仝衛(wèi)兵

（大同煤礦集團朔州煤電有限公司安全應(yīng)急防控中心 ，山西 懷仁 038300）

0 引言

煤礦綜合自動化平臺是根據(jù)管控一體化思想，以三層物理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合自動化，信息、計算機、網(wǎng)絡(luò)、通訊的新理論和技術(shù)，采用世界先進的自動化產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和數(shù)據(jù)庫軟件、控制軟件，將煤礦生產(chǎn)管理的各個環(huán)節(jié)，統(tǒng)一在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上，形成一個統(tǒng)一、完整的有機整體。煤礦綜合自動化系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)自動化、信息化的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。通過新興物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，可提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)能力和信息管理能力，充分實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)過程的機械化和自動化、生產(chǎn)系統(tǒng)的信息化和智能化，提升企業(yè)整體安全生產(chǎn)水平。所以確保過程控制層數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝浴蚀_性、可靠性、安全性是其關(guān)鍵[1]。

1 小峪煤礦綜合自動化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前小峪煤礦綜合自動化平臺數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)水平較低，只有井上/井下皮帶集控子系統(tǒng)、井下排水集控子系統(tǒng)、井下防爆絞車集控子系統(tǒng)采用了西門子PLC300控制器直接接入井上中央PLC控制器，現(xiàn)場數(shù)據(jù)參數(shù)等由井下PLC300通過以太環(huán)網(wǎng)S7通信傳輸?shù)降孛嬷笓]中心中央PLC400內(nèi)，實現(xiàn)集中控制。而其他集控系統(tǒng)采用的是各廠家不同控制設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不統(tǒng)一，沒有全面加入自動化平臺；控制器之間經(jīng)常出現(xiàn)通訊故障，導致程序運行中斷，大量的實時數(shù)據(jù)不能由地面調(diào)度中心及時獲取，無法全面檢測系統(tǒng)運行狀況且生產(chǎn)故障不能被發(fā)現(xiàn)并處理。因此非常有必要對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進行優(yōu)化升級。

2 基于OPC技術(shù)的煤礦綜合自動化系統(tǒng)

2.1 OPC技術(shù)原理及應(yīng)用

針對使用不同設(shè)備采集數(shù)據(jù)的所有生產(chǎn)系統(tǒng)，不管是已經(jīng)接入還是沒有完全接入綜合自動化平臺均可以統(tǒng)一使用OPC技術(shù)采用CLIENT/SERVER模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。這樣便于系統(tǒng)組態(tài)，簡化復(fù)雜系統(tǒng)，縮短軟件開發(fā)周期，提高軟件運行能力，使系統(tǒng)的升級與維護更為方便。OPC技術(shù)基于OLE（對象連接和嵌入）技術(shù),OLE/COM為通信標準，采用Client/Server模式，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點。針對硬件設(shè)備的驅(qū)動程序由硬件廠商完成并提供具有統(tǒng)一OPC接口的SERVER程序，軟件廠商按照OPC標準訪問SERVER程序，這樣即可實現(xiàn)計算機系統(tǒng)與底層各種不同廠家控制設(shè)備的數(shù)據(jù)通信[2]。OPC技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 OPC技術(shù)原理圖

2.2 基于OPC技術(shù)的煤礦綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦井綜合自動化系統(tǒng)是井上/井下機電裝備自動化子系統(tǒng)的集成，是對整個煤礦所有系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)測和管理的系統(tǒng)。礦井建設(shè)的生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)都可以通過OPC技術(shù)接入到礦井綜合自動化系統(tǒng)中。一套完整的綜合自動化系統(tǒng)平臺包括控制執(zhí)行層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和信息管理層?；贠PC技術(shù)的礦井綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1）控制執(zhí)行層?？刂茍?zhí)行層由各種傳感器、PLC現(xiàn)場控制分站、現(xiàn)場操作員站等組成。各子系統(tǒng)利用智能傳感器和執(zhí)行器通過與PLC或上位機硬件通信,建立基于TCP/IP的硬件通信機制,采用OPC通信標準建立通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)測與控制的軟件通信機制[2]。以完成各種控制、運行參數(shù)的監(jiān)測、報警和趨勢分析等功能，用戶就能隨時通過執(zhí)行工作站查詢網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)以及現(xiàn)場設(shè)備的工況，對生產(chǎn)過程進行實時的遠程監(jiān)控。將底層測控信息實時傳遞給網(wǎng)絡(luò)傳輸層和信息管理層以實現(xiàn)自動化控制與監(jiān)測。

圖2 小峪煤礦改造后綜合自動化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。網(wǎng)絡(luò)傳輸層部分由網(wǎng)關(guān)設(shè)備、控制總線、以太環(huán)網(wǎng)等組成全礦井的綜合自動化網(wǎng)絡(luò)平臺，采用OPC技術(shù)對自動化系統(tǒng)底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表數(shù)據(jù)參數(shù)進行傳輸。通過該層往下能對礦井內(nèi)各控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令，并能監(jiān)視各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)，收集所需的生產(chǎn)和安全參數(shù)；往上能夠聯(lián)接信息管理層，實現(xiàn)生產(chǎn)、監(jiān)測與管理之間的信息交換。

3）信息管理層。信息管理部分由WEB服務(wù)器、病毒服務(wù)器工控以太網(wǎng)設(shè)備、個人計算機及相關(guān)的軟件通過基于TCP/IP的Ethernet組成，利用控制執(zhí)行層提供的大量生產(chǎn)信息使企業(yè)各個實體將能夠不受地域的限制進行監(jiān)測、控制煤礦井上下的各種設(shè)備，并對這些數(shù)據(jù)進行進一步的分析和整理，為相關(guān)的各種管理、經(jīng)營決策提供支持，實現(xiàn)管控一體化。

3 小峪煤礦綜合自動化系統(tǒng)優(yōu)化升級方案

3.1 對底層控制設(shè)備進行設(shè)置，將其接入以太環(huán)網(wǎng)

1）對于采用PLC控制的子系統(tǒng)，本身具有以太網(wǎng)通訊模塊，應(yīng)通過各組態(tài)軟件進行組態(tài)，設(shè)定各PLC的IP地址和子網(wǎng)掩碼后將其下載到PLC內(nèi)然后通過PLC的以太網(wǎng)接口與以太環(huán)網(wǎng)相連，利用OPC Server實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成。

2）對于不能添加以太網(wǎng)模塊的PLC控制單元，考慮是用串行通訊轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)與OPC服務(wù)器的連接，也可以改造為帶工業(yè)以太網(wǎng)連接口的PLC主機，實現(xiàn)集中控制。

3）對于無法進行底層傳輸整合的子系統(tǒng)，OPC服務(wù)器通過以太網(wǎng)及DDE/ODBC/FTP等接口協(xié)議與該類型的子系統(tǒng)主機相聯(lián)。

3.2 利用網(wǎng)絡(luò)傳輸層網(wǎng)絡(luò)管理軟件對底層設(shè)備進行監(jiān)測管理

在小峪煤礦環(huán)網(wǎng)中使用的赫斯曼防爆交換機其網(wǎng)絡(luò)管理軟件Hidiscovery可以對整個網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。赫斯曼交換機支持OPC服務(wù)可以與工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,從而使網(wǎng)絡(luò)管理集成到SCADA系統(tǒng)中進行統(tǒng)一管理[3]。通過登錄交換機的IP地址在Web界面可對交換機樹形菜單下連的各個設(shè)備進行監(jiān)測和管理。網(wǎng)絡(luò)管理軟件可以自動發(fā)現(xiàn)并顯示所有支持SNMP的設(shè)備，顯示網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)和IP地址與MAC地址；可觀察網(wǎng)絡(luò)上任何一個節(jié)點的設(shè)置并可使用端口管理器對任意聯(lián)接進行簡單設(shè)置；可診斷設(shè)備故障，減少停機時間，提高設(shè)備利用率。對整個網(wǎng)絡(luò)傳輸層高效、順暢地傳輸數(shù)起到了關(guān)鍵作用，為煤礦可靠、安全、經(jīng)濟生產(chǎn)提供有效服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)管理軟件登錄設(shè)置如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)管理軟件登錄與設(shè)置

表1 各子系統(tǒng)監(jiān)測信息

3.3 信息層服務(wù)器、客戶端及各監(jiān)控設(shè)備的設(shè)置

通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層將底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒐芾韺覱PC服務(wù)器后，可通過服務(wù)器的測試軟件檢查OPC服務(wù)器與井下PLC等設(shè)備的通信狀況。然后對各臺服務(wù)器及客戶端的用戶名、密碼、IP地址、防火墻、安全策略等進行設(shè)置，重點要對服務(wù)器及客戶端電腦進行DOCM配置。這樣現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)、狀態(tài)等由各類型PLC控制器通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層傳至地面指揮中心OPC服務(wù)器，服務(wù)器對所讀取的數(shù)據(jù)進進行分析處理后，將所有的數(shù)據(jù)傳輸至上一級上位機組態(tài)軟件，上位機組態(tài)軟件wincc以文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像實時地反映各系統(tǒng)工作狀態(tài)以及各變量和參數(shù)，為工作人員提供有效的設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警能力[4]。實現(xiàn)各系統(tǒng)的本地控制和遠程控制入網(wǎng)。

4 小峪煤礦自動化系統(tǒng)應(yīng)用效果

小峪煤礦現(xiàn)在將副井提升監(jiān)控子系統(tǒng)、地面壓風監(jiān)控子系統(tǒng)、主扇風機監(jiān)控子系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)、架空人車監(jiān)控子系統(tǒng)、防跑車監(jiān)控子系統(tǒng)、安全監(jiān)測子系統(tǒng)、井下人員定位子系統(tǒng)機等多個系統(tǒng)利用OPC技術(shù)成功接入煤礦綜合自動化平臺中。以皮帶系統(tǒng)為例系統(tǒng)優(yōu)化升級后可實現(xiàn)以下功能：基本監(jiān)測信息：帶式輸送機及其關(guān)聯(lián)設(shè)備開停，連鎖、閉鎖狀態(tài)，輸送機帶速、運煤量和煤倉煤位等。基本控制功能：帶式輸送機、給煤機具有聯(lián)動和連鎖功能；根據(jù)需要具備逆煤流啟動、順煤流停車起停方式，遠程控制可實現(xiàn)一鍵啟停一臺或一組設(shè)備。具備現(xiàn)場無人值守功能，減少現(xiàn)場崗位操作人員。

實際應(yīng)用表明小峪煤礦利用OPC技術(shù)將井下各個子系統(tǒng)接入煤礦綜合自動化平臺的改造方案成功可行。實現(xiàn)礦井生產(chǎn)過程的機械化和自動化、生產(chǎn)系統(tǒng)的信息化和智能化，提高了煤礦安全生產(chǎn)水平。