1.項目概述

      山西新元煤炭有限責(zé)任公司位于山西壽陽縣，礦井地處沁水煤田東北部，距離太原市60公里，陽泉市25公司。設(shè)計儲量7.9億噸，設(shè)計可開采儲量5億噸。其中：3#煤層2.1億噸，9#煤層0.82億噸，15#煤層2.3億噸。煤種主要為貧煤，貧瘦煤及無煙煤，屬中低灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)品種煤，可作為電煤、高爐噴吹煤等。煤層賦存平緩，平均厚度為2.29-3.32米。按600萬噸/年產(chǎn)量設(shè)計的現(xiàn)代化礦井。

      新元煤礦安全生產(chǎn)綜合自動化實質(zhì)是依賴對新元礦井地理、生產(chǎn)、安全、設(shè)備、管理等方面的信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、應(yīng)用和提升，達(dá)到信息增值的目的。其核心技術(shù)是集成化的數(shù)據(jù)管理、集成化的通訊、集成化的編程組態(tài)和現(xiàn)場控制設(shè)備的自動化、網(wǎng)絡(luò)化。建立基于網(wǎng)絡(luò)的大型開放的分布式控制系統(tǒng)、形成全礦井監(jiān)測、控制、管理一體化，實現(xiàn)全礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的過程控制自動化、生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮和業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化，使煤礦高效集中生產(chǎn)，達(dá)到減員增效、降低成本，提高礦井整體安全和生產(chǎn)水平。

      新元煤礦在井上、井下建立實時工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)對全礦安全、生產(chǎn)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測與控制；建成了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫平臺，它采用實時以太網(wǎng)絡(luò)、實時數(shù)據(jù)庫平臺以及通信網(wǎng)關(guān)平臺實現(xiàn)了絕大數(shù)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)協(xié)議的統(tǒng)一，并成功接入實時數(shù)據(jù)庫平臺軟件，為今后企業(yè)綜合信息化平臺，實現(xiàn)數(shù)字化礦井做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鋪墊。

      2．建設(shè)目標(biāo)

      1）向下能監(jiān)測各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及所需的生產(chǎn)和安全參數(shù)，能對礦井內(nèi)部控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令；向上能夠連接集團(tuán)公司局域網(wǎng)，實現(xiàn)礦井與公司之間的生產(chǎn)與管理信息及時交換，從而實現(xiàn)安全生產(chǎn)過程控制網(wǎng)絡(luò)化、企業(yè)綜合管理現(xiàn)代化。

      2）建立一個生產(chǎn)調(diào)度中心，在地面調(diào)度中心能夠?qū)Ω髯詣踊到y(tǒng)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控，實現(xiàn)全礦的管控一體化。

      3）建立一個快捷、標(biāo)準(zhǔn)的傳輸平臺，提供安全、先進(jìn)、可靠的傳輸能力，滿足生產(chǎn)和管理的要求。

      4）隨著礦井建設(shè)能夠整體規(guī)劃分步實施，并能隨著技術(shù)的發(fā)展方便升級。

      5）成熟的產(chǎn)品、快速的組態(tài)，縮短整個項目的開發(fā)周期，提高效率與效益；

      6）力控pFieldComm通訊網(wǎng)關(guān)作為子系統(tǒng)接入與協(xié)議轉(zhuǎn)換產(chǎn)品使各子系統(tǒng)完全具備系統(tǒng)開發(fā)性、標(biāo)準(zhǔn)化；

      7）力控pSpacer實時歷史數(shù)據(jù)庫做為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的綜合自動化平臺，將成為信息化，數(shù)字煤礦的核心；

      3．系統(tǒng)拓?fù)鋱D及產(chǎn)品介紹

      北京三維力控科技有限公司為煤炭行業(yè)提供多種專業(yè)產(chǎn)品，通訊網(wǎng)關(guān)pFieldComm為現(xiàn)有煤礦安全生產(chǎn)綜合自動化的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，解決信息化孤島問題提供了快速、穩(wěn)定、可靠，安全的解決方案；企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle或SQLServer等一起構(gòu)建了煤礦安全生產(chǎn)綜合自動化、信息化的數(shù)據(jù)倉庫平臺；工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl為綜合自動化提供強(qiáng)有力的圖形控制功能。這些產(chǎn)品為實現(xiàn)真正的煤礦綜合自動化及管控一體化，提供數(shù)據(jù)平臺共享、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通訊和系統(tǒng)聯(lián)動等功能。

      4．調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫pSpace的應(yīng)用

      企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace特點(diǎn)：

     單臺服務(wù)器處理點(diǎn)數(shù)大于等于12.6萬點(diǎn)；

       完全分布式結(jié)構(gòu)；支持C/S和B/S應(yīng)用；

     毫秒級的高精度時間標(biāo)簽；

       支持雙機(jī)熱冗余的容錯架構(gòu)；

       采用高效的二次壓縮技術(shù)；

       數(shù)據(jù)處理及存儲與查詢的性能可達(dá)30萬點(diǎn)/秒；

       支持Windows，Unix，Linux環(huán)境下運(yùn)行和操作；

       提供使用簡便、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理工具；

      在調(diào)度中心機(jī)房使用2臺曙光服務(wù)器作為冗余的pSpace實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，與工業(yè)自動化環(huán)網(wǎng)連接，在辦公網(wǎng)絡(luò)有1臺WEB服務(wù)器，在網(wǎng)絡(luò)安全上，辦公網(wǎng)絡(luò)通過雙向物理隔離網(wǎng)閘與工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)連接。實時數(shù)據(jù)庫將整個礦井的各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集，為各生產(chǎn)部門提供實時的工藝畫面與數(shù)據(jù)顯示。

      pSpace目前已設(shè)計和實施接入的子系統(tǒng)有

       原煤流工藝（102、103工作面采煤機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶）；

       輔助運(yùn)輸及人員定位（信集閉、人員定位及考勤）；

       供配電（工業(yè)場地110kV、中央風(fēng)井場地35kV、韓莊風(fēng)井場地35kV-在建、

       井下中央、東采區(qū)、西采區(qū)、南采區(qū)、北采區(qū)5個10kV變電所）；

       給排水（二級泵站、主排水、礦井水處理、生活水處理）；

       主扇通風(fēng)系統(tǒng)；

       空氣壓縮機(jī)；

       鍋爐房；

       皮帶稱；

       工業(yè)電視子系統(tǒng)；

       選煤場子系統(tǒng)；

       集中膠帶與主斜井膠帶集中監(jiān)控子系統(tǒng)；

       點(diǎn)檢系統(tǒng)；

       安全監(jiān)控子系統(tǒng)；

      工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)監(jiān)測子系統(tǒng)；

      瓦斯抽放泵站子系統(tǒng)；

      進(jìn)風(fēng)立井提升機(jī)子系統(tǒng)；

      三個煤層及采掘銜接圖（WEB格式的矢量CAD圖）；

        [圖2]總圖

        [圖3]工業(yè)環(huán)網(wǎng)示意與監(jiān)測

      5.典型子系統(tǒng)的接入

      5.1.變電站電控子系統(tǒng)（110/35/10kV）

      110kV與35kV變電站綜合自動化系統(tǒng)為上海天正明日電力自動化有限公司的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，監(jiān)控計算機(jī)不能對第三方提供實時數(shù)據(jù)與web界面，該系統(tǒng)采用力控通信網(wǎng)關(guān)pFieldComm采集40塊綜合保護(hù)儀表（南自103規(guī)約）、直流屏、網(wǎng)絡(luò)電表等設(shè)備；將所有設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的OPCServer規(guī)約，為實時數(shù)據(jù)庫提供基于一個地址的網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在調(diào)度中心可實現(xiàn)1秒級的實時數(shù)據(jù)更新，主界面為礦井供電潮流總圖，下分變電站一次接線圖、自動抄表、所有線路間隔參數(shù)。在系統(tǒng)的模擬圖上，用戶可以清晰直觀的看到相電壓，線電壓，電流，故障，開停，高壓開關(guān)，饋電開關(guān)，主變溫度，功率因數(shù)，電度，有功功率，無功功率，視在功率，頻率，有功電能，無功電能等數(shù)據(jù)或狀態(tài)。

        [圖4]110kV變電站主接線圖

        [圖5]2#主變參數(shù)

        [圖6]中央變電所實時數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)測

      5.2.主斜井、集中膠帶大巷皮帶子系統(tǒng)接入

      現(xiàn)狀：該系統(tǒng)包括2條皮帶的集控系統(tǒng)、2套CST系統(tǒng)、1套高壓配電系統(tǒng)。膠帶（1#皮帶）機(jī)CTS與保護(hù)控制系統(tǒng)位于主斜井所在的三樓，CST系統(tǒng)采用羅克韋爾（AB）公司的SLC500系列PLC，DH+口與AB的PanelView600顯示屏連接；皮帶集控系統(tǒng)操作臺采用天地科技股份有限公司常州自動化分公司的產(chǎn)品，有一臺監(jiān)控計算機(jī)，CST運(yùn)行信號通過繼電器的干接點(diǎn)接到了該皮帶的保護(hù)系統(tǒng)。集中膠帶大巷膠帶（2#皮帶）控制與CTS系統(tǒng)與主斜井膠帶（1#皮帶）控制相同。

      解決方案：廠家提供通信協(xié)議與原PLC程序的寄存器地址表，在地面控制室的光纖柜內(nèi)增加一套網(wǎng)關(guān)，將常州所皮帶控制系統(tǒng)的RS485通信接口直接接入網(wǎng)關(guān)（CST干接點(diǎn)信號已經(jīng)接入），力控開發(fā)該驅(qū)動程序并經(jīng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議與物理層的轉(zhuǎn)換，為數(shù)據(jù)庫提供標(biāo)準(zhǔn)的OPCServer接口。

      圖形界面可顯示煙霧、跑偏、打滑、堆煤、皮帶速度、撒水、CST等監(jiān)控信號。

      5.3.102工作面監(jiān)測

      102工作面采用天津貝克KJF21型控制器，主要負(fù)責(zé)采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，提供電機(jī)工作電流、機(jī)頭、機(jī)尾高低速運(yùn)行電流、減速機(jī)軸溫、冷卻水溫度、壓力、故障碼等信息；它帶有RS485通信接口，通過MHYVRP-1*4*7/0.38屏蔽雙絞線接入礦用通信接口KJ363-J（礦用串口服務(wù)器），把RS485信號轉(zhuǎn)換成RJ45的以太網(wǎng)信號接入東采區(qū)變電所的井下KJJ102西門子交換機(jī)，使數(shù)據(jù)進(jìn)入光纖環(huán)網(wǎng)送到地面的通信網(wǎng)關(guān)，通信網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)KJF21型控制器的數(shù)據(jù)采集與協(xié)議轉(zhuǎn)換后接入實時數(shù)據(jù)庫的綜合自動化管理平臺。

        [圖7]原煤流工藝監(jiān)測

      [圖8]采煤機(jī)監(jiān)測

      5.3.中央風(fēng)井場地的主扇通風(fēng)系統(tǒng)

      主扇通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備包括：

      現(xiàn)狀：通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)分高壓軟啟動PLC控制柜和通風(fēng)機(jī)性能檢測系統(tǒng)兩部分；高壓軟啟動PLC控制柜采用2套SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU型號為：CPU-314C-2DP；AGF606型通風(fēng)機(jī)性能監(jiān)測系統(tǒng)的PLC使用SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU型號分別為：CPU-315-2DP（V2.0.11）；實時監(jiān)測計算機(jī)通過MPI總線訪問所有的PLC，監(jiān)控軟件為自行開發(fā)軟件包。

      解決方案：采用德國專用通信模塊NL50-MPI，全部采用MPI總線與3套PLC進(jìn)行通訊。NL50-MPI直接連接Siemens的控制器，采用MPI的總線方式，可以直接讀取PLC的數(shù)據(jù)。

      圖形界面可顯示風(fēng)機(jī)軸承溫度、電機(jī)繞組溫度、潤滑油溫度、潤滑油壓力、風(fēng)機(jī)回水流量、電機(jī)速度、高壓軟啟動狀態(tài)、風(fēng)機(jī)靜壓、風(fēng)機(jī)水平振動、電機(jī)三相電壓、電機(jī)三相電流、風(fēng)機(jī)全壓、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)靜壓效率、風(fēng)機(jī)全壓效率、瓦斯?jié)舛鹊取?/p>

      5.4.鍋爐控制子系統(tǒng)

      新元煤礦共4臺燃煤鍋爐，采用6臺S7-200的PLC做鍋爐主控+公共輔助系統(tǒng)的控制，數(shù)據(jù)庫直接遠(yuǎn)程讀取原監(jiān)控系統(tǒng)的OPCServer。界面顯示爐膛溫度、爐膛負(fù)壓、上鍋筒溫度、上鍋筒壓力、蒸汽出口流量、蒸汽管路壓力、省煤器溫度、煙道溫度、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量開關(guān)、引風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量調(diào)節(jié)器開關(guān)顯示、供煤爐排風(fēng)速度顯示、速度調(diào)節(jié)、現(xiàn)場手自顯示、水位報警、水位顯示、供水閥前后壓力、供水溫度、流量、循環(huán)泵狀態(tài)、鼓風(fēng)機(jī)開停狀態(tài)、引鳳開停狀態(tài)、供水泵開停狀態(tài)、鼓風(fēng)機(jī)軸溫、引風(fēng)機(jī)軸溫、風(fēng)機(jī)變頻等數(shù)據(jù)。

      [圖9]鍋爐房監(jiān)測

      [圖10]1#鍋爐主監(jiān)測

      6.結(jié)束語

      本系統(tǒng)目前已成功通過實時數(shù)據(jù)庫pSpace、通信網(wǎng)關(guān)pFieldComm、礦用通信接口，工業(yè)環(huán)網(wǎng)等軟硬件平臺完成新元煤礦綜合自動化的各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、傳輸、顯示與存儲。實時數(shù)據(jù)庫平臺的搭建徹底解決了“信息孤島”現(xiàn)象，其穩(wěn)定、可靠、高速、多平臺的真正融合在實際應(yīng)用中得到了較為理想的綜合顯示效果。