判斷依據(jù)，從而進(jìn)行短路監(jiān)測(cè)，然后通過調(diào)節(jié)負(fù)荷電流和變電站出線保護(hù)定值。速斷原理即超限檢測(cè)原理，線路上負(fù)荷電流在不斷的變化并且自身無法滿足可以時(shí)刻適應(yīng)短路故障的判斷條件，所以超限的方式便是檢測(cè)故障發(fā)生的最好方法。通過對(duì)這兩種原理的綜合應(yīng)用，可以在短時(shí)間內(nèi)提升短路故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性并且其不斷變化保持穩(wěn)定，通過傳感器將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)接口并將故障的發(fā)生信息傳輸至故障綜合指示儀器，同時(shí)傳感器還將故障信號(hào)傳輸至其他面板型的故障綜合指示器，工作人員可以很好的觀察并相互配合。故障信號(hào)通過故障指示器的收集，包括對(duì)電流、溫度、本地開關(guān)狀態(tài)等各個(gè)方面的故障收集，各個(gè)方面故障數(shù)據(jù)的收集與使用便可以達(dá)到對(duì)電氣裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.5 通信終端系統(tǒng)

通信終端系統(tǒng)可以與主站系統(tǒng)相互配合，對(duì)短路、接地、負(fù)荷、溫度、開關(guān)等功能的監(jiān)測(cè)，本地與遠(yuǎn)程通訊都可以進(jìn)行，不僅可以監(jiān)控信息傳輸，還可以維護(hù)通信終端設(shè)備。

3 通信技術(shù)在礦井中的應(yīng)用

3.1 通信技術(shù)在礦井中應(yīng)用特點(diǎn)

（1）通信技術(shù)礦井運(yùn)用具有電氣防爆的特點(diǎn)，在礦井的井下開采過程中，會(huì)產(chǎn)生很多易燃易爆的氣體，所以在礦井下需要使用通信設(shè)備以及防爆型的設(shè)備監(jiān)測(cè)保障工作人員的生命安全。

（2）通信技術(shù)在礦井中的應(yīng)用具有發(fā)射功率小的特點(diǎn)。為了防止爆炸事故發(fā)生，因此防爆設(shè)備的安全輸出功率是25W，不能超過此功率因此礦井運(yùn)用通信技術(shù)發(fā)射功率都較小。

（3）通信技術(shù)在礦井中的應(yīng)用具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。井下煤礦的空間比較小，大型設(shè)備的使用都集中在同一區(qū)域，很難分散開，電磁干擾需要避免，因此通信技術(shù)在礦井中的使用一般都具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

（4）通信技術(shù)礦井運(yùn)用具有抗故障能力強(qiáng)的特點(diǎn)。礦井生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，設(shè)備在礦井下的運(yùn)用經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障，因此在此環(huán)境下，為了保障通信技術(shù)的有效運(yùn)用，就必須自身具有較強(qiáng)的抗故障能力。當(dāng)通信技術(shù)在運(yùn)用的過程中出現(xiàn)問題與障礙時(shí)，便可以通過自身的能力在短時(shí)間內(nèi)保障通信系統(tǒng)不會(huì)癱瘓。

3.2 通信技術(shù)在礦井中的應(yīng)用

廣泛應(yīng)用于地鐵、煤礦開采等空間狹窄的地下泄漏通信。主要的方式為同軸電纜的應(yīng)用，在特制的同軸電纜上相隔一段距離開出槽孔，從而對(duì)電磁場(chǎng)泄露實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，這種通信方式主要具有技術(shù)成熟以及通信質(zhì)量較高的特點(diǎn)，同時(shí)這種通信技術(shù)由于運(yùn)用較高頻率進(jìn)行無線通信，因此具有叫持續(xù)穩(wěn)定的輸出性，并且還具有雙向繼中器延長(zhǎng)信號(hào)。但是正是又因?yàn)殡p向繼中器的使用，具有關(guān)聯(lián)性，即某一個(gè)繼中器出現(xiàn)問題，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中便會(huì)使得后面的相關(guān)聯(lián)設(shè)備產(chǎn)生問題或者出現(xiàn)中斷，降低整個(gè)系統(tǒng)信息傳輸?shù)挠行浴?/p>

應(yīng)用于礦井通信的ZigBee 技術(shù)。ZigBee 技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，主要有速率低、距離短的劣勢(shì)，但是具有低成本、低消耗、低數(shù)據(jù)等優(yōu)勢(shì)。這種技術(shù)的運(yùn)用體系主要分為物理、媒體介入、網(wǎng)絡(luò)以及應(yīng)用框架等層次。這種無線通信技術(shù)通常用在建筑、自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等地方，這種技術(shù)相對(duì)來說是一種新型的無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，比較簡(jiǎn)單且節(jié)省資源，存儲(chǔ)能力也較強(qiáng)。

ZigBee 技術(shù)運(yùn)用至定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)的設(shè)及主要包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)及主要的組成部分是無線射頻發(fā)射器、電壓穩(wěn)壓器等，中心節(jié)點(diǎn)主要是無線射頻發(fā)射器。采用ZigBee 技術(shù)在設(shè)計(jì)定位系統(tǒng)時(shí)，需要符合設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)，如果運(yùn)用效率較高的設(shè)及便可以不需要使用過多的零件，便能夠抵抗干擾，穩(wěn)定運(yùn)行。

煤礦井下開采時(shí)運(yùn)用的無線監(jiān)控與通信技術(shù)是在對(duì)煤礦全面考察以及思考過后進(jìn)行選擇的，主要以光纖傳輸和無線傳輸結(jié)合為主，兩種方式共同結(jié)合的傳輸方式，便可以完全保留兩種方式各自的優(yōu)點(diǎn)。兩種方式雖然是結(jié)合運(yùn)用，但運(yùn)用的范圍也具有一定的差別。光纖傳輸?shù)姆绞街饕菍?duì)于地上和井下主道進(jìn)行覆蓋運(yùn)用，較為穩(wěn)定與長(zhǎng)久，而無線傳輸主要是運(yùn)用在時(shí)間開采有限的片區(qū)。

運(yùn)用ZigBee 技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控以及動(dòng)態(tài)管理的優(yōu)勢(shì)，這個(gè)優(yōu)勢(shì)可以在煤礦生產(chǎn)過程中將開采存在的安全問題、潛在隱患控制，最大限度的降低安全事故發(fā)生的概率，從而保障煤礦開采與生產(chǎn)有效穩(wěn)定的進(jìn)行。運(yùn)用技術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還具有各級(jí)別授權(quán)查看與管理的功能，從煤礦的主要管理部門到安全生產(chǎn)部門，從上到下，都會(huì)根據(jù)其各自的管理權(quán)限設(shè)計(jì)相應(yīng)的權(quán)限，便于各部門對(duì)自我管轄范圍內(nèi)的煤礦安全進(jìn)行監(jiān)管。

CAN 總線通信技術(shù)。地面上的中心站、交換機(jī)、礦用傳輸接口以及各種傳輸器等，共同構(gòu)成了總線通信系統(tǒng)。中心站的主要功能是對(duì)信息的接收、儲(chǔ)存以及顯示，這些信息的不斷接收與傳達(dá)可以不間斷的了解井下的生產(chǎn)狀況以及生產(chǎn)環(huán)境狀況，通過信息的接收與處理對(duì)井下各個(gè)分部發(fā)送指令，因此中心站在礦井的整個(gè)通信系統(tǒng)中起著核心的作用?，F(xiàn)場(chǎng)總協(xié)議的不斷調(diào)控以及中心站計(jì)算機(jī)接口的調(diào)配都需要太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行，它對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)起著總協(xié)調(diào)的作用。煤礦現(xiàn)場(chǎng)縱協(xié)議與CAN 總協(xié)議的互相置換以及規(guī)范化協(xié)議內(nèi)容的功能屬于礦用傳輸接口。除了這幾個(gè)比較核心的部分之外，各個(gè)傳感器也是不可或缺的，它們主要對(duì)各種數(shù)據(jù)收集起到較為重要的作用，也對(duì)通訊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行相關(guān)的收集。只有各個(gè)部分相互協(xié)調(diào)，保障各個(gè)部門的有效運(yùn)行，才能使得整個(gè)系統(tǒng)具有較大的可靠性，保障整個(gè)系統(tǒng)能夠滿足通訊信息的工作要求。一般來講，煤礦的生產(chǎn)調(diào)度、管理都是在井上進(jìn)行的，一般信息安全集中傳輸?shù)牡攸c(diǎn)都在調(diào)度室進(jìn)行。因此在井上建設(shè)與設(shè)置一個(gè)形狀為環(huán)狀的光纖傳輸系統(tǒng)，光纖傳輸具有速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)且防爆的特點(diǎn)，因此將它設(shè)置在井上進(jìn)行調(diào)控與傳輸信息。

4 通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域應(yīng)用前景

4.1 當(dāng)前通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域運(yùn)用問題

無論是從整個(gè)電氣工程領(lǐng)域發(fā)展來看，還是單單從電力企業(yè)、煤礦開采來看，通信技術(shù)社的運(yùn)用都存在一些問題及矛盾。例如不同通信部門的技術(shù)人員以及開發(fā)人員不同使得震哥哥硬件以及操作系統(tǒng)的操作過程及環(huán)境不一，系統(tǒng)不能真正成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，在信息傳輸以及接收的過程中產(chǎn)生一定的差異與偏差，每一個(gè)部分成為了一個(gè)個(gè)孤立的部分，對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)信息的傳輸平衡以及監(jiān)測(cè)都會(huì)產(chǎn)生影響不利于整個(gè)通信系統(tǒng)的完善，也不利于運(yùn)用通信技術(shù)的企業(yè)、領(lǐng)域的全面發(fā)展。

4.2 應(yīng)用前景

當(dāng)前電氣工程領(lǐng)域?qū)νㄐ偶夹g(shù)運(yùn)用的要求越來越高，在很多企業(yè)的生產(chǎn)過程中對(duì)于通信覆蓋范圍的要求往往是全覆蓋，例如在礦井開采過程中，井上的工作人員必須時(shí)刻了解井下的工作狀態(tài)以及工作進(jìn)度、工作環(huán)境等，單一的通信技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)不能滿足電氣工程領(lǐng)域運(yùn)用的要求了，必須采取多種通信技術(shù)的結(jié)合，多種形式進(jìn)行通信，多種設(shè)備進(jìn)行運(yùn)用，才能完成整個(gè)領(lǐng)域的通信要求。當(dāng)前電氣工程領(lǐng)域通信技術(shù)的運(yùn)用形式還比較單一，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域的運(yùn)用還需要不斷的完善，輔以其他通信手段完善系統(tǒng)，才能有效的發(fā)展，總之，通信技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域運(yùn)用的前景較為廣大。