基于工業以太網的礦井電力監控系統應用

孫富寶

（472300 義煤公司千秋煤礦 河南 義馬）

基于工業以太網的礦井電力監控系統應用

孫富寶

（472300 義煤公司千秋煤礦 河南 義馬）

本文介紹了基于工業以太網的礦井電力監控系統的應用。通過該技術，能夠使井下及地面各電力監控系統實現遠程監控，達到無人值守。實踐證明，該系統不僅可以降低生產成本，而且還提高了工作效率，具有推廣應用的價值。

工業以太網；電力監控；綜合自動化

1 前言

義煤公司千秋煤礦建于1955年，設計生產能力為60萬噸/年， 在1980年核定能力為120萬噸/年。至今已開采50余年，眾所周知，進入21世紀以來，全球制造業正在進行一場前所未有的數字化、網絡化、信息化的改革浪潮。我國能源主體的煤炭行業作為典型的連續流程制造業，在經濟形勢取得好轉以后，也開始了新一代信息化礦井的建設步伐。面對新形勢、新機遇和新挑戰，國家各級主管部門的領導對安全生產工作提出了很高的要求和期望。

“十一五”期間，煤炭工業電子信息化建設在“十五”發展的基礎上，圍繞煤炭工業改革發展的戰略任務，以信息和知識資源的開發利用為核心，結合煤炭工業實際需要，重點進行煤礦生產安全監測監控、自動控制與企業管理系統等方面的信息化建設工作，已納入安全生產企業的經營管理日程。系統具有多種靈活的配置方式，能夠適應各種規模的礦井，系統每一部分均可獨立運行，可根據實際需要構成合理、經濟的監控系統，并可兼容現有的大多數監控系統。

2 系統組成

第一，在礦井生產與安全單元自動化方面，主要采用調度室集中監測調度，有限提供局域網監測功能，部分礦井建設了獨立的單元遠程自動控制系統如運輸調度遠程控制系統等，關鍵的采掘、提升、通風、中央變電站和中央泵房等單元沒有建立遠程自動控制子系統。隨著煤礦生產的發展，這些缺陷已經成為建立高產高效安全型礦井的主要因素，這些缺陷主要表現在以下兩個方面：

第二，各個主要部門和礦領導只能通過企業網絡獲取生產與安全的原始基本信息，監控系統不能提供二次傳感信息和多傳感器融合信息，在各個子系統之間形成了事實上的信息孤島。不同的單元自動化系統采用不同的軟件平臺和通訊協議，不能夠有效共享監測傳感信息，信息使用效率低下。

第三，多數礦井采用的監控系統之能提供單一的信息監測功能和簡單的控制功能，不能實現遠程綜合控制，井下監控崗位的責任要求和素質要求較高，容易產生事故隱患。

軟件技術與控制技術相對滯后：

第一，在傳統的煤礦集散型監控系統中，采用基于Windows的上位監控軟件，由于受到主站/分站傳輸協議和簡單系統組態功能的限制，系統之能提供簡單的生產與安全工況數據，工業電視信息也是單獨提供，不能通過礦井綜合數字化網絡進行播放。

第二，在采用現場總線綜合數字化網絡的礦井監控系統中，提供了較為高級的統一組態功能。由于現場總線標準繁多，接口復雜，井上監控系統在實現多子系統聯合監控方面和實時性可靠性要求較高的遠程自動控制單元方面遇到了較大的困難。

第三，在信息技術和軟件開發技術飛速發展的今天，多數上位系統仍然采用傳統的Windows下的二維界面，不能全方位立體展現復雜的礦井生產與安全系統的過程與狀態。只有通過二維與三維可視化相結合，一次傳感與二次傳感相結合，單機系統與網絡系統相結合，漫游路徑訪問與規定路徑訪問相結合的形式，才能滿足多方面、多層次的全方位展現礦井生產與安全監控的需求。

在遠程自動控制方面，由于受到傳統軟件技術和控制技術的限制，沒有設計完備可靠的通訊語義協議，在通訊故障恢復的情況下本地控制器和遠程控制器之間不能自動同步，遠程系統不能夠獨立的有效控制遠程單元，使得遠程無人值守控制不能可靠的實現。

千秋礦的工業以太環網采用以下構架，如圖1所示（圖1見下頁）。

3 主要功能

3.1 在網絡平臺建設中重點考慮井上/井下電力監控子系統的集成問題，特別是采用異構PLC系統和OPC Server進行集成的接口設計問題。

3.2 在單元自動化建設方面，需要提供統一的控制模式，提出在現有系統的基礎上進行改造的經濟型方案。

3.2.1 手動控制改PLC自動控制。

3.2.2 提供統一的控制模式（具體見第二章）。

3.2.3 實現連鎖控制與同步互鎖。

3.2.4 實現大型電氣設備的軟啟動和變頻啟動以及變頻調速解決遠程指揮與無人值守情況下的單元可靠性問題。

3.2.5 提高控制設備/工業以太網絡的可靠性，提供冗余設計方案。

3.2.6 如何通過軟件系統來實現“預測、預報、預警、預案”。

3.2.7 如何通過軟件技術來實現“自診斷、自治控制”，并能自適應設備/環境的工況變化。

3.3 解決安全問題。

3.3.1 指揮與控制中心的電腦、服務器在遭受病毒攻擊或感染病毒情況下的系統安全問題。

3.3.2 在網絡出現故障或遭受堵塞攻擊時的系統安全問題。

4 結論

根據千秋煤礦在工業以太網基礎上建成的礦井電力監控系統，使礦井上下的變電所供電系統實現了遠程監控，達到無人值守。實踐證明，該應用不僅有效地降低了生產成本，而且還提高了作業效率，值得推廣應用。

[1]牛少剛.基于工業以太環網的煤礦綜合自動化系統應用[J].煤炭技術,2013.08.

[2]張新同.工業以太網在礦井電力監控系統中的應用研究 [J].煤礦安全,2014.01.

[3]李國防.基于CAN總線的煤礦遠程電力監控系統的應用分析[J]工礦自動化,20011.6.

孫富寶（1974～）男，遼寧營口人，河南大有能源股份有限公司千秋煤礦機電礦長，主要從事煤礦機電運輸管理工作。