基于工業(yè)以太網(wǎng)的礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

孫富寶

（472300 義煤公司千秋煤礦 河南 義馬）

基于工業(yè)以太網(wǎng)的礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)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(yè)以太網(wǎng)的礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。通過(guò)該技術(shù)，能夠使井下及地面各電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到無(wú)人值守。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且還提高了工作效率，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。

工業(yè)以太網(wǎng)；電力監(jiān)控；綜合自動(dòng)化

1 前言

義煤公司千秋煤礦建于1955年，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬(wàn)噸/年， 在1980年核定能力為120萬(wàn)噸/年。至今已開(kāi)采50余年，眾所周知，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球制造業(yè)正在進(jìn)行一場(chǎng)前所未有的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的改革浪潮。我國(guó)能源主體的煤炭行業(yè)作為典型的連續(xù)流程制造業(yè)，在經(jīng)濟(jì)形勢(shì)取得好轉(zhuǎn)以后，也開(kāi)始了新一代信息化礦井的建設(shè)步伐。面對(duì)新形勢(shì)、新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)，國(guó)家各級(jí)主管部門的領(lǐng)導(dǎo)對(duì)安全生產(chǎn)工作提出了很高的要求和期望。

“十一五”期間，煤炭工業(yè)電子信息化建設(shè)在“十五”發(fā)展的基礎(chǔ)上，圍繞煤炭工業(yè)改革發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)，以信息和知識(shí)資源的開(kāi)發(fā)利用為核心，結(jié)合煤炭工業(yè)實(shí)際需要，重點(diǎn)進(jìn)行煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控、自動(dòng)控制與企業(yè)管理系統(tǒng)等方面的信息化建設(shè)工作，已納入安全生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理日程。系統(tǒng)具有多種靈活的配置方式，能夠適應(yīng)各種規(guī)模的礦井，系統(tǒng)每一部分均可獨(dú)立運(yùn)行，可根據(jù)實(shí)際需要構(gòu)成合理、經(jīng)濟(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)，并可兼容現(xiàn)有的大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成

第一，在礦井生產(chǎn)與安全單元自動(dòng)化方面，主要采用調(diào)度室集中監(jiān)測(cè)調(diào)度，有限提供局域網(wǎng)監(jiān)測(cè)功能，部分礦井建設(shè)了獨(dú)立的單元遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)如運(yùn)輸調(diào)度遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等，關(guān)鍵的采掘、提升、通風(fēng)、中央變電站和中央泵房等單元沒(méi)有建立遠(yuǎn)程自動(dòng)控制子系統(tǒng)。隨著煤礦生產(chǎn)的發(fā)展，這些缺陷已經(jīng)成為建立高產(chǎn)高效安全型礦井的主要因素，這些缺陷主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

第二，各個(gè)主要部門和礦領(lǐng)導(dǎo)只能通過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)獲取生產(chǎn)與安全的原始基本信息，監(jiān)控系統(tǒng)不能提供二次傳感信息和多傳感器融合信息，在各個(gè)子系統(tǒng)之間形成了事實(shí)上的信息孤島。不同的單元自動(dòng)化系統(tǒng)采用不同的軟件平臺(tái)和通訊協(xié)議，不能夠有效共享監(jiān)測(cè)傳感信息，信息使用效率低下。

第三，多數(shù)礦井采用的監(jiān)控系統(tǒng)之能提供單一的信息監(jiān)測(cè)功能和簡(jiǎn)單的控制功能，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程綜合控制，井下監(jiān)控崗位的責(zé)任要求和素質(zhì)要求較高，容易產(chǎn)生事故隱患。

軟件技術(shù)與控制技術(shù)相對(duì)滯后：

第一，在傳統(tǒng)的煤礦集散型監(jiān)控系統(tǒng)中，采用基于Windows的上位監(jiān)控軟件，由于受到主站/分站傳輸協(xié)議和簡(jiǎn)單系統(tǒng)組態(tài)功能的限制，系統(tǒng)之能提供簡(jiǎn)單的生產(chǎn)與安全工況數(shù)據(jù)，工業(yè)電視信息也是單獨(dú)提供，不能通過(guò)礦井綜合數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行播放。

第二，在采用現(xiàn)場(chǎng)總線綜合數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的礦井監(jiān)控系統(tǒng)中，提供了較為高級(jí)的統(tǒng)一組態(tài)功能。由于現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)繁多，接口復(fù)雜，井上監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)聯(lián)合監(jiān)控方面和實(shí)時(shí)性可靠性要求較高的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制單元方面遇到了較大的困難。

第三，在信息技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，多數(shù)上位系統(tǒng)仍然采用傳統(tǒng)的Windows下的二維界面，不能全方位立體展現(xiàn)復(fù)雜的礦井生產(chǎn)與安全系統(tǒng)的過(guò)程與狀態(tài)。只有通過(guò)二維與三維可視化相結(jié)合，一次傳感與二次傳感相結(jié)合，單機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合，漫游路徑訪問(wèn)與規(guī)定路徑訪問(wèn)相結(jié)合的形式，才能滿足多方面、多層次的全方位展現(xiàn)礦井生產(chǎn)與安全監(jiān)控的需求。

在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制方面，由于受到傳統(tǒng)軟件技術(shù)和控制技術(shù)的限制，沒(méi)有設(shè)計(jì)完備可靠的通訊語(yǔ)義協(xié)議，在通訊故障恢復(fù)的情況下本地控制器和遠(yuǎn)程控制器之間不能自動(dòng)同步，遠(yuǎn)程系統(tǒng)不能夠獨(dú)立的有效控制遠(yuǎn)程單元，使得遠(yuǎn)程無(wú)人值守控制不能可靠的實(shí)現(xiàn)。

千秋礦的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)采用以下構(gòu)架，如圖1所示（圖1見(jiàn)下頁(yè)）。

3 主要功能

3.1 在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)中重點(diǎn)考慮井上/井下電力監(jiān)控子系統(tǒng)的集成問(wèn)題，特別是采用異構(gòu)PLC系統(tǒng)和OPC Server進(jìn)行集成的接口設(shè)計(jì)問(wèn)題。

3.2 在單元自動(dòng)化建設(shè)方面，需要提供統(tǒng)一的控制模式，提出在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的經(jīng)濟(jì)型方案。

3.2.1 手動(dòng)控制改PLC自動(dòng)控制。

3.2.2 提供統(tǒng)一的控制模式（具體見(jiàn)第二章）。

3.2.3 實(shí)現(xiàn)連鎖控制與同步互鎖。

3.2.4 實(shí)現(xiàn)大型電氣設(shè)備的軟啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)以及變頻調(diào)速解決遠(yuǎn)程指揮與無(wú)人值守情況下的單元可靠性問(wèn)題。

3.2.5 提高控制設(shè)備/工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的可靠性，提供冗余設(shè)計(jì)方案。

3.2.6 如何通過(guò)軟件系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)“預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)案”。

3.2.7 如何通過(guò)軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)“自診斷、自治控制”，并能自適應(yīng)設(shè)備/環(huán)境的工況變化。

3.3 解決安全問(wèn)題。

3.3.1 指揮與控制中心的電腦、服務(wù)器在遭受病毒攻擊或感染病毒情況下的系統(tǒng)安全問(wèn)題。

3.3.2 在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或遭受堵塞攻擊時(shí)的系統(tǒng)安全問(wèn)題。

4 結(jié)論

根據(jù)千秋煤礦在工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上建成的礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)，使礦井上下的變電所供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到無(wú)人值守。實(shí)踐證明，該應(yīng)用不僅有效地降低了生產(chǎn)成本，而且還提高了作業(yè)效率，值得推廣應(yīng)用。

[1]牛少剛.基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2013.08.

[2]張新同.工業(yè)以太網(wǎng)在礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [J].煤礦安全,2014.01.

[3]李國(guó)防.基于CAN總線的煤礦遠(yuǎn)程電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J]工礦自動(dòng)化,20011.6.

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