數字化礦山綜合自動化平臺技術使用的討論

彭小平

【摘要】本文是針對煤礦綜合自動化平臺技術使用的探討。不同的架構方式影響著煤礦自動化生產的發展。通過探討，選擇有利于數字化礦山建設的技術方法，提高企業的生產效率，節約生產成本。

【關鍵詞】組態軟件;組件式綜合自動化平臺

一、煤礦綜合自動化平臺發展狀態

近年來，隨著計算機應用的發展，促使煤礦向信息化、自動化方向發展，導致煤礦現有系統越來越多、結構越來越復雜，形成分散、孤立的多個單一系統，不便于統一維護及管理。針對這些問題有必要為煤礦構建一套礦井綜合自動化平臺，輔助企業領導決策，系統采用統一、標準的數據接口采集各生產單位監測監控系統的數據，在調度室實現集中遠程控制及監控各系統狀態，實現各生產單位少人及無人值守。

國外目前一般采用的是各子系統用獨立信道上井，集中在地面控制室進行監視。或者在地面通過網絡互聯，實現信息的共享。

國內煤礦綜合自動化的發展過程與國外采煤發達國家相似，走先單機自動化、單個環節的生產過程自動化，再完成全礦井的綜合自動化的發展路線。

二、煤礦綜合自動化平臺技術

近年來，我國的大中型煤礦已不同程度地實現了單機自動化和關鍵環節的生產過程自動化。在此基礎上，許多大型煤炭企業為加快生產發展，提出或進行了實現礦井綜合自動化的償試。

目前國內進行系統綜合的幾種方式：

1.使用國外大型控制設備制造商生產的地面通用產品進行裝備

在一些自然條件優越、開采方式簡單、資金雄厚的新建的大型煤礦，采用了美國Honeywell和AB公司的一般工業型PLC直接下井，并利用地面用現場總線網絡技術實現了除采煤設備外井下大部分設備的綜合自動化控制和監測。

這種方式的優點是：結構簡單、層次清晰。

缺點是：投資大、受自然條件的限制，用戶對設備的選擇權很小，不能保護用戶的原有投資，不能很好地解決煤礦特有設備的入網問題。由于以上網絡系統和控制系統都采用的為非防爆設備，要在煤礦推廣使用，須改造成隔爆型下井，故十分笨重，同時還需增加大量設備，用于不同防爆型式設備之間的信號隔離。使用不便且價格昂貴，也限制了推廣使用。

目前主要應用在國內開采條件比較好的特大型礦井。

2.以主流的監控子系統橫向擴展來構建綜合自動化平臺

它是以一個主要的大型監控子系統為基礎，如煤礦安全監測系統，通過橫向擴展，將其它子系統納入網中，擴充系統的功能。

這一方式存在的問題是：通信協議不統一，各廠商之間難以協調，往往最后只有同一廠商開發生產的子系統可以并網，綜合的范圍有限;或是降效處理，除主系統外，對其它環節及設備只進行運行狀態和運行參數的監測，難以實現綜合監控的功能。此外，資源配置不合理，主機負擔過重，系統效率低，實時性下降，有可能無法足要求。從運行的安全性考慮，這一方式的要點過于集中，系統可靠性低。

目前國內該方式已基本淘汰。

3.以組態軟件方式來構建綜合自動化平臺

WINCC、ifix等組態軟件在國內外主要用于子系統的工業自動化控制應用比較廣泛，組態軟件的定位就是偏向于單系統集控，可靠性比較高，但是用于系統集成層可靠性和穩定性還比較欠缺。組態軟件雖然擁有眾多PLC通訊驅動，可以很方便的將現場設備接入，但是在系統集成方面功能相對比較弱，對于用戶提出的需求很難通過二次開發來實現。而且維護相對比較難，資料等都必須很全。維護人員水平相對要求要高，信息透明度低，各專業總線核心部分都不公開。需要學習很多總線，不同廠家不同類型，都會使技術人員花費相當時間去學習，去適應。

組態軟件應用分析：組態軟件，在工業領域并不陌生，iFix、Wincc等，都是大公司多年技術積累形成的行業品牌，組態的優點很多，技術成熟，穩定、可靠，界面友好、圖庫豐富，能與底層PLC直接通訊。對于用組態來實現綜合自動化，僅僅是把在電廠、大型自動化流水線、工業過程控制領域成熟的東西應用到了煤礦，本質還是工業控制。作為一種技術，從一個應用領域搬到另外一個應用領域，兩個應用領域之間的行業差距，肯定不能忽視。自動控制、過程控制、精確控制，這個是組態以及PLC系統的專長，但目前以粗放型管理為主要模式的煤礦，對PLC的這些特點需求不是很強。對于在井下的變電所系統、膠帶運輸系統、工作面系統，以及包括地面的壓風控制、通風控制等等，往往不需要在調度中心對這些系統進行精確的過程控制。調度員及時進行遠程操作，拋開專業水平不說，就工作分工上，他也只需知道這個子系統是否正常運行，根據礦井全局需要，進行開機或者停機的總體控制，一個子系統啟動流程有很多步驟，比如壓風機，要判斷汽包壓力、電機狀態、現場就能完成的邏輯判斷，沒有必要讓遠程的調度中心計算機來處理，除了增大風險（流程運行中間如果通信中斷會導致運行失敗）別無好處，也大大增加了中心計算機的運算負荷。

作為應用在煤礦行業的軟件，組態軟件目前無法輕松解決以下問題：

（1）安全監測、人員定位等以實時監測為主的非PLC系統的離散數據接入。

（2）礦用系統都是在礦井工業廣場布置圖和井下采掘圖的基礎上布置設備的，底圖不可能重新繪制，組態無法順利導入CAD、專業GIS系統繪制的圖紙。

（3）調度室要看，生產隊要看，機電部要看，礦領導要看，非B/S架構的組態的Portal發布無法完整地遠程異地展示系統平臺。

（4）A礦主要關心生產，管理圍繞生產數據，B礦以安全為重，流程偏向安全處理，組態功能模塊無法做到以人為本、個性定制。

組態的成熟可靠和煤礦的特殊需求之間的權衡，這些問題直接暴露出組態軟件的局限性。

目前國內組態軟件一般選用西門子公司的WinCC、GE公司的IFix和Intouch等，也有部分行業非主流廠商在小煤礦實施時采用組態王等國產組態平臺

4.煤礦組件式綜合自動化平臺技術

充分考慮煤礦生產及自動化技術的特點，以先進而堅實的工業以太網技術、現場總線技術為基礎，使兩者有機結合，充分發揮其所長，避其之所短。有效地解決了，系統的實時性問題、保護原有投資的問題、設備選擇范圍問題、資源合理配置問題、系統的包容性和擴展問題，是一個適合我國國情的具有較高性能價格比的煤礦礦井綜合自動化系統的解決方案。

定制軟件應用分析：軟件采用開放式平臺開發，如.net、java等，模塊化規劃，定制化處理。系統軟件主要包括綜合自動化平臺軟件、增值模塊、系統接入組件等構成，綜合自動化系統軟件一般都為公司的自主研發產品。

由于自制軟件主張推崇的是對子系統的數據采集和數據挖掘、數據利用，雖然該方式是煤礦的理想解決方案，但基礎的數據往往不完整，加之煤礦管理跟不上，減員增效、無人值守，是指現場無人值守，過程控制和故障處理、應急報警完全自動化，首先子系統很難達到這個程度，即使達到，大部分用戶管理角度還不習慣把現場在值班人員換成系統檢修人員，把就地值班觀察換成調度室集中管理。除了技術方面，系統運行理念也需要時間去給這個行業適應。但作為定制軟件是煤礦綜合自動化發展的長遠趨勢。組件式綜合自動化平臺軟件和組態軟件架構比較如下：

系統架構比較：

硬件架構比較

比較內容 組態軟件PLC方式接入 子系統上位機接入

系統風險 重構子系統控制邏輯，統一控制，風險過于集中 分級控制、風險分散在各子系統

底層執行器負擔 PLC數據與自身上位機和管控服務器（或接入服務器）通訊，增大了子系統PLC數據負擔; PLC不增加何負擔，僅與自身上位機通訊

子系統獨立性 直接深入原子系統底層設備，系統結構被打亂，增加故障排查難度; 保持原子系統獨立性，系統結構清晰，故障易于排查

子系統兼容性 無法兼容非PLC系統 軟件接口豐富，能兼容OPC、DDE、FTP等接口，兼容安全監控系統等各類非PLC系統

界面美觀 以電機、變頻器、執行器為代表的工業設備圖庫豐富，但缺少分站、傳感器等各類煤礦專用設備圖庫，構架界面模式相對固定，千篇一律 無專業圖庫，根據子系統特色及用戶要求自定義繪制軟件界面，可做到美觀大方、定制性強，個性展示

煤礦行業兼容性 僅能完成數據瀏覽與控制，無法深入與煤礦管理特色結合 針對煤礦行業特色專業開發

三、結語

以上為現在煤礦綜合自動化平臺架構的主要方式方法，經過分析，利弊已經體現，但是選擇何種方式進行平臺建設，還要根據煤礦具體情況分析使用。無論選擇何種方式，煤礦綜合自動化生產已是現代化煤礦企業中必不可少的系統程序。

我國煤礦的自動化技術還遠落后于世界先進國家水平，存在這許多有待于探索和解決的問題，需要在今后的實際過程中不斷的發展和提高。

參考文獻

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