大型煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/孫廣軍

大型煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/孫廣軍

大型煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠節(jié)省大量傳輸線路鋪設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，一次投資，長(zhǎng)期受益，并能較好地實(shí)現(xiàn)礦井的數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動(dòng)化、井下工業(yè)電視、安全檢測(cè)、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和科學(xué)化，提高礦井的勞動(dòng)效率及現(xiàn)代化管理水平，確保礦井的安全生產(chǎn)。

一、系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析，迫切需要基于現(xiàn)有系統(tǒng)，建立一個(gè)集中而統(tǒng)一的監(jiān)控中心和高效、穩(wěn)定、安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)（工業(yè)以太網(wǎng)），將現(xiàn)有的各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依托通訊網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)數(shù)據(jù)交換完整地集成在一起。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)一的軟件界面，實(shí)現(xiàn)工況信息的實(shí)時(shí)顯示和遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的無(wú)人值守，只有巡檢工進(jìn)行巡視和維護(hù)，并在建立數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)事故預(yù)案系統(tǒng)，以提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的能力；建立歷史事件審計(jì)系統(tǒng)和事故追憶功能，以便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行審計(jì)和評(píng)估；建立WEB發(fā)布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全面的信息發(fā)布平臺(tái)和資源共享。

二、系統(tǒng)集成

1.傳輸通道集成要點(diǎn)

（1）高帶寬。井下多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒁巡辉偈菃我粩?shù)據(jù)，視頻、音頻也越來(lái)越耗費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬。

（2）穩(wěn)定、可靠性。由于井下工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，在調(diào)度指揮中心就可以實(shí)現(xiàn)控制井下主要的皮帶運(yùn)輸、變電所的停送電、主扇風(fēng)機(jī)的起?？刂?、主水泵的起停等，這樣要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須非常穩(wěn)定、可靠。

（3）抗干擾。網(wǎng)絡(luò)必須能適應(yīng)井下惡劣工業(yè)環(huán)境，并滿足井下防爆、防塵的要求，保障網(wǎng)絡(luò)的正常暢通。

（4）高性能。由于井下自動(dòng)化工控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)井下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)等，必須有非常良好的網(wǎng)絡(luò)性能保證和數(shù)據(jù)傳輸速率。所以采用全雙工通信，使節(jié)點(diǎn)可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸率。

（5）防火墻系統(tǒng)。因?yàn)檎麄€(gè)工業(yè)以太網(wǎng)和礦局域網(wǎng)在物理上是相連的，其安全風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自于局域網(wǎng)的惡意入侵和攻擊。因此要充分保證網(wǎng)絡(luò)的安全，在和礦局域網(wǎng)的接口處設(shè)置防火墻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的隔離，并進(jìn)行訪問(wèn)控制和認(rèn)證支持，礦局域網(wǎng)上的任何一臺(tái)PC機(jī)要訪問(wèn)工業(yè)以太網(wǎng)都必須要有授權(quán)。

（6）病毒防御系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常面臨著計(jì)算機(jī)病毒、系統(tǒng)陷阱、黑客攻擊、Web站點(diǎn)癱瘓等諸多問(wèn)題。所以在防火的基礎(chǔ)上，部署殺毒軟件，以便和防火墻系統(tǒng)一起構(gòu)成堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)安全防線。

（7）可管理性。網(wǎng)絡(luò)管理是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的核心，必須有一個(gè)強(qiáng)大、統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)支持。提供預(yù)警、配置、統(tǒng)計(jì)等功能，提高解決故障的時(shí)效及為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)。網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)直觀統(tǒng)一、操作簡(jiǎn)單，要做到故障管理、性能管理、配置管理和安全管理。

（8）擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要為未來(lái)的發(fā)展提供良好的擴(kuò)展接口。隨著業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和升級(jí)是不可避免的事情。通過(guò)模塊化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模塊化的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，能為網(wǎng)絡(luò)提供很強(qiáng)的擴(kuò)展和升級(jí)能力。

2.軟件平臺(tái)集成要點(diǎn)

（1）兼容性。各自動(dòng)化子系統(tǒng)采用不同的控制技術(shù)，數(shù)據(jù)表達(dá)格式不統(tǒng)一，這就要求新建成的系統(tǒng)能兼容不同廠家的數(shù)據(jù)格式，正確采集設(shè)備的實(shí)時(shí)工況信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)縫鏈接。

（2）集成的編程和組態(tài)。實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、編程、硬件組態(tài)、測(cè)試到遠(yuǎn)程維護(hù)的全過(guò)程組態(tài)應(yīng)用，采用統(tǒng)一化的用戶圖形界面Rsview軟件和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，使用戶操作起來(lái)輕松自如。

（3）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。保證所有的數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一旦輸入，在整個(gè)系統(tǒng)中都可以使用，確保數(shù)據(jù)的一致性和重用性。

（4）安全性。系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的身份認(rèn)證、授權(quán)、加密、完善全面的事件日志和數(shù)據(jù)備份功能。

（5）信息共享。整個(gè)礦井自動(dòng)化信息實(shí)時(shí)共享，通過(guò)WEB發(fā)布平臺(tái)，通過(guò)授權(quán)的人員可隨時(shí)瀏覽系統(tǒng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。

（6）擴(kuò)展性。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，滿足以后技術(shù)發(fā)展的要求。

3.軟件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

（1）NetLinx軟件構(gòu)架平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的組態(tài)應(yīng)用。NetLinx架構(gòu)包含了鏈接制造系統(tǒng)和企業(yè)管理系統(tǒng)的所有必須要素，可以在任何時(shí)刻、對(duì)網(wǎng)上任何設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)它，可以選擇所需的通信組件和介質(zhì)，如面向信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅thernet/IP，控制層ControllNet,設(shè)備層DeviceNet等。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控煤礦各控制子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及所需的生產(chǎn)和安全參數(shù)，并以畫面和圖表的形式表現(xiàn)出來(lái)，在任何一個(gè)操作站上，操作人員根據(jù)授權(quán)可以監(jiān)控各子自動(dòng)化系統(tǒng)。

（3）事故預(yù)案系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事故，系統(tǒng)能據(jù)實(shí)時(shí)的工況信息和預(yù)先編制的策略提供事故處理方案，保證了各系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)和信息的綜合利用，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了可靠的依據(jù)。

（4）故障自診斷功能。軟件具有強(qiáng)大的系統(tǒng)自診斷功能與故障報(bào)警功能，可準(zhǔn)確判斷故障類型、位置并能進(jìn)行圖像和語(yǔ)音提示以及打印輸出，易于管理與維護(hù)。

（5）事故追憶。軟件平臺(tái)能自動(dòng)將事故前后一段時(shí)間的參數(shù)記錄下來(lái)，并以曲線的形式展現(xiàn)出來(lái)，方便事故的分析。

（6）數(shù)據(jù)分析。通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的全面了解，為制定詳細(xì)周密更切合實(shí)際的檢修計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)。減少發(fā)現(xiàn)和排除故障時(shí)間，有效降低設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本。

三、結(jié)論

隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多高產(chǎn)高效礦井的出現(xiàn)，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的依賴程度也越來(lái)越高。這就要求在設(shè)計(jì)大型煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)的時(shí)候要充分考慮到多功能，多用途，考慮在井下的工業(yè)控制、工業(yè)電視、安全檢測(cè)、生產(chǎn)指揮等系統(tǒng)的兼容與融合，解決眾多系統(tǒng)單獨(dú)分散的問(wèn)題，綜合布線，避免各自獨(dú)立，自成一體，既浪費(fèi)資源、重復(fù)建設(shè)，又無(wú)法協(xié)同一體。應(yīng)讓各系統(tǒng)在統(tǒng)一的平臺(tái)共同發(fā)揮作用，為建設(shè)現(xiàn)代化礦井作出貢獻(xiàn)。

神華神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦）

李元）