基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的煤礦電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

1 引言

煤礦供電質(zhì)量對礦井安全和正常生產(chǎn)有著直接影響，隨著采煤機(jī)械化程度的提高，煤礦供配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和合理性顯得更為重要。完善的電力監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地保證井下電網(wǎng)的安全運(yùn)行，并能實(shí)現(xiàn)供電的“移峰填谷”，給煤礦帶來巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

我國很多煤礦所使用的供電系統(tǒng)還都是原始的人工停送電模式，暴露出生產(chǎn)成本和管理模式上的種種不足。隨著電子信息技術(shù)、自動化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤炭行業(yè)應(yīng)用的逐漸成熟，建立一套基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的礦井供電監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)是煤炭行業(yè)發(fā)展的大趨勢。本文闡述了基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的煤礦電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在戚家坡煤礦的具體應(yīng)用。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對井下及地面各變電所供電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且提高了工作效率，具有推廣應(yīng)用價值[2]。

2 工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)

工業(yè)以太網(wǎng)是一種符合ieee802.3（以太網(wǎng)）和802.11（無線局域網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)的高性能的局域網(wǎng)絡(luò)。通過工業(yè)以太網(wǎng)，用戶能建立高性能寬范圍通訊網(wǎng)絡(luò)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣，ethernet傳輸速率的提高和ethernet交換技術(shù)的發(fā)展，使ethernet全面應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放的通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布式的控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及管控一體的綜合自動化功能。

現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機(jī)化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動控制系統(tǒng)[1,3,4]。

3 基于工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)系統(tǒng)功能需要，本系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)加現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)模式，由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、變電所監(jiān)控站、綜合保護(hù)單元等組成。電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按縱向分為調(diào)度中心層、電網(wǎng)監(jiān)控中心層、網(wǎng)絡(luò)層和現(xiàn)場設(shè)備層。

（1）調(diào)度中心層：通過調(diào)度中心主機(jī)將電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)集成在礦井綜合自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)測，便于集中調(diào)度與管理，調(diào)度中心通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與電網(wǎng)監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

（2）電網(wǎng)監(jiān)控中心層：為電網(wǎng)監(jiān)測監(jiān)控的主站，采用分布式、開放式的設(shè)計(jì)，組態(tài)完成站內(nèi)監(jiān)控功能，全面提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及控制、保護(hù)信息記錄與分析等功能。主要由操作員工作站（一用一備）及工程師工作站組成，對于事故分析處理指導(dǎo)和培訓(xùn)等專家系統(tǒng)，以及用戶要求的其它功能的工作站則可根據(jù)需要增減。電網(wǎng)監(jiān)控中心通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)層通訊管理機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

（3）網(wǎng)絡(luò)層：主要完成調(diào)度中心層與電網(wǎng)監(jiān)控中心層、電網(wǎng)監(jiān)控中心層與現(xiàn)場設(shè)備層、現(xiàn)場設(shè)備層之間的通訊，采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與rs485總線，標(biāo)準(zhǔn)的iec60870-5-103通訊規(guī)約，通訊介質(zhì)選用屏蔽網(wǎng)線及光纖。