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)的應用。通過該技術(shù)，能夠使井下及地面各電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控，達到無人值守。實踐證明，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，具有推廣應用的價值。

工業(yè)以太網(wǎng)；電力監(jiān)控；綜合自動化

1 前言

義煤公司千秋煤礦建于1955年，設(shè)計生產(chǎn)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(yè)正在進行一場前所未有的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的改革浪潮。我國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)濟形勢取得好轉(zhuǎn)以后，也開始了新一代信息化礦井的建設(shè)步伐。面對新形勢、新機遇和新挑戰(zhàn)，國家各級主管部門的領(lǐng)導對安全生產(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)，以信息和知識資源的開發(fā)利用為核心，結(jié)合煤炭工業(yè)實際需要，重點進行煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測監(jiān)控、自動控制與企業(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)營管理日程。系統(tǒng)具有多種靈活的配置方式，能夠適應各種規(guī)模的礦井，系統(tǒng)每一部分均可獨立運行，可根據(jù)實際需要構(gòu)成合理、經(jīng)濟的監(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)與安全單元自動化方面，主要采用調(diào)度室集中監(jiān)測調(diào)度，有限提供局域網(wǎng)監(jiān)測功能，部分礦井建設(shè)了獨立的單元遠程自動控制系統(tǒng)如運輸調(diào)度遠程控制系統(tǒng)等，關(guān)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(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)在以下兩個方面：

第二，各個主要部門和礦領(lǐng)導只能通過企業(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，在各個子系統(tǒng)之間形成了事實上的信息孤島。不同的單元自動化系統(tǒng)采用不同的軟件平臺和通訊協(xié)議，不能夠有效共享監(jiān)測傳感信息，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)測功能和簡單的控制功能，不能實現(xiàn)遠程綜合控制，井下監(jiān)控崗位的責任要求和素質(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)議和簡單系統(tǒng)組態(tài)功能的限制，系統(tǒng)之能提供簡單的生產(chǎn)與安全工況數(shù)據(jù)，工業(yè)電視信息也是單獨提供，不能通過礦井綜合數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)進行播放。

第二，在采用現(xiàn)場總線綜合數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的礦井監(jiān)控系統(tǒng)中，提供了較為高級的統(tǒng)一組態(tài)功能。由于現(xiàn)場總線標準繁多，接口復雜，井上監(jiān)控系統(tǒng)在實現(xiàn)多子系統(tǒng)聯(lián)合監(jiān)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(shù)和軟件開發(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)復雜的礦井生產(chǎn)與安全系統(tǒng)的過程與狀態(tài)。只有通過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，單機系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合，漫游路徑訪問與規(guī)定路徑訪問相結(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。

在遠程自動控制方面，由于受到傳統(tǒng)軟件技術(shù)和控制技術(shù)的限制，沒有設(shè)計完備可靠的通訊語義協(xié)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(tǒng)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(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見下頁）。

3 主要功能

3.1 在網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)中重點考慮井上/井下電力監(jiān)控子系統(tǒng)的集成問題，特別是采用異構(gòu)PLC系統(tǒng)和OPC Server進行集成的接口設(shè)計問題。

3.2 在單元自動化建設(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)上進行改造的經(jīng)濟型方案。

3.2.1 手動控制改PLC自動控制。

3.2.2 提供統(tǒng)一的控制模式（具體見第二章）。

3.2.3 實現(xiàn)連鎖控制與同步互鎖。

3.2.4 實現(xiàn)大型電氣設(shè)備的軟啟動和變頻啟動以及變頻調(diào)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(shè)備/工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的可靠性，提供冗余設(shè)計方案。

3.2.6 如何通過軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)“預測、預報、預警、預案”。

3.2.7 如何通過軟件技術(shù)來實現(xiàn)“自診斷、自治控制”，并能自適應設(shè)備/環(huán)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(wù)器在遭受病毒攻擊或感染病毒情況下的系統(tǒng)安全問題。

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

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)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，達到無人值守。實踐證明，該應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，值得推廣應用。

[1]牛少剛.基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的煤礦綜合自動化系統(tǒng)應用[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(jiān)控系統(tǒng)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。