文/孫廣軍

大型煤礦自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與應用

文/孫廣軍

大型煤礦自動化控制系統(tǒng)，能夠節(jié)省大量傳輸線路鋪設(shè)和維護費用，一次投資，長期受益，并能較好地實現(xiàn)礦井的數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動化、井下工業(yè)電視、安全檢測、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和科學化，提高礦井的勞動效率及現(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

通過對系統(tǒng)現(xiàn)狀分析，迫切需要基于現(xiàn)有系統(tǒng)，建立一個集中而統(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（工業(yè)以太網(wǎng)），將現(xiàn)有的各個監(jiān)測系統(tǒng)依托通訊網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)交換完整地集成在一起。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的軟件界面，實現(xiàn)工況信息的實時顯示和遠程控制，實現(xiàn)各系統(tǒng)的無人值守，只有巡檢工進行巡視和維護，并在建立數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)事故預案系統(tǒng)，以提高應對突發(fā)事故的能力；建立歷史事件審計系統(tǒng)和事故追憶功能，以便對整個系統(tǒng)進行審計和評估；建立WEB發(fā)布系統(tǒng)，實現(xiàn)全面的信息發(fā)布平臺和資源共享。

二、系統(tǒng)集成

1.傳輸通道集成要點

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

（2）穩(wěn)定、可靠性。由于井下工業(yè)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程控制，在調(diào)度指揮中心就可以實現(xiàn)控制井下主要的皮帶運輸、變電所的停送電、主扇風機的起?？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。由于井下自動化工控系統(tǒng)要實現(xiàn)井下的實時數(shù)據(jù)采集、遠程控制、監(jiān)測等，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)點可同時發(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)。因為整個工業(yè)以太網(wǎng)和礦局域網(wǎng)在物理上是相連的，其安全風險主要來自于局域網(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)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的隔離，并進行訪問控制和認證支持，礦局域網(wǎng)上的任何一臺PC機要訪問工業(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)常面臨著計算機病毒、系統(tǒng)陷阱、黑客攻擊、Web站點癱瘓等諸多問題。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)運行的核心，必須有一個強大、統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)支持。提供預警、配置、統(tǒng)計等功能，提高解決故障的時效及為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)。網(wǎng)管系統(tǒng)應直觀統(tǒng)一、操作簡單，要做到故障管理、性能管理、配置管理和安全管理。

（8）擴展性。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要為未來的發(fā)展提供良好的擴展接口。隨著業(yè)務的增長，網(wǎng)絡(luò)的擴展和升級是不可避免的事情。通過模塊化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計和模塊化的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，能為網(wǎng)絡(luò)提供很強的擴展和升級能力。

2.軟件平臺集成要點

（1）兼容性。各自動化子系統(tǒng)采用不同的控制技術(shù)，數(shù)據(jù)表達格式不統(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)備的實時工況信息，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫鏈接。

（2）集成的編程和組態(tài)。實現(xiàn)從設(shè)計、編程、硬件組態(tài)、測試到遠程維護的全過程組態(tài)應用，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，使用戶操作起來輕松自如。

（3）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。保證所有的數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中進行管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一旦輸入，在整個系統(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)應具有較強的身份認證、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。整個礦井自動化信息實時共享，通過WEB發(fā)布平臺，通過授權(quán)的人員可隨時瀏覽系統(tǒng)狀態(tài)，實現(xiàn)資源利用最大化。

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

3.軟件平臺的實現(xiàn)

（1）NetLinx軟件構(gòu)架平臺，實現(xiàn)全過程的組態(tài)應用。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，可以在任何時刻、對網(wǎng)上任何設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集。通過它，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）實時監(jiān)測監(jiān)控。實時監(jiān)測監(jiān)控煤礦各控制子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運行狀態(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，在任何一個操作站上，操作人員根據(jù)授權(quán)可以監(jiān)控各子自動化系統(tǒng)。

（3）事故預案系統(tǒng)。當出現(xiàn)突發(fā)事故，系統(tǒng)能據(jù)實時的工況信息和預先編制的策略提供事故處理方案，保證了各系統(tǒng)的聯(lián)動和信息的綜合利用，為領(lǐng)導決策提供了可靠的依據(jù)。

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

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

（6）數(shù)據(jù)分析。通過分析歷史數(shù)據(jù)，增強對系統(tǒng)的全面了解，為制定詳細周密更切合實際的檢修計劃提供科學依據(jù)。減少發(fā)現(xiàn)和排除故障時間，有效降低設(shè)備的運行維護成本。

三、結(jié)論

隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，越來越多高產(chǎn)高效礦井的出現(xiàn)，對自動化控制系統(tǒng)的依賴程度也越來越高。這就要求在設(shè)計大型煤礦自動化控制系統(tǒng)的時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、生產(chǎn)指揮等系統(tǒng)的兼容與融合，解決眾多系統(tǒng)單獨分散的問題，綜合布線，避免各自獨立，自成一體，既浪費資源、重復建設(shè)，又無法協(xié)同一體。應讓各系統(tǒng)在統(tǒng)一的平臺共同發(fā)揮作用，為建設(shè)現(xiàn)代化礦井作出貢獻。

神華神東煤炭集團榆家梁煤礦）

李元）