[01213823]基于EtherCAT协议的高性能矿井电力监控系统研究

本项目利用高速工业以太网协议—EtherCAT协议构建矿井电力监控系统,它由监控主站、通信分站和间隔智能终端（终端）组成,实现矿井供电系统和运转设备的监测、控制、管理和安全保护,完成对供电系统和设备的在线参数监测、远程操作控制、实时事故报警、数据统计分析、运行安全保护、用电计量管理。具体功能有： （1）数据采集记录 实时采集监测电气参数、模拟量和开关量参数、故障数据、动作事件、录波数据,视频、音频、通信信息记录。动态显示实时监测数据表,数据曲线,表格图;统计运行、操作、调整、事故数据,特征数据、累计数据、特征数据。 （2）运行监控管理 能够通过组态功能,以动画形式显示供电系统的状态、参数、曲线、故障、事件;统计记录供电系统运行情况、操作记录,停送电时间、分类故障情况。监控分析供电系统运行参数、状态变化、异常预告、特征数据,监控供电系统故障,发送报警信号、定位事故点、采取保护措施。远程调整设定供电系统额定运行参数、保护整定值、报警值;自动返回现场整定值,主动上传动作事件、故障数据。远程调用和智能分析故障录波数据和图形曲线。 （3）设备监控保护 对变电所、通风机、水泵、绞车、压风机、胶带机等重要设备可构建独立的局域监测子系统,接入各种传感器,监测各种运转参数、状态,设置多参数阈值报警和综合故障自动保护,实现集中、自动、远程等多种方式的设备操作控制。 （4）设备信息查询 可随时查询被监控设备的基本技术特征资料、运行记录、用电记录、操作记录、检修纪录、试验纪录、故障纪录、包机责任人、保护整定值、报警设定值、监控通信设定参数等。 （5）防越级跳闸。 EtherCAT拥有多种机制,支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通信,且信息传输时间纳秒级,使煤矿井下多级供电系统可实现基于广域式过流保护,防止煤矿井下供电系统越级跳闸和定位故障点。 （6）电能质量管理。 EtherCAT使通信技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应,可实现电能质量在线连续的监测,掌握煤矿供电系统的电能质量水平与状况, 供给运行人员以及决策领导层进行分析应用,采取防范措施。 该系统具有如下特色： ⑴ 在系统分析现有煤矿井下供电网络结构特点基础上,提出了基于EtherCAT通信网络架构矿井下电力监控系统的模型。将系统分为信息层、控制层与设备层,建立“基于EtherCAT协议的高性能矿井电力监控系统”框架结构,为同类应用系统的设计提供了新的思路。 ⑵ 将IEEE1588技术与EtherCAT协议有效结合,通过设计必要的时钟同步算法,建立的系统具有纳秒级同步时钟控制精度,从而实现井下供电系统越级跳闸、电压波动跳闸、漏电等故障的纳秒级高精度同步实时网络监控。 ⑶ 提出了基于EtherCAT协议的上位机主站集中控制的防越级控制方法。当井下供电线路发生故障时,从站将故障信息发送至主站,主站利用故障矩阵判别算法,实现故障快速定位,发出跳闸指令,切除故障线路,其余线路断路器保证可靠不动作,从而实现解决越级跳闸的难题。实现了从井上到井下现场直达I/O的实时监控。