數(shù)字化礦山綜合自動化平臺技術(shù)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(shù)使用的探討。不同的架構(gòu)方式影響著煤礦自動化生產(chǎn)的發(fā)展。通過探討，選擇有利于數(shù)字化礦山建設(shè)的技術(shù)方法，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

【關(guān)鍵詞】組態(tài)軟件;組件式綜合自動化平臺

一、煤礦綜合自動化平臺發(fā)展狀態(tài)

近年來，隨著計算機應(yīng)用的發(fā)展，促使煤礦向信息化、自動化方向發(fā)展，導(dǎo)致煤礦現(xiàn)有系統(tǒng)越來越多、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，形成分散、孤立的多個單一系統(tǒng)，不便于統(tǒng)一維護及管理。針對這些問題有必要為煤礦構(gòu)建一套礦井綜合自動化平臺，輔助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)決策，系統(tǒng)采用統(tǒng)一、標準的數(shù)據(jù)接口采集各生產(chǎn)單位監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在調(diào)度室實現(xiàn)集中遠程控制及監(jiān)控各系統(tǒng)狀態(tài)，實現(xiàn)各生產(chǎn)單位少人及無人值守。

國外目前一般采用的是各子系統(tǒng)用獨立信道上井，集中在地面控制室進行監(jiān)視?；蛘咴诘孛嫱ㄟ^網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實現(xiàn)信息的共享。

國內(nèi)煤礦綜合自動化的發(fā)展過程與國外采煤發(fā)達國家相似，走先單機自動化、單個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程自動化，再完成全礦井的綜合自動化的發(fā)展路線。

二、煤礦綜合自動化平臺技術(shù)

近年來，我國的大中型煤礦已不同程度地實現(xiàn)了單機自動化和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程自動化。在此基礎(chǔ)上，許多大型煤炭企業(yè)為加快生產(chǎn)發(fā)展，提出或進行了實現(xiàn)礦井綜合自動化的償試。

目前國內(nèi)進行系統(tǒng)綜合的幾種方式：

1.使用國外大型控制設(shè)備制造商生產(chǎn)的地面通用產(chǎn)品進行裝備

在一些自然條件優(yōu)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(yè)型PLC直接下井，并利用地面用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了除采煤設(shè)備外井下大部分設(shè)備的綜合自動化控制和監(jiān)測。

這種方式的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、層次清晰。

缺點是：投資大、受自然條件的限制，用戶對設(shè)備的選擇權(quán)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(shè)備的入網(wǎng)問題。由于以上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都采用的為非防爆設(shè)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(shè)備，用于不同防爆型式設(shè)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(yīng)用在國內(nèi)開采條件比較好的特大型礦井。

2.以主流的監(jiān)控子系統(tǒng)橫向擴展來構(gòu)建綜合自動化平臺

它是以一個主要的大型監(jiān)控子系統(tǒng)為基礎(chǔ)，如煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，通過橫向擴展，將其它子系統(tǒng)納入網(wǎng)中，擴充系統(tǒng)的功能。

這一方式存在的問題是：通信協(xié)議不統(tǒng)一，各廠商之間難以協(xié)調(diào)，往往最后只有同一廠商開發(fā)生產(chǎn)的子系統(tǒng)可以并網(wǎng)，綜合的范圍有限;或是降效處理，除主系統(tǒng)外，對其它環(huán)節(jié)及設(shè)備只進行運行狀態(tài)和運行參數(shù)的監(jiān)測，難以實現(xiàn)綜合監(jiān)控的功能。此外，資源配置不合理，主機負擔過重，系統(tǒng)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(tǒng)可靠性低。

目前國內(nèi)該方式已基本淘汰。

3.以組態(tài)軟件方式來構(gòu)建綜合自動化平臺

WINCC、ifix等組態(tài)軟件在國內(nèi)外主要用于子系統(tǒng)的工業(yè)自動化控制應(yīng)用比較廣泛，組態(tài)軟件的定位就是偏向于單系統(tǒng)集控，可靠性比較高，但是用于系統(tǒng)集成層可靠性和穩(wěn)定性還比較欠缺。組態(tài)軟件雖然擁有眾多PLC通訊驅(qū)動，可以很方便的將現(xiàn)場設(shè)備接入，但是在系統(tǒng)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(fā)來實現(xiàn)。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(yè)總線核心部分都不公開。需要學(xué)習很多總線，不同廠家不同類型，都會使技術(shù)人員花費相當時間去學(xué)習，去適應(yīng)。

組態(tài)軟件應(yīng)用分析：組態(tài)軟件，在工業(yè)領(lǐng)域并不陌生，iFix、Wincc等，都是大公司多年技術(shù)積累形成的行業(yè)品牌，組態(tài)的優(yōu)點很多，技術(shù)成熟，穩(wěn)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(tài)來實現(xiàn)綜合自動化，僅僅是把在電廠、大型自動化流水線、工業(yè)過程控制領(lǐng)域成熟的東西應(yīng)用到了煤礦，本質(zhì)還是工業(yè)控制。作為一種技術(shù)，從一個應(yīng)用領(lǐng)域搬到另外一個應(yīng)用領(lǐng)域，兩個應(yīng)用領(lǐng)域之間的行業(yè)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(tài)以及PLC系統(tǒng)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(tǒng)、膠帶運輸系統(tǒng)、工作面系統(tǒng)，以及包括地面的壓風控制、通風控制等等，往往不需要在調(diào)度中心對這些系統(tǒng)進行精確的過程控制。調(diào)度員及時進行遠程操作，拋開專業(yè)水平不說，就工作分工上，他也只需知道這個子系統(tǒng)是否正常運行，根據(jù)礦井全局需要，進行開機或者停機的總體控制，一個子系統(tǒng)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(tài)、現(xiàn)場就能完成的邏輯判斷，沒有必要讓遠程的調(diào)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(dǎo)致運行失?。﹦e無好處，也大大增加了中心計算機的運算負荷。

作為應(yīng)用在煤礦行業(yè)的軟件，組態(tài)軟件目前無法輕松解決以下問題：

（1）安全監(jiān)測、人員定位等以實時監(jiān)測為主的非PLC系統(tǒng)的離散數(shù)據(jù)接入。

（2）礦用系統(tǒng)都是在礦井工業(yè)廣場布置圖和井下采掘圖的基礎(chǔ)上布置設(shè)備的，底圖不可能重新繪制，組態(tài)無法順利導(dǎo)入CAD、專業(yè)GIS系統(tǒng)繪制的圖紙。

（3）調(diào)度室要看，生產(chǎn)隊要看，機電部要看，礦領(lǐng)導(dǎo)要看，非B/S架構(gòu)的組態(tài)的Portal發(fā)布無法完整地遠程異地展示系統(tǒng)平臺。

（4）A礦主要關(guān)心生產(chǎn)，管理圍繞生產(chǎn)數(shù)據(jù)，B礦以安全為重，流程偏向安全處理，組態(tài)功能模塊無法做到以人為本、個性定制。

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

目前國內(nèi)組態(tài)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(yè)非主流廠商在小煤礦實施時采用組態(tài)王等國產(chǎn)組態(tài)平臺

4.煤礦組件式綜合自動化平臺技術(shù)

充分考慮煤礦生產(chǎn)及自動化技術(shù)的特點，以先進而堅實的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)，使兩者有機結(jié)合，充分發(fā)揮其所長，避其之所短。有效地解決了，系統(tǒng)的實時性問題、保護原有投資的問題、設(shè)備選擇范圍問題、資源合理配置問題、系統(tǒng)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(tǒng)的解決方案。

定制軟件應(yīng)用分析：軟件采用開放式平臺開發(fā)，如.net、java等，模塊化規(guī)劃，定制化處理。系統(tǒng)軟件主要包括綜合自動化平臺軟件、增值模塊、系統(tǒng)接入組件等構(gòu)成，綜合自動化系統(tǒng)軟件一般都為公司的自主研發(fā)產(chǎn)品。

由于自制軟件主張推崇的是對子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)利用，雖然該方式是煤礦的理想解決方案，但基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)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(xiàn)場無人值守，過程控制和故障處理、應(yīng)急報警完全自動化，首先子系統(tǒng)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(xiàn)場在值班人員換成系統(tǒng)檢修人員，把就地值班觀察換成調(diào)度室集中管理。除了技術(shù)方面，系統(tǒng)運行理念也需要時間去給這個行業(yè)適應(yīng)。但作為定制軟件是煤礦綜合自動化發(fā)展的長遠趨勢。組件式綜合自動化平臺軟件和組態(tài)軟件架構(gòu)比較如下：

系統(tǒng)架構(gòu)比較：

硬件架構(gòu)比較

比較內(nèi)容 組態(tài)軟件PLC方式接入 子系統(tǒng)上位機接入

系統(tǒng)風險 重構(gòu)子系統(tǒng)控制邏輯，統(tǒng)一控制，風險過于集中 分級控制、風險分散在各子系統(tǒng)

底層執(zhí)行器負擔 PLC數(shù)據(jù)與自身上位機和管控服務(wù)器（或接入服務(wù)器）通訊，增大了子系統(tǒng)PLC數(shù)據(jù)負擔; PLC不增加何負擔，僅與自身上位機通訊

子系統(tǒng)獨立性 直接深入原子系統(tǒng)底層設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被打亂，增加故障排查難度; 保持原子系統(tǒng)獨立性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，故障易于排查

子系統(tǒng)兼容性 無法兼容非PLC系統(tǒng) 軟件接口豐富，能兼容OPC、DDE、FTP等接口，兼容安全監(jiān)控系統(tǒng)等各類非PLC系統(tǒng)

界面美觀 以電機、變頻器、執(zhí)行器為代表的工業(yè)設(shè)備圖庫豐富，但缺少分站、傳感器等各類煤礦專用設(shè)備圖庫，構(gòu)架界面模式相對固定，千篇一律 無專業(yè)圖庫，根據(jù)子系統(tǒng)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(yè)兼容性 僅能完成數(shù)據(jù)瀏覽與控制，無法深入與煤礦管理特色結(jié)合 針對煤礦行業(yè)特色專業(yè)開發(fā)

三、結(jié)語

以上為現(xiàn)在煤礦綜合自動化平臺架構(gòu)的主要方式方法，經(jīng)過分析，利弊已經(jīng)體現(xiàn)，但是選擇何種方式進行平臺建設(shè)，還要根據(jù)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(chǎn)已是現(xiàn)代化煤礦企業(yè)中必不可少的系統(tǒng)程序。

我國煤礦的自動化技術(shù)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(fā)展和提高。

參考文獻

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