王利民，李 超

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦山西有限公司，山西 大同 037003）

引言

目前，在國外研究方面，綜采作業(yè)中采煤機自動化水平整體來看，水平較高，優(yōu)勢明顯體現(xiàn)在設(shè)備的先進(jìn)以及控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度。與國內(nèi)采煤機相比，技術(shù)層面領(lǐng)先于國內(nèi)水平，但是國外設(shè)備才接口與國內(nèi)設(shè)備接口不匹配，成本也昂貴，通訊協(xié)議不是公開的，使用時很不方便，在設(shè)備出現(xiàn)故障時，配件的采購渠道也比較窄。因此，提升國內(nèi)采煤機設(shè)備控制就是亟待解決的問題之一，隨著技術(shù)的發(fā)展，在采煤機控制系統(tǒng)方面有了逐步的提升，針對我國現(xiàn)有的條件狀況，市面上以初步已有智能控制系統(tǒng)，并不斷在升級改進(jìn)[1-3]。

采煤機是智能綜采作業(yè)中的重要設(shè)備，該設(shè)備的性能將直接影響工業(yè)機械自動化控制[4]。因此，采煤機必須具有可靠性高、工作壽命長、無故障等特點。要提升產(chǎn)品可靠性和魯棒性，除了加強質(zhì)量制造方面，還需要對采煤機設(shè)備的運行性能狀態(tài)進(jìn)行提升，及時顯示故障診斷和預(yù)測。目前，西門子的WinCC、WellinTech的King view 等監(jiān)控組態(tài)軟件價格過高，操作過于復(fù)雜，難以使用[5]。除此之外，軟件開發(fā)周期也太長了。針對采煤機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的特點，結(jié)合OPC 技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計上的優(yōu)勢，研究了基于OPC 技術(shù)的采煤機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 OPC 技術(shù)

OPC（Open Connectivity）技術(shù)是一種統(tǒng)一規(guī)定的接口。它為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問方式。OPC 技術(shù)接口包括兩種方式：自定義接口和定制接口。這種技術(shù)的實現(xiàn)方式由服務(wù)器端和客戶端兩部分組成，通過COM接口，連接在一起。

OPC 包括項、組、服務(wù)器三部分組成，在這三個組成部分之中都包含標(biāo)準(zhǔn)接口，服務(wù)器負(fù)責(zé)維護(hù)信息數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)交互的接口方法，組對象由用戶定義并實行，用戶能夠根據(jù)自身需求來定義此部分，從邏輯上實現(xiàn)對項目的管理。

由于OPC 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，使得系統(tǒng)的架構(gòu)更加簡單化，設(shè)備使用壽命更長，采用低成本的方式解決工業(yè)控制領(lǐng)域的問題，因此在國內(nèi)工控領(lǐng)域得到普遍廣泛的應(yīng)用。

2 基于OPC 技術(shù)的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)功能說明

顯示功能：顯示電機電流和溫度，左右刀電機電流和溫度，水、油泵電機電流和溫度，采集采煤機方向和位置的數(shù)據(jù)。

控制功能：控制牽引部分的前后運動，左右切刀部的上下運動，以及遙控自動、遙控手動、局部自動、局部手動、維修、急?？刂啤?/p>

故障診斷和預(yù)測功能：故障提示、故障預(yù)測提示。基于OPC 技術(shù)的采煤機控制系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 基于OPC 采煤機控制系統(tǒng)

在運行過程中，采集機工作由溫濕度傳感器、紅外探測器、位移傳感器、測量傳感器等獲取用戶所需的參數(shù)值并將其發(fā)送給PLC 控制器。該參數(shù)值代表采煤機的工作狀態(tài)。OPC 客戶端應(yīng)用程序通過OPCDA 接口實時讀取PLC 中定義的變量的DB 塊。這些變量包括左右臂高度的增加，所有電機的電壓值和電流值，以及ACS800 變頻器的所有參數(shù)。采煤機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基于OPC 客戶端應(yīng)用讀取的采煤機工況參數(shù)，采用多傳感器數(shù)據(jù)融合、模糊控制等先進(jìn)控制理論對采煤機運行工況做出正確判斷，實時了解采煤機運行工況。

2.2 系統(tǒng)軟硬件平臺

采煤機監(jiān)控系統(tǒng)的主要硬件是PLC 控制器。比較了幾種PLC（三菱F 系列、西門子S7 系列等）和工控機（STD 工控機等），最終選擇了西門子S7300 系列作為采煤機的主控制系統(tǒng)。采用西門子工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP343-1 作為服務(wù)器，與PLC 進(jìn)行通信。使用雙卡網(wǎng)絡(luò)程序：一個CP5611 或1613 卡連接采煤機的PLC 和DCS 與OPC 服務(wù)器。另一種是連接實時數(shù)據(jù)庫（SQL Server）服務(wù)器的IE 通用卡。

本系統(tǒng)采用微軟優(yōu)秀的IDE 開發(fā)軟件Visual Studio2008 作為監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工具。在STEP7 中配置SIMATIC300 站和SIMATIC PC 站，還將網(wǎng)卡的IP、MAC 地址和選擇的通信方式進(jìn)行行業(yè)狀態(tài)連接。連接成功后，通過Profibus 電纜將程序下載到PLC 和本機OPC 服務(wù)器上。

3 OPC 技術(shù)的實現(xiàn)應(yīng)用

系統(tǒng)基于OPC 技術(shù)，SimaticNET 作為OPC 服務(wù)器，使客戶端可以通過PLC 訪問數(shù)據(jù)，OPC 技術(shù)在采煤機遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域主要實現(xiàn)以下功能：

3.1 數(shù)據(jù)收集

該系統(tǒng)監(jiān)控每個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)先輸入PLC 控制系統(tǒng)，然后通過PLC 和Simatic共享監(jiān)測站的數(shù)據(jù)。NET 模塊，最后通過防火墻進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的OPC 服務(wù)器。本地客戶端應(yīng)用程序和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)或公共網(wǎng)絡(luò)對采煤機的狀態(tài)進(jìn)行實時遠(yuǎn)程監(jiān)控。為了使用自定義接口模式連接OPC Server，讀取PLC 數(shù)據(jù)到pItemValues 數(shù)組。pItemValues 返回一個指向information 值的指針。OPCITEMSTATE 是一個包含參數(shù)的讀值、質(zhì)量代碼、時間和其他信息的結(jié)構(gòu)。

3.2 歷史數(shù)據(jù)訪問

OPC 客戶端需要對組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互方式包括讀取信息、編輯信息、歷史數(shù)據(jù)查詢、終端控制、服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲存檔、文件的輸入和輸出以及過程數(shù)據(jù)的記錄，這些都是由OPC 函數(shù)所定義支持的。

1）建立OPCHDAServer 對象?？蛻舳耸紫冉PCHDAServer 對象，該對象的作用是獲取OPCHDA 列表。OPCHDAServer 對象用于連接所選的OPCHDA 服務(wù)器。最后，OPCHDAServer 對象讀取服務(wù)器上數(shù)據(jù)的歷史存檔，創(chuàng)建并操作OPCItem 集合。

2）連接OPCHDA 服務(wù)器。使用OPC 數(shù)據(jù)訪問自動化接口“連接”功能連接指定的OPCHDA 服務(wù)器。

3）建立OPCHDABrowser 對象。OPC 歷史數(shù)據(jù)查看器：OPCHDABrowser 對象是一個樹形結(jié)構(gòu)，每個分支節(jié)點代表一類歸檔數(shù)據(jù)集。通過遍歷樹形結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)建Shearer 遠(yuǎn)程服務(wù)器歷史檔案數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和地址空間。

4）定義OPCHDA 項和OPCHDA 項。OPC 對象集合的歷史數(shù)據(jù)項對象。OPCHDA Items 用于訪問遠(yuǎn)程剪切服務(wù)器對象的歸檔歷史數(shù)據(jù)。每個Item 表示一個存檔變量，而Items 集合對象表示一組存檔相關(guān)變量。因此，通過創(chuàng)建OPCHDA Items 收集對象，客戶端應(yīng)用程序可以讀取單個變量，或者一組歷史歸檔數(shù)據(jù)。

5）添加OPCHDA Item 對象。OPC Foundation 提供了“Add Item”方法，該方法把Item 對象添加在Item 集合中。Item 是OPCHD 服務(wù)器的基本操作對象?？梢员籓PC 服務(wù)器識別，并且在歷史數(shù)據(jù)中能夠被查詢。每個Item 對象由數(shù)值、數(shù)據(jù)流、時間組成。

3.3 告警和事件處理

當(dāng)異常發(fā)生以及服務(wù)器設(shè)置的事件到達(dá)時，事件通知被發(fā)送到OPC 客戶端。因此，使用OPC 技術(shù)可以捕獲和處理采煤機的服務(wù)器告警和故障事件。

數(shù)字標(biāo)簽：采用Time new roman的12 倍字體作為標(biāo)簽，采用單詞的形式對圖軸進(jìn)行標(biāo)識，避免模棱兩可，出現(xiàn)分歧。例如，數(shù)量“磁化”，或“磁化，M”，而不是“M”。單位要放在括號內(nèi)，在例子中，寫“磁化（A/m）”或“磁化{A[m（1）]}”，而不僅僅是“A/m”。坐標(biāo)軸的標(biāo)識不要采用數(shù)量和單位比例進(jìn)行標(biāo)識。例如，寫“Temperature（K）”，而不是“Temperature/K”。

4 結(jié)論

在MG900/2210-WD 采煤機上對本系統(tǒng)進(jìn)行了驗證。實踐證明，基于OPC的采煤機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，該系統(tǒng)的研發(fā)大幅度降低了成本并提高了系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性，該系統(tǒng)運行可靠，易于二次開發(fā)。因此，在采煤機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中引入OPC 控制技術(shù)，實時采集采煤機參數(shù)并對其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。