IEC104規(guī)約在煤礦供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的應(yīng)用

趙志平

摘要：煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，是安全與生產(chǎn)的基礎(chǔ)。通過(guò)應(yīng)用基于網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的IEC104規(guī)約及其擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)了井下變電所供電設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全部采集、存儲(chǔ)。為變電所監(jiān)控、參數(shù)整定、故障分析等打下良好的基礎(chǔ)，為井下變電所無(wú)人值守提供了有力的保障。

關(guān)鍵詞：IEC104規(guī)約;功能擴(kuò)展;生產(chǎn)數(shù)據(jù);變電所監(jiān)控系統(tǒng);無(wú)人值守

引言

電能是科學(xué)技術(shù)發(fā)展、人類(lèi)經(jīng)濟(jì)飛躍的主要?jiǎng)恿?。它不僅為人類(lèi)的生活帶來(lái)便捷，同時(shí)在生產(chǎn)、通信等領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)的影響。供電系統(tǒng)是電能傳輸?shù)幕A(chǔ)，它的可靠運(yùn)行，是保證供電質(zhì)量、提升經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。尤其在煤炭行業(yè)，供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，是安全與生產(chǎn)的基礎(chǔ)。因此，建設(shè)科學(xué)、全面、高效的煤礦供電系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)運(yùn)行存在的隱患，便于分析及處理系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生的故障，從而有效提高供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，保證煤礦生產(chǎn)的安全、高效。

通信技術(shù)是煤礦供電系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)建立的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障，尤其是IEC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的成立，Modbus、IEC101、IEC104等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的制定及廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)互聯(lián)，為遠(yuǎn)程監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)。通信協(xié)議按照物理鏈路分串行口通信及以太網(wǎng)通信。以太網(wǎng)通信，憑借其不斷提升的帶寬、開(kāi)放式TCP/IP協(xié)議在互通互連、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等方面的優(yōu)勢(shì)，得到大量的使用。

IEC104規(guī)約是基于IEC101規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)范，其協(xié)議穩(wěn)定，便于維護(hù)，并在電力行業(yè)得到廣泛的使用。通過(guò)采用IEC104規(guī)約進(jìn)行煤礦供電設(shè)備的訪(fǎng)問(wèn)，可彌補(bǔ)IEC103規(guī)約通信時(shí)的不足，同時(shí)對(duì)IEC104規(guī)約規(guī)定的功能進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)展及數(shù)據(jù)格式的進(jìn)一步定義，形成一套滿(mǎn)足煤礦井下供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的傳輸規(guī)范并得以應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障分析，為設(shè)備的參數(shù)整定提供便捷。

一、煤礦供電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

H煤礦三號(hào)變電所承擔(dān)著該礦綜采工作面、通風(fēng)設(shè)備、主運(yùn)膠帶機(jī)、大巷排水、排水泵房等重要負(fù)荷的供電任務(wù)，它的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)礦井的生產(chǎn)，因此對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控非常重要。

變電所高壓綜合保護(hù)裝置經(jīng)網(wǎng)口以103通信協(xié)議接入電力監(jiān)控分站的交換機(jī)，接入井下環(huán)網(wǎng)并到達(dá)地面三號(hào)變電所監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)以O(shè)PC DA的通信協(xié)議發(fā)布數(shù)據(jù)到華光及PSI系統(tǒng)（如圖一所示）。

三號(hào)變電所保護(hù)器與保護(hù)器之間或保護(hù)器與上位機(jī)之間通信使用電力103通信協(xié)議，不能跨網(wǎng)關(guān)、多端口訪(fǎng)問(wèn)，對(duì)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)帶來(lái)很大的限制;三號(hào)變電所監(jiān)控系統(tǒng)具備完整功能的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及控制功能，但不支持多機(jī)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，使用人員少且不方便;PSI系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了變電所電流、電壓監(jiān)測(cè)及分合閘控制，不能滿(mǎn)足供電系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)、事故預(yù)防和故障分析要求;變電所監(jiān)控系統(tǒng)的搭建與維護(hù)完全由廠(chǎng)家完成，技術(shù)保留情況嚴(yán)重，礦內(nèi)嚴(yán)重依賴(lài)廠(chǎng)家，缺少專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)搭建及運(yùn)維人員，不利于系統(tǒng)的應(yīng)用及推廣。

二、IEC104規(guī)約在煤礦供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的應(yīng)用

IEC104規(guī)約是基于IEC101規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)規(guī)范。使用IEC104規(guī)約進(jìn)行調(diào)度端與通信管理機(jī)的通信方式，可有效解決高壓綜合保護(hù)裝置103通信的不能跨網(wǎng)段、多端口訪(fǎng)問(wèn)等問(wèn)題。借助生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，創(chuàng)建功能齊全的、可多人訪(fǎng)問(wèn)的、實(shí)時(shí)高效的變電所監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電所的遠(yuǎn)程監(jiān)控、參數(shù)修改、故障分析等功能，為現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供極大的便利。

（一）通信鏈路的改變

H煤礦三號(hào)變電所數(shù)據(jù)采集服務(wù)器以基于IEC104的煤礦供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)傳輸規(guī)范從變電所通信管理機(jī)集中采集高壓綜合保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)（如圖二所示）。在不影響礦內(nèi)原監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的原則下，實(shí)現(xiàn)了全部高壓綜合保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了三號(hào)變電所全部高壓柜的運(yùn)行監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、參數(shù)修改、信息上傳、故障分析、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能，實(shí)現(xiàn)了三號(hào)變電所的真正的無(wú)人值守。

（二）IEC104協(xié)議擴(kuò)展

（1）協(xié)議介紹

IEC104規(guī)約是一個(gè)廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，調(diào)度主站和變電站或者調(diào)度主站和RTU之間以以太網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，是IEC60870-5系列標(biāo)準(zhǔn)的配套標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議穩(wěn)定，便于維護(hù)。IEC104規(guī)約數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分應(yīng)用規(guī)約控制信息（APCI）及應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU），IEC104規(guī)約把IEC101規(guī)約的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元用網(wǎng)絡(luò)規(guī)約TCP/IP進(jìn)行傳輸，為遠(yuǎn)動(dòng)信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了通信規(guī)約依據(jù)。采用104規(guī)約組合101規(guī)約的ASDU的方式后，可很好的保證規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化和通信的可靠性。

（2）信息對(duì)象地址定義

IEC104規(guī)約的信息對(duì)象地址由三個(gè)字節(jié)數(shù)組成一個(gè)整體，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。為了在從通信管理機(jī)集中采集高壓綜合保護(hù)裝置數(shù)據(jù)時(shí)，能清晰反映高壓綜合保護(hù)裝置的序號(hào)、功能區(qū)域、數(shù)據(jù)名稱(chēng)，將信息對(duì)象地址的三個(gè)字節(jié)分別對(duì)應(yīng)條目號(hào)、區(qū)域號(hào)、站內(nèi)號(hào)。

站內(nèi)號(hào)：代表高壓柜編號(hào)，由兩位十六進(jìn)制數(shù)組成。以進(jìn)線(xiàn)柜為基準(zhǔn)，出線(xiàn)柜依次加1，獨(dú)立設(shè)計(jì)PT柜、母聯(lián)柜、母聯(lián)隔離柜等高壓柜的十六進(jìn)制編號(hào)，如表1所示。

區(qū)域號(hào)：代表高壓綜合保護(hù)裝置上傳數(shù)據(jù)的種類(lèi)，由兩位十六進(jìn)制數(shù)組成。高壓綜合保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)種類(lèi)根據(jù)其電力行業(yè)的應(yīng)用劃分為遙測(cè)、遙信、電度、遙控、定值、軟壓板、告警、事件、錄波等，并用固定的十六進(jìn)制數(shù)表示。

條目號(hào)：表示該測(cè)點(diǎn)在某數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)名稱(chēng)序號(hào)，由兩位十六進(jìn)制數(shù)組成。

（3）類(lèi)型標(biāo)識(shí)擴(kuò)展

IEC104規(guī)約詳細(xì)的描述了遙測(cè)、遙信、遙控、電度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，但是對(duì)其余功能僅指出了數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕ㄗh，未做詳細(xì)描述，需要在使用過(guò)程中自行定義，同時(shí)對(duì)可變結(jié)構(gòu)限定詞的最高位定義為連續(xù)與不連續(xù)兩種數(shù)據(jù)傳輸方式。擴(kuò)展功能主要包含定值、軟壓板、事件、故障錄波等。

（三）日志及連接功能

基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的104協(xié)議實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的跨網(wǎng)段、多端口上傳的同時(shí)，會(huì)受到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的惡意連接、病毒攻擊等，嚴(yán)重影響供電設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，要求104數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置具備以下功能。

（1）設(shè)置允許連接的IP地址。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置具備設(shè)置裝置可被訪(fǎng)問(wèn)的IP地址的功能，防止網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有被允許IP的惡意連接、惡意操作、病毒攻擊等，保證供電系統(tǒng)的安全可高運(yùn)行。

（2）生成連接日志。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置自動(dòng)生成連接日志，用于記錄連接該裝置的全部IP地址，詳細(xì)記錄IP地址的連接時(shí)間，斷開(kāi)時(shí)間;記錄對(duì)裝置操作的項(xiàng)目。

三、結(jié)論

煤礦供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)傳輸規(guī)范的應(yīng)用的首次應(yīng)用，為后期的協(xié)議推廣提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了神東自主研發(fā)的變電所監(jiān)控系統(tǒng)的搭建;實(shí)現(xiàn)了供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、準(zhǔn)確的獲取故障信息、遠(yuǎn)程分析故障原因;實(shí)現(xiàn)了變電所生產(chǎn)數(shù)據(jù)的直接采集，擺脫長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)廠(chǎng)家的依賴(lài)及技術(shù)保留的現(xiàn)狀。

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