組態軟件WinCC在數字礦山生產綜合監控系統中的應用

李曉彤,尹少榮

（寧夏工業職業學院，寧夏銀川，750001）

組態軟件WinCC在數字礦山生產綜合監控系統中的應用

李曉彤,尹少榮

（寧夏工業職業學院，寧夏銀川，750001）

為滿足安全、高效、綠色、智能的數字化礦山的建設，本文研究了煤礦生產綜合監控系統的特點；分析了組態軟件與PLC連接,采集監控子系統的信號,實現遠程監控的過程；介紹了組態軟件WinCC在煤礦生產監控系統中的功能，并就其運行監測畫面進行了描述。

WinCC;組態軟件;數字礦山;生產綜合監控

0 引言

近年來，我國煤炭新增產能不斷增加，是煤炭行業發展的機遇期。根據國家政策的要求：通過信息化對傳統產業進行改造實現升級換代，以促進工業企業的創新和發展。煤炭生產、安全及節能減排等政策出臺，對煤礦生產、安全和科技發展提出了要求。煤炭生產技術逐步升級，從自動化向信息化和智能化生產過渡。本文結合神華寧煤集團某煤礦生產綜合監控系統的改造方案，先簡單介紹了數字礦山的架構及生產綜合監控的組成，隨后重點探討了組態軟件WinCC在數字礦山生產綜合監控系統中的應用。本課題來源于寧夏工業職業學院支持項目“《煤礦自動化》重點課程建設項目”。

圖1 數字礦山架構

1 數字礦山架構概述

數字礦山的應用架構自下而上分為設備層、控制層、生產執行層、經營管理層、決策支持層，如圖1所示。

生產綜合監控系統即為圖1中L2控制層。

2 生產綜合監控系統概述

生產綜合監控平臺、生產綜合監控子系統以及平臺接口是數字礦山生產綜合監控系統的重要組成部分。

2.1 生產綜合監控平臺

生產綜合監控平臺是生產綜合監控系統的核心，涵蓋礦井的主要生產流程，以及供電、供排水、環保、通信、安全保障等方面內容，主要完成對現場監控系統與檢測系統的數據和控制的集成，為現場運行人員提供一個整體的展現，其軟件結構如圖2所示。

在本項目中，人機界面采用組態界面，為生產流程的可視化和集中化管理提供了可能。通過組態界面與各子系統的硬件接口相結合，可觀看到整個系統的運行情況與運行狀態。

2.2 生產綜合監控子系統

本項目綜合監控子系統包含：井下/井上皮帶集控子系統、副井提升監控子系統、井下排水集控子系統、主扇風機監控子系統、電力監控子系統等10余各子系統的總體集成。

圖2 生產綜合監控平臺軟件結構圖

圖3 為本項目采區監控組態界面示意圖

2.3 生產綜合監控平臺接口設計

生產綜合監控平臺與各子系統的接口主要是通過網絡實現信息交換與信息共享，要求在網絡級和串口級提供多種符合國際主流標準的接口方式，便于各種子系統的接入，能夠集成不同廠家的硬件設備和軟件產品，實現各系統間互操作，并將各系統數據集成。

2.3.1 系統硬件接口方式

煤礦有幾十個監控監測子系統，根據控制點的分布及各子系統的接口特點，規劃了以下4種接入方式：上機位接入、PLC接入、子網絡接入、擴展接入。

本項目采用PLC接入方式，通過對PLC增加以太網模塊，與交換機進行物理上的網絡連接。系統使用了西門子S7-300PLC進行控制,該系列PLC采用模塊結構，可靠性高、抗干擾能力強、硬件配套齊全，具有高速的計算能力。本項目采用PLC與組態軟件相結合，為監控系統提供良好的人機界面。

2.3.2 系統軟件接口方式

各子系統與采集服務器的數據通信有OPC通信、驅動通信、DDE/NetDDE通信和自主開發4種方式。

本項目采用OPC通信，OPC是以OLE/COM機制作為應用程序的通信標準，具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優點。

圖4 . 提升機速度實時監控曲線

3 組態軟件WinCC在生產綜合監控系統中的功能

本項目監控界面的開發軟件采用的是WinCC組態王軟件,它通過PLC的通信模塊實現連接,自動動態地采集監控子系統的信號,對監控的參數進行實時報警,實現遠程監控。組態王軟件功能強大、組態靈活方便，具有適應能力強、開放空間大、便于擴展、開發周期短等優點。可針對煤礦系統的特點，靈活設計動畫顯示、流程控制、數據采集、網絡數據傳輸、工程報表、數據與歷史曲線和實時曲線顯示等諸多功能，并能保存歷史數據為系統分析使用。

WinCC組態軟件可以具體完成監控生產的功能，實現生產全過程實時管理。由于煤礦生產中裝備多、子系統交錯、在地面及井下分布復雜，基于組態軟件的生產綜合監控系統的建立可以有效地幫助監控調度人員及時調整設備，為各級管理部門提供了遠程實時生產信息，保證了生產的平穩運行。圖3為本項目采區監控組態界面示意圖。

此外，WinCC組態軟件可提供靈活的實時曲線和歷史曲線顯示功能。結合裝備安全運行的多參數模型，通過比較當前和歷史趨勢數據，可以及早報告故障隱患，并且通過對事故前后實時記錄的歷史數據分析，可以精確定位事故發生的原因，以避免事故的再次發生。

4 WinCC環境下的運行監測畫面

4.1 井下/井上皮帶集控子系統

該子系統實際反映了礦井的所有皮帶機的運行狀況，包括有每條皮帶的運行狀態、故障報警，以及電機的電壓電流、電機溫

圖6 提升機監控系統

圖7 篩分儲煤監控子系統

度、皮帶運行速度、運行時間等參數，為井下安全、高效生產做好有力保障。如圖5所示。

4.2 提升機監控子系統

該子系統對提升裝置的工作方式、電源、油壓、提升速度、位置以及各種保護等重要運行參數進行監控，發生故障及時記錄。為調度人員及時維護和設備運行分析提供關鍵平臺。如圖6所示。

4.3 篩分儲煤監控子系統

該子系統包含篩分儲煤系統中所有刮板機和皮帶機的運行狀態、故障報警，對大功率機電設備的電壓電流、溫度等實時采集。如圖7所示。

5 結語

WinCC組態軟件操作簡單，使用方便，具備人機交流界面友好的特點。基于組態軟件WinCC的煤礦生產綜合監控系統，實現了煤礦生產的實時監控，提高了煤炭行業的數字化和信息化管理水平，有效的避免和減少安全事故的發生，對煤炭企業的安全生產、文明生產、科學生產具有重要的意義。

[1] 孫方.組態軟件iFIX在煤礦綜合自動化系統中的應用.第21屆全國煤礦自動化與信息化學術會議

[2] 葛卉婷.監控組態軟件在煤礦監控系統中的應用.山東煤炭科技， 2014,5

[3] 神華集團數字礦山規劃項目組.神華集團數字礦山規劃研究.煤炭工業出版社.2012

WinCC configuration software in the application of digital mine production comprehensive monitoring system

Li Xiaotong,Yin Shaorong
(industrial vocational college in ningxia, ningxia yinchuan,750001)

To meet the safe,efficient,green,intelligent digital mine construction,this paper studies the characteristics of production of coal mine integrated monitoring system;Analysis of the configuration software and PLC connection,acquisition signal monitoring subsystem,realizes the remote monitoring process; The WinCC configuration software is introduced in the production of coal mine monitoring system function, and described its operation monitoring picture.

WinCC configuration software；digital mine；comprehensive monitoring of production