礦井監控自動化系統架構分析

劉茂榮

摘要：本文采用工業以太網和系統集成技術，構建基于冗余環形光纖工業以太網的多主傳輸的網絡體系結構，利用工業以太網網絡將各個環境監測子系統、生產環節自動控制子系統有機地整合在一起，進行信息加工處理，形成集數據、圖像、語音為一體的綜合自動化信息系統。

關鍵詞：煤礦監測監控；自動化系統

監測監控系統在我國煤礦生產中運用廣泛，如有環境監測系統、生產監測監控系統、工業電視等，但是這些系統大部分各自獨立運行，互不兼容，在井下形成了一個個“信息孤島”，信息資源不能得到充分利用，不利于煤礦企業進行綜合管理和決策。為了更好地發揮各種監測監控系統的作用，協調各個生產環節之間的關系，必須對各監測監控系統進行整合，進行綜合自動化系統的集成建設。

一、系統總體結構

整個系統采用工業以太網的體系結構，主干采用光纖傳輸，構成一個千兆高速光纖環網，礦井各個監測及生產子系統均接入環網，數據通過環網及核心交換機傳輸到地面調度控制中心，調度控制中心發布的控制命令也由核心交換機及環網傳輸到各個子系統，主干傳輸速率可達到千兆，整個系統結構簡潔，運行效率高，并且提供了冗余鏈路，當網絡發生故障時系統可以自動切換到備用鏈路，并同時在調度控制中心發布報警信息，以便可以及時準確地進行維護工作，從而提高了傳輸網絡的穩定性和可靠性。

（一）設備層

主要為各類傳感器、斷電控制器以及圖像攝像頭等設備，這些設備負責各監測點的數據與圖像等信息采集，設備通過光纖直接連接到井下的多功能監控分站，并將采集到的信號傳輸到監控分站，將監控分站的控制指令發送到現場設備；

（二）控制層

控制層主要是接受現場設備發來的數據信息，對數據進行預處理、數據分類顯示、事件報警、控制以及與中心站的數據通訊等，通過以太網交換機和監測監控生產系統結合起來；

（三）信息層

地面調度監控中心是整個監測系統的核心，實時監測受控設備的運行狀況，工業應用服務器IAS上傳信息，并顯示InTouch組態畫面，同時對系統設備進行實時控制。通過Web發布，可以隨時通過Internet查看監控點。系統以數據、圖像、聲音等方式顯示安全監測與安全生產信息，為管理人員提供決策依據。

二、網絡布置

2臺主干環網核心交換機，選擇的是赫斯曼的MACH4002，2臺核心交換機之間傳輸速率為1000Mbit/s，確保滿足分別連接在2臺核心交換機上的所有的服務器和工作站的全速互聯要求，保證了通訊數據的準確傳輸。

工程設計在地面安放工業以太網交換機11臺，井下安放12臺，井上和井下交換機各自形成環網，環網通過核心交換機接入調度控制中心，構成了工業以太網寬帶平臺。

三、子系統接入方案

煤礦綜合信息系統包括的子系統主要有通風機系統、中央泵房系統、提升系統、變電所系統、安全監測和輸送帶運輸系統等，各子系統的控制方式主要有上位機、PLC、串口等形式，因此可以將各子系統的接入方式劃分為后臺機方式接入、PLC接入和串口接入方式，下面分別從硬件和軟件2方面討論各子系統的接入方式：

（一）硬件方面

1.后臺機方式接入通風機、軌道衡、選煤廠、灰分儀、碼頭裝卸載以及深度水處理等子系統，在后臺機中加入以太網網卡模塊，將該子系統連接在工業以太網上，由此接入監控中心；

2.PLC接入輸送帶運輸系統、主井裝卸載系統、中央泵房系統等采用PLC控制器控制的子系統，通過在PLC控制器中增加以太網網卡，將該子系統連接在工業以太網上，由此接入監控中心；

3.串口接入方式地面110kV變電所、5307工作面、中央變電所等子系統，通過串口服務器將串口信號轉換為網絡信號進環網，可通過第3方開發的以太網轉換模塊，由此接入監控中心。

（二）軟件方面

1.采用后臺機接入的子系統，上位機使用的接口軟件組態王6.53版本與GE公司的CIMPLICITY6.0，均提供標準的OPC服務，采用OPC標準接口與調度中心組態軟件IAS進行通訊；

2.采用PLC接入的子系統，IAS通過DASERVER直接連接PLC，讀取下位機數據；

3.采用串口接入的子系統，通過SYMLINK軟件，將CDT和MODBUS協議轉換為標準的OPCSERVER，進而組態軟件IAS進行通訊。

四、系統軟件平臺

煤礦綜合監測監控軟件程序功能復雜，并且內容比較多，有人機界面處理、網絡通訊、數據庫訪問、查詢打印、實時性處理以及控制等功能要求。因此系統采用萬偉公FactorySuiteA2工業自動化軟件開發平臺來建設。本系統所需FactorySuiteA2軟件平臺組件主要包括工業應用服務器IAS，輸入輸出服務器I/O Server，HMI（人機界面）軟件InTouch，工業實時數據庫軟件InSQL，界面發布軟件SuiteVoyager，數據分析工具軟件ActiveFactory。IAS具有以下特點：

（一）IAS將工業自動化應用程序的開發設計能力與可伸縮性帶入了一個新紀元。它提供了全新的一層實時數據獲取、報警與事件管理、數據處理服務及協作開發功能，它是簡化分布式自動化應用程序開發、部署、維護及管理的一種基礎架構。它可以顯著降低開發成本和運行成本，快速響應，并能適應發展的需要。

（二）IAS在進行應用升級與擴充時，不需要停止和重新啟動整個系統，并能集中管理整個系統的診斷工作，節省系統診斷和檢修時間。

五、結論

本監控軟件提供了可視化的操作界面，畫面內容豐富，包含了所有生產系統的各個生產環節的系統圖，可以實現生產控制、事件順序記錄顯示、報警顯示、實時歷史運行曲線等功能。調度人員通過各個生產系統的顯示界面可以實時地了解各生產環節的運行情況，實現生產系統的遠程實時監控。

（作者單位：陜西陜煤黃陵礦業集團黃陵一號煤礦）