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        數(shù)字化礦山綜合自動(dòng)化平臺(tái)技術(shù)使用的討論

        2014-10-21 12:55:13彭小平
        電子世界 2014年23期
        關(guān)鍵詞:組態(tài)子系統(tǒng)煤礦

        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。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李海東.煤礦自動(dòng)化的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].煤礦現(xiàn)代化,2009 (05):33-35.

        [2]李秀.我國(guó)煤礦自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)對(duì)途徑[J].科技咨詢,2012(03):21-23.

        [3]于靜.淺議未來(lái)煤礦自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)科技博覽,2011(12):15-17.

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