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)的應用

1 引言

煤礦供電質量對礦井安全和正常生產(chǎn)有著直接影響，隨著采煤機械化程度的提高，煤礦供配電系統(tǒng)運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)的安全運行，并能實現(xiàn)供電的“移峰填谷”，給煤礦帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益[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、自動化技術和網(wǎng)絡技術在煤炭行業(yè)應用的逐漸成熟，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用。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對井下及地面各變電所供電系統(tǒng)的遠程監(jiān)控功能，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且提高了工作效率，具有推廣應用價值[2]。

2 工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術

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)）標準的高性能的局域網(wǎng)絡。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。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展與普及推廣，ethernet傳輸速率的提高和ethernet交換技術的發(fā)展，使ethernet全面應用于工業(yè)控制領域。

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡，它的關鍵標志是能支持雙向、多節(jié)點、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，又是一種全分布式的控制系統(tǒng)。它作為智能設備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡節(jié)點的智能設備連接為網(wǎng)絡系統(tǒng)，并進一步構成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、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)字計算和數(shù)字通信能力，采用可進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)場的多個微機化測量控制設備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應實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)場總線的結構模式，由監(jiān)控計算機、變電所監(jiān)控站、綜合保護單元等組成。電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，按縱向分為調度中心層、電網(wǎng)監(jiān)控中心層、網(wǎng)絡層和現(xiàn)場設備層。

（1）調度中心層：通過調度中心主機將電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)集成在礦井綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)測，便于集中調度與管理，調度中心通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與電網(wǎng)監(jiān)控中心實現(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、開放式的設計，組態(tài)完成站內監(jiān)控功能，全面提供設備狀態(tài)監(jiān)視及控制、保護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和培訓等專家系統(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)絡層通訊管理機實現(xiàn)互聯(lián)。

（3）網(wǎng)絡層：主要完成調度中心層與電網(wǎng)監(jiān)控中心層、電網(wǎng)監(jiān)控中心層與現(xiàn)場設備層、現(xiàn)場設備層之間的通訊，采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與rs485總線，標準的iec60870-5-103通訊規(guī)約，通訊介質選用屏蔽網(wǎng)線及光纖。