徐雪亮

摘 要：以許疃煤礦為例，闡述自動(dòng)化平臺(tái)的概念、形成與發(fā)展和使用IFIX進(jìn)行煤礦自動(dòng)化平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)，形成以礦井安全信息中心為核心，將煤流生產(chǎn)、通風(fēng)、排水和壓風(fēng)等設(shè)備的監(jiān)控整合，為礦井安全生產(chǎn)決策提供支撐。

關(guān)鍵詞：煤礦；自動(dòng)化；iFIX；信息化；安全生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TD4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）21-0163-02

煤礦是國家基礎(chǔ)能源行業(yè)，由于行業(yè)安全基礎(chǔ)薄弱，機(jī)械化程度不高，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在行業(yè)應(yīng)用處于初級(jí)階段，信息化和智能化基本未起步，雖然近年來各主要固定設(shè)備引入了自動(dòng)化控制系統(tǒng)代替崗位操作工，但信息仍較為分散，無法為礦井的安全、生產(chǎn)調(diào)度提供高效、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支撐。以許疃煤礦為例，煤流生產(chǎn)系統(tǒng)、通風(fēng)、排水和壓風(fēng)等大型設(shè)備，雖然都有各自的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，但由于系統(tǒng)無統(tǒng)一設(shè)計(jì)，采用的標(biāo)準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)在礦井安全生產(chǎn)信息中心進(jìn)行集控的監(jiān)測(cè)和控制。為了實(shí)現(xiàn)集中的監(jiān)測(cè)和控制，需要對(duì)這些自動(dòng)化監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行集成，采用統(tǒng)一的集成平臺(tái)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，將各個(gè)自動(dòng)化監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和集中監(jiān)管，從而為礦井的安全、生產(chǎn)調(diào)度提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息支撐。

1 自動(dòng)化平臺(tái)的概念

自動(dòng)化平臺(tái)是通過建立千兆傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的信息化，其基礎(chǔ)為自動(dòng)化控制系統(tǒng)工程，即機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或生產(chǎn)管理過程，在沒有人或少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過程。在實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)自動(dòng)化控制的前提下，以生產(chǎn)自動(dòng)化控制為基礎(chǔ)、企業(yè)管理信息化為本質(zhì)、系統(tǒng)可視化為直觀信息表現(xiàn)形式、決策分析為經(jīng)營(yíng)管理依據(jù)的綜合信息管理系統(tǒng)，利用千兆局域網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、安全信息監(jiān)控、自動(dòng)化控制各子系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控站所采集的信息和各安全設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)等，為煤礦建立一個(gè)集監(jiān)、管、控于一體的綜合型現(xiàn)代化礦井打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 自動(dòng)化技術(shù)的形成和發(fā)展

自動(dòng)化技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，它和控制論、信息論、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等都有著十分密切的關(guān)系，而其中又以控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的影響最大。自動(dòng)化技術(shù)在中國的形成和發(fā)展經(jīng)歷了以下時(shí)期：一是自動(dòng)裝置的出現(xiàn)，古代人類為了減輕自己的勞動(dòng)，逐漸利用自然界的動(dòng)力代替人力、畜力，以及用自動(dòng)裝置代替人的部分繁難的腦力活動(dòng)和對(duì)自然界動(dòng)力進(jìn)行控制。在歷史上出現(xiàn)了刻漏、候風(fēng)地動(dòng)儀、水運(yùn)儀象臺(tái)等自動(dòng)設(shè)施；二是自動(dòng)化技術(shù)的形成，以瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器作為代表，該時(shí)期已經(jīng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如蒸汽機(jī)等；三是局部自動(dòng)化，該時(shí)期經(jīng)典控制理論形成并得到廣泛發(fā)展，PID調(diào)節(jié)器在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，并使用電子模擬計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)；四是綜合自動(dòng)化時(shí)期，該時(shí)期現(xiàn)代控制理論開始形成發(fā)展，取得了重要的研究成果和進(jìn)展，系統(tǒng)仿真、自適應(yīng)自校正控制器和遙測(cè)遙控遙感得到了廣泛的應(yīng)用，大系統(tǒng)理論、模式識(shí)別和人工智能技術(shù)開始出現(xiàn)和發(fā)展。

3 煤礦自動(dòng)化平臺(tái)的內(nèi)容

煤礦自動(dòng)化平臺(tái)要集成的系統(tǒng)包括原煤運(yùn)輸系統(tǒng)、提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、地面篩分及裝車系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)和排水泵集控系統(tǒng)等已經(jīng)建成使用的子系統(tǒng)，同時(shí)具備接入安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦井供電監(jiān)控系統(tǒng)和礦井水處理系統(tǒng)等系統(tǒng)的接口。

煤礦自動(dòng)化平臺(tái)通過OPC、ODBC等數(shù)據(jù)接口，將各系統(tǒng)進(jìn)行集成，每個(gè)子系統(tǒng)使用通訊與自動(dòng)化平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)采用開放式構(gòu)架，具備很強(qiáng)的擴(kuò)展能力。平臺(tái)總體構(gòu)架分為三個(gè)部分：信息層、控制層和設(shè)備層。設(shè)備層為最基層，由各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)構(gòu)成，控制層為中層，包括井上下工業(yè)環(huán)網(wǎng)、服務(wù)器群和安全設(shè)備等，信息層通過安全設(shè)備與控制層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將自動(dòng)化平臺(tái)的信息進(jìn)行發(fā)布和供給指定人員進(jìn)行管理。

總體拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)如圖1。

工業(yè)環(huán)網(wǎng)采用赫斯曼工業(yè)級(jí)設(shè)備，保證井下高溫、高濕等惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)采用光線冗余環(huán)網(wǎng)工作模式，接節(jié)故障不影響整個(gè)系統(tǒng)性能；所有交換機(jī)采用赫斯曼模塊化千兆交換機(jī)，以避免網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)故障。網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)采用集成防火墻、IPS、防病毒、流量控制功能的UTM設(shè)備。

服務(wù)器群采用虛擬服務(wù)器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理硬件與操作系統(tǒng)分離，從而提供更高的IT資源利用率和靈活性，虛擬機(jī)采用文件封裝，可以快速對(duì)其進(jìn)行保存、復(fù)制和部署，從而實(shí)現(xiàn)零停機(jī)維護(hù)和連續(xù)的工作負(fù)載整合。

4 基于iFIX的自動(dòng)化平臺(tái)軟件開發(fā)

自動(dòng)化平臺(tái)采用世界領(lǐng)先的、SCADA軟件占有率世界第一的美國通用電氣公司（GE）的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的多用戶實(shí)時(shí)HMI/SCADA軟件Proficy iFIX。iFIX是一套提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，過程可視化及過程監(jiān)控功能的工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案。iFIX是Proficy工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA軟件組件，實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控，并在整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息。所有組件能無縫地集成為一體，實(shí)時(shí)、綜合反映復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過程。綜合信息信息集成平臺(tái)、控制平臺(tái)以及WEB發(fā)布平臺(tái)根據(jù)實(shí)際需求定制開發(fā)。

各個(gè)子系統(tǒng)建設(shè)由于沒有使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)間的接口方式和規(guī)約均不一致，通過采用不同的接入方式來解決接入問題。一是在上位機(jī)接入，通過OPC接口使系統(tǒng)和上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，二是直接接入自動(dòng)化控制子系統(tǒng)的設(shè)備，通過增加通訊接口或通訊模塊將下位機(jī)設(shè)備接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，采用數(shù)據(jù)通訊驅(qū)動(dòng)開發(fā)OPC接口來實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)和自動(dòng)化平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互。

5 工業(yè)網(wǎng)接入子系統(tǒng)

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2。

膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。接入方式：PLC以太網(wǎng)模塊，將PLC主站接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。實(shí)現(xiàn)功能：集中監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示各煤流運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)信息，故障及保護(hù)顯示，故障視頻聯(lián)動(dòng)。

通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。接入方式：PLC以太網(wǎng)模塊，將PLC主站接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。實(shí)現(xiàn)功能：集中監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓、風(fēng)量，實(shí)時(shí)監(jiān)視風(fēng)機(jī)配用電機(jī)的電氣參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)軸承溫度振動(dòng)、電機(jī)溫度振動(dòng)，超限報(bào)警，實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)開、停狀態(tài)。

井下排水監(jiān)控系統(tǒng)。接入方式：上位機(jī)以太網(wǎng)接口。實(shí)現(xiàn)功能：集中監(jiān)控。動(dòng)態(tài)顯示井下泵房運(yùn)行的工況，以及水流量的大小。實(shí)時(shí)顯示個(gè)水泵中各種傳感器的工作信息，對(duì)正/負(fù)壓、電機(jī)電流、定子溫度、軸承溫度、水位超限等故障類型進(jìn)行顯示。具有遠(yuǎn)程控制水泵的開/停功能，以及泵房其他設(shè)備的遠(yuǎn)程控制控制功能，如電動(dòng)閘閥、電磁閥的開合控制。

工業(yè)電視系統(tǒng)。接入方式：流媒體方式集成接入。實(shí)現(xiàn)功能：視頻聯(lián)動(dòng)，設(shè)備啟停時(shí)，可以自動(dòng)/手動(dòng)彈出相關(guān)視頻。發(fā)生故障時(shí)，可以自動(dòng)/手動(dòng)彈出故障點(diǎn)視頻畫面。可以人為手動(dòng)調(diào)出任意視頻點(diǎn)。

擴(kuò)播通信系統(tǒng)。接入方式：音頻方式集成接入。實(shí)現(xiàn)功能：設(shè)備啟停時(shí)，自動(dòng)擴(kuò)音通知。定時(shí)定點(diǎn)不間斷擴(kuò)音通知。礦井安全信息中心遠(yuǎn)程控制區(qū)可以和各子系統(tǒng)之間任意雙向通信。

6 結(jié)束語

隨著煤礦行業(yè)的快速發(fā)展和自動(dòng)化控制系統(tǒng)在煤礦更多的設(shè)備上進(jìn)行使用，對(duì)大數(shù)據(jù)集成的要求也越來越高、越來越復(fù)雜，基于iFIX的自動(dòng)化平臺(tái)系統(tǒng)在煤礦建成和應(yīng)用，將礦井涉及安全生產(chǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，集中到單一的平臺(tái)上監(jiān)視監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，滿足了各項(xiàng)發(fā)展要求，為礦井的安全生產(chǎn)運(yùn)行營(yíng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。

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