張宏進

（西山煤電集團公司杜兒坪礦，山西 太原 030022）

·技術經驗·

杜兒坪礦綜合自動化改造技術的應用

張宏進

（西山煤電集團公司杜兒坪礦，山西 太原 030022）

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，礦井信息化、數(shù)字化的要求不斷提高，杜兒坪礦在綜合自動化礦井改造方面進行了一些探索，在原有工業(yè)以太網(wǎng)和子系統(tǒng)的基礎上，利用現(xiàn)代計算機技術、網(wǎng)絡技術、工業(yè)控制技術對礦井進行自動化改造，打造數(shù)字化示范礦井，實現(xiàn)遠程監(jiān)測、監(jiān)控。子系統(tǒng)自動化水平參差不齊，如何對不同子系統(tǒng)進行軟硬件的接入，是本次自動化改造的重點。本文論述了該礦自動化系統(tǒng)的技術方案及系統(tǒng)的主要功能和接入方式。

工業(yè)以太網(wǎng)；自動化改造；監(jiān)測監(jiān)控

西山煤電集團公司杜兒坪礦是一個有著50多年歷史的老礦，經過幾次改擴建，已成為一個年產500萬t的國有大中型礦井。目前，礦井有主通風機房4座，地面變電站3個，井下變電所10個，壓風機3臺供井下風動設備，副斜井絞車為升降物料所用，強力皮帶將煤炭輸送至地面選矸車間，地面變電站、主通風機房經過2010年自動化改造后，已初步搭建了監(jiān)控平臺，可實現(xiàn)電力調度對地面變電站風機房的遠程監(jiān)測，但不能滿足現(xiàn)代化礦井信息化、自動化的要求，該礦利用現(xiàn)有礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，按煤礦“裝備現(xiàn)代化、系統(tǒng)自動化、管理信息化”要求，建成一個集礦井各大系統(tǒng)集中控制的綜合自動化系統(tǒng)，來實現(xiàn)自動化系統(tǒng)安全一體化管理，為安全與生產管理、控制井下人員數(shù)量打好堅實的基礎。通過視頻監(jiān)控、電子巡檢系統(tǒng)的有機結合，達到綜合控制與綜合管理的目的，實現(xiàn)礦井的安全生產。

1 杜兒坪礦綜合自動化改造技術的應用

1．1 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)以全礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為信息傳輸網(wǎng)絡，改造原系統(tǒng)中不適用于集控的部分，對網(wǎng)絡中各個子系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。調度中心為雙服務器千兆以太網(wǎng)。組態(tài)軟件為IFIX冗余系統(tǒng)。各工作站（風機房、變電站等）功能相同，可用于對各子系統(tǒng)進行監(jiān)測與控制，實際使用時可互為備用。系統(tǒng)能實時顯示各膠帶輸送機、壓風機、通風機、提升機、泵房、變電所、變電站、工作面等相關設施及所有信息狀況；當被測參數(shù)超限、保護動作及設備運行狀態(tài)改變后，發(fā)出語音、文字告警提示。具有遠程啟動、停止、復位和測試功能，并可進行地面遠程編程、故障（保護）屏蔽及控制方式轉換等功能控制?？蓽蚀_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。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計、匯總功能，并具有網(wǎng)絡接口，可上傳至礦調度中心。系統(tǒng)采用UPS供電，能夠為系統(tǒng)提供不低于6 h的連續(xù)供電，保證系統(tǒng)連續(xù)運行。這次改造實現(xiàn)井下變電所的無人職守；通風機、壓風機集中控制；地面變電所在安全生產控制中心的遠程監(jiān)控；真正實現(xiàn)先進的工業(yè)控制網(wǎng)絡結構，使整個系統(tǒng)配置合理，信息共享，提高指揮效率和生產率，達到減人提效的目的。

1．2 系統(tǒng)接入方式

系統(tǒng)全部預留以太網(wǎng)接入接口通訊形式，使用統(tǒng)一的通訊協(xié)議或OPC驅動服從整個杜兒坪煤礦綜合自動化的信息平臺。線纜接入方式有三種：當子系統(tǒng)與交換機的距離在100 m之內時，通過阻燃雙絞線接入到環(huán)網(wǎng)中。當井下子系統(tǒng)與交換機的距離超過100 m，采用礦用本安型數(shù)據(jù)光端機、串口服務器或二級交換機，通過單模光纖接入到環(huán)網(wǎng)中。當?shù)孛孀酉到y(tǒng)與與交換機的距離超過100 m，采用單模光纖收發(fā)器或二級交換機接入到環(huán)網(wǎng)中。硬件接入方式有4種：

1）上位機接入方式。有些自動化系統(tǒng)比較簡單，沒有以太網(wǎng)接口，但有上位機，可以在該上位機上增加通訊網(wǎng)卡支持，與附近的交換機進行物理上的網(wǎng)絡聯(lián)接。

上位機接入方式見圖1。

2）PLC接入方式。有些自動化系統(tǒng)采用PLC進行控制，可以對PLC增加以太網(wǎng)模塊或支持ProfiNet的以太網(wǎng)模塊，與交換機進行物理上的網(wǎng)絡聯(lián)接。PLC接入方式見圖2。

圖2 PLC接入方式示意圖

系統(tǒng)的通訊如采用PROFINET方式，PLC的以太網(wǎng)通訊卡要求支持PROFINET功能，與西門子的S7 -300 PLC配套的是新CP343-1通訊板卡，與西門子S7-400 PLC配套的CP443-1 ADVANCED通訊板卡。

3）子網(wǎng)絡接入方式。有些自動化系統(tǒng)已經很成熟，并且自成網(wǎng)絡，對外有統(tǒng)一的以太網(wǎng)接口，可以通過此RJ45接口與交換機進行物理上的網(wǎng)絡聯(lián)接。子網(wǎng)絡接入方式見圖3。

4）擴展接入方式。有些自動化系統(tǒng)不僅沒有以太網(wǎng)接口，而且也沒有上位機，但該系統(tǒng)支持profibus等現(xiàn)場總線或RS485，可以增加1臺PLC或串口服務器，通過擴展方式轉化成以太網(wǎng)接口與交換機進行物理上的網(wǎng)絡聯(lián)接。擴展接入方式示意圖見圖4。

圖3 子網(wǎng)絡接入方式示意圖

圖4 擴展接入方式示意圖

1．3 調度指揮中心

電力綜合監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)中心是綜合監(jiān)測監(jiān)控中心的核心設施，是綜合自動化網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的最終表現(xiàn)形式、監(jiān)控終端及信息中轉站，集指揮、控制于一身。借助大屏幕投影顯示系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、LED顯示屏等，在調度指揮中心可實現(xiàn)對各個監(jiān)控子系統(tǒng)的集中監(jiān)視、監(jiān)控。根據(jù)該礦綜合自動化改造的初步設計，調度數(shù)據(jù)中心在原基礎上，還需增設1臺數(shù)據(jù)庫服務器、2臺管控服務器、1臺WEB服務器、1臺數(shù)據(jù)采集服務器、6臺工程師站、1臺防火墻、1套網(wǎng)絡版殺毒軟件，1臺激光網(wǎng)絡打印機。調度中心的拓撲結構見圖5。

圖5 機電調度中心拓撲圖

2 總 結

綜合自動化改造是一個系統(tǒng)而復雜的過程，包含自動控制技術、網(wǎng)絡技術、計算機技術等，以信息化、自動化為目標，以礦井工業(yè)以太網(wǎng)為基礎，通過多種接入方式，對變電站、主通風機、主提升等系統(tǒng)進行接入，實現(xiàn)調度指揮中心統(tǒng)一集中控制，減少了人員勞動強度，降低了安全隱患，提高了生產效率，為安全管理、安全生產打下堅實的基礎。

TD67

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2013-07-27

張宏進（1963—），男，山西運城人，2010年畢業(yè)于山西煤炭職工聯(lián)合大學，工程師，主要從事煤礦機電技術管理工作（E-mail）dk6203117＠163．com