張炳輝
(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦,河南 平頂山 467000)
計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動化技術(shù)的發(fā)展,使得煤礦企業(yè)的自動化生產(chǎn)和管理成為了可能。但是現(xiàn)在煤礦企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)并沒有得到及時(shí)的更新與改進(jìn),更重要的是,系統(tǒng)單獨(dú)存在,例如:排水自動化系統(tǒng)、供電自動化系統(tǒng)等。系統(tǒng)沒有進(jìn)行統(tǒng)一的管理,所以現(xiàn)有的系統(tǒng)多數(shù)存在著以下的問題:
1.1 經(jīng)濟(jì)資源浪費(fèi)。經(jīng)濟(jì)資源的浪費(fèi)主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)投資的浪費(fèi)和人力資源的浪費(fèi)。一方面系統(tǒng)單獨(dú)建設(shè)自然會帶來通訊線路、機(jī)房,控制系統(tǒng)的單獨(dú)建設(shè),造成了重復(fù)投資和資源浪費(fèi)。另一方面,系統(tǒng)的獨(dú)立需要專門的人進(jìn)行管理和維護(hù),白白浪費(fèi)了人力、物力和財(cái)力。
1.2 穩(wěn)定性與安全性較差。煤礦自動化平臺相互獨(dú)立,各系統(tǒng)之間的信息不能得到有效的整合,造成系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性減低,可靠性和安全性更不能保障。更嚴(yán)重的是,煤礦設(shè)備故障并不是由單一系統(tǒng)引起,可能是多個因素共同作用的結(jié)果,系統(tǒng)獨(dú)立不能對故障和隱患做出很好的監(jiān)測和預(yù)報(bào),企業(yè)的安全生產(chǎn)也沒辦法保證。
1.3 信息不能共享。各系統(tǒng)單獨(dú)存在,各成一體,不能做到良好的信息交流,系統(tǒng)的整體效益自然不能保障。同時(shí),加大了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的難度,不能達(dá)到整體分析和監(jiān)測的目的。
2.1 實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)備遠(yuǎn)程集中控制,并對其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。將設(shè)備和生產(chǎn)的運(yùn)行情況用動畫模擬出來顯示在人機(jī)交互界面上,并能實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能。
2.2 將各個子系統(tǒng)整合起來,統(tǒng)一界面進(jìn)行管理,并能實(shí)現(xiàn)對講通訊、關(guān)鍵部位的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障急停等功能。
2.3 建設(shè)一個調(diào)控與監(jiān)測中心,能夠?qū)ψ酉到y(tǒng)及相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控,故障報(bào)警,并能提供遠(yuǎn)程協(xié)助診斷和維護(hù)。
2.4 將在線監(jiān)測得到的運(yùn)行數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、故障信息上傳至地面計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析。
2.5 實(shí)現(xiàn)有害氣體和地質(zhì)變化等隱患條件的監(jiān)控,并作出準(zhǔn)確的預(yù)警。
煤礦綜合自動化系統(tǒng)平臺由信息傳輸部分、數(shù)據(jù)采集部分、集中控制操作部分、語音圖像監(jiān)測顯示部分、現(xiàn)場傳感器部分、地面中心服務(wù)站六部分組成。
3.1 傳輸部分:煤礦自動化系統(tǒng)平臺的信息傳輸部分主要是用于各個子系統(tǒng),設(shè)備與控制終端,傳感器和接受處理部分。各控制中心的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸,一般由隔爆千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)和礦用光纜組成。
3.2 數(shù)據(jù)采集部分:數(shù)據(jù)采集部分主要是用于對現(xiàn)場工況設(shè)備運(yùn)行情況、生產(chǎn)的工作環(huán)境進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)主要是由相應(yīng)的傳感器進(jìn)行采集,數(shù)據(jù)采集進(jìn)行匯總和整理。數(shù)據(jù)采集部分主要由礦用顯示控制箱和通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成。
3.3 集中控制操作部分:煤礦自動化系統(tǒng)平臺的集中控制操作部主要分為礦上和礦下兩部分。包括:采礦設(shè)備的集中控制、電力系統(tǒng)的集中控制,給排水的集中控制等等,主要由礦用顯示控制箱、礦用顯示器、操作鍵盤,接線箱等設(shè)備組成。
3.4 語音圖像顯示部分:煤礦綜合自動化系統(tǒng)的的語音圖像顯示設(shè)備主要用于設(shè)備工況的顯示,各級系統(tǒng)的運(yùn)行情況的顯示,報(bào)警的聲音提示,故障的語音幫助等等。主要由隔爆光纖攝像儀、本安擴(kuò)音裝置、急停開關(guān)組成。
3.5 現(xiàn)場傳感器部分:煤礦綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場傳感器部分主要負(fù)責(zé)工作現(xiàn)場信息的收集?,F(xiàn)場的主要信息包括溫度、壓力、液位、流量、旋編、傾角、位移等等,根據(jù)不同的信息需求布置不同的傳感器。
3.6 地面中心服務(wù)站:地面中心服務(wù)站是煤礦綜合自動化系統(tǒng)平臺的大腦中樞,負(fù)責(zé)煤礦企業(yè)整體的運(yùn)作和故障的監(jiān)測和維護(hù)。地面中心服務(wù)站主要由工業(yè)計(jì)算機(jī)、相應(yīng)的集控軟件和網(wǎng)絡(luò)組成。
4.1 子系統(tǒng)的接入
煤礦企業(yè)現(xiàn)有的子系統(tǒng)為:智能電氣自動化系統(tǒng)、主副井提升自動化系統(tǒng)、排水自動化系統(tǒng)、通風(fēng)自動化系統(tǒng)、選煤運(yùn)煤自動化系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)、井下水泵集控系統(tǒng)等。
由于煤礦企業(yè)之前存在單獨(dú)的自動化系統(tǒng),為了充分利用現(xiàn)有資源進(jìn)行子系統(tǒng)的接入,子系統(tǒng)一般可選擇PLC接入、上位機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)接入的形式。子系統(tǒng)接入后建立網(wǎng)絡(luò)連接,可以通過OPC通訊或驅(qū)動通訊的形式進(jìn)行接入。
4.2 建設(shè)集成監(jiān)控系統(tǒng)
采用與煤礦生產(chǎn)相適應(yīng)的系統(tǒng)軟件進(jìn)行建設(shè),要求部分建設(shè)和整體建設(shè)。部分建設(shè)包括每個子系統(tǒng)的建設(shè),在每個子系統(tǒng)上都安裝自動化監(jiān)控系統(tǒng)。整體建設(shè)要求數(shù)據(jù)匯聚整理,最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,動態(tài)報(bào)表生成,生成趨勢分析、圖表分析,故障檢測與報(bào)警等功能。
4.3 建設(shè)調(diào)度管理系統(tǒng)
調(diào)度管理系統(tǒng)包括為管理人員提供相適應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)度辦公軟件。包括調(diào)度日志、換崗日志、會議記錄等。同時(shí)調(diào)度管理系統(tǒng)還包括應(yīng)急指揮系統(tǒng)。應(yīng)急指揮系統(tǒng)要求明確煤礦管理的各種安全制度,制作維護(hù)安全預(yù)案,并且能模擬事故發(fā)生影響范圍,提供逃跑路線等為應(yīng)急指揮提供有利支持。最后調(diào)度管理系統(tǒng)還包括能夠進(jìn)行調(diào)度資料的管理,能夠進(jìn)行煤礦安全規(guī)程、員工信息、事故信息等的管理,為生產(chǎn)提供全面的信息支持。
煤礦綜合自動化系統(tǒng)平臺的軟件采用iFIX4.0。該軟件能夠?qū)⒌V井的系統(tǒng),生產(chǎn)的控制系統(tǒng),安全監(jiān)控系統(tǒng)與自身系統(tǒng)結(jié)合起來。系統(tǒng)軟件通過I/O驅(qū)動,一方面可以通過人機(jī)交互將所需要的信息反映到計(jì)算機(jī)顯示器上,另一方面又可以將控制策略和參數(shù)下傳至機(jī)器設(shè)備上。
煤礦綜合系統(tǒng)平臺的軟件結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)庫、I/O驅(qū)動和HMI的設(shè)計(jì)三部分。
5.1 數(shù)據(jù)庫
數(shù)據(jù)庫是煤礦綜合自動化平臺的核心部分,其中數(shù)據(jù)庫主要完成歷史數(shù)據(jù)的檢索和儲存、事故數(shù)據(jù)的處理和存儲、綜合數(shù)據(jù)的運(yùn)算與處理等任務(wù)。各數(shù)據(jù)庫通過內(nèi)部協(xié)議共享數(shù)據(jù)。
5.2 I/O驅(qū)動
煤礦綜合自動化系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)與各設(shè)備,各子系統(tǒng)的連接靠的是I/O驅(qū)動,是系統(tǒng)交互的橋梁和紐帶。
5.3 HMI設(shè)計(jì)
煤礦綜合自動化系統(tǒng)的控制操作窗口即HMI。在進(jìn)行HMI設(shè)計(jì)時(shí),畫面的層次和布局是需要注意的因素。通過對HMI進(jìn)行設(shè)計(jì),要求軟件系統(tǒng)具備以下功能:(1)機(jī)器設(shè)備的集中控制和倉位控制。(2)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)檢測和運(yùn)行工況模擬顯示。(3)顯示及報(bào)警:控制箱對采集到的信號量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。(4)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)和負(fù)荷中心遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。(5)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測工作面設(shè)備部分工況及故障并傳輸?shù)巾槻塾?jì)算機(jī)和地面計(jì)算機(jī)。(6)監(jiān)控有害氣體(包括甲烷和一氧化碳)及氧氣。(7)操作和故障事件記錄到數(shù)據(jù)庫。
煤礦自動化子系統(tǒng)的獨(dú)立存在,嚴(yán)重制約著煤礦企業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。煤礦綜合自動化系統(tǒng)平臺的實(shí)現(xiàn)為煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高、安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供了保障。煤礦自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是主要包括子系統(tǒng)的接入等其他相關(guān)系統(tǒng)的建立。煤礦綜合自動化系統(tǒng)的建立是復(fù)雜的工作也是有意義的工作。本文的介紹希望能給從事相關(guān)工作的人員以參考,為我國的煤礦綜合自動化技術(shù)的研究貢獻(xiàn)微薄之力。
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