杜兒坪礦綜合自動(dòng)化改造技術(shù)的應(yīng)用

張宏進(jìn)

（西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦，山西 太原 030022）

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

杜兒坪礦綜合自動(dòng)化改造技術(shù)的應(yīng)用

張宏進(jìn)

（西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦，山西 太原 030022）

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，礦井信息化、數(shù)字化的要求不斷提高，杜兒坪礦在綜合自動(dòng)化礦井改造方面進(jìn)行了一些探索，在原有工業(yè)以太網(wǎng)和子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)對(duì)礦井進(jìn)行自動(dòng)化改造，打造數(shù)字化示范礦井，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、監(jiān)控。子系統(tǒng)自動(dòng)化水平參差不齊，如何對(duì)不同子系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件的接入，是本次自動(dòng)化改造的重點(diǎn)。本文論述了該礦自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)方案及系統(tǒng)的主要功能和接入方式。

工業(yè)以太網(wǎng)；自動(dòng)化改造；監(jiān)測(cè)監(jiān)控

西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦是一個(gè)有著50多年歷史的老礦，經(jīng)過(guò)幾次改擴(kuò)建，已成為一個(gè)年產(chǎn)500萬(wàn)t的國(guó)有大中型礦井。目前，礦井有主通風(fēng)機(jī)房4座，地面變電站3個(gè)，井下變電所10個(gè)，壓風(fēng)機(jī)3臺(tái)供井下風(fēng)動(dòng)設(shè)備，副斜井絞車(chē)為升降物料所用，強(qiáng)力皮帶將煤炭輸送至地面選矸車(chē)間，地面變電站、主通風(fēng)機(jī)房經(jīng)過(guò)2010年自動(dòng)化改造后，已初步搭建了監(jiān)控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度對(duì)地面變電站風(fēng)機(jī)房的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，但不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化礦井信息化、自動(dòng)化的要求，該礦利用現(xiàn)有礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，按煤礦“裝備現(xiàn)代化、系統(tǒng)自動(dòng)化、管理信息化”要求，建成一個(gè)集礦井各大系統(tǒng)集中控制的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)安全一體化管理，為安全與生產(chǎn)管理、控制井下人員數(shù)量打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)視頻監(jiān)控、電子巡檢系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到綜合控制與綜合管理的目的，實(shí)現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)。

1 杜兒坪礦綜合自動(dòng)化改造技術(shù)的應(yīng)用

1．1 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)以全礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，改造原系統(tǒng)中不適用于集控的部分，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控。調(diào)度中心為雙服務(wù)器千兆以太網(wǎng)。組態(tài)軟件為IFIX冗余系統(tǒng)。各工作站（風(fēng)機(jī)房、變電站等）功能相同，可用于對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)際使用時(shí)可互為備用。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示各膠帶輸送機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、泵房、變電所、變電站、工作面等相關(guān)設(shè)施及所有信息狀況；當(dāng)被測(cè)參數(shù)超限、保護(hù)動(dòng)作及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)改變后，發(fā)出語(yǔ)音、文字告警提示。具有遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止、復(fù)位和測(cè)試功能，并可進(jìn)行地面遠(yuǎn)程編程、故障（保護(hù)）屏蔽及控制方式轉(zhuǎn)換等功能控制。可準(zhǔn)確判斷故障類(lèi)型、位置并能進(jìn)行圖像和語(yǔ)音提示以及打印輸出。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、匯總功能，并具有網(wǎng)絡(luò)接口，可上傳至礦調(diào)度中心。系統(tǒng)采用UPS供電，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供不低于6 h的連續(xù)供電，保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。這次改造實(shí)現(xiàn)井下變電所的無(wú)人職守；通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)集中控制；地面變電所在安全生產(chǎn)控制中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控；真正實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使整個(gè)系統(tǒng)配置合理，信息共享，提高指揮效率和生產(chǎn)率，達(dá)到減人提效的目的。

1．2 系統(tǒng)接入方式

系統(tǒng)全部預(yù)留以太網(wǎng)接入接口通訊形式，使用統(tǒng)一的通訊協(xié)議或OPC驅(qū)動(dòng)服從整個(gè)杜兒坪煤礦綜合自動(dòng)化的信息平臺(tái)。線(xiàn)纜接入方式有三種：當(dāng)子系統(tǒng)與交換機(jī)的距離在100 m之內(nèi)時(shí)，通過(guò)阻燃雙絞線(xiàn)接入到環(huán)網(wǎng)中。當(dāng)井下子系統(tǒng)與交換機(jī)的距離超過(guò)100 m，采用礦用本安型數(shù)據(jù)光端機(jī)、串口服務(wù)器或二級(jí)交換機(jī)，通過(guò)單模光纖接入到環(huán)網(wǎng)中。當(dāng)?shù)孛孀酉到y(tǒng)與與交換機(jī)的距離超過(guò)100 m，采用單模光纖收發(fā)器或二級(jí)交換機(jī)接入到環(huán)網(wǎng)中。硬件接入方式有4種：

1）上位機(jī)接入方式。有些自動(dòng)化系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有以太網(wǎng)接口，但有上位機(jī)，可以在該上位機(jī)上增加通訊網(wǎng)卡支持，與附近的交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。

上位機(jī)接入方式見(jiàn)圖1。

2）PLC接入方式。有些自動(dòng)化系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，可以對(duì)PLC增加以太網(wǎng)模塊或支持ProfiNet的以太網(wǎng)模塊，與交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。PLC接入方式見(jiàn)圖2。

圖2 PLC接入方式示意圖

系統(tǒng)的通訊如采用PROFINET方式，PLC的以太網(wǎng)通訊卡要求支持PROFINET功能，與西門(mén)子的S7 -300 PLC配套的是新CP343-1通訊板卡，與西門(mén)子S7-400 PLC配套的CP443-1 ADVANCED通訊板卡。

3）子網(wǎng)絡(luò)接入方式。有些自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)很成熟，并且自成網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外有統(tǒng)一的以太網(wǎng)接口，可以通過(guò)此RJ45接口與交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。子網(wǎng)絡(luò)接入方式見(jiàn)圖3。

4）擴(kuò)展接入方式。有些自動(dòng)化系統(tǒng)不僅沒(méi)有以太網(wǎng)接口，而且也沒(méi)有上位機(jī)，但該系統(tǒng)支持profibus等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)或RS485，可以增加1臺(tái)PLC或串口服務(wù)器，通過(guò)擴(kuò)展方式轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)接口與交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。擴(kuò)展接入方式示意圖見(jiàn)圖4。

圖3 子網(wǎng)絡(luò)接入方式示意圖

圖4 擴(kuò)展接入方式示意圖

1．3 調(diào)度指揮中心

電力綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心是綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控中心的核心設(shè)施，是綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最終表現(xiàn)形式、監(jiān)控終端及信息中轉(zhuǎn)站，集指揮、控制于一身。借助大屏幕投影顯示系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、LED顯示屏等，在調(diào)度指揮中心可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)的集中監(jiān)視、監(jiān)控。根據(jù)該礦綜合自動(dòng)化改造的初步設(shè)計(jì)，調(diào)度數(shù)據(jù)中心在原基礎(chǔ)上，還需增設(shè)1臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、2臺(tái)管控服務(wù)器、1臺(tái)WEB服務(wù)器、1臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、6臺(tái)工程師站、1臺(tái)防火墻、1套網(wǎng)絡(luò)版殺毒軟件，1臺(tái)激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。調(diào)度中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 機(jī)電調(diào)度中心拓?fù)鋱D

2 總 結(jié)

綜合自動(dòng)化改造是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的過(guò)程，包含自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，以信息化、自動(dòng)化為目標(biāo)，以礦井工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)多種接入方式，對(duì)變電站、主通風(fēng)機(jī)、主提升等系統(tǒng)進(jìn)行接入，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮中心統(tǒng)一集中控制，減少了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了安全隱患，提高了生產(chǎn)效率，為安全管理、安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

TD67

B

1672-0652（2013）10-0049-03

2013-07-27

張宏進(jìn)（1963—），男，山西運(yùn)城人，2010年畢業(yè)于山西煤炭職工聯(lián)合大學(xué)，工程師，主要從事煤礦機(jī)電技術(shù)管理工作（E-mail）dk6203117＠163．com