一、項目概述

山西新元煤炭有限責任公司位于山西壽陽(yáng)縣，礦井地處沁水煤田東北部，距離太原市60公里，陽(yáng)泉市25公里。設計儲量7.9億噸，設計可開(kāi)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(wú)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(wàn)噸/年產(chǎn)量設計的現代化礦井。

新元煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化實(shí)質(zhì)是依賴(lài)對新元礦井地理、生產(chǎn)、安全、設備、管理等方面的信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、應用和提升，達到信息增值的目的。其核心技術(shù)是集成化的數據管理、集成化的通訊、集成化的編程組態(tài)和現場(chǎng)控制設備的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化。建立基于網(wǎng)絡(luò )的大型開(kāi)放的分布式控制系統，形成全礦井監測、控制、管理一體化，實(shí)現全礦井生產(chǎn)各環(huán)節的過(guò)程控制自動(dòng)化、生產(chǎn)綜合調度指揮和業(yè)務(wù)運轉網(wǎng)絡(luò )化，使煤礦高效集中生產(chǎn)，達到減員增效、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(shí)時(shí)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實(shí)現對全礦安全、生產(chǎn)的遠程集中監測與控制。建成了統一的數據倉庫平臺，它采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò )、實(shí)時(shí)數據庫平臺以及通信網(wǎng)關(guān)平臺實(shí)現了絕大數子系統數據協(xié)議的統一，并成功接入實(shí)時(shí)數據庫平臺軟件，為今后企業(yè)綜合信息化，實(shí)現數字化礦井做基礎數據鋪墊。

二、項目目標

向下能監測各子系統內設備的運行狀態(tài)以及所需的生產(chǎn)和安全參數，能對礦井內部控制子系統發(fā)布控制命令；向上能夠連接集團公司局域網(wǎng)，實(shí)現礦井與公司之間的生產(chǎn)與管理信息及時(shí)交換，從而實(shí)現安全生產(chǎn)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )化和企業(yè)綜合管理現代化。

建立一個(gè)生產(chǎn)調度中心，在地面調度中心能夠對各自動(dòng)化系統機電設備進(jìn)行集中監控，實(shí)現全礦的管控一體化。

建立一個(gè)快捷、標準的傳輸平臺，具備安全、先進(jìn)、可靠的傳輸能力，滿(mǎn)足生產(chǎn)和管理的要求。

隨著(zhù)礦井建設能夠整體規劃分步實(shí)施，并能隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展方便升級。

成熟的產(chǎn)品、快速的組態(tài)，縮短整個(gè)項目的開(kāi)發(fā)周期，提高效率與效益。

力控pFieldComm通訊網(wǎng)關(guān)作為子系統接入與協(xié)議轉換產(chǎn)品使各子系統實(shí)現完全的標準化接入，具備良好的開(kāi)放性。

力控pSpace實(shí)時(shí)歷史數據庫作為生產(chǎn)數據的綜合自動(dòng)化平臺，將成為信息化，數字煤礦的核心。

三、系統架構

系統網(wǎng)絡(luò )架構如下圖所示：

力控科技構建的煤礦綜合自動(dòng)化及管控一體化系統，為企業(yè)提供數據平臺共享、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議轉換、標準化的數據通訊和系統聯(lián)動(dòng)等功能。

通訊網(wǎng)關(guān)pFieldComm，為現有煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化的子系統數據接入，解決信息化孤島問(wèn)題提供了快速、穩定、可靠，安全的解決方案。

數據平臺，企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace與關(guān)系型數據庫Oracle或SQL  Server等一起構建了煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化、信息化的數據倉庫平臺。實(shí)時(shí)數據庫將整個(gè)礦井的各個(gè)子系統數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，為各生產(chǎn)部門(mén)提供實(shí)時(shí)的工藝畫(huà)面與數據顯示。

工業(yè)監控組態(tài)軟件ForceControl，為綜合自動(dòng)化提供強有力的圖形控制功能。

服務(wù)器，在調度中心機房使用2臺曙光服務(wù)器作為冗余的pSpace實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器，與工業(yè)自動(dòng)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(guò)雙向物理隔離網(wǎng)閘與工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )連接。

四、應用功能

1、變電站電控子系統（110/35/10kV）

110kV與35kV變電站綜合自動(dòng)化系統為上海天正明日電力自動(dòng)化有限公司的微機保護系統，監控計算機不能對第三方提供實(shí)時(shí)數據與web界面，該系統采用力控通信網(wǎng)關(guān)pFieldComm采集40塊綜合保護儀表（南自103規約）、直流屏、網(wǎng)絡(luò )電表等設備。將所有設備數據統一轉換為標準的OPC Server規約，為實(shí)時(shí)數據庫提供基于一個(gè)地址的網(wǎng)絡(luò )化標準數據，在調度中心可實(shí)現1秒級的實(shí)時(shí)數據更新。主界面為礦井供電潮流總圖，下分變電站一次接線(xiàn)圖、自動(dòng)抄表、所有線(xiàn)路間隔參數。在系統的模擬圖上，用戶(hù)可以清晰直觀(guān)的看到相電壓、線(xiàn)電壓、電流、故障、啟停、高壓開(kāi)關(guān)、饋電開(kāi)關(guān)、主變溫度、功率因數、電度、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、頻率、有功電能、無(wú)功電能等數據或狀態(tài)。

2、主斜井、集中膠帶大巷皮帶子系統接入

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

解決方案：廠(chǎng)家已提供通信協(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增加一套網(wǎng)關(guān)，將常州所皮帶控制系統的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(kāi)發(fā)該驅動(dòng)程序并經(jīng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議與物理層的轉換，為數據庫提供標準的OPC Server接口。

系統在圖形界面中可以顯示煙霧、跑偏、打滑、堆煤、皮帶速度、撒水、CST等監控信號。

3、102工作面監測

102工作面采用天津貝克KJF21型控制器，主要負責采煤機、刮板運輸機、轉載機和破碎機的數據監控。提供電機工作電流、機頭、機尾高低速運行電流、減速機軸溫、冷卻水溫度、壓力、故障碼等信息。它帶有RS485通信接口，通過(guò)MHYVRP-1*4*7/0.38屏蔽雙絞線(xiàn)接入礦用通信接口KJ363-J（礦用串口服務(wù)器），把RS485信號轉換成RJ45的以太網(wǎng)信號接入東采區變電所的井下KJJ102西門(mén)子交換機，使數據進(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)負責KJF21型控制器的數據采集與協(xié)議轉換后接入實(shí)時(shí)數據庫的綜合自動(dòng)化管理平臺。

4、中央風(fēng)井場(chǎng)地的主扇通風(fēng)系統

主扇通風(fēng)系統主要設備包括：

現狀：通風(fēng)機電控系統分高壓軟啟動(dòng)PLC控制柜和通風(fēng)機性能檢測系統兩部分。高壓軟啟動(dòng)PLC控制柜采用2套SIEMENS公司的S7-300 PLC，CPU型號為：CPU-314C-2DP。AGF606型通風(fēng)機性能監測系統的PLC使用SIEMENS公司的S7-300 PLC，CPU型號分別為：CPU-315-2DP（V2.0.11）。實(shí)時(shí)監測計算機通過(guò)MPI總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)所有的PLC。

解決方案：監控計算機采用力控軟件。圖形界面可顯示風(fēng)機軸承溫度、電機繞組溫度、潤滑油溫度、潤滑油壓力、風(fēng)機回水流量、電機速度、高壓軟啟動(dòng)狀態(tài)、風(fēng)機靜壓、風(fēng)機水平振動(dòng)、電機三相電壓、電機三相電流、風(fēng)機全壓、風(fēng)機風(fēng)量、風(fēng)機靜壓效率、風(fēng)機全壓效率、瓦斯濃度等。

5、鍋爐控制子系統

新元煤礦共4臺燃煤鍋爐，采用6臺S7-200的PLC做鍋爐主控和公共輔助系統的控制，數據庫直接遠程讀取原監控系統的OPC Server。界面顯示爐膛溫度、爐膛負壓、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)機風(fēng)量開(kāi)關(guān)、引風(fēng)機吸風(fēng)量調節器開(kāi)關(guān)顯示、供煤爐排風(fēng)速度顯示、速度調節、現場(chǎng)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)機開(kāi)停狀態(tài)、引鳳開(kāi)停狀態(tài)、供水泵開(kāi)停狀態(tài)、鼓風(fēng)機軸溫、引風(fēng)機軸溫、風(fēng)機變頻等數據。

五、項目總結

本系統目前已成功通過(guò)實(shí)時(shí)數據庫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，完成了新元煤礦綜合自動(dòng)化的各子系統的數據采集、轉換、傳輸、顯示與存儲。實(shí)時(shí)數據庫平臺的搭建徹底解決了“信息孤島”現象，其穩定、可靠、高速、多平臺的真正融合在實(shí)際應用中得到了較為理想的綜合顯示效果。