華豐煤礦自動化系統(tǒng)原有安全監(jiān)測系統(tǒng)、-450及-750中央泵房排水監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、礦井地面供電及-450、-750中央配電所自動化監(jiān)控系統(tǒng)、主運(yùn)自動化監(jiān)控系統(tǒng)、大巷信集閉系統(tǒng)。
目前這些監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)都處于相互獨(dú)立的狀態(tài),每套自動化系統(tǒng)井上、下均有獨(dú)立的通訊線路,造成通訊線路大量重復(fù)投資,維修、維護(hù)困難,信息不能互通。因此,需要建立統(tǒng)一的綜合自動化系統(tǒng),使煤礦并下的安全信息、設(shè)備的工況信息和控制信息在一個(gè)統(tǒng)一的平臺上傳輸。
1 確定自動化集成系統(tǒng)目標(biāo)及方案
1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)
對井下各控制子系統(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(yùn)行狀態(tài)以及生產(chǎn)和安全參數(shù);井上與集團(tuán)公司廣域網(wǎng)相連,實(shí)現(xiàn)華豐礦與公司之間信息的及時(shí)交換。
建立一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度中心集中控制和監(jiān)視,井下各系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)無人值守,僅有巡檢工進(jìn)行巡視和維護(hù),巡檢工可以就地緊?,F(xiàn)場設(shè)備,根據(jù)現(xiàn)場情況向地面調(diào)度中心匯報(bào)需要起停哪些設(shè)備,但設(shè)備的起停是由調(diào)度員根據(jù)總體情況來確定和操作,實(shí)現(xiàn)全礦管控一體化。
能夠把井下的光纖攝像儀通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)骄险{(diào)度中心,整合傳輸通道。
系統(tǒng)隨著礦井建設(shè)整體規(guī)劃分步實(shí)施,并能隨著技術(shù)的發(fā)展方便升級。
1.2系統(tǒng)功能要求
自動化系統(tǒng)平臺與各類子系統(tǒng)如安全監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、提升控制系統(tǒng)、選煤廠集控系統(tǒng)、礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)、水泵控制系統(tǒng)、主扇監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)等組成監(jiān)控網(wǎng),管控中心為監(jiān)控網(wǎng)的服務(wù)器,并將各子系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合后處理。管控中心負(fù)責(zé)將實(shí)時(shí)、歷史及綜合分析后的信息提供給信息系統(tǒng)中的客戶,并接受客戶對各子系統(tǒng)的操作請求。具體功能要求如下:
(1)在物理上和邏輯上都要考慮到網(wǎng)絡(luò)信道的冗余,確保網(wǎng)絡(luò)的安全。
(2)當(dāng)系統(tǒng)某一子系統(tǒng)的通訊或元器件出現(xiàn)故障時(shí),不能影響其它子系統(tǒng)的通訊和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。
(3)對系統(tǒng)井下部分和網(wǎng)絡(luò)部件要充分考慮防爆、防塵、抗高溫潮濕和電磁干擾的要求。地面系統(tǒng)充分考慮防雷和抗電磁干擾的設(shè)置。
(4)系統(tǒng)在調(diào)度中心能及時(shí)、準(zhǔn)確地采集各個(gè)子系統(tǒng)的生產(chǎn)工況、生產(chǎn)和安全參數(shù),并以畫面和圖表的形式表現(xiàn)出來,同時(shí)可以根據(jù)生產(chǎn)和調(diào)度的要求起、停現(xiàn)場的設(shè)備。
(5)充分考慮先進(jìn)性、實(shí)用性和兼容性,做到擴(kuò)展容易,升級方便,并能做到異構(gòu)子網(wǎng)的互連。
(6)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示:實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)或數(shù)值??煞诸愶@示或全部顯示。
(7)當(dāng)設(shè)備故障或模擬量超限時(shí),監(jiān)控子系統(tǒng)與自動化平臺同步顯示故障設(shè)備名稱、報(bào)警測點(diǎn)名稱及數(shù)值,并將故障信息和報(bào)警信息存人數(shù)據(jù)庫,供以后統(tǒng)計(jì)分析。
(8)在服務(wù)器中建立綜合歷史數(shù)據(jù)庫,定時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫,為今后的統(tǒng)計(jì)分析提供參考。
(9)充分考慮系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性。系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的身份認(rèn)證機(jī)制、完善全面的日志、數(shù)據(jù)備份和病毒防護(hù)功能。人機(jī)界面友好,操作簡單,維護(hù)方便。
1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)。設(shè)計(jì)方案采用了環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù),提供了礦井自動化系統(tǒng)的可靠性。在物理上和邏輯上考慮到傳輸信道、管控服務(wù)器、調(diào)度主機(jī)、供電電源的冗余,確保傳輸通路、數(shù)據(jù)服務(wù)、監(jiān)控工作站、供電電源的安全可靠。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),有雙電源冗余輸人。
(2)異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通。設(shè)計(jì)方案分別在網(wǎng)絡(luò)級和串口級提供了多種符合國際主流標(biāo)準(zhǔn)的接口方式,便于各種子系統(tǒng)的接人,實(shí)現(xiàn)最大限度的信息共享奮它能夠集成不同廠家的硬件設(shè)備和軟件產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間互操作,并將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成。
(3)先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)方案采用B/S模式設(shè)計(jì)三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),便于及時(shí)、準(zhǔn)確地采集各個(gè)子系統(tǒng)的工況、生產(chǎn)和安全參數(shù),方便管理層實(shí)時(shí)查詢、分析和決策。
(4)實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)集成。以信息集成平臺為核心,將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流在企業(yè)統(tǒng)一信息平臺上集成起來,同時(shí),針對統(tǒng)一信息平臺開發(fā)各種綜合應(yīng)用,形成集成化、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。各種圖形、圖像、報(bào)表信息都可以通過Web的方式在任何一臺終端統(tǒng)一瀏覽,統(tǒng)一界面。
(5)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫。在集成化的數(shù)據(jù)管理中,數(shù)據(jù)一旦被輸人,整個(gè)系統(tǒng)中都可以使用。提高了工程效率,降低了工程的實(shí)施難度。
(6)集成化的編程組態(tài)。實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)、編程、硬件組態(tài)、測試到操作診斷和遠(yuǎn)程維護(hù)的全過程組態(tài)應(yīng)用。所有的部件都可以有一個(gè)軟件進(jìn)行組態(tài),采用統(tǒng)一化的用戶圖形界面和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì),使用起來輕松自如;采用模塊化的設(shè)計(jì),使用戶根據(jù)需要進(jìn)行選擇;采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,保證了符號和變量在項(xiàng)目中的一致性,便于維護(hù)和提高效率。
2 監(jiān)控集成系統(tǒng)的建設(shè)
綜合自動化整合系統(tǒng)一期主要整合自動化系統(tǒng)。
(1)在傳輸平臺上,采用西門子的工業(yè)光纖以太環(huán)網(wǎng)技術(shù),敷設(shè)13km礦用阻燃光纜,在井下-750調(diào)度站、-750泵房、-450泵房,井上主運(yùn)車房共設(shè)立四個(gè)接人節(jié)點(diǎn),安裝六臺西門子SCALANCEX-4004兆交換機(jī)與調(diào)度中心構(gòu)成冗余的千兆環(huán)網(wǎng)。
(2)洗煤廠通過光端機(jī)連接到主運(yùn)車房的交換機(jī)上,地面供電新站通過光端機(jī)連接到調(diào)度中心的交換機(jī)上。
(3)井下-750主運(yùn)PLC通過礦用本安型數(shù)據(jù)光端機(jī)與-750調(diào)度站交換機(jī)相連,井下-326主運(yùn)PLC通過礦用本安型數(shù)據(jù)光端機(jī)與-450泵房交換機(jī)相連,地面主運(yùn)PLC通過屏蔽網(wǎng)線直接接入西門子交換機(jī)網(wǎng)口上,-450大巷信集閉系統(tǒng)通過礦用本安型數(shù)據(jù)光端機(jī)與-450泵房交換機(jī)相連。
(4)主運(yùn)系統(tǒng)已經(jīng)安裝的高頻通過視頻分配器分出后進(jìn)入視頻服務(wù)器轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像后接入交換機(jī)進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng),新增攝像儀采用礦用防爆型網(wǎng)絡(luò)攝像儀在各地點(diǎn)就近接入交換機(jī)。
(5)在軟件集成上,采用西門子先進(jìn)的WinCC組態(tài)軟件,通過一致的軟件界面,實(shí)現(xiàn)對各類自動系統(tǒng)的綜合、集中監(jiān)測與監(jiān)控。
(6)該系統(tǒng)提供的擴(kuò)展接口,便于將來其它系統(tǒng)的接入和集成。
3 社會經(jīng)濟(jì)效益分析
(1)經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)省了大量傳輸線路和維護(hù)費(fèi)用,今后新上的工業(yè)電視及音頻通訊,無需每個(gè)系統(tǒng)、每個(gè)攝像儀都要自地面向井下敷設(shè)通訊線路,節(jié)約投資。
(2)社會安全效益。提高整合集成的管理效益使礦井各類信息聯(lián)通與共享,各自動化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管控,使信息資源和設(shè)備資源能充分發(fā)揮作用。
實(shí)現(xiàn)全礦井的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的網(wǎng)絡(luò)化、信息化、科學(xué)化,提高礦井勞動效率及現(xiàn)代化管理水平。
由于各自動化系統(tǒng)信息共享,WINCC系統(tǒng)開發(fā)的緊急預(yù)案在發(fā)生緊急情況下,保證了各系統(tǒng)的聯(lián)動和信息的綜合利用,為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了可靠的依據(jù)。
華豐煤礦井下應(yīng)用千兆工業(yè)以太網(wǎng),千兆交換機(jī)下井,為煤礦開創(chuàng)了先例,為煤礦信息化、數(shù)字化衷展積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。