摘 要：為了滿足煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，文章研究了煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，指出應(yīng)用工業(yè)組態(tài)軟件WinCC開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的控制系統(tǒng)，介紹了控制系統(tǒng)的構(gòu)成并就其運(yùn)行監(jiān)測(cè)畫(huà)面進(jìn)行了描述，最后概括了該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。
關(guān)鍵詞：WinCC；工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)；分布式系統(tǒng)；組態(tài)
中國(guó)煤炭行業(yè)中的許多煤礦自動(dòng)化程度不高，采用的軟硬件落后，有的煤礦的部分控制點(diǎn)還在采用人工操作，在對(duì)煤礦安全與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求不斷提高的同時(shí)，對(duì)煤礦綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)越來(lái)越體現(xiàn)出其重要性。文章結(jié)合屯蘭煤礦的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目，介紹了應(yīng)用工控組態(tài)軟件WinCC的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
1 系統(tǒng)概述
礦井內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)包含：井下電力變電所遠(yuǎn)程三遙系統(tǒng)、井下中央水泵房三遙系統(tǒng)、井下皮帶三遙系統(tǒng)、井下液壓支護(hù)三遙系統(tǒng)、井上電站四遙系統(tǒng)、井上豎井提升機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、瓦斯抽放泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等共計(jì)10余個(gè)子系統(tǒng)的總體集成。原煤大多處于地下100～250m的深處，開(kāi)采原煤需要經(jīng)過(guò)開(kāi)掘巷道、液壓支護(hù)、采煤機(jī)采煤、皮帶機(jī)運(yùn)出等步驟。其中還包括供水、供電、供氣、排水、排矸、安全防護(hù)監(jiān)測(cè)等相關(guān)配套系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期，考慮到煤礦的安全和穩(wěn)定可靠性的要求，選定了使用S7-300作為分布系統(tǒng)的主要組成，并且系統(tǒng)能夠直接通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接。人機(jī)界面使用WinCC5.0進(jìn)行組態(tài)，保持了系統(tǒng)的完整性和連貫性，便于對(duì)分布系統(tǒng)直接連接，不需要第三方驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)換。由于煤礦建設(shè)的過(guò)程需經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間，在分布式系統(tǒng)中，有一些是早已存在的系統(tǒng)，如電站控制系統(tǒng)、提升機(jī)系統(tǒng)、液壓支護(hù)系統(tǒng)等，在WiCnC軟件系統(tǒng)中沒(méi)有的幾個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備的驅(qū)動(dòng)做連接，必須采用其他方式將數(shù)據(jù)采集和控制。對(duì)于井下變電站（所）和瓦斯抽放泵站使用S7-300的PLC進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，抽放站只監(jiān)測(cè)不控制，變電站（所）進(jìn)行全而監(jiān)測(cè)和控制。
2 控制系統(tǒng)構(gòu)成
整個(gè)項(xiàng)目中的硬件配置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是各組成部分選擇的依據(jù)。系統(tǒng)主要包括3部分，人機(jī)界面、自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和分布控制系統(tǒng)。
（1）人機(jī)界面：配置三套WinCC5.0進(jìn)行畫(huà)面組態(tài)，其中2套用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和通訊服務(wù)并且進(jìn)行冗余服務(wù)，1套用于從現(xiàn)場(chǎng)或采集服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行Web發(fā)布服務(wù)。選擇WinCC5.0主要考慮到其在高數(shù)據(jù)量的情況下采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和快捷性以及在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的靈活性。
（2）網(wǎng)絡(luò)：由于煤礦的地理?xiàng)l件和生產(chǎn)盤(pán)區(qū)的位置所限，使用100M星形工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行子系統(tǒng)的連接和通訊。在調(diào)度指揮中心使用華為公司生產(chǎn)的6506交換機(jī)，三層交換機(jī)，具有網(wǎng)絡(luò)、電源雙冗余的功能，端口多達(dá)4
8口。井下由于國(guó)家法規(guī)的限制（要求下井的設(shè)備必須有國(guó)家MA標(biāo)志）當(dāng)時(shí)只有徐州華訊公司有此類(lèi)交換機(jī)，100M工業(yè)以太網(wǎng)接口，8個(gè)通訊端口。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。
（3）分布式控制系統(tǒng)：此系統(tǒng)包括的設(shè)備和系統(tǒng)較多，總體分為兩類(lèi)，一類(lèi)是西門(mén)子分站系統(tǒng)，另一類(lèi)為非西門(mén)子分站系統(tǒng)非西門(mén)子系統(tǒng)占了很大一部分。分站系統(tǒng)劃分如下：南三盤(pán)區(qū)變電所：S7-300的PLC1套；井下中央變電所：S7-300的PLC1套；瓦斯抽放站：S7-300的PLC1套；井上35KV變電所：長(zhǎng)沙華能電站系統(tǒng)；豎井提升機(jī)系統(tǒng)：組態(tài)王組態(tài)軟件，三菱PLC；井下液壓支護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：天地瑪珂公司；井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)：天津貝克公司皮帶系統(tǒng)。
3 運(yùn)行監(jiān)測(cè)畫(huà)面
（1）井上電力監(jiān)控系統(tǒng)：對(duì)于煤礦井上主變電站遠(yuǎn)程管理和監(jiān)測(cè)，井上電力監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)讓相關(guān)管理部門(mén)能夠遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地對(duì)電站設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)、遙控、遙信和遙調(diào)。實(shí)現(xiàn)電站管理的無(wú)人化和自動(dòng)化。保證了煤礦電力供應(yīng)的安全、可靠運(yùn)行，見(jiàn)圖2。
（2）提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)：對(duì)提升裝置的電壓、電流、油壓、油溫提升速度、位置以及罐籠總開(kāi)停次數(shù)等重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)生故障及時(shí)記錄。為調(diào)度人員及時(shí)維護(hù)和設(shè)備運(yùn)行分析提供關(guān)鍵平臺(tái)，見(jiàn)圖3。
（3）礦井皮帶監(jiān)控系統(tǒng)：實(shí)際反映礦井的所有運(yùn)輸皮帶的運(yùn)行工況，包括有每條皮帶運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、煙霧、堆煤和跑偏報(bào)警、各個(gè)煤倉(cāng)的煤位、電機(jī)運(yùn)行電壓和電流、電機(jī)溫度和皮帶速度等參數(shù)。能夠及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況開(kāi)停皮帶設(shè)備。使調(diào)度員能夠及時(shí)準(zhǔn)確的根據(jù)井下實(shí)際情況作出迅捷而又正確
的安排，使得井下生產(chǎn)得以安全、快速、高效的穩(wěn)步進(jìn)行，見(jiàn)圖4。
4 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的結(jié)論
（1）礦井現(xiàn)有和需要新建的自動(dòng)化系統(tǒng)，包含井下電力變電所遠(yuǎn)程三遙系統(tǒng)、井下中央水泵房三遙系統(tǒng)等共計(jì)10余個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行總體集成的目標(biāo)，我們先將整體的框架定為工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的系統(tǒng)整體集成。其中的“三遙”是對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的“遙信”、“遙測(cè)”、“遙調(diào)”，四遙是對(duì)系統(tǒng)的“遙信”、“遙測(cè)”、“遙調(diào)”和“遙控”功能。主要要求對(duì)井下的變電站（所）的開(kāi)關(guān)柜、水泵、井上變電站的開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和分合閘控制。其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的功能。
（2）經(jīng)過(guò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了在礦里任何一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上可以全面查詢各個(gè)分布子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和工藝流程，并且通過(guò)internet在外地可以登錄到煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行界面。方便了生產(chǎn)的遠(yuǎn)程決策，提高了企業(yè)的信息化水平。
（3）由于煤礦的分布式系統(tǒng)較多而且較雜，而西門(mén)子的WinCC系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)沒(méi)有國(guó)內(nèi)其他廠家的驅(qū)動(dòng)（如CDT規(guī)約、液壓支架驅(qū)動(dòng)等），因此專(zhuān)門(mén)制作了一個(gè)OPC接口SERVER程序，用該程序?qū)ξ粗脑O(shè)備進(jìn)行連接，WinCC系統(tǒng)由于自帶了SERVER和CLIENT程序，可以直接從自制的OPC接口SERVER程序上進(jìn)行連接。
（4）在系統(tǒng)運(yùn)行中，WinCC系統(tǒng)中OPC連接便捷、穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)每個(gè)系統(tǒng)都達(dá)到1000多個(gè)變量，而且傳輸距離最遠(yuǎn)達(dá)到10km,而系統(tǒng)延遲時(shí)間卻很短，當(dāng)時(shí)對(duì)延時(shí)監(jiān)測(cè)使用電話撥通最遠(yuǎn)的變電所，當(dāng)在調(diào)度中心進(jìn)行操作某開(kāi)關(guān)柜時(shí)，聽(tīng)到現(xiàn)場(chǎng)的合閘、分閘聲音的同時(shí)就可以看到畫(huà)面的狀態(tài)發(fā)生改變。因此，從實(shí)時(shí)性來(lái)說(shuō)，100M的傳輸完全可以達(dá)到工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)此的要求。
詳
（轉(zhuǎn)載）
