彭小平

【摘要】本文是針對(duì)煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)技術(shù)使用的探討。不同的架構(gòu)方式影響著煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展。通過(guò)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(dòng)化平臺(tái)

一、煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，促使煤礦向信息化、自動(dòng)化方向發(fā)展，導(dǎo)致煤礦現(xiàn)有系統(tǒng)越來(lái)越多、結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，形成分散、孤立的多個(gè)單一系統(tǒng)，不便于統(tǒng)一維護(hù)及管理。針對(duì)這些問(wèn)題有必要為煤礦構(gòu)建一套礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)，輔助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)決策，系統(tǒng)采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口采集各生產(chǎn)單位監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在調(diào)度室實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控各系統(tǒng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)單位少人及無(wú)人值守。

國(guó)外目前一般采用的是各子系統(tǒng)用獨(dú)立信道上井，集中在地面控制室進(jìn)行監(jiān)視。或者在地面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息的共享。

國(guó)內(nèi)煤礦綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程與國(guó)外采煤發(fā)達(dá)國(guó)家相似，走先單機(jī)自動(dòng)化、單個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，再完成全礦井的綜合自動(dòng)化的發(fā)展路線。

二、煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)的大中型煤礦已不同程度地實(shí)現(xiàn)了單機(jī)自動(dòng)化和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)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(jìn)行了實(shí)現(xiàn)礦井綜合自動(dòng)化的償試。

目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)綜合的幾種方式：

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

在一些自然條件優(yōu)越、開采方式簡(jiǎn)單、資金雄厚的新建的大型煤礦，采用了美國(guó)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(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了除采煤設(shè)備外井下大部分設(shè)備的綜合自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、層次清晰。

缺點(diǎn)是：投資大、受自然條件的限制，用戶對(duì)設(shè)備的選擇權(quán)很小，不能保護(hù)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(wèn)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(shí)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(hào)隔離。使用不便且價(jià)格昂貴，也限制了推廣使用。

目前主要應(yīng)用在國(guó)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(kuò)展來(lái)構(gòu)建綜合自動(dòng)化平臺(tái)

它是以一個(gè)主要的大型監(jiān)控子系統(tǒng)為基礎(chǔ)，如煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)橫向擴(kuò)展，將其它子系統(tǒng)納入網(wǎng)中，擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。

這一方式存在的問(wèn)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(duì)其它環(huán)節(jié)及設(shè)備只進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)，難以實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控的功能。此外，資源配置不合理，主機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重，系統(tǒng)效率低，實(shí)時(shí)性下降，有可能無(wú)法足要求。從運(yùn)行的安全性考慮，這一方式的要點(diǎn)過(guò)于集中，系統(tǒng)可靠性低。

目前國(guó)內(nèi)該方式已基本淘汰。

3.以組態(tài)軟件方式來(lái)構(gòu)建綜合自動(dòng)化平臺(tái)

WINCC、ifix等組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)外主要用于子系統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)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(dòng)，可以很方便的將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入，但是在系統(tǒng)集成方面功能相對(duì)比較弱，對(duì)于用戶提出的需求很難通過(guò)二次開發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且維護(hù)相對(duì)比較難，資料等都必須很全。維護(hù)人員水平相對(duì)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(xí)很多總線，不同廠家不同類型，都會(huì)使技術(shù)人員花費(fèi)相當(dāng)時(shí)間去學(xué)習(xí)，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(diǎn)很多，技術(shù)成熟，穩(wěn)定、可靠，界面友好、圖庫(kù)豐富，能與底層PLC直接通訊。對(duì)于用組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，僅僅是把在電廠、大型自動(dòng)化流水線、工業(yè)過(guò)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(gè)應(yīng)用領(lǐng)域搬到另外一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域之間的行業(yè)差距，肯定不能忽視。自動(dòng)控制、過(guò)程控制、精確控制，這個(gè)是組態(tài)以及PLC系統(tǒng)的專長(zhǎng)，但目前以粗放型管理為主要模式的煤礦，對(duì)PLC的這些特點(diǎn)需求不是很強(qiáng)。對(duì)于在井下的變電所系統(tǒng)、膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)、工作面系統(tǒng)，以及包括地面的壓風(fēng)控制、通風(fēng)控制等等，往往不需要在調(diào)度中心對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行精確的過(guò)程控制。調(diào)度員及時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，拋開專業(yè)水平不說(shuō)，就工作分工上，他也只需知道這個(gè)子系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，根據(jù)礦井全局需要，進(jìn)行開機(jī)或者停機(jī)的總體控制，一個(gè)子系統(tǒng)啟動(dòng)流程有很多步驟，比如壓風(fēng)機(jī)，要判斷汽包壓力、電機(jī)狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)就能完成的邏輯判斷，沒(méi)有必要讓遠(yuǎn)程的調(diào)度中心計(jì)算機(jī)來(lái)處理，除了增大風(fēng)險(xiǎn)（流程運(yùn)行中間如果通信中斷會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行失敗）別無(wú)好處，也大大增加了中心計(jì)算機(jī)的運(yùn)算負(fù)荷。

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

（1）安全監(jiān)測(cè)、人員定位等以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(chǎng)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(wú)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(duì)要看，機(jī)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(wú)法完整地遠(yuǎn)程異地展示系統(tǒng)平臺(tái)。

（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(wú)法做到以人為本、個(gè)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(wèn)題直接暴露出組態(tài)軟件的局限性。

目前國(guó)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(shí)施時(shí)采用組態(tài)王等國(guó)產(chǎn)組態(tài)平臺(tái)

4.煤礦組件式綜合自動(dòng)化平臺(tái)技術(shù)

充分考慮煤礦生產(chǎn)及自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)，以先進(jìn)而堅(jiān)實(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)，使兩者有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮其所長(zhǎng)，避其之所短。有效地解決了，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題、保護(hù)原有投資的問(wèn)題、設(shè)備選擇范圍問(wèn)題、資源合理配置問(wèn)題、系統(tǒng)的包容性和擴(kuò)展問(wèn)題，是一個(gè)適合我國(guó)國(guó)情的具有較高性能價(jià)格比的煤礦礦井綜合自動(dòng)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(tái)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(dòng)化平臺(tái)軟件、增值模塊、系統(tǒng)接入組件等構(gòu)成，綜合自動(dòng)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(duì)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(wú)人值守，是指現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，過(guò)程控制和故障處理、應(yīng)急報(bào)警完全自動(dòng)化，首先子系統(tǒng)很難達(dá)到這個(gè)程度，即使達(dá)到，大部分用戶管理角度還不習(xí)慣把現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行理念也需要時(shí)間去給這個(gè)行業(yè)適應(yīng)。但作為定制軟件是煤礦綜合自動(dòng)化發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)趨勢(shì)。組件式綜合自動(dòng)化平臺(tái)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(jī)接入

系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn) 重構(gòu)子系統(tǒng)控制邏輯，統(tǒng)一控制，風(fēng)險(xiǎn)過(guò)于集中 分級(jí)控制、風(fēng)險(xiǎn)分散在各子系統(tǒng)

底層執(zhí)行器負(fù)擔(dān) PLC數(shù)據(jù)與自身上位機(jī)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(fù)擔(dān); PLC不增加何負(fù)擔(dān)，僅與自身上位機(jī)通訊

子系統(tǒng)獨(dú)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(dú)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(wú)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(jī)、變頻器、執(zhí)行器為代表的工業(yè)設(shè)備圖庫(kù)豐富，但缺少分站、傳感器等各類煤礦專用設(shè)備圖庫(kù)，構(gòu)架界面模式相對(duì)固定，千篇一律 無(wú)專業(yè)圖庫(kù)，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(qiáng)，個(gè)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(wú)法深入與煤礦管理特色結(jié)合 針對(duì)煤礦行業(yè)特色專業(yè)開發(fā)

三、結(jié)語(yǔ)

以上為現(xiàn)在煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)架構(gòu)的主要方式方法，經(jīng)過(guò)分析，利弊已經(jīng)體現(xiàn)，但是選擇何種方式進(jìn)行平臺(tái)建設(shè)，還要根據(jù)煤礦具體情況分析使用。無(wú)論選擇何種方式，煤礦綜合自動(dòng)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(guó)煤礦的自動(dòng)化技術(shù)還遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)國(guó)家水平，存在這許多有待于探索和解決的問(wèn)題，需要在今后的實(shí)際過(guò)程中不斷的發(fā)展和提高。

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