基于以太网的煤矿供电自动化系统

摘要能源是国民经济的支柱产业，能源技术始终是推动经济发展、促进社会进步的关键因素之一。在我国能源消费结构中，煤炭消费量占76%左右，煤炭行业在社会发展中占有极其重要的地位，关系着国家经济发展的命脉，要振兴煤炭工业，重要的一条是依靠现代科学技术和提高现代化管理水平。煤矿供电系统是依据我国煤炭企业生产供电的特点及其管理方式而精心设计的远程分布式监测、监控系统。实现煤矿供电系统的自动化控制，可以使煤矿安全经济生产得到有效和合理的保障。该课题的开发平台是VisualStudio6.0，选用的编程语言是VisualBasic，数据库是SQLServer2008。本系统采用103规约利用以太网实现自动化分站通信，实现了煤矿供电的“三遥”功能，提供了遥测数据实时显示、历史数据查询和打印等功能，还能够满足用户执行权限的操作，基本上符合煤矿供电自动化的要求。论文从系统的需求分析、可行性分析、各种通信协议的分析、系统的设计以及其它相关功能模块实现等方面对该系统的完成过程进行了详细的阐述。关键词：自动化系统；工业以太网；TCP/IP协议；客户端/服务器ABSTRACTEnergyisapillarindustryofthenationaleconomy,energytechnologyhasalwaysbeenoneofthekeyfactorsthatpromoteeconomicdevelopmentandsocialprogress.InChinasenergyconsumptionstructure,coalconsumptionaccountedforabout76%ofthecoalindustryoccupiesanextremelyimportantpositioninsocialdevelopment,relationswiththelifelineofthecountryseconomicdevelopment,torevivethecoalindustry,theimportantoneistorelyonmodernscienceandtechnologyandimprovemodernmanagementlevel.CoalsupplysystemisbasedonthecharacteristicsofdistributedmonitoringandmanagementofChinascoalproductionandsupplyofwell-designedmonitoringsystem.Coalsupplysystemtoachieveautomaticcontrol,canmakeeffectiveeconomicproductionofcoalminesafetyandreasonableprotection.ThetopicisthedevelopmentplatformVisualStudio6.0,thechoiceofprogramminglanguageisVisualBasic,thedatabaseisSQLServer2008.Thesystemuses103automatedusingEthernetcommunicationprotocoltoachieveacoal-poweredthreeremotefeaturethatprovidesreal-timedisplayoftelemetrydata,historicaldataqueryandprintfunctions,butalsotomeettheoperationaluserexecutepermission,basicallyinlinewithcoal-poweredautomationrequirements.Papersfromthesystemrequirementsanalysis,feasibilityanalysis,analysisofvariousaspectsofcommunicationprotocols,systemdesign,andotherrelatedfunctions,suchasthecompletionoftheprocessmodulesystemwereelaborated.Keywords:automationsystems;industrialEthernet;TCP/IPprotocol;client/server目录1前言.11.1课题背景.11.2国内外煤矿发展状况及前景.11.3课题的研究意义.22开发环境及技术介绍.32.1关于VisualBasic6.0的简要概述.32.1.1VisualBasic6.0的发展.32.1.2VisualBasic6.0的介绍.32.1.3VisualBasic6.0的特点.32.1.4SQLServer2008数据库的概述.42.2C/S模式框架.42.2.1C/S模式的概述.42.2.2TCP/IP协议的通信机制.42.2.3UDP与TCP协议的比较.52.3IEC60870-5-103通信规约的简介.52.3.1IEC60870-5-103通信规约的层次结构.52.3.2IEC60870-5-103通信规约的报文格式.62.3.3IEC60870-5-103通信规约的应用.83系统总体设计.103.1煤矿供电系统概述.103.2系统需求分析.123.3监控系统拓扑结构.123.4系统可行性分析.144系统详细设计.154.1数据库设计.154.1.1数据库表设计.154.2安全保密设计.164.3操作及通信流程.164.3.1基于以太网的103规约数据通信流程.164.3.2遥控操作.184.3.3遥测操作.194.3.4遥信操作.214.3.5身份验证.234.3.6数据操作.244.4界面设计.244.4.1服务器和客户端工作流程.244.4.2身份验证界面.264.4.3遥控操作界面.264.4.4数据查询界面.264.4.5系统总界面.285结论与展望.305.1结论.305.2展望.30参考文献.31附录.32翻译部分.36英文原文.36中文译文.46致谢.52中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第1页1前言1.1课题背景煤炭是我国的主要能源，在我国的生产和生活中扮演着非常重要的角色，随着自动化技术的发展，自动化系统随之应运而生。采用技术先进的自动化系统是解决煤矿供电问题的根本途径，它不仅能够集中监测监控电气设备的工作状况，而且具有及时预报和自动处理故障的功能。根据先进的煤矿自动化产品的特点，我国煤矿自动化控制系统也存在一些问题，近几年来，自动化系统在不断更新，能够检测到更多的供电设备和周围环境信息，煤矿机电产品的功能有了一定的提高，而且性能也越发优越。煤矿综合自动化系统在我国发展十分迅猛，国内外不少企业也十分关注，相当一部分企业还和我国共同为建设煤矿综合自动化而努力，网络平台也被逐步地应用到一些矿井中。但是，目前国内尚没有一个矿井完整、全面地实现矿井综合自动化控制系统，几乎所有的系统都共用一个网络平台，可以说研究和解决煤矿综合自动化系统建设存在的诸多问题成为了一种必然。煤矿未来发展的方向是信息化、产业化、网络化，过程是非常漫长的，需要不断提升和深化，因此建立一个具有统一网络平台和完整的自动化系统是我国煤矿自动化系统发展的趋势。随着计算机网络技术、自动化技术和通信技术的飞速发展，煤矿自动化产品在很多领域得到了广泛的应用，它为矿山的信息化奠定了坚实的基础，也为矿山提供了良好的后备保障。从采煤工作面、掘进工作面、辅助运输,到矿井提升及供电、排水等系统，均具有监测监控和保护措施，使得煤矿机电一体化设备的功能有了大幅度的提高。今后在供电自动化建设上，应充分考虑信息系统的要求，将各个系统有机地融为一体，由此可见，研究煤矿供电自动化系统是十分必要的。1.2国内外煤矿发展状况及前景21世纪是一个网络和信息相结合的时代，现如今的煤矿自动化控制技术越来越体现出了智能化、信息化、网络化和多学科成果相结合的特点。我国煤矿自动化控制技术在20世纪末得到迅猛发展和提高，机电一体化技术基本运用在了煤矿的每一个环节,但仍旧比较落后，有待进一步的研究。因此，高度关注和发展我国煤矿自动化事业、信息化水平是非常有用的，这需要我们每个人付诸努力去研究，让煤炭事业更好更快的发展。国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，现如今已有四代产品。法国CCT63/40煤矿环境监测系统最具代表性，主要监测瓦斯、一氧化碳、风速和温度等，形成了CMC-1系统，第一代监测系统便这样诞生了；第二代采用信道频分制技术，电缆芯数用的会很少，主要传输方式采用音频；第三代最具代表性的是MINOS煤矿监控系统，几乎可以满足各种环境的监控，在许多国家都有出售和推广；随着计算机、集成电路、数字通讯等技术的迅猛发展，国内外各种监控系统在技术上不断提高，由此产生了中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第2页第四代产品，具有代表性的是DAN6400监控系统，加上传感技术的逐渐更新，为提高煤矿监测监控系统整体技术作出了极大的贡献，兼容能力非常强，可以称得上是新一代的开放式系统。国内多数煤矿的子系统大多处于相互独立的状态，进而出现了整体可靠性差、安全性差、维护量大及维护困难、信息不能互联等状况，难以从系统整体的角度对煤矿自动化进行统一管理和控制，多数矿山信息化建设应用在不同的领域，各种网络系统难以实现资源共享，供电系统各自为政，互为信息化孤岛状态，无法统一管理，统一调度，统一监控，严重影响了生产力水平的提高。由于煤矿供电系统的监控设备基本上采用分散的继电器保护装置，而且缺乏故障自诊断能力和遥控手段，因此无法对生产设备的供电进行实时监控、调度和集中管理，不利于煤矿供电系统安全稳定地运行。煤矿综合自动化控制系统在国内外煤矿上应用非常广泛。这个系统有许多功能：都会考虑到网络信道的冗余，确保网络通路的安全，减少故障发生的频率；系统在集中控制中心能及时、准确地采集各个子系统的生产和安全参数，并以一定的方式表现出来，让人们更容易理解，同时可以根据调度的要求起、停设备；当一个系统的子系统或附属系统中的元器件发生故障时，几乎不会影响其它系统的通讯和整个网络的传输性能；采用开放式的TCP/IP协议，与工业以太网相结合，能够更好的完成控制。1.3课题的研究意义随着科技进步和煤炭开采自动化程度的提高，煤矿自动化系统已应用到煤矿的各个环节,在煤矿实现供电系统自动化控制，可避免停电以及其它故障的发生，提高供电系统的安全性、可靠性，掌握煤矿电网的基本运行规律，提高煤矿电网的操作和管理水平，进而实现煤矿变电所的无人看守，保证煤矿电网安全、稳定、合理的运行。为煤矿安全生产和高产高效发挥了重要的作用,有着广阔的发展前景5。本文对煤矿综合自动化系统的结构、功能等进行了详细的阐述，就设计用到的VB编程语言、数据库等一系列工具做了简单的介绍，同时关于以太网和TCP/IP在现实生活中的应用也做了简要的分析，具有一定的研究意义。对这个课题进行研究，是为了在原有煤矿供电系统的基础上进行创新，进而使供电系统走向自动化，这样在减轻劳动力的情况下，还可以让煤矿供电更安全、可靠的运行，可节省更多的资源，成本也会相对的降低，煤矿的效益会更高。中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第3页2开发环境及技术介绍2.1关于VisualBasic6.0的简要概述VisualBasic是目前应用极为广泛的Windows应用程序开发工具之一，功能非常强大，它是基于BASIC的可视化程序设计语言，在原BASIC语言所具有的简便、易学、易操作等特点的基础上，又运用了事件驱动、面向对象的编程机制，两者结合起来，有效的应用在编程系统中。VB用一种巧妙的方法把Windows的复杂性编程封装起来，给大家提供了一种“所见即所得”的程序设计方法，使应用程序的界面设计最迅速简洁、方便。同时，VB提供了完整而高效的开发环境，发挥着及其重要的作用。2.1.1VisualBasic6.0的发展在VB出现之前，编程工作者要写大量的程序才能开发一个应用程序，比较困难，而且会耗费许多的时间和经历。为提高编程的效率、简化工作量，出现了VisualBasic1.0版本，之后随着时代的发展和科学技术的不断进步，再加之研究者进一步的开发，目前使用最多的便是VisualBasic6.0。2.1.2VisualBasic6.0的介绍随着Windows系统操作平台的陆续更新，版本的不断升级，VB的功能更加强大，系统也开始逐渐完善起来。1998年，微软公司发布了MicrosoftVisualStudio6.0开发工具，VB6.0就包括在这个开发工具中。它是专门为Microsoft公司的32位操作系统设计的，32位的应用程序可以用它来完整的建立，运行速度会更快、更准确、更安全，并且在多种任务环境下也可以方便、有效的运行。2.1.3VisualBasic6.0的特点(1)拥有面向对象的可视化开发工具程序和数据封装起来成为可视化的对象，无需编写太多的代码方可提高程序设计的效率、维护性和开发速度，是一个重要的编程工具。(2)具有功能强大、系统完善的集成开发环境(IDE)用户可以通过IDE提供的各种工具完成程序设计、编码等操作，使得Windows应用程序界面更美观、功能更齐全。(3)事件驱动的编程机制程序的执行由事件的发生引起即事件的驱动。以事件驱动方式运行的每个对象都能响应其它事件，每个单一事件都能驱动段代码事件，对象功能由该代码决定。这些代码一般比较短，易于编写和维护。(4)数据库的访问能力比较强中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第4页提供开放式的数据功能，可以直接访问SQLServer、Oracle等网络数据库，而且采用了数据访问技术ADO，可以更好地访问远程数据库。(5)结构化设计语言程序模块化、结构化，简单、易懂、易学、易掌握，提供定长、动态数组，过程递归，随机、顺序访问等功能。(6)提供多种向导提供应用程序、安装程序、数据窗体等多个向导，通过它们使程序开发人员更方便设计出功能完善的应用程序9。2.1.4SQLServer2008数据库的概述SQLServer2008提供了一个全面和可扩展的数据库管理平台，由许多相互协作的组件构成，为企业中数据的处理、存储和分析提供了方便。它可以用一个单独的分析存储进行强大的分析，为的是满足更多用户对数据的需求。SQLServer2008提供了一个强大的商业智能设施，让企业人员管理报表和分析复杂度更加便捷，通过提供用户需要的企业报表，大大增加报表服务的用户数目，这样用户就可以更好、更快、更准确的作出决策。SQLServer2008存在一些不足：运行的平台会受到一定的限制，没有丝毫的开放性可言；处理繁多的用户数据会有一点困难，伸缩性不够；多个用户进行连接时性能会大大降低，稳定性也相对而言比较差；许多功能不太完善，使用时存在一定的风险；更重要的是只支持C/S模式，比较局限。然而任何事物都有两面性，SQLServer2008还是有许多优点可言的：(1)数据压缩：数据容量随着操作系统数目的快速增加而持续增长，SQLServer2008中的数据压缩使得存储数据更加有效，同时性能还会得到很大的提高。(2)资源监控器：资源监控器可以满足终端用户响应的准确性和一致性，可以为不同的工作负载设置资源限制和优先权，让工作负载的性能更稳定。(3)捕获变更数据：可以把变更数据轻而易举放在变更表中，公司可以及时把最新的信息集成到数据仓库中。(4)集成：数据集成可方便进行扩展，也可以使用有效的资源将大型企业级的工作负载进行合理管理，可扩展性会应用到更多的处理器中。SQLServer2008提供了客户端和服务器软件。通过提供可靠运行的数据管理平台，管理能力和效率会大大提升，风险和费用会大幅度降低；可以满足用户多种复杂管理要求；同时可以给企业提供更多的机会，带来更多的商机。中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第5页2.2C/S模式框架2.2.1C/S模式的概述C/S(Client/Server)就是大家都比较熟悉的客户机和服务器结构，它是工业以太网监控系统的基本结构之一。客户端有统一的客户端软件，服务器通常采用大型数据库系统,如SQLServer，所以它是软件系统体系结构,系统的耗费相对较低。C/S结构软件分为客户机和服务器两层，客户机输入、输出设备具备数据处理和存储能力，可以合理的分配数据，进而起到降低运算量和通信量的作用。C/S结构的劣势：只能在局域网中应用，范围比较局限；投资大，维修的费用相对比较昂贵。C/S结构的优势：客户端响应速度快，PC的处理能力会充分的发挥出来；交互性强；服务器承担的运行数据比较少，负荷较轻；有相对透明的存储管理功能；系统稳定、安全、灵活、可靠。2.2.2TCP/IP协议的通信机制目前用于以太网的通信协议有TCP/IP、NSA等，TCP/IP协议应用相对更广泛，它是网络通讯协议，由传输层的TCP协议和网络层的IP协议构成，它定义了电子设备接入因特网的方式和数据传输模式。如果互联网中有两台计算机相互通信，在TCP/IP通信协议的基础上，两台计算机要先连接后通信，以报文格式进行发送，通过这种方式将字符串或者IP地址进行筛选，最后送到目的地。基于TCP/IP通信协议的报文格式如图2.1所示。图2.1TCP/IP通信协议报文格式TCP/IP协议是比较开放的协议，不依赖于其它固定的操作系统，也不需要特定的硬件设备，它会集成各种各样的网络，网络地址分配比较统一，拥有惟一的地址，高层协议标准化，会给用户提供更可靠的服务，因此成为一种软硬件相结合的实用系统也是理所当然的。Socket被称为“套接字”，也就是应用程序向网络发出请求并就网络的请求给予相应的答复，已成为网络编程的通用接口，它是针对客户端/服务器设计的，确保它们之间能够相互通信。它与TCP/IP协议保持独立，TCP/IP协议是传输数据提供通信辨别的标志，通信数据清楚自己的路线，可准确到达目标端口，一旦有发送数据到达，Socket就会监听到并把数据提供给应用层，进而完成计算机之间的相互通信。2.2.3UDP与TCP协议的比较一般而言,关于传输层协议网络应用服务有两大选择，TCP和UDP，二者有区别也有联系。中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第6页它们都是通讯协议，不同的是TCP是针对连接的通信协议，建立连接是通过三次握手完成的，通讯结束要拆除连接，只适用于端到端的通讯，比较局限。传输数据比较可靠，采用“滑动窗口”的方式进行流量控制，进而限制发送速度；UDP是针对无连接的通讯协议，适用于面向查询-应答的服务，它们交换的信息量不会太多。UDP数据包含源端口号和目的端口号，因为通讯不需要进行连接，所以广播发送比较容易实现。它传输数据是不可靠的，可能会出现丢包的现象，因此在实际应用中编程人员会进行说明以及编程验证。由于UDP没有建立初始化连接，所以UDP包较TCP包更容易被欺骗，也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。2.3IEC60870-5-103通信规约的简介变电站由许多系统组成，自动化监测监控系统便是其中关键的系统之一，它对设备的监测、控制等起到了有效的作用。要想让变电站内部的设备高速、准确、及时的通信，通讯规约是必不可少的，占据着举足轻重的地位。2.3.1IEC60870-5-103通信规约的层次结构IEC60870-5-103通信规约是一套适用于远动通信系统的通信协议体系。它基本分为物理层、数据链路层和应用层。层次结构如表2-1：表2-1IEC60870-5层次结构从IEC60870-5-5选用的应用功能用户进程从IEC60870-5-3选用应用服务数据单元从IEC60870-5-4选用应用信息元素应用层(第7层)从IEC60870-5-2选用链路传输规则从IEC60870-5-1选用传输帧格式链路层(第2层)基于IEC60874-2、60874-10和IEC60794-1的光纤系统或按照ELARS-485的基于铜线的系统物理层(第1层)下表中表明了各层次之间的关系：表2-2IEC60870-5-103规约帧结构中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第7页启动字符(68H)长度长度(重复)控制域链路地址域类型标识可变结构限定词传送原因公共地址功能类型(FUN)信息序号(INF)信息元素集(长度可变)帧校验和结束字符(16H)2.3.2IEC60870-5-103通信规约的报文格式(1)固定帧长报文10H-启动字符CODE-控制域ADDR-地址域CS-代码和16H-结束字符注：代码和=控制域+地址域（不考虑溢出位，即256模和）(2)可变帧长报文中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第8页注：1)代码和=控制域+地址域+ASDU的代码和(不考虑溢出位，即256模和)2)ASDU为“链路用户数据”包3)Length=ASDU字节数+2(3)控制域控制域分“主-从”和“从-主”两种情况。1)“主-从”报文的控制域D7D6D5D4D3D2D1D0备用PRMFCBFCV功能码0168H-启动字符(1byte)Length-长度(1byte)length-长度(重复)(1byte)68H-启动字符2(重复)(1byte)CODE-控制域(1byte)ADDR-地址域(1byte)ASDU-链路数据(length-2)byteCS-代码和16H-结束字符中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第9页(A)PRM(启动报文位)表明信息传输方向，PRM=1由主站至子站；PRM=0由子站至主站。(B)FCB(帧记数位)。FCB=0/1主站向从站发送新一轮的“发送/确认”或“请求/响应”传输服务时，将FCB取反。主站为每个从站保存一个FCB的拷贝，若超时未收到应答，则主站重发，重发报文的FCB保持不变，重发次数最多不超过3次。若重发3次后仍未收到预期应答，则结束本轮传输服务。(C)FCV(帧记数有效位)，FCV=0表明FCB的变化无效，FCV=1表明FCB的变化有效。发送/无回答服务、广播报文不考虑报文丢失和重复传输，无需改变FCB状态，这些帧FCV常为0。(D)功能码定义(主-从方向)功能码帧类型功能描述FCV状态0发送/确认帧复位通信单元03发送/确认帧传送数据14发送/无回答帧传送数据07复位帧计数位传送数据09请求/响应帧召唤链路状态010请求/响应帧召唤1级数据111请求/响应帧召唤2级数据1注：功能码等于3、4的报文为可变帧长报文，其余报文均为固定帧长报文。2)“从-主”报文的控制域D7D6D5D4D3D2D1D0备用PRMACDDFC功能码00中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第10页(A)ACD(要求访问位)。ACD=1，通知主站，从站有I级数据请求传送。(B)DFC(数据流控制位)。DFC=0表示从站可以接受数据，DFC1表示从站缓冲区已满，无法接受新数据。(C)功能码(从-主方向)功能码帧类型功能0确认帧确认1确认帧链路忙，未收到报文8响应帧以数据包响应请求帧9响应帧从站没有所召唤的数据11响应帧从站以链路状态响应主站请求注：功能码等于8的报文为可变帧长报文，其余报文均为固定帧长报文。(4)地址域地址域为主站与之通信的从站地址。(5)链路用户数据(ASDU)ASDU的一般格式TYPE-ASDU类型识(1byte)VSQ-可变结构限定词COT-传送原因数据单元标识符ASDU_ADDR-应用服务数据单元公共地址FUN-功能类型INF-信息序号信息体信息元中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第11页注：ASDU的类型标识号，IEC60870-5-103通信规约出于传送各种不同类型信息的需要，规定了很多种格式的ASDU，每一种格式的信息体都不一样，并且都有一个唯一的标识号。2.3.3IEC60870-5-103通信规约的应用由于数据类型及传输格式不统一，如今我国许多的变电站都应用了IEC60870-101，103，104规约，这些基本都是依据自动化系统生产过程的特征开发的远动协议,可以满足信息传输的基本要求，尤其是103规约得到了广泛的应用，无论是在子站还是保护系统中应用都非常普遍，具有国际先进性和通用性。随着我国改革开放的发展，大量的监控产品和保护装备进入中国市场，同时，国内煤矿企业也参与了国际的投标。积极的推广使用IEC60870-5-103通信规约，可以有效地加强电力产品的国际交流与合作，使得变电站系统更先进，煤炭事业发展更快。中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第12页3系统总体设计3.1煤矿供电系统概述煤矿供电系统由矿区降压站，各类地面变电所，井下中央变电所，采区变电所，移动变电站，配电点以及对应的供电设备和供电线路组成。其供电体系结构如图3.1所示：图3.1煤矿供电系统的体系结构图矿井地面变电所是全矿供电的中心，变电所把由电源线路引入的35(或60)KV电压变为6KV，然后向地面的各高压负荷和井下中央变电所配电。有的煤矿地面变电所设有动力照明变压器，把6KV电压变为380V/220V,供给变电所附近的低压动力设备和照明用电。煤矿地面变电所中的主要电气设备是电力变压器和各种高低压配电装置。矿井地面变电所的主接线有：线路变压器组；桥接形式；单母线分段。电源进线和主变压器之间多采用桥式接线。桥式接线又可分为全桥接线、外桥接线和内桥接线三种。地面监控中心位于控制中心,对煤矿所有变电所进行控制，采用工业以太网完成信息传输。主要是将获取的监控信息进行综合处理,通过工业以太网传递给主站，主站进行准确的接收控制，并将信息发送到现场测控单元，现场智能测控单元对设备的工况进行实时、高效的监测，并将采集的数据传送给信息分站，并根据接收到的遥控命令执行相应的控制操作。移动变电站，是煤矿井下一种用电、供电、变电设备，由矿用隔爆型干式变压器、矿用隔爆型移动变电站用高压负荷开关或高压真空开关、矿用隔爆型移动变电站用高压电缆连接器和矿用隔爆型移动变电站用低压馈电开关或低压电源保护箱组合而成的可移动式成套装置。它最大的特点就是具有防爆性能，多用于有爆炸危险的矿井。井下变电所控制系统适用于煤矿供电系统的远程测控，可实现遥测、遥信和遥控功能。它是在工业以太网的基础上，采用先进的接口设备，由主站、分站、通讯接口等组成，具有良好的软件操作平台，功能强大，易于使用，性能相对准确、可靠；通讯接口使用方便，传输速率高，信息量大；可以实时进行监控，适应性强；能实现无人值守，提高煤矿供电信息化管理水平。变电站监控就是监视和控制，主要对全站一次设备的电流电压值、设备状态，保护、测控等二次设备的状态以及变电站相关的信息等进行监视，为的是实现变电站自动监测和控制。煤矿自动化控制系统的主要目的是实现对整个煤矿供电的自动化运行,变电所设备的信息一般通过监控网络传递到主站。系统的结构如图3.2所示：中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第13页图3.2系统网络结构系统由地面监控中心、以太网环形网络、自动化系统分站和测控单元等部分组成，信息应用层、环形总线层、现场设备总线层构成了三层网络。系统的现场设备总线层由现场智能测控单元和RS485总线网络构成，可以起到对供电系统的设备、线路等进行监测和保护的作用，并且能够实时地对设备的工况进行监控，进而将获得的数据传递给自动化分站，一旦收到遥控命令后，立即执行操作。系统的环形总线层由以太网环形网络和自动化控制分站构成，它是主站和分站完成信息传递的重要途径。环形网络冗余技术的合理应用，使得网络通信的可靠性、准确性有了一定程度的提高。自动化监控分站与现场测控单元循环完成数据交换，通过以太网环网传送到系统主站，主站的控制命令立即被接收，再发送给与之对应的现场监控单元，最终完成遥控操作。系统的信息应用层由地面控制中心和工业以太网构成，该网络层可以共享几乎所有的系统信息，有利于集中控制和监视煤矿所有高压馈电设备。3.2系统需求分析需求分析就是根据客户的需求提取出一些需要迫切解决的业务问题，明白问题的要求，包括输入的数据、输出的内容等。对要研究和解决的问题进行系统的阐述，通过分析用户业务问题，将方案和系统的功能模块规划出来，这是对理解需求的升华，对系统的质量有直接的影响。本煤矿供电自动化系统主要实现以下功能：(1)遥测功能：主要是用来采集三相电压、三相电流、功率、功率因数等数据，使得遥测的数据可以准确的显示出来；(2)遥信功能：监视设备状态信息，即开关状态量可以实时被采集到并予以显示；(3)遥控功能：改变运行设备的状态，即主站通过分站向高压馈电柜发送分闸、合闸等信号，信号及时反馈到监控中心，进而实施控制；(4)数据显示、保存功能：在显示屏和控制中心对监测信号进行准确的本地或远方显示和保存，方便以后查阅。(5)打印功能：将监测到的各类报表及时查询并打印出来。需求分析之所以在软件研发过程中占据重要的地位，归功于它具有决策性,方向性,策略性等作用，所以不容忽视。中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文）第14页3.3监控系统拓扑结构目前应用最为普遍的计算机网络便是以太网，煤矿综合自动化控制的主干网是环形以太网，采用以太网交换机完成数据之间的交换。它是一类计算机局域网，可以满足特定的标准，这些特定的标准规范为IEEE802.32008、IEEE802.12等。以太