自動化平臺系統在煤礦的應用

徐雪亮

摘 要：以許疃煤礦為例，闡述自動化平臺的概念、形成與發展和使用IFIX進行煤礦自動化平臺系統設計與建設，形成以礦井安全信息中心為核心，將煤流生產、通風、排水和壓風等設備的監控整合，為礦井安全生產決策提供支撐。

關鍵詞：煤礦；自動化；iFIX；信息化；安全生產

中圖分類號：TD4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0163-02

煤礦是國家基礎能源行業，由于行業安全基礎薄弱，機械化程度不高，自動化控制系統在行業應用處于初級階段，信息化和智能化基本未起步，雖然近年來各主要固定設備引入了自動化控制系統代替崗位操作工，但信息仍較為分散，無法為礦井的安全、生產調度提供高效、實時的數據支撐。以許疃煤礦為例，煤流生產系統、通風、排水和壓風等大型設備，雖然都有各自的自動化監控系統，但由于系統無統一設計，采用的標準不一致，導致無法實現在礦井安全生產信息中心進行集控的監測和控制。為了實現集中的監測和控制，需要對這些自動化監控子系統進行集成，采用統一的集成平臺和統一的數據傳輸規約，將各個自動化監控子系統的數據集成，實現數據共享和集中監管，從而為礦井的安全、生產調度提供實時準確的信息支撐。

1 自動化平臺的概念

自動化平臺是通過建立千兆傳輸網絡平臺，實現企業信息管理的信息化，其基礎為自動化控制系統工程，即機器設備、系統或生產管理過程，在沒有人或少人的直接參與下，按照人的要求，經過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現預期的目標的過程。在實現子系統自動化控制的前提下，以生產自動化控制為基礎、企業管理信息化為本質、系統可視化為直觀信息表現形式、決策分析為經營管理依據的綜合信息管理系統，利用千兆局域網和工業以太網網絡實現視頻監控、安全信息監控、自動化控制各子系統、地面控制系統、設備監控站所采集的信息和各安全設備的控制和監測等，為煤礦建立一個集監、管、控于一體的綜合型現代化礦井打下堅實的基礎。

2 自動化技術的形成和發展

自動化技術是一門綜合性技術，它和控制論、信息論、系統工程、計算機技術、電子學、液壓氣壓技術、自動控制等都有著十分密切的關系，而其中又以控制理論和計算機技術對自動化技術的影響最大。自動化技術在中國的形成和發展經歷了以下時期：一是自動裝置的出現，古代人類為了減輕自己的勞動，逐漸利用自然界的動力代替人力、畜力，以及用自動裝置代替人的部分繁難的腦力活動和對自然界動力進行控制。在歷史上出現了刻漏、候風地動儀、水運儀象臺等自動設施；二是自動化技術的形成，以瓦特發明離心式調速器作為代表，該時期已經將自動調節系統廣泛應用于工業領域，如蒸汽機等；三是局部自動化，該時期經典控制理論形成并得到廣泛發展，PID調節器在工業上得到廣泛應用，并使用電子模擬計算機來設計自動控制系統；四是綜合自動化時期，該時期現代控制理論開始形成發展，取得了重要的研究成果和進展，系統仿真、自適應自校正控制器和遙測遙控遙感得到了廣泛的應用，大系統理論、模式識別和人工智能技術開始出現和發展。

3 煤礦自動化平臺的內容

煤礦自動化平臺要集成的系統包括原煤運輸系統、提升機監控系統、地面篩分及裝車系統、通風機集控系統、壓風機集控系統和排水泵集控系統等已經建成使用的子系統，同時具備接入安全監測系統、人員定位系統、礦壓監測系統、礦井供電監控系統和礦井水處理系統等系統的接口。

煤礦自動化平臺通過OPC、ODBC等數據接口，將各系統進行集成，每個子系統使用通訊與自動化平臺進行數據交互。系統采用開放式構架，具備很強的擴展能力。平臺總體構架分為三個部分：信息層、控制層和設備層。設備層為最基層，由各個自動化子系統構成，控制層為中層，包括井上下工業環網、服務器群和安全設備等，信息層通過安全設備與控制層進行數據交換，將自動化平臺的信息進行發布和供給指定人員進行管理。

總體拓撲圖設計如圖1。

工業環網采用赫斯曼工業級設備，保證井下高溫、高濕等惡劣環境下的穩定運行。同時采用光線冗余環網工作模式，接節故障不影響整個系統性能；所有交換機采用赫斯曼模塊化千兆交換機，以避免網絡中部分節點故障。網絡安全設計采用集成防火墻、IPS、防病毒、流量控制功能的UTM設備。

服務器群采用虛擬服務器技術，實現物理硬件與操作系統分離，從而提供更高的IT資源利用率和靈活性，虛擬機采用文件封裝，可以快速對其進行保存、復制和部署，從而實現零停機維護和連續的工作負載整合。

4 基于iFIX的自動化平臺軟件開發

自動化平臺采用世界領先的、SCADA軟件占有率世界第一的美國通用電氣公司（GE）的客戶機/服務器結構的多用戶實時HMI/SCADA軟件Proficy iFIX。iFIX是一套提供現場數據采集，過程可視化及過程監控功能的工業自動化軟件解決方案。iFIX是Proficy工業自動化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA軟件組件，實現過程監控，并在整個企業網絡中傳遞信息。所有組件能無縫地集成為一體，實時、綜合反映復雜的動態生產過程。綜合信息信息集成平臺、控制平臺以及WEB發布平臺根據實際需求定制開發。

各個子系統建設由于沒有使用統一標準，系統間的接口方式和規約均不一致，通過采用不同的接入方式來解決接入問題。一是在上位機接入，通過OPC接口使系統和上位機之間進行數據交互，二是直接接入自動化控制子系統的設備，通過增加通訊接口或通訊模塊將下位機設備接入工業環網交換機，采用數據通訊驅動開發OPC接口來實現子系統和自動化平臺的數據交互。

5 工業網接入子系統

系統整體架構如圖2。

膠帶輸送機運輸系統。接入方式：PLC以太網模塊，將PLC主站接入環網交換機。實現功能：集中監控，實時顯示各煤流運輸設備狀態信息，故障及保護顯示，故障視頻聯動。

通風機監控系統。接入方式：PLC以太網模塊，將PLC主站接入環網交換機。實現功能：集中監控，實時監測通風系統負壓、風量，實時監視風機配用電機的電氣參數，實時監測風機軸承溫度振動、電機溫度振動，超限報警，實時監控風機開、停狀態。

井下排水監控系統。接入方式：上位機以太網接口。實現功能：集中監控。動態顯示井下泵房運行的工況，以及水流量的大小。實時顯示個水泵中各種傳感器的工作信息，對正/負壓、電機電流、定子溫度、軸承溫度、水位超限等故障類型進行顯示。具有遠程控制水泵的開/停功能，以及泵房其他設備的遠程控制控制功能，如電動閘閥、電磁閥的開合控制。

工業電視系統。接入方式：流媒體方式集成接入。實現功能：視頻聯動，設備啟停時，可以自動/手動彈出相關視頻。發生故障時，可以自動/手動彈出故障點視頻畫面。可以人為手動調出任意視頻點。

擴播通信系統。接入方式：音頻方式集成接入。實現功能：設備啟停時，自動擴音通知。定時定點不間斷擴音通知。礦井安全信息中心遠程控制區可以和各子系統之間任意雙向通信。

6 結束語

隨著煤礦行業的快速發展和自動化控制系統在煤礦更多的設備上進行使用，對大數據集成的要求也越來越高、越來越復雜，基于iFIX的自動化平臺系統在煤礦建成和應用，將礦井涉及安全生產的環境數據、設備運行數據、音視頻數據進行整合，集中到單一的平臺上監視監控，實現了安全生產調度的實時準確，滿足了各項發展要求，為礦井的安全生產運行營造了一個良好的環境。

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