李曉彤,尹少榮

（寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院，寧夏銀川，750001）

組態(tài)軟件WinCC在數(shù)字礦山生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

李曉彤,尹少榮

（寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院，寧夏銀川，750001）

為滿足安全、高效、綠色、智能的數(shù)字化礦山的建設(shè)，本文研究了煤礦生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)；分析了組態(tài)軟件與PLC連接,采集監(jiān)控子系統(tǒng)的信號,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的過程；介紹了組態(tài)軟件WinCC在煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的功能，并就其運(yùn)行監(jiān)測畫面進(jìn)行了描述。

WinCC;組態(tài)軟件;數(shù)字礦山;生產(chǎn)綜合監(jiān)控

0 引言

近年來，我國煤炭新增產(chǎn)能不斷增加，是煤炭行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇期。根據(jù)國家政策的要求：通過信息化對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造實(shí)現(xiàn)升級換代，以促進(jìn)工業(yè)企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。煤炭生產(chǎn)、安全及節(jié)能減排等政策出臺，對煤礦生產(chǎn)、安全和科技發(fā)展提出了要求。煤炭生產(chǎn)技術(shù)逐步升級，從自動(dòng)化向信息化和智能化生產(chǎn)過渡。本文結(jié)合神華寧煤集團(tuán)某煤礦生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的改造方案，先簡單介紹了數(shù)字礦山的架構(gòu)及生產(chǎn)綜合監(jiān)控的組成，隨后重點(diǎn)探討了組態(tài)軟件WinCC在數(shù)字礦山生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。本課題來源于寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院支持項(xiàng)目“《煤礦自動(dòng)化》重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目”。

圖1 數(shù)字礦山架構(gòu)

1 數(shù)字礦山架構(gòu)概述

數(shù)字礦山的應(yīng)用架構(gòu)自下而上分為設(shè)備層、控制層、生產(chǎn)執(zhí)行層、經(jīng)營管理層、決策支持層，如圖1所示。

生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)即為圖1中L2控制層。

2 生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)概述

生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺、生產(chǎn)綜合監(jiān)控子系統(tǒng)以及平臺接口是數(shù)字礦山生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。

2.1 生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺

生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺是生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心，涵蓋礦井的主要生產(chǎn)流程，以及供電、供排水、環(huán)保、通信、安全保障等方面內(nèi)容，主要完成對現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)與檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和控制的集成，為現(xiàn)場運(yùn)行人員提供一個(gè)整體的展現(xiàn)，其軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在本項(xiàng)目中，人機(jī)界面采用組態(tài)界面，為生產(chǎn)流程的可視化和集中化管理提供了可能。通過組態(tài)界面與各子系統(tǒng)的硬件接口相結(jié)合，可觀看到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況與運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 生產(chǎn)綜合監(jiān)控子系統(tǒng)

本項(xiàng)目綜合監(jiān)控子系統(tǒng)包含：井下/井上皮帶集控子系統(tǒng)、副井提升監(jiān)控子系統(tǒng)、井下排水集控子系統(tǒng)、主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)、電力監(jiān)控子系統(tǒng)等10余各子系統(tǒng)的總體集成。

圖2 生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺軟件結(jié)構(gòu)圖

圖3 為本項(xiàng)目采區(qū)監(jiān)控組態(tài)界面示意圖

2.3 生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺接口設(shè)計(jì)

生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺與各子系統(tǒng)的接口主要是通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換與信息共享，要求在網(wǎng)絡(luò)級和串口級提供多種符合國際主流標(biāo)準(zhǔn)的接口方式，便于各種子系統(tǒng)的接入，能夠集成不同廠家的硬件設(shè)備和軟件產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間互操作，并將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成。

2.3.1 系統(tǒng)硬件接口方式

煤礦有幾十個(gè)監(jiān)控監(jiān)測子系統(tǒng)，根據(jù)控制點(diǎn)的分布及各子系統(tǒng)的接口特點(diǎn)，規(guī)劃了以下4種接入方式：上機(jī)位接入、PLC接入、子網(wǎng)絡(luò)接入、擴(kuò)展接入。

本項(xiàng)目采用PLC接入方式，通過對PLC增加以太網(wǎng)模塊，與交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)連接。系統(tǒng)使用了西門子S7-300PLC進(jìn)行控制,該系列PLC采用模塊結(jié)構(gòu)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、硬件配套齊全，具有高速的計(jì)算能力。本項(xiàng)目采用PLC與組態(tài)軟件相結(jié)合，為監(jiān)控系統(tǒng)提供良好的人機(jī)界面。

2.3.2 系統(tǒng)軟件接口方式

各子系統(tǒng)與采集服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信有OPC通信、驅(qū)動(dòng)通信、DDE/NetDDE通信和自主開發(fā)4種方式。

本項(xiàng)目采用OPC通信，OPC是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通信標(biāo)準(zhǔn)，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 . 提升機(jī)速度實(shí)時(shí)監(jiān)控曲線

3 組態(tài)軟件WinCC在生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的功能

本項(xiàng)目監(jiān)控界面的開發(fā)軟件采用的是WinCC組態(tài)王軟件,它通過PLC的通信模塊實(shí)現(xiàn)連接,自動(dòng)動(dòng)態(tài)地采集監(jiān)控子系統(tǒng)的信號,對監(jiān)控的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。組態(tài)王軟件功能強(qiáng)大、組態(tài)靈活方便，具有適應(yīng)能力強(qiáng)、開放空間大、便于擴(kuò)展、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。可針對煤礦系統(tǒng)的特點(diǎn)，靈活設(shè)計(jì)動(dòng)畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線顯示等諸多功能，并能保存歷史數(shù)據(jù)為系統(tǒng)分析使用。

WinCC組態(tài)軟件可以具體完成監(jiān)控生產(chǎn)的功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程實(shí)時(shí)管理。由于煤礦生產(chǎn)中裝備多、子系統(tǒng)交錯(cuò)、在地面及井下分布復(fù)雜，基于組態(tài)軟件的生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建立可以有效地幫助監(jiān)控調(diào)度人員及時(shí)調(diào)整設(shè)備，為各級管理部門提供了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，保證了生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。圖3為本項(xiàng)目采區(qū)監(jiān)控組態(tài)界面示意圖。

此外，WinCC組態(tài)軟件可提供靈活的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示功能。結(jié)合裝備安全運(yùn)行的多參數(shù)模型，通過比較當(dāng)前和歷史趨勢數(shù)據(jù)，可以及早報(bào)告故障隱患，并且通過對事故前后實(shí)時(shí)記錄的歷史數(shù)據(jù)分析，可以精確定位事故發(fā)生的原因，以避免事故的再次發(fā)生。

4 WinCC環(huán)境下的運(yùn)行監(jiān)測畫面

4.1 井下/井上皮帶集控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)實(shí)際反映了礦井的所有皮帶機(jī)的運(yùn)行狀況，包括有每條皮帶的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警，以及電機(jī)的電壓電流、電機(jī)溫

圖6 提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

圖7 篩分儲(chǔ)煤監(jiān)控子系統(tǒng)

度、皮帶運(yùn)行速度、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，為井下安全、高效生產(chǎn)做好有力保障。如圖5所示。

4.2 提升機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)對提升裝置的工作方式、電源、油壓、提升速度、位置以及各種保護(hù)等重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)生故障及時(shí)記錄。為調(diào)度人員及時(shí)維護(hù)和設(shè)備運(yùn)行分析提供關(guān)鍵平臺。如圖6所示。

4.3 篩分儲(chǔ)煤監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)包含篩分儲(chǔ)煤系統(tǒng)中所有刮板機(jī)和皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警，對大功率機(jī)電設(shè)備的電壓電流、溫度等實(shí)時(shí)采集。如圖7所示。

5 結(jié)語

WinCC組態(tài)軟件操作簡單，使用方便，具備人機(jī)交流界面友好的特點(diǎn)?；诮M態(tài)軟件WinCC的煤礦生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了煤炭行業(yè)的數(shù)字化和信息化管理水平，有效的避免和減少安全事故的發(fā)生，對煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)、文明生產(chǎn)、科學(xué)生產(chǎn)具有重要的意義。

[1] 孫方.組態(tài)軟件iFIX在煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用.第21屆全國煤礦自動(dòng)化與信息化學(xué)術(shù)會(huì)議

[2] 葛卉婷.監(jiān)控組態(tài)軟件在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用.山東煤炭科技， 2014,5

[3] 神華集團(tuán)數(shù)字礦山規(guī)劃項(xiàng)目組.神華集團(tuán)數(shù)字礦山規(guī)劃研究.煤炭工業(yè)出版社.2012

WinCC configuration software in the application of digital mine production comprehensive monitoring system

Li Xiaotong,Yin Shaorong
(industrial vocational college in ningxia, ningxia yinchuan,750001)

To meet the safe,efficient,green,intelligent digital mine construction,this paper studies the characteristics of production of coal mine integrated monitoring system;Analysis of the configuration software and PLC connection,acquisition signal monitoring subsystem,realizes the remote monitoring process; The WinCC configuration software is introduced in the production of coal mine monitoring system function, and described its operation monitoring picture.

WinCC configuration software；digital mine；comprehensive monitoring of production