摘要：近年来，我国科技水平突飞猛进的发展、煤矿对集中监测监控也向着的信息化、智能化、数字化及集成化的方向发展，传统的10/100Mbit/s的网络已难以满足矿井日益增长的生产数据传输需求。一号煤矿通过技术研究，决定在井下监控系统中采用赫斯曼千兆光纤工业环网。
关键词：工业以太网技术；煤矿集中监测监控；管理系统；应用
1 网络设计思路
1.1硬件结构
煤矿综合监控系统由控制中心管理层、网络通讯层、现场接入子系统层构成。网络通讯层按生产关系和地理位置采用单环网络与星型网络结合的方式，将各子系统的主机作为工业以太环网的一个节点，设置多台环网交换机与控制核心交换机组成光纤环网，其他子系统节点根据其接口方式，采用星型网络通过设置通讯分站或者直接接入骨干网交换机，从而把各现场子系统整合于基于TCP/IP的工业以太网中。
1.2逻辑结构
由于煤矿生产子系统、子系统设备数量繁多，子系统与子系统之间单独工作，不进行互联通讯，因此完全可以通过VLAN技术将网络划分为多个虚拟的局域网络，通过对一号煤矿工业以太环网的VLAN进行合理划分，有效地控制网络广播、限制系统与系统之间的访问权限，从而有效提高网络的数据传输效率和网络的安全性。
2 设计目标
建立煤矿安全生产所必须的测控系统，覆盖企业安全生产所涉及的各个环节。要设计或改造的生产自动监控系统包括：井下通风监控子系统；皮带运输监控子系统；自动排水监控子系统；电网监控子系统；环境监测子系统；人员定位与考勤子系统；提升监控子系统；自动乘人子系统；工业电视监控子系统其中工业电视监控子系统将上述8个系统的各个环节进行全程电视监控，并做到在内部网上浏览所关心的画面，并可实时录相。以上子系统可根据煤矿轻重缓急的要求，分步实施，每上一个子系统即将其与管理信息系统集成在一起。
建立对生产设备运行的管理子系统。建立健全积极、主动的维护保养循环体系，根据设备的性能和特点，实现定时、定点、定量的维护检查，并提供多种形式的设备运行状况预警，确保机电设备的安全运行。
网络整体设计。网络系统构建分为两个工期：第一期工程：井下共设计两个环网、分别是一个1000M环网，一个100M环网。1000M供全矿井所有子系统接入，100M供安全监控系统接入。第二期工程：按矿井技改建设进度和实际情况，设计地面1000M环网。全矿网络各环的交换机支光纤直接接入调度室的核心交换机，形成独立环网。调度室配置两台核心交换机，核心交换机配备备用光口，降低网络故障率
3 网络拓扑结构
工业以太环网硬件系统由井下现场设备层及防爆交换机、地面控制层以及煤矿管理信息中心等构成。
井下现场设备层包括各监控子系统分站和井下防爆交换机，各监控子系统分站负责各自的设备监控与运行；井下防爆交换机将井下各监控子系统分站的信息集中，通过光纤将信息经过井上交换机传输到各监控主机，同时接收井上信息中心通过监控主机及交换机传来的监控命令，以向井下监控分站下达监控命令来控制设备的正常运行。地面控制层包括各监控子系统主机及服务器和交换机，各监控主机负责对各自井下分站的直接监控，监控主机通过防火墙与煤矿管理信息中心局域网相连，将得到的设备运行情况等信息通过网络传输到服务器，以便管理者网上浏览。煤矿管理信息中心由WEB服务器、数据服务器、备份服务器以及交换机和防火墙等组成，实现对井下设备和地面管理等信息的存储、检索、管理和监视。实现安全生产与管理综合信息的集成。
4 系统安全设计
系统安全是信息化建设的重点内容之一，需要全方位考虑。既要确保系统发生灾难后能够尽快恢复，又要确保信息不被非法访问和篡改。常用方法包括：系统的热备份、密钥、数字证书、防火墙、远程容灾、入侵检测等。
安全方案主要技术特点如下：实现数据的完全、自动备份，并且实现数据的多次存储，极大程度的保证了数据的安全性。主备服务器可以实现自动切换，也可以人为强行切换。当主服务器遇到故障。双机进行切换不影响系统的运行，稳定性好。双机热备软件的安装与配置都较为简单。双机热备采用纯软方式，成本低，不需要购买昂贵的磁盘阵列柜，服务器与服务器之间不在受到距离的控制，提高其可靠性。还可以使用硬阵列方式，使系统越老越可靠和稳定。
5 电网监控系统相关技术
分布式智能速断防越级保护系统系统建设中，主要是升级改造保护器为防越级保护器，安装防越级交换机，搭建光纤纵差通道。
5.1实现方式
利用分散安装的ZBT-11C级联纵差保护器，通过保护信息网快速交换信息，快速判断故障区段，可准确快速切除距故障最近的上级开关，达到防越级跳闸的目的。
5.2激励式自适应漏电保护系统
传统的漏电保护方法是以接地电流本身的故障特征作为故障判据，由于井下电网运行方式变化较大，历次接地时，接地电流特征都不稳定，造成了以接地电流特征为判据的漏电保护经常起不到作用，故采用激励式自适应漏电保护系统。激励式自适应选择性漏电保护系统由SY3603智能选漏保护终端、SY3601信号注入装置、高爆开关中的ZBT-11C级联纵差综合保护器构成。ZBT-11C、SY3603安装在井下高压开关中，SY3601安装在地面10kV变电所中，每段母线安装一台SY3601信号注入装置。信号注入装置在探测到有接地故障时，向接地相注入特殊信号（非工频信号），经分散安装的高开综合保护器检测，信号量值达到设定值时，即判定为线路接地，漏电保护跳闸。SY3600煤矿电网漏电保护系统如图1所示。
图1 SY3600激励式自适应漏电保护系统示意图.png)
5.3瞬时失压误动缺陷的完善
煤矿井下电网在遭受雷击、大负载类设备启动、出口处短路等情况时，容易造成电网电压瞬间波动或下降，继而无压释放线圈误动，引起井下大面积开关跳闸。为了解决这个问题，为每台高压防爆开关配置一台KYD-01瞬时失压智能控制模块，保证交流失压情况下，在0-5s内维持无压释放线圈正常工作，母线瞬时失压时，高压防爆开关不会误动跳闸。KYD-01智能无压释放线圈控制模块由开关电源模块、单片机延时控制电路、控制及告警电路、智能电容充放电回路组成，其电源额定电压为交流100V，源电压波动范围为75%-110%，额定输出电压24V，保持时间0-5s可调，级差0．5s，无压时，可输出常闭接点，供自动化系统报警使用。瞬时失压智能控制模块原理如图2所示。
图2KYD-01瞬时失压智能控制模块原理图.png)
【结束语】
综上所述，煤矿井下电网监测监控系统在保证整个电网系统安全性、稳定性、可靠性的前提下，实现了井下电网自动化远程监测监控管理。
参考文献：
［1］吕优.工业以太环网在矿井通风监控系统中的应用［J］.技术与市场，2016（1）：89-91.
［2］王赵强.浅述工业以太环网、工业视频监控系统在矿井综合自动化中的应用［J］.中国高新技术企业，2013（18）：45-47.
论文作者:孙飞
论文发表刊物:《基层建设》2016年22期
论文发表时间:2016/12/12
标签：子系统论文; 井下论文; 交换机论文; 煤矿论文; 系统论文; 以太论文; 环网论文; 《基层建设》2016年22期论文;