基于工業以太網和現場總線的煤礦電網監控系統的應用

1 引言

煤礦供電質量對礦井安全和正常生產有著直接影響，隨著采煤機械化程度的提高，煤礦供配電系統運行的可靠性和合理性顯得更為重要。完善的電力監控系統可以有效地保證井下電網的安全運行，并能實現供電的“移峰填谷”，給煤礦帶來巨大的社會和經濟效益[1]。

我國很多煤礦所使用的供電系統還都是原始的人工停送電模式，暴露出生產成本和管理模式上的種種不足。隨著電子信息技術、自動化技術和網絡技術在煤炭行業應用的逐漸成熟，建立一套基于工業以太網和現場總線的礦井供電監控系統已經是煤炭行業發展的大趨勢。本文闡述了基于工業以太網和現場總線的煤礦電網監控系統在戚家坡煤礦的具體應用。該系統能夠實現對井下及地面各變電所供電系統的遠程監控功能，不僅可以降低生產成本，而且提高了工作效率，具有推廣應用價值[2]。

2 工業以太網和現場總線技術

工業以太網是一種符合ieee802.3（以太網）和802.11（無線局域網）標準的高性能的局域網絡。通過工業以太網，用戶能建立高性能寬范圍通訊網絡。隨著互聯網技術的發展與普及推廣，ethernet傳輸速率的提高和ethernet交換技術的發展，使ethernet全面應用于工業控制領域。

現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡，它的關鍵標志是能支持雙向、多節點、總線式的全數字通訊。現場總線控制系統既是一個開放的通信網絡，又是一種全分布式的控制系統。它作為智能設備的聯系紐帶，把掛接在總線上作為網絡節點的智能設備連接為網絡系統，并進一步構成自動化系統，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化及管控一體的綜合自動化功能。

現場總線技術將專用微處理器置入傳統的測量控制儀表，使它們各自都具有了數字計算和數字通信能力，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絡系統，并按公開、規范的通信協議，在位于現場的多個微機化測量控制設備之間以及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統[1,3,4]。

3 基于工業以太網和現場總線的電網監控系統的構成

根據系統功能需要，本系統采用工業以太網加現場總線的結構模式，由監控計算機、變電所監控站、綜合保護單元等組成。電網監控系統采用分層分布式結構，按縱向分為調度中心層、電網監控中心層、網絡層和現場設備層。

（1）調度中心層：通過調度中心主機將電網監測數據集成在礦井綜合自動化系統，實現電網監測，便于集中調度與管理，調度中心通過工業以太環網與電網監控中心實現互聯。

（2）電網監控中心層：為電網監測監控的主站，采用分布式、開放式的設計，組態完成站內監控功能，全面提供設備狀態監視及控制、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，以及用戶要求的其它功能的工作站則可根據需要增減。電網監控中心通過工業以太環網與網絡層通訊管理機實現互聯。

（3）網絡層：主要完成調度中心層與電網監控中心層、電網監控中心層與現場設備層、現場設備層之間的通訊，采用工業以太環網與rs485總線，標準的iec60870-5-103通訊規約，通訊介質選用屏蔽網線及光纖。