摘要：本文主要介紹郭家灣煤礦綜合自動(dòng)化監控系統的要求和采用的解決方案。建設綜合自動(dòng)化監控系統的目的是實(shí)現礦井的各個(gè)子系統的集成監控、資源共享、可視化管理等主要功能，為信息化礦井建設奠定堅實(shí)的技術(shù)基礎。

   關(guān)鍵詞：郭家灣煤礦；集中監控

   府谷縣華能神府礦區郭家灣煤礦位于陜西省府谷縣西北部的悖牛川河東岸，行政區劃隸屬府谷縣大昌汗鄉管轄。礦井采用單水平平硐開(kāi)拓，現有主平硐，長(cháng)196m。礦井共劃分為三個(gè)采區， 以一個(gè)水平開(kāi)采全井田，以一個(gè)綜合機械化工作面，配兩個(gè)機械化作業(yè)線(xiàn)集中生產(chǎn)；礦井煤炭自工作面到地面筒倉均采用帶式輸送機連續運輸；礦井輔助運輸采用先進(jìn)的無(wú)軌膠輪車(chē)運輸方式。

   郭家灣煤礦從1986年開(kāi)始籌建，1992年正式投產(chǎn)。礦井設計年工作日330天，每天四班作業(yè)，其中：三班生產(chǎn)、一班準備， 日凈運輸時(shí)間16小時(shí)。礦井生產(chǎn)能力為900kt/a。礦井服務(wù)年限24.1a。其中3-1號煤服務(wù)年限14.4a，4-1號煤服務(wù)年限9.7a。

   1 系統概述

   目前郭家灣煤礦的自動(dòng)化水平已實(shí)現分系統自動(dòng)控制，但尚未達到全礦數據的集中監控以及全局管理，基于此狀況，提出建設煤礦企業(yè)綜合自動(dòng)化系統的需求。

   煤礦綜合自動(dòng)化方案的內容主要是建設統一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )傳輸平臺，將礦井的各個(gè)子系統匯聚到集成監控平臺，充分考慮子系統的接入與整合，節省投資、資源共享，提高系統功能，并可與礦信息管理網(wǎng)實(shí)現無(wú)縫聯(lián)接，從而為信息化礦井建設奠定堅實(shí)的技術(shù)基礎。

   綜合自動(dòng)化系統由地面生產(chǎn)調度指揮中心、地面工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和設備控制層組成。系統建成后，可實(shí)現礦井主要生產(chǎn)環(huán)節（如：原煤生產(chǎn)、運輸、提升、供電、通風(fēng)、壓風(fēng)、排水、選煤廠(chǎng)等）的遠程集中監控；同時(shí)建設一套包括： 工業(yè)電視監控系統、大屏幕顯示系統、安全監測監控系統、人員定位安全管理系統、通信系統等在內的煤礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)綜合自動(dòng)化管理平臺，實(shí)現整個(gè)礦井的生產(chǎn)信息、管理信息的集成化管理， 為生產(chǎn)調度、決策指揮的信息化提供有力保證，為礦井預防和處理各類(lèi)突發(fā)事故和自然災害提供有效手段。

   煤礦綜合自動(dòng)化系統的建設最終實(shí)現：

   實(shí)現企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決策、生產(chǎn)管理和過(guò)程控制信息有機集成； 

   實(shí)現科學(xué)的經(jīng)營(yíng)管理，優(yōu)化生產(chǎn)計劃（資源配置和加工方案）、生產(chǎn)調度、工藝操作和過(guò)程控制； 

   確保安全生產(chǎn)，降低原材料和能源消耗，提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和附加值，提高產(chǎn)品市場(chǎng)適應能力； 

   提高企業(yè)經(jīng)濟效益和企業(yè)的競爭能力。

   為了實(shí)現集中監控以及全局管理目標，由公司內部組成專(zhuān)業(yè)團隊全面了解了目前市場(chǎng)上各大自動(dòng)化、信息化軟件廠(chǎng)商及其產(chǎn)品、方案和服務(wù)，明確了系統需要滿(mǎn)足數據采集、傳輸、存儲、分析、展示以及實(shí)時(shí)監控的穩定性、可靠性、及時(shí)性等指標要求。最終，亞控科技憑借其卓越的產(chǎn)品、完整的產(chǎn)品線(xiàn)、完整的解決方案、豐富的行業(yè)經(jīng)驗和典型案例以及貼心的本土化服務(wù)贏(yíng)得了郭家灣煤礦的認同，郭家灣煤礦與其成功簽約建設遠程運營(yíng)管理系統。

   2 系統建設基本要求

   監控平臺架構實(shí)現全礦井各子系統總集成，具有智能電氣儀表、安全保護系統、電力監控系統的深度集成功能，提供標準接口接入子系統，高度集成的人機界面，完成各類(lèi)數據的匯總，并進(jìn)行分類(lèi)處理和提煉加工，為信息層綜合展示提供基礎。具有與集團聯(lián)網(wǎng)功能，支持集團安全管理的需要。具體需實(shí)現以下功能：

   （1）數據交換

   建立數據中心，通過(guò)數據交換代理實(shí)現各個(gè)子系統相關(guān)數據的集中，并反饋相應結果。即分布式的數據集成和集中式的數據共享，支持異構環(huán)境中的服務(wù)、消息以及基于事件的交互，并且保證數據交換和傳輸中的安全。

   （2）數據采集接口

   調度集成監控平臺采集方式采用國際化標準軟件接口方式， 方便各子系統廠(chǎng)家的開(kāi)發(fā)式交流，使子系統無(wú)縫接入綜合管控平臺中，數據接口硬件采用RJ45以太網(wǎng)口，軟件接口采用OPC接口。

   （3）實(shí)時(shí)運行參數監測

   采用基于面向對象控制和監控方式，對各監控系統采用組態(tài)、圖形、報表的形式，實(shí)時(shí)顯示、采集生產(chǎn)工況參數，實(shí)現視頻、安全信息、設備信息的高度集成。

   （4）實(shí)時(shí)過(guò)程控制，歷史數據查詢(xún)，設備故障及模擬量超限報警

   分析采集的參數，各系統自動(dòng)完成過(guò)程控制，或由調度員操作控制；生產(chǎn)實(shí)時(shí)監測數據均可以存儲于系統數據庫中，可以實(shí)現歷史回顯、歷史趨勢分析，及直方圖、餅圖等進(jìn)行綜合分析； 當設備故障或模擬量超限時(shí)，生產(chǎn)監測及管理網(wǎng)絡(luò )同步顯示故障設備名稱(chēng)，并可實(shí)現語(yǔ)音報警，實(shí)時(shí)打印故障功能。服務(wù)器將該故障信息存入故障信息數據庫，供以后統計分析。

   （5）生產(chǎn)實(shí)時(shí)畫(huà)面監測

   工業(yè)電視信號可直接接入監測終端，當出現異常（故障、違章、檢修）時(shí)，可聯(lián)動(dòng)彈出監測點(diǎn)視頻畫(huà)面，供操作人員參考， 并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )上傳集團公司。

   （6）區域生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境評估

   通過(guò)對各子系統已接入的環(huán)境參數進(jìn)行重組和計算得出每個(gè)區域的評價(jià)結果，也可結合現有其它系統（如：通風(fēng)瓦斯預測、安全量化評估管理系統、人員監測系統等）進(jìn)行區域狀態(tài)的綜合評定，并在圖中實(shí)時(shí)顯示，系統可輸入算數、邏輯等各種表達式進(jìn)行運算得到評價(jià)結果?？梢云鸬降V井安全多層防護作用，加快安全事故隱患排查效率，達到事前預警，從而提高礦井災害預防能力。實(shí)現目標：平臺操作人員能簡(jiǎn)單地、一目了然了解礦井各區域安全情況和實(shí)時(shí)人數，通過(guò)屏幕上紅色、橙色、綠色等顏色直觀(guān)地判斷目標區域是否安全。

   （7）系統或設備聯(lián)動(dòng)

   實(shí)現設備啟動(dòng)、停車(chē)或異常時(shí)，相關(guān)系統及時(shí)彈出信息，關(guān)聯(lián)顯示當前狀態(tài)，確保設備運行安全和穩定。如膠帶機啟車(chē)時(shí)， 相關(guān)電氣設備運行數據的及時(shí)顯示和膠帶機機頭或機尾攝像頭圖像的顯示。實(shí)現目標：設備異?；騿⑼r(shí)，操作人員無(wú)需更進(jìn)一步操作，即可在一個(gè)統一界面上觀(guān)察到該狀態(tài)操作人員必須觀(guān)察的運行數據、實(shí)況圖像等。

   （8）生產(chǎn)效能評估

   通過(guò)對當前和歷史數據進(jìn)行分析、統計，得出全礦各系統在某段時(shí)間內累計影響生產(chǎn)的時(shí)間以及影響生產(chǎn)的主要因素，通過(guò)歷史追憶的形式分析得出全礦井的能耗比、各生產(chǎn)環(huán)節的故障率，從而減少各類(lèi)故障和資源浪費，實(shí)現節能增效。實(shí)現目標： 生產(chǎn)投入與產(chǎn)出透明展示，能耗、效益直觀(guān)顯示。

   （9）自動(dòng)預警功能

   通過(guò)礦用監控數據中心接入各個(gè)子系統，然后對已接入的測點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)監測、處理，由已接入測點(diǎn)的設置和一段時(shí)間內的歷史數據，根據預警值算法計算得出該測點(diǎn)的預警參考值，并由此參考值對測點(diǎn)的實(shí)時(shí)值進(jìn)行處理得到測點(diǎn)的預警狀態(tài)。實(shí)現目標：在沒(méi)有達到報警狀態(tài)前就掌握目標的變化趨勢，讓各種超限報警消失在萌芽狀態(tài)。

   （10）應急預案管理

   礦井生產(chǎn)的情況瞬息萬(wàn)變，一旦發(fā)生異常需要及時(shí)處理以保障人員和設備安全，降低風(fēng)險。應急預案管理可在異常事件發(fā)生時(shí)，自動(dòng)按照預案的設計啟動(dòng)處理流程而不需要人員的干預， 同時(shí)調度人員根據實(shí)際情況做出的判斷，也可以通過(guò)該管理平臺向外發(fā)布，進(jìn)行及時(shí)的應急指揮。實(shí)現目標：礦井各類(lèi)預案進(jìn)入系統，進(jìn)行無(wú)紙化處理，遇到緊急情況按系統提示一步步進(jìn)行處理，不至于慌亂。

   （11）GPRS短信報警

   平臺具備GPRS短信報警功能，自動(dòng)將監測報警信息通過(guò)GPRS發(fā)送到相關(guān)人員手機上，便于領(lǐng)導及時(shí)了解安全生產(chǎn)情況， 制定相關(guān)決策，保證安全生產(chǎn)。當測點(diǎn)有故障、報警時(shí)，監控中心會(huì )自動(dòng)將故障、報警的詳細內容以短信的形式發(fā)送到預設的手機上。

   （12）操作功能要求 

   在冗余功能：采用雙服務(wù)器(互為冗余) ，兩臺服務(wù)器間自動(dòng)實(shí)現數據的同步，并互為熱備，實(shí)現雙機熱備用，當其中一臺計算機出現故障時(shí)，可自動(dòng)切換到另一臺計算機，以防止數據丟失或控制失控。 

   系統容量：系統輸入/輸出點(diǎn)位支持可采集無(wú)限個(gè)監控點(diǎn)，巡檢周期符合行業(yè)規定。 

   顯示功能：能實(shí)時(shí)顯示各類(lèi)接入的子系統如各膠帶機、通風(fēng)機、泵房、變電所等相關(guān)設施及所有信息狀況，并能方便地進(jìn)行多畫(huà)面切換；當被測參數超限、保護動(dòng)作及設備運行狀態(tài)改變后發(fā)出語(yǔ)音、文字告警提示。 

   WEB功能：能將各子系統顯示的各類(lèi)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形（符合要求的）轉換為HTML或XML，供客戶(hù)通過(guò)IE瀏覽。同時(shí)在綜合監控集控中心組態(tài)綜合實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形供用戶(hù)瀏覽。 

   控制功能，故障自診斷功能，報警功能：具有遠程啟動(dòng)、停止、復位和測試功能，并具有可進(jìn)行地面遠程編程、故障(保護)屏蔽及控制方式轉換等功能；提供網(wǎng)絡(luò )故障判斷提示，可將故障定位在交換機級；能為用戶(hù)提供各類(lèi)監測系統的實(shí)時(shí)報警信息包括超限報警、開(kāi)關(guān)報警、系統在線(xiàn)設備的故障記錄。系統能自動(dòng)統計出昨日、當日、當前的報警故障個(gè)數，并可點(diǎn)擊查看相應詳細信息，可以按子系統、類(lèi)別、等級、日期段等條件查詢(xún)和統計歷史報警或故障信息。 

   打印統計功能：能實(shí)時(shí)或按時(shí)間段打印各類(lèi)接入的子系統如膠帶機、通風(fēng)機、泵房、變電所等相關(guān)設備的運行參數(如運行時(shí)間、電機電流等)和運行狀態(tài)(如開(kāi)停狀態(tài)、故障類(lèi)型、故障發(fā)生時(shí)間等)；對數據進(jìn)行綜合處理，滿(mǎn)足報表統計、曲線(xiàn)圖、柱狀圖顯示并能打印輸出。系統能選擇日期查看某測點(diǎn)歷史數據的曲線(xiàn)，在曲線(xiàn)的值坐標上可以自定義刻度。

   系統可以查詢(xún)任何系統中設備的開(kāi)停情況，如開(kāi)時(shí)間、次數等，可查看累計量信息及統計圖表，還可查看整個(gè)系統的網(wǎng)絡(luò )故障信息可方便用戶(hù)管理。

   界面友好，全漢字圖形組態(tài)，支持動(dòng)畫(huà)技術(shù)、圖形縮放技術(shù)、多級窗口技術(shù)等，數據、曲線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，能進(jìn)行多畫(huà)面切換；系統可在監測狀態(tài)監測各類(lèi)數據，也可在編輯狀態(tài)下設置各個(gè)報警值；系統提供實(shí)時(shí)、歷史報表曲線(xiàn)。實(shí)時(shí)曲線(xiàn)畫(huà)面反映一定時(shí)間間隔的實(shí)時(shí)數據的變化趨勢。歷史曲線(xiàn)畫(huà)面反映過(guò)去某個(gè)時(shí)間段的實(shí)時(shí)數據變化趨勢。通過(guò)曲線(xiàn)報表將子系統的各個(gè)主要設備參數連續的記錄并保存，以便以后的查詢(xún)，調用管理；按時(shí)間順序，將各個(gè)歷史動(dòng)作的順序、時(shí)間記錄下來(lái)，供事后分析用；在設備參數超過(guò)預警門(mén)限時(shí)，系統自動(dòng)將設備主要參數記錄下來(lái)，供事后分析用。

   （13）支持分區監控模式，實(shí)現遠程現場(chǎng)作業(yè)指揮的管理。

   （14）資源信息管理

   支持設備維護工作訂單、歷史工作訂單、設備狀態(tài)、預防性維護、設備備件、故障報告、設備檔案信息等功能。具備停車(chē)管理功能。實(shí)施維護操作，操作員被告知資產(chǎn)故障已被糾正過(guò)程控制與維護操作的無(wú)縫集成和互動(dòng)。

   3 系統方案架構

   郭家灣煤礦集中監控系統建設實(shí)現構件化、模塊化和平臺化，以保證各系統及子系統的各項功能，滿(mǎn)足可持續性開(kāi)發(fā)需求，每一個(gè)應用程序都做到高度模塊化，以便支持可能的跨平臺的移植能力，同時(shí)具備可擴展的技術(shù)框架和標準的對外接口，為與系統外的應用系統和二次開(kāi)發(fā)預留接口。郭家灣煤礦集中監控系統拓撲結構如圖1所示。
 
                  
                             圖1 郭家灣煤礦集中監控系統拓撲結構圖

   系統采用亞控的高端組態(tài)軟件King SCADA軟件，搭建統一的軟件監控平臺。在此平臺上通過(guò)人機界面（HMI）可實(shí)時(shí)監測子系統設備工況，并可對各子系統的I/O進(jìn)行控制。將全網(wǎng)監測數據存入工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫KingHistorian,同時(shí)通過(guò)信息分析平臺對各子系統的設備狀況進(jìn)行分析、查詢(xún)、統計。通過(guò)WEB發(fā)布使管理人員通過(guò)礦信息管理網(wǎng)上的PC終端，用IE瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)工業(yè)以太網(wǎng)的Web服務(wù)器，可在信息網(wǎng)瀏覽和查詢(xún)控制網(wǎng)的系統信息和進(jìn)行必要的權限控制。

   4 系統特點(diǎn) 

   高可用性和冗余功能： King SCADA組態(tài)軟件采用C/S架構和B/S架構，在集控中心設立兩臺服務(wù)器(互為冗余)，兩臺服務(wù)器間自動(dòng)實(shí)現數據的同步，并互為熱備，當主服務(wù)器故障時(shí)，從服務(wù)器可在1s內實(shí)現自動(dòng)接替主服務(wù)器的工作，以防止數據丟失。 

   操控界面：界面友好，全中文圖形組態(tài)，支持動(dòng)畫(huà)技術(shù)、圖形縮放技術(shù)、多級窗口技術(shù)等，數據、曲線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，能進(jìn)行多畫(huà)面切換，系統支持32000*32000分辨率的大畫(huà)面過(guò)程數據瀏覽，可以進(jìn)行不失真的無(wú)極縮放。 

   監控功能：能實(shí)時(shí)、準確地采集各子系統的數據，并以組態(tài)畫(huà)面和組態(tài)圖表的形式表現出來(lái)，在任何一個(gè)操作站上，各專(zhuān)業(yè)的操作人員有各自的權限，可根據不同權限監視自動(dòng)化系統設備運行工況，并可根據要求控制現場(chǎng)的設備。 

   打印功能：能實(shí)時(shí)或按時(shí)間段打印各子系統相關(guān)設備的運行參數和運行狀態(tài)，如開(kāi)停狀態(tài)、故障類(lèi)型、故障發(fā)生時(shí)間等。 
 
                    
                                        圖2

   實(shí)時(shí)管理界面的功能：系統具有編輯態(tài)、置數態(tài)和運行態(tài)三個(gè)狀態(tài)，在編輯態(tài)下可修改系統的一些消息類(lèi)別、用戶(hù)文本塊和報警臨界值，在置數態(tài)下可對一些動(dòng)態(tài)變量進(jìn)行修改，在運行態(tài)下只能對實(shí)時(shí)模擬量數據進(jìn)行監視。 

   報表曲線(xiàn)功能：系統提供實(shí)時(shí)、歷史報表曲線(xiàn)。實(shí)時(shí)曲線(xiàn)畫(huà)面反映一定時(shí)間間隔的實(shí)時(shí)數據的變化趨勢。歷史曲線(xiàn)畫(huà)面反映過(guò)去某個(gè)時(shí)間段的實(shí)時(shí)數據變化趨勢。通過(guò)曲線(xiàn)報表將子系統的各個(gè)主要設備參數連續的記錄并保存，以便以后的查詢(xún)，調用管理。 

   歷史事件記錄功能：按時(shí)間順序，將各個(gè)歷史動(dòng)作的順序、時(shí)間記錄下來(lái)，供事后分析用。 

   實(shí)時(shí)報警功能：當設備故障或模擬量超限時(shí)，監控子系統與自動(dòng)化平臺同步顯示故障設備名稱(chēng)、報警測點(diǎn)名稱(chēng)及數值。 

   事故追憶功能：在設備參數超過(guò)預警門(mén)限時(shí)，系統自動(dòng)將設備主要參數記錄下來(lái)，供事后分析用。時(shí)間段長(cháng)度可由系統維護人員在系統數據庫中修改，事故前追憶點(diǎn)數和事故后延續點(diǎn)數也可在參數中修改。 

   控制功能：具有本地和遠程啟、停功能。 

   故障自診斷功能：具有強大的系統自診斷與故障報警功能，可準確判斷設備故障類(lèi)型、位置，并能提供圖像和聲音報警提示以及打印輸出。 

   系統維護和可擴展性：在工程師站上可以進(jìn)行組態(tài)編程， 同時(shí)兼做網(wǎng)管工作站，當子系統監控需求變化時(shí)可以很方便的進(jìn)行調整。同時(shí)，為待建子系統留下接口，可以方便地組態(tài)和集成。 

   控制靈活性：各專(zhuān)業(yè)子系統即可獨立操作，也可在平臺上統一集控。

   5 結語(yǔ)

   郭家灣煤礦綜合自動(dòng)化系統井上井下兩個(gè)環(huán)網(wǎng)，把井上井下的各個(gè)子系統的數據及畫(huà)面統一到綜合自動(dòng)化平臺，如圖2所示。實(shí)現對煤礦的人員監控（人員定位）、環(huán)境監控（瓦斯）、設備監控（主井、副井、通風(fēng)機等監控）的綜合監控，實(shí)現整個(gè)礦井的生產(chǎn)信息、管理信息的集成化管理，為生產(chǎn)調度、決策指揮的信息化提供有力保證，為礦井預防和處理各類(lèi)突發(fā)事故和自然災害提供有效手段。

  潘峰

   男，1999年畢業(yè)于北京商學(xué)院市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)業(yè)，2008年加入北京亞控科技發(fā)展有限公司以來(lái)，歷任銷(xiāo)售工程師、煤炭行業(yè)銷(xiāo)售經(jīng)理、煤炭事業(yè)部副總經(jīng)理等職，2011年10月?lián)蝸喛乜萍济禾渴聵I(yè)部副總經(jīng)理一職，負責亞控科技在煤炭礦山領(lǐng)域的銷(xiāo)售工作。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第十期