基于iFIX的煤礦綜合自動化系統(tǒng)

丁宇輝　婁文法　李軍鴻

摘要：許多礦井雖然建設(shè)有各種監(jiān)測和控制子系統(tǒng)，如安全監(jiān)測、皮帶集控、水泵集控等，但各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無法共享，出現(xiàn)“信息孤島”，難以為全礦的安全生產(chǎn)決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐。文章重點闡述了綜合自動化的概念、形成和發(fā)展過程，以及使用iFIX進(jìn)行綜合自動化建設(shè)的架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：煤礦；綜合自動化系統(tǒng)；信息孤島；iFIX；安全事故；機(jī)電設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD39 文章編號：1009-2374（2015）28-0161-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.080

近年來，煤礦安全事故頻發(fā)，主要原因在于煤礦設(shè)備落后、自動化生產(chǎn)程度較低、監(jiān)測監(jiān)控不到位。許多礦井，特別是老礦井，它們的系統(tǒng)，像水泵、皮帶等，雖然都有各自的監(jiān)控系統(tǒng)，但各子系統(tǒng)往往采用不同的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，不能在調(diào)度室進(jìn)行集中的監(jiān)測和控制。為了解決這一問題，需要對這些子系統(tǒng)進(jìn)行集成，并建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成平臺和數(shù)據(jù)傳輸平臺，便于數(shù)據(jù)的共享和統(tǒng)一的監(jiān)管。煤礦綜合自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為提高煤礦安全生產(chǎn)力的重要手段。

1 綜合自動化的概念

綜合自動化系統(tǒng)是使用計算機(jī)和自動化技術(shù)，以防爆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸平臺，對煤礦的生產(chǎn)過程實現(xiàn)全面監(jiān)控的系統(tǒng)，它把煤礦中異構(gòu)條件下的安全監(jiān)測系統(tǒng)、人員定為系統(tǒng)、主井提升系統(tǒng)、信集閉等子系統(tǒng)的接口和通訊協(xié)議進(jìn)行統(tǒng)一，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成到一個數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)各運(yùn)行參數(shù)的組態(tài)顯示和統(tǒng)計分析，并上傳至礦區(qū)辦公局域網(wǎng)，這樣使得煤礦生產(chǎn)和管理更加科學(xué)高效。同時將一些主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)和安全情況傳輸?shù)郊瘓F(tuán)公司，集團(tuán)公司可以通過這些數(shù)據(jù)對煤礦進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)視，出現(xiàn)緊急情況發(fā)出告警信號。

2 綜合自動化的形成

綜合自動化形成和發(fā)展大致經(jīng)歷了四個時期：

2.1 自動化設(shè)備的出現(xiàn)和應(yīng)用

該時期自動化技術(shù)的發(fā)展是出于人們生活的實際需要，例如指南車、候風(fēng)地動儀、風(fēng)磨等，此時自動化技術(shù)掌握在能工巧匠手中，并沒有形成理論。

2.2 自動化技術(shù)形成時期

該時期自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，人們?yōu)榻鉀Q自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，而逐步研究出自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性判斷依據(jù)，形成自動化理論雛形，進(jìn)入20世紀(jì)后經(jīng)典控制理論誕生。

2.3 局部自動化時期

該時期經(jīng)典控制理論得以形成和發(fā)展，局部自動化開始廣泛應(yīng)用，電子數(shù)字計算機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用促進(jìn)了自動化的發(fā)展，此時經(jīng)典控制理論占據(jù)主導(dǎo)地位。

2.4 綜合自動化時期

現(xiàn)代控制理論開始形成發(fā)展，并逐步取代經(jīng)典控制理論。迅速產(chǎn)生多個分支，朝著大系統(tǒng)、智能化等方向發(fā)展。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)明和廣泛應(yīng)用，極大地推動了綜合自動化的發(fā)展。

3 煤礦綜合自動化的內(nèi)容

煤礦綜合自動化系統(tǒng)要集成的系統(tǒng)主要有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)、排水自動化控制系統(tǒng)、提升機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、選煤廠集控系統(tǒng)、頂板離層及礦壓監(jiān)測系統(tǒng)、污水（礦井水和生活水）處理系統(tǒng)、工作面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等。

煤礦綜合自動化系統(tǒng)具有將上述各控制子系統(tǒng)無縫集成的能力，系統(tǒng)提供開放的數(shù)據(jù)接口，有OPC、ODBC等接口，每個子系統(tǒng)用一個通訊驅(qū)動與綜合自動化系統(tǒng)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)架構(gòu)是全開放的，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力。

4 基于iFIX的綜合自動化系統(tǒng)軟件集成開發(fā)平臺

組態(tài)軟件作為整個綜合自動化系統(tǒng)的開發(fā)平臺，需要以該平臺為基礎(chǔ)開發(fā)組態(tài)應(yīng)用軟件。綜合自動化系統(tǒng)平臺采用全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件iFIX簡體中文版，由美國GE公司開發(fā)。

根據(jù)綜合自動化系統(tǒng)功能的劃分，需要采用不同的組態(tài)軟件版本以滿足不同的功能需要，開發(fā)平臺主要采用iFIX以下三個版本：

4.1 iFIX Plus SCADA Pack Unlimited

不受限服務(wù)器端軟件，安裝于管控服務(wù)器，每臺管控服務(wù)器一套，一主一備，互為冗余。

iFIX SCADA直接和現(xiàn)場的系統(tǒng)監(jiān)控軟件或過程硬件相連，并維護(hù)過程數(shù)據(jù)庫。過程數(shù)據(jù)庫中有多種功能標(biāo)簽可供選擇，包括AI、AO、DI、DO、PG等標(biāo)簽類型。

4.2 iFIX iClient-Developer

客戶端開發(fā)軟件安裝于工程師站，每臺工程師站安裝一套，工作臺具備編輯功能。

用于組態(tài)應(yīng)用軟件的開發(fā)和維護(hù)，包括開發(fā)組態(tài)畫面、對過程數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、形成報表等，可以對PLC等過程硬件進(jìn)行控制操作。

4.3 iFIX iClient-Runtime

客戶端運(yùn)行軟件安裝于操作員站，每臺操作員站安裝一套，工作臺只能運(yùn)行不能編輯。

它作為傳統(tǒng)的客戶端安裝在iFIX客戶節(jié)點上。通過對客戶端節(jié)點SCU中網(wǎng)絡(luò)項的配置，實現(xiàn)和過程數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會話。

5 綜合自動化系統(tǒng)集成接入方式

調(diào)研發(fā)現(xiàn)我國現(xiàn)有的煤礦綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大差距，主要問題是：各個系統(tǒng)建設(shè)沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，硬件接口和軟件協(xié)議都不規(guī)范，給集成帶來一定的難度。根據(jù)多年的礦井自動化系統(tǒng)集成經(jīng)驗得出目前的系統(tǒng)集成主要分為兩種方式：

5.1 上位機(jī)接入

上位機(jī)共享數(shù)據(jù)的方式大致分為：通過上位機(jī)本身的OPC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過第三方開發(fā)的OPC Server接口程序來讀取上位機(jī)中實時數(shù)據(jù)庫或者文本文件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

5.2 下位機(jī)接入

工業(yè)控制領(lǐng)域一般采用PLC、單片機(jī)或者變頻器等設(shè)備進(jìn)行控制，可以通過硬件適配器將下位機(jī)設(shè)備就近接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。采用iFIX數(shù)據(jù)通訊驅(qū)動或者根據(jù)下位機(jī)設(shè)備的通訊協(xié)議開發(fā)OPC接口程序來實現(xiàn)子系統(tǒng)和綜合自動化軟件平臺的數(shù)據(jù)交互。endprint

GE開發(fā)的配合iFIX使用的IGS驅(qū)動集成了絕大多數(shù)工業(yè)過程控制硬件的通訊協(xié)議，如Modbus、Hostlink等。

6 集成接入子系統(tǒng)舉例

6.1 皮帶運(yùn)輸監(jiān)測系統(tǒng)

采集的數(shù)據(jù)：打滑、堆煤、超溫、拉繩、撕裂、跑偏、煤倉煤位、帶速、運(yùn)行狀態(tài)、電流等。

采集方式：通過PLC以太網(wǎng)模塊，將PLC主站接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

接入方法：通過數(shù)據(jù)驅(qū)動（如SI7、S7A等，視PLC類型確定）。

6.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)

采集的數(shù)據(jù)：有功功率、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、無功功率、頻率、有功電度、無功電度等。

采集方式：通過電力監(jiān)控系統(tǒng)通訊管理機(jī)提供的接口將電力規(guī)約103或104等轉(zhuǎn)換成OPC規(guī)約。

接入方法：直接接入或轉(zhuǎn)換規(guī)約。

……

7 結(jié)語

基于iFIX的煤礦綜合自動化系統(tǒng)能夠使煤礦各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工況信息、語音信息和視頻信息在一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺上運(yùn)行，實現(xiàn)了異構(gòu)條件下的互聯(lián)互通，能夠?qū)⒉煌δ艿南到y(tǒng)聯(lián)系起來，使各自獨(dú)立的系統(tǒng)信息實現(xiàn)共享，消除了信息孤島。

基于iFIX的煤礦綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了全礦井子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和集中控制，實現(xiàn)了生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化、科學(xué)化，為礦井安全生產(chǎn)、有效預(yù)防和及時處理各種突發(fā)事故和自然災(zāi)害提供有效手段，使調(diào)度室真正成為全礦井的信息匯集中心、調(diào)度指揮中心、自動控制中心和應(yīng)急救援指揮中心。

總之，煤礦綜合自動化系統(tǒng)在煤礦行業(yè)的應(yīng)用對提高煤礦安全和生產(chǎn)效率具有里程碑意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅驅(qū)波，等.煤礦綜合自動化系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].煤礦安全與環(huán)保，2008，（6）.

[2] 馮喜軍，鄭旺，等.礦山綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集[J].煤礦機(jī)械，2010，（10）.

[3] 于仲安，嚴(yán)慕秋.工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用探討[J].低壓電器，2006，（1）.

作者簡介：丁宇輝（1984-），男，江蘇徐州人，供職于徐州中礦大華洋通信設(shè)備有限公司，研究方向：煤礦綜合自動化系統(tǒng)集成。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint