黃德君

摘要：隨著煤礦選煤廠生產(chǎn)設(shè)備不斷增加和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)煤礦選煤廠集控自動(dòng)化要求越來越高。本文設(shè)計(jì)了一種煤礦選煤廠集控系統(tǒng)的總體方案，包括了生產(chǎn)集控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)和緊急報(bào)警系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了煤礦選煤廠集控系統(tǒng)的軟硬件。聯(lián)調(diào)和測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性，研制完成的煤礦選煤廠集控系統(tǒng)已經(jīng)成功在多個(gè)煤礦實(shí)際使用。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)集控系統(tǒng)；安全監(jiān)控；調(diào)度通信

中圖分類號(hào)：TD672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）11-0157-03

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通訊、控制技術(shù)及電氣技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的選煤廠集中控制系統(tǒng)有了根本的改變，選煤廠的建設(shè)和改造正努力向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的推廣應(yīng)用是近年來國內(nèi)現(xiàn)代化大型選煤廠的一個(gè)突出特點(diǎn)。近幾年以來，我國的選煤廠的生產(chǎn)規(guī)模大型化趨勢(shì)明顯，選煤廠對(duì)控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平要求也越來越高。

本文設(shè)計(jì)了一套可靠、高效運(yùn)行的選煤廠集控系統(tǒng)方案，該集控系統(tǒng)涵蓋了生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、緊急報(bào)警系統(tǒng)等子系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦選煤廠的控制、監(jiān)測(cè)，極大提高了生產(chǎn)效率、降低了事故率，減少了故障處理時(shí)間。

1 選煤廠集控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

選煤廠集控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括了生產(chǎn)集控、安全監(jiān)控、調(diào)度通信和緊急報(bào)警四個(gè)子系統(tǒng)。模塊之間功能上不是完全獨(dú)立，各模塊相互協(xié)調(diào)完成系統(tǒng)總體的各項(xiàng)功能。

生產(chǎn)集控系統(tǒng)需要滿足對(duì)所有生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控。生產(chǎn)設(shè)備包括破碎設(shè)備、篩分設(shè)備、分選設(shè)備、脫水設(shè)備、噴水設(shè)備、脫介設(shè)備、流體設(shè)備、澄清水設(shè)備等。為了滿足生產(chǎn)集控系統(tǒng)對(duì)所有生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控，需要借助安全監(jiān)控系統(tǒng)將各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備處的視頻監(jiān)控信息通過通信傳輸線傳遞給監(jiān)控主機(jī)，同時(shí)需要緊急報(bào)警系統(tǒng)將探測(cè)到的生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)信息通過CAN總線傳輸?shù)阶罱纳a(chǎn)設(shè)備處的通信分站，通信分站通過通信傳輸線將信息傳輸?shù)缴a(chǎn)集控系統(tǒng)中的監(jiān)控主機(jī)。在生產(chǎn)集控系統(tǒng)處設(shè)置兩個(gè)監(jiān)控主機(jī)的目的在于分別對(duì)視頻監(jiān)控信息進(jìn)行處理備份及對(duì)探測(cè)到的生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行分類管理及處理備份。

此外，生產(chǎn)集控系統(tǒng)需要滿足對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。在各生產(chǎn)設(shè)備處設(shè)立主控站，主控站可以手動(dòng)或自動(dòng)方式控制生產(chǎn)設(shè)備的工作。通過生產(chǎn)集控系統(tǒng)中的監(jiān)控主機(jī)可以與

調(diào)度通信系統(tǒng)中的擴(kuò)音電話可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)方式通過各生產(chǎn)設(shè)備處的主控站對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制，也可以建立生產(chǎn)集控系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)與調(diào)度通信系統(tǒng)中通信分站的直連，通過自動(dòng)控制的方式發(fā)送控制指令給各個(gè)設(shè)備處的主控站，實(shí)現(xiàn)對(duì)各生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)控制。

2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 生產(chǎn)集控系統(tǒng)

生產(chǎn)集控系統(tǒng)依托了安全監(jiān)控、調(diào)度通信、緊急報(bào)警子系統(tǒng)，因此設(shè)計(jì)生產(chǎn)集控系統(tǒng)的硬件需要建立以生產(chǎn)集控系統(tǒng)為核心，以安全監(jiān)控、調(diào)度通信、緊急報(bào)警子系統(tǒng)為分支的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)集控系統(tǒng)的內(nèi)部硬件組織需要滿足可視化管理、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能，硬件組織如圖1所示。

生產(chǎn)集控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置兩個(gè)監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)1負(fù)責(zé)處理安全監(jiān)控系統(tǒng)所傳輸?shù)哪M視頻監(jiān)控信息，將視頻監(jiān)控信息根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域分類，并于大屏顯示器顯示，同時(shí)監(jiān)控主機(jī)1對(duì)分類處理后的視頻監(jiān)控信息存儲(chǔ)備份。大屏顯示器選用?？低暤?5寸超窄邊液晶拼接屏，主體為3*3共9塊55寸液晶拼接屏，拼縫僅有3.5mm。監(jiān)控主機(jī)2負(fù)責(zé)接收緊急報(bào)警系統(tǒng)通過調(diào)度通信系統(tǒng)傳來的探測(cè)狀態(tài)信息，并向調(diào)度通信系統(tǒng)發(fā)送語音或控制指令信息實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的手動(dòng)或自動(dòng)控制，并對(duì)上述信息進(jìn)行備份。生產(chǎn)集控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控主機(jī)1與監(jiān)控主機(jī)2所存儲(chǔ)信息的二次存儲(chǔ)，以便于定期清理兩監(jiān)控主機(jī)空間以滿足后續(xù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理工作。

2.2 安全監(jiān)控系統(tǒng)

安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分由16路監(jiān)控器、網(wǎng)絡(luò)硬盤攝像機(jī)及大屏顯示器組成，硬件組織邏輯如圖2所示。

安全監(jiān)控系統(tǒng)采用16路監(jiān)控器部署在選煤廠的各生產(chǎn)設(shè)備周邊，監(jiān)控器選用KDM2121型紅外防水網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器，網(wǎng)絡(luò)硬盤攝像機(jī)選用NVR2820E型，內(nèi)置4個(gè)SATA硬盤，每個(gè)硬盤最大支持1000G，網(wǎng)絡(luò)硬盤攝像機(jī)的視頻監(jiān)控信息經(jīng)過生產(chǎn)集控系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)1的分類處理后，一方面用于大屏顯示器的顯示，此大屏顯示器即生產(chǎn)集控系統(tǒng)中3*3拼接屏大屏顯示器，另一方面將視頻監(jiān)控信息二次備份到Web服務(wù)器當(dāng)中。

2.3 調(diào)度通信系統(tǒng)

調(diào)度通信系統(tǒng)硬件部分包含了移動(dòng)終端、AP節(jié)點(diǎn)、通信分站和智能擴(kuò)音電話四部分。

移動(dòng)終端以802.11標(biāo)準(zhǔn)無線連接到AP節(jié)點(diǎn)，采用ISM2.4GHz頻段，在選煤廠內(nèi)部署8個(gè)AP節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)終端通過VoIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音通信，連通系統(tǒng)中其他終端設(shè)備和擴(kuò)音電話。AP節(jié)點(diǎn)與通信分站、擴(kuò)音電話之間通過CAN總線連接。呼叫其他終端時(shí)通過SIP協(xié)議建立一對(duì)一語音通信，連接擴(kuò)音電話時(shí)根據(jù)IP地址進(jìn)行廣播式通信。

通信分站支持WiFi通信協(xié)議，充分利用帶寬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)整個(gè)選煤廠進(jìn)行信號(hào)覆蓋，完成與移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)傳輸接口同時(shí)支持PRI、SIP信令中繼協(xié)議和TCP/IP協(xié)議，通過標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議接口與通信分站進(jìn)行對(duì)接。通信分站同時(shí)支持TCP/IP協(xié)議和CAN總線協(xié)議，通過TCP/IP協(xié)議接收傳輸接口的語音數(shù)據(jù)，再通過CAN總線連接擴(kuò)音電話。

智能擴(kuò)音電話采用CAN總線通訊，通過麥克風(fēng)輸入語音數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，并通過CAN收發(fā)器傳輸?shù)娇偩€再由功放輸出語音信號(hào)。擴(kuò)音電話可通過CAN總線與生產(chǎn)集控系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)2建立直接通信。

2.4 緊急報(bào)警系統(tǒng)

緊急報(bào)警系統(tǒng)硬件包含感溫傳感器、測(cè)溫光纖、測(cè)溫主機(jī)、氣體探測(cè)器及報(bào)警控制器，緊急報(bào)警系統(tǒng)硬件組織如圖3所示。endprint

測(cè)溫光纖采用英國約克申塞公司的DTS-FR 50/125um型號(hào)測(cè)溫光纖，測(cè)量距離廣、時(shí)間段、精度高。測(cè)溫主機(jī)采用DIAS DGRF11N，其測(cè)溫范圍廣，含就地顯示器，可直接調(diào)整參數(shù)。通過RS485通訊接口與CAN總線建立通信連接。

氣體探測(cè)器選用DR-600/DR-700有毒氣體探測(cè)器，可檢測(cè)包括甲烷、一氧化碳在內(nèi)的可燃有害氣體，氣體報(bào)警控制器選用DR-ZJ106，通過RS485通訊接口與CAN總線連接。

上述連接測(cè)溫主機(jī)和報(bào)警控制器的CAN總線通過調(diào)度通信系統(tǒng)的通信分站將探測(cè)的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)給生產(chǎn)集控系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)2，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)集控系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)、有害氣體排放情況的監(jiān)控。監(jiān)控主機(jī)將監(jiān)控信息存儲(chǔ)備份，并二次備份到Web服務(wù)器。

3 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)

生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)的軟件是一個(gè)面向方案的HMI//SCADA平臺(tái)軟件。它包含開發(fā)系統(tǒng)（Draw）、界面運(yùn)行系統(tǒng)（View）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DB）、I/O驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)通信程序等組成部分。

生產(chǎn)集控系統(tǒng)軟件主要包括設(shè)備狀態(tài)顯示界面和遠(yuǎn)程控制界面。這兩個(gè)界面主要使用了圖形對(duì)象顏色變化連接，即條件表達(dá)式值為真時(shí)，圖形對(duì)象底色為綠色，條件表達(dá)式值為假時(shí)，圖形對(duì)象底色為紅色。

建立數(shù)據(jù)庫連接成功后，如選擇遠(yuǎn)程控制界面，則填寫腳本，動(dòng)作腳本都是事件驅(qū)動(dòng)的，事件可以是數(shù)據(jù)改變、條件、鼠標(biāo)或鍵盤、計(jì)時(shí)器等。例如，在按下某一個(gè)按鈕，打開某個(gè)窗口或當(dāng)某一個(gè)變量的值變化時(shí)，用腳本觸發(fā)一系列的邏輯控制，改變變量的值，改變圖形對(duì)象的顏色、大小，控制圖形對(duì)象的運(yùn)動(dòng)等。首先，在“按下鼠標(biāo)”頁的腳本編輯器中，填寫腳本。在腳本中，將該矩形對(duì)象所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫點(diǎn)的PV參數(shù)值置為1，該數(shù)據(jù)庫點(diǎn)已與邏輯編程控制器中的寄存器進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在PV=1時(shí)，邏輯編程控制器輸出信號(hào)，設(shè)備開始運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了軟件的遠(yuǎn)程控制啟動(dòng)功能。

3.2 調(diào)度通信系統(tǒng)

調(diào)度通信系統(tǒng)中移動(dòng)終端與AP節(jié)點(diǎn)之間的通過WiFi連接，語音傳輸采用VoWLAN的方式，符合IEEE802.11協(xié)議，WiFi語音軟件的設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

用戶注冊(cè)模塊包含了WiFi移動(dòng)終端、注冊(cè)服務(wù)器、位置服務(wù)器、代理服務(wù)器，注冊(cè)服務(wù)器存儲(chǔ)服務(wù)器連接信息，以供將來連接時(shí)使用，位置服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)注冊(cè)服務(wù)器中現(xiàn)有的IP地址，代理服務(wù)器接受認(rèn)證請(qǐng)求并發(fā)送是否允許注冊(cè)的指令。

4 聯(lián)調(diào)與測(cè)試

4.1 選煤廠集控系統(tǒng)軟件測(cè)試

在系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)與測(cè)試時(shí)，生產(chǎn)集控系統(tǒng)軟件的用戶界面設(shè)計(jì)成功模擬了采煤工作面的實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)。

該軟件通過判斷實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中點(diǎn)PV參數(shù)的狀態(tài)，在用戶界面中利用圖形對(duì)象顏色的變化進(jìn)行相應(yīng)的顯示，成功實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能。

4.2 安全監(jiān)控軟件測(cè)試

通過安全監(jiān)控軟件開發(fā)掘進(jìn)巷道安全集控系統(tǒng)監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和保護(hù)傳感器的狀態(tài)，軟件具備設(shè)備運(yùn)行記錄查詢，報(bào)警信息查看，軟件參數(shù)設(shè)置等功能，通過改變傳感器信號(hào)狀態(tài)，觀察顯示屏信息顯示狀態(tài)，測(cè)試發(fā)現(xiàn)信號(hào)反應(yīng)速度快，大約在1秒鐘顯示屏信號(hào)改變。

5 結(jié)語

選煤廠集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)注重各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，選煤廠集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含了生產(chǎn)集控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、緊急報(bào)警系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)選煤廠的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及手動(dòng)自動(dòng)控制，并確保了生產(chǎn)的安全性，該選煤廠集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案已在多個(gè)選煤廠投入使用，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性，為后期規(guī)模化使用做了準(zhǔn)備。

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Abstract：With the continuous increase of production equipment and scale of production in coal preparation plant， the automation of centralized control in coal preparation plant is getting higher and higher. In this paper， an overall plan of centralized control system for coal preparation plant is designed， including production control system， safety monitoring system， dispatching communication system and emergency alarm system. The software and hardware of the centralized control system of coal preparation plant are specifically designed and realized . The joint adjustment and test results verify the correctness of the design scheme. The integrated control system of the coal preparation plant has been successfully used in many coal mines.

Key Words：production control system； safety monitoring； dispatching communicationendprint