煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及探究

1、煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及探究摘要煤礦綜合自動(dòng)化也被稱為cimas ( computer integrated mine automation system),是利用自動(dòng)控 制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，將 煤礦的生成全過程建成現(xiàn)場總線加上工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò) 平臺(tái)的礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。本文結(jié)合工作實(shí)際，從綜合自 動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)出發(fā)，并就煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 內(nèi)容進(jìn)行了研究與探討。關(guān)鍵字煤礦；綜合自動(dòng)化；設(shè)計(jì)；研究煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括了風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控子 系統(tǒng)、電力監(jiān)測子系統(tǒng)、瓦斯抽放監(jiān)測子系統(tǒng)、主副井提升 監(jiān)測子系統(tǒng)、膠帶機(jī)監(jiān)測子系統(tǒng)和機(jī)車調(diào)度系統(tǒng)等等。綜合 自

2、動(dòng)化系統(tǒng)將各自動(dòng)化子系統(tǒng)在異構(gòu)條件下進(jìn)行有效的集 成與整合，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)評(píng)估，以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綜 合分析。并通過對生產(chǎn)和安全中主要設(shè)備的監(jiān)測與控制，以 達(dá)成全礦井生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集和決策指揮的信息化管理， 提高礦井預(yù)防和處理各種自然災(zāi)害和突發(fā)事故的能力。1. 煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)1.1采用多媒體通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，建立集合全礦井管理、 控制和監(jiān)測于一體化，并以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的大型開放式綜合控 制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)時(shí)礦井生產(chǎn)和建設(shè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控 制。1.2建立基于礦井生產(chǎn)和建設(shè)各個(gè)環(huán)節(jié)的就地自動(dòng)化、 遠(yuǎn)程自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化的三級(jí)自動(dòng)化體

3、系，以最大程度的 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全和減員增效的目的。1.3建立礦井集中自動(dòng)控制中心，使其成為礦井生產(chǎn)建 設(shè)中各個(gè)環(huán)節(jié)的控制中心，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臉屑~， 為礦井生產(chǎn)的工程調(diào)度、綜合過程控制、設(shè)備人員管理和故 障分析等一系列工作提供全面的實(shí)時(shí)信息，并為礦井預(yù)防和 處理自然災(zāi)害和突發(fā)事故提供信息基礎(chǔ)。1.4充分利用各種網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，以最大化保障自動(dòng)化 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，并確保系統(tǒng)的安全、順利運(yùn)行。2. 煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要包括了網(wǎng)絡(luò)傳輸 平臺(tái)和子系統(tǒng)接入平臺(tái)這兩方面內(nèi)容。煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，見下圖lo2. 1網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)的設(shè)計(jì)通過建立全礦

4、井的綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在主干網(wǎng)絡(luò)采 用單模光纖傳輸，將礦井的設(shè)備控制層各子系統(tǒng)連接到系統(tǒng) 平臺(tái)上。并在監(jiān)控中心建設(shè)終端環(huán)，對礦井內(nèi)各控制子系統(tǒng) 發(fā)布控制命令，監(jiān)控各子系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，收集所需 的生產(chǎn)與安全參數(shù)，同時(shí)通過web服務(wù)器連接信息管理網(wǎng)， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理信息的溝通與交換。(1) 網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)的要求：應(yīng)具有高度的可靠性、實(shí) 時(shí)性、安全性和開發(fā)性。(2) 網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)的特點(diǎn)：采用profinet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 具有極高的可用性；提供工控領(lǐng)域的全線產(chǎn)品，擁有產(chǎn)品一 致性的特點(diǎn)；具有開發(fā)性的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；備件和備品的通用性 較強(qiáng)。(3) 網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)主要設(shè)備的技術(shù)要求和配置%1 傳輸光纜：光纜均

5、使用單模，井下主光纜使用36芯 光纜作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸線路；地面光纜則使用12芯光纜作為 千兆工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸鏈路。%1 交換機(jī)：核心交換機(jī)配置不少于4個(gè)千兆光纖接口， 并支持強(qiáng)大的端口擴(kuò)展能力和網(wǎng)絡(luò)路由功能；環(huán)網(wǎng)交換機(jī)配 置不少于2個(gè)千兆光纖接口，并支持強(qiáng)大的端口擴(kuò)展能力， 接核心環(huán)網(wǎng)交換機(jī)不少于3個(gè)千兆光纖接口。支持虛擬局域 網(wǎng)技術(shù)(vlan),質(zhì)量服務(wù)(qos),多播過濾功能(igmp), 流量限制功能。%1 服務(wù)器：使用雙機(jī)熱備方式的高性能服務(wù)器，亦或是 部件級(jí)冗余的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)容錯(cuò)服務(wù)器，在滿足功能需要的基礎(chǔ) 上，完成簡單維護(hù)。對服務(wù)器所有部件均要求能做到熱插拔, 即cup、電源、硬盤、內(nèi)存

6、、風(fēng)扇或主機(jī)板等設(shè)備出現(xiàn)故障 時(shí)，能在不停機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更換，從而使硬件故障所導(dǎo)致 的非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間能縮短在每年5分鐘以內(nèi)。2.2子系統(tǒng)接入平臺(tái)設(shè)計(jì)(1) 子系統(tǒng)接入的要求對子系統(tǒng)接入硬件的要求為：上位機(jī)需使用opc方式；plc應(yīng)具有支持profinet的以太網(wǎng)模塊；使用標(biāo)準(zhǔn)化的以太 網(wǎng)接口；具有良好的兼容性、可靠性和擴(kuò)展性；某子系統(tǒng)的 通訊或元器件出現(xiàn)故障時(shí)，不影響其他子系統(tǒng)的的通訊和整 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。對子系統(tǒng)接入軟件的要求是：子系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商應(yīng)提供 所有需要的i/o變量、組態(tài)圖形、數(shù)據(jù)類型、名稱等；子 系統(tǒng)的軟件通訊協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn)0pc通訊協(xié)議；上位機(jī)的軟件 支持標(biāo)準(zhǔn)的0pc接口，且數(shù)據(jù)

7、的通訊延時(shí)不得大于0.5秒。(2) 硬件接入方式根據(jù)控制點(diǎn)的分布、各自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)和接入技術(shù)的 特點(diǎn)，可考慮以下四種接入方式，并且需要原廠家提供軟件 通訊協(xié)議和以太網(wǎng)接口。%1 plc接入方式：自動(dòng)化系統(tǒng)采用plc進(jìn)行控制，可以 在plc上增加以太網(wǎng)模塊，與交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。%1 上位機(jī)接入方式：對自動(dòng)化系統(tǒng)較為簡單，沒有以太 網(wǎng)接口，但有上位機(jī)，可以在該上位機(jī)上增加通訊以太網(wǎng)卡, 與附近的交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。%1 擴(kuò)展接入方式：對于自動(dòng)化系統(tǒng)沒有以太網(wǎng)接口，也 沒有上位機(jī)，但該系統(tǒng)支持rs484或profinet等現(xiàn)場總線, 則可以增加轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過擴(kuò)展方式轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)接

8、口與交 換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。%1 子網(wǎng)絡(luò)接入方式：對于自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)很成熟，并且 自成網(wǎng)絡(luò)，對外有統(tǒng)一的以太網(wǎng)接口，則可通過rj45 口與 交換機(jī)進(jìn)行物理上的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。（3）軟件接入方式當(dāng)各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)與綜合自動(dòng)化的千兆以太網(wǎng)進(jìn)行物 理上硬件網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接后，則需要解決通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊， 各自動(dòng)化系統(tǒng)可采用以下四種通訊方式：0pc通訊方式、驅(qū) 動(dòng)通訊方式、dde / netdde方式。最為合適的是采用0pc通 訊方式，并使用原廠家提供的0pc接口。%1 0pc通訊方式：如該自動(dòng)化系統(tǒng)具有上位機(jī)，且該上 位機(jī)軟件支持opc server,則可通過上位機(jī)軟件的0pc方 式進(jìn)行通訊。%1 驅(qū)動(dòng)通訊方式：如組態(tài)軟件支持該自動(dòng)化系統(tǒng)的plc 的驅(qū)動(dòng)，或者該plc有基于opc server的驅(qū)動(dòng)，則可以通 過組態(tài)直接與plc通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。%1 dde / netdde方式：dde / netdde通訊方式是一種標(biāo) 準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，是ms windows操作系統(tǒng)提供的一種動(dòng)態(tài)數(shù) 據(jù)交換信息通訊機(jī)制，它允許兩個(gè)應(yīng)用程序通過連續(xù)自動(dòng)的 交換數(shù)據(jù)來進(jìn)行對話。3. 總結(jié)：煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建立，集合不同廠家的硬件設(shè)備 與軟件產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了各綜合