基于力控軟件平臺的煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化解決方案

1、基于力控軟件平臺的煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化解決方案1.項(xiàng)目概述山西新元煤炭有限責(zé)任公司位于山西壽陽縣,礦井地處沁水煤田東北部,距離太原市60公里,陽泉市25公司。設(shè)計(jì)儲量7.9億噸,設(shè)計(jì)可開采儲量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600萬噸/年產(chǎn)量設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化礦井。新元煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化實(shí)質(zhì)是依賴對新元礦井地理、生產(chǎn)、安全、設(shè)備、管理等方面的信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、應(yīng)用和提升,達(dá)到信息增值的目

2、的。其核心技術(shù)是集成化的數(shù)據(jù)管理、集成化的通訊、集成化的編程組態(tài)和現(xiàn)場控制設(shè)備的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化。建立基于網(wǎng)絡(luò)的大型開放的分布式控制系統(tǒng)、形成全礦井監(jiān)測、控制、管理一體化,實(shí)現(xiàn)全礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的過程控制自動(dòng)化、生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮和業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化,使煤礦高效集中生產(chǎn),達(dá)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(xiàn)對全礦安全、生產(chǎn)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測與控制;建成了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫平臺,它采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺以及通信網(wǎng)關(guān)平臺實(shí)現(xiàn)了絕大數(shù)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)協(xié)議的統(tǒng)一,并成功接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺軟件,為今后企業(yè)綜合信息化平臺,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦井做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鋪墊。2.建

3、設(shè)目標(biāo)1向下能監(jiān)測各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及所需的生產(chǎn)和安全參數(shù),能對礦井內(nèi)部控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令;向上能夠連接集團(tuán)公司局域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)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(xiàn)安全生產(chǎn)過程控制網(wǎng)絡(luò)化、企業(yè)綜合管理現(xiàn)代化。2建立一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度中心,在地面調(diào)度中心能夠?qū)Ω髯詣?dòng)化系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)全礦的管控一體化。3建立一個(gè)快捷、標(biāo)準(zhǔn)的傳輸平臺,提供安全、先進(jìn)、可靠的傳輸能力,滿足生產(chǎn)和管理的要求。4隨著礦井建設(shè)能夠整體規(guī)劃分步實(shí)施,并能隨著技術(shù)的發(fā)展方便升級。5成熟的產(chǎn)品、快速的組態(tài),縮短整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)周期,提高效率與效益;6力控pFieldComm通訊網(wǎng)關(guān)作為子系統(tǒng)接入與協(xié)議轉(zhuǎn)

4、換產(chǎn)品使各子系統(tǒng)完全具備系統(tǒng)開發(fā)性、標(biāo)準(zhǔn)化;7力控pSpacer實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫做為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的綜合自動(dòng)化平臺,將成為信息化,數(shù)字煤礦的核心;3.系統(tǒng)拓?fù)鋱D及產(chǎn)品介紹 圖1 拓?fù)鋱D北京三維力控科技有限公司為煤炭行業(yè)提供多種專業(yè)產(chǎn)品,通訊網(wǎng)關(guān)pFieldComm為現(xiàn)有煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入,解決信息化孤島問題提供了快速、穩(wěn)定、可靠,安全的解決方案;企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫pSpace與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle或SQL Server 等一起構(gòu)建了煤礦安全生產(chǎn)綜合自動(dòng)化、信息化的數(shù)據(jù)倉庫平臺;工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl為綜合自動(dòng)化提供強(qiáng)有力的圖形控制功能。這些產(chǎn)品為實(shí)現(xiàn)真正的煤

5、礦綜合自動(dòng)化及管控一體化,提供數(shù)據(jù)平臺共享、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通訊和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等功能。4.調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫pSpace的應(yīng)用企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫pSpace特點(diǎn):單臺服務(wù)器處理點(diǎn)數(shù)大于等于12.6萬點(diǎn);完全分布式結(jié)構(gòu);支持C/S和B/S應(yīng)用;毫秒級的高精度時(shí)間標(biāo)簽;支持雙機(jī)熱冗余的容錯(cuò)架構(gòu);采用高效的二次壓縮技術(shù);數(shù)據(jù)處理及存儲與查詢的性能可達(dá)30萬點(diǎn)/秒;支持Windows,Unix,Linux環(huán)境下運(yùn)行和操作;提供使用簡便、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理工具。在調(diào)度中心機(jī)房使用2臺曙光服務(wù)器作為冗余的pSpace實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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,

6、辦公網(wǎng)絡(luò)通過雙向物理隔離網(wǎng)閘與工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)連接。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫將整個(gè)礦井的各個(gè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,為各生產(chǎn)部門提供實(shí)時(shí)的工藝畫面與數(shù)據(jù)顯示。pSpace目前已設(shè)計(jì)和實(shí)施接入的子系統(tǒng)有原煤流工藝(102、103工作面采煤機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶;輔助運(yùn)輸及人員定位(信集閉、人員定位及考勤;供配電(工業(yè)場地110 kV、中央風(fēng)井場地35kV、韓莊風(fēng)井場地35kV-在建、井下中央、東采區(qū)、西采區(qū)、南采區(qū)、北采區(qū)5個(gè)10kV變電所;給排水(二級泵站、主排水、礦井水處理、生活水處理;主扇通風(fēng)系統(tǒng);空氣壓縮機(jī);鍋爐房;皮帶稱;工業(yè)電視子系統(tǒng);選煤場子系統(tǒng);集中膠帶與主斜井膠帶集中監(jiān)控子系統(tǒng);點(diǎn)檢

7、系統(tǒng);安全監(jiān)控子系統(tǒng);工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)監(jiān)測子系統(tǒng);瓦斯抽放泵站子系統(tǒng);進(jìn)風(fēng)立井提升機(jī)子系統(tǒng)。以下所示為三個(gè)煤層及采掘銜接圖(WEB格式的矢量CAD圖; 圖2 總圖 圖3 工業(yè)環(huán)網(wǎng)示意與監(jiān)測5.典型子系統(tǒng)的接入5.1.變電站電控子系統(tǒng)(110/35/10kV110kV與35kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為上海天正明日電力自動(dòng)化有限公司的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng),監(jiān)控計(jì)算機(jī)不能對第三方提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與web界面,該系統(tǒng)采用力控通信網(wǎng)關(guān)pFieldComm采集40塊綜合保護(hù)儀表(南自103規(guī)約、直流屏、網(wǎng)絡(luò)電表等設(shè)備;將所有設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的OPCServer規(guī)約,為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供基于一個(gè)地址的網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),在調(diào)

8、度中心可實(shí)現(xiàn)1秒級的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新,主界面為礦井供電潮流總圖,下分變電站一次接線圖、自動(dòng)抄表、所有線路間隔參數(shù)。在系統(tǒng)的模擬圖上,用戶可以清晰直觀的看到相電壓,線電壓,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,有功功率,無功功率,視在功率,頻率,有功電能,無功電能等數(shù)據(jù)或狀態(tài)。 圖4 110kV變電站主接線圖 圖5 2#主變參數(shù) 圖6 中央變電所實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)測5.2.主斜井、集中膠帶大巷皮帶子系統(tǒng)接入現(xiàn)狀:該系統(tǒng)包括2條皮帶的集控系統(tǒng)、2套CST系統(tǒng)、1套高壓配電系統(tǒng)。膠帶(1#皮帶機(jī)CTS與保護(hù)控制系統(tǒng)位于主斜井所在的三樓,CST系統(tǒng)采用羅克韋爾(AB公司的SLC50

9、0系列PLC,DH+口與AB的PanelView600顯示屏連接;皮帶集控系統(tǒng)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(jiān)控計(jì)算機(jī),CST運(yùn)行信號通過繼電器的干接點(diǎn)接到了該皮帶的保護(hù)系統(tǒng)。集中膠帶大巷膠帶(2#皮帶控制與CTS系統(tǒng)與主斜井膠帶(1#皮帶控制相同。解決方案:廠家提供通信協(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(nèi)增加一套網(wǎng)關(guān),將常州所皮帶控制系統(tǒng)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,力控開發(fā)該驅(qū)動(dòng)程序并經(jīng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議與物理層的轉(zhuǎn)換,為數(shù)據(jù)庫提供標(biāo)準(zhǔn)的OPCServer接口。圖形界面可顯示煙霧、跑偏、打滑、堆煤、皮帶速度、撒水、C

10、ST等監(jiān)控信號。5.3. 102工作面監(jiān)測102工作面采用天津貝克KJF21型控制器,主要負(fù)責(zé)采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)控,提供電機(jī)工作電流、機(jī)頭、機(jī)尾高低速運(yùn)行電流、減速機(jī)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MHYVRP-1*4*7/0.38屏蔽雙絞線接入礦用通信接口KJ363-J(礦用串口服務(wù)器,把RS485信號轉(zhuǎn)換成RJ45的以太網(wǎng)信號接入東采區(qū)變電所的井下KJJ102西門子交換機(jī),使數(shù)據(jù)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(fù)責(zé)KJF21型控制器的數(shù)據(jù)采集與協(xié)議轉(zhuǎn)換后接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的綜合自動(dòng)化管理平臺。 圖7 原煤流工藝監(jiān)測 圖8 采煤

11、機(jī)監(jiān)測5.3.中央風(fēng)井場地的主扇通風(fēng)系統(tǒng)主扇通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備包括: 現(xiàn)狀:通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)分高壓軟啟動(dòng)PLC控制柜和通風(fēng)機(jī)性能檢測系統(tǒng)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(jī)性能監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測計(jì)算機(jī)通過MPI總線訪問所有的PLC,監(jiān)控軟件為自行開發(fā)軟件包。解決方案:采用德國專用通信模塊NL50-MPI,全部采用MPI總線與3套PLC進(jìn)行通訊。NL50-MPI直接連接Siemens的控

12、制器,采用MPI的總線方式,可以直接讀取PLC的數(shù)據(jù)。圖形界面可顯示風(fēng)機(jī)軸承溫度、電機(jī)繞組溫度、潤滑油溫度、潤滑油壓力、風(fēng)機(jī)回水流量、電機(jī)速度、高壓軟啟動(dòng)狀態(tài)、風(fēng)機(jī)靜壓、風(fēng)機(jī)水平振動(dòng)、電機(jī)三相電壓、電機(jī)三相電流、風(fēng)機(jī)全壓、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)靜壓效率、風(fēng)機(jī)全壓效率、瓦斯?jié)舛鹊取?.4.鍋爐控制子系統(tǒng)新元煤礦共4臺燃煤鍋爐,采用6臺S7-200的PLC做鍋爐主控+公共輔助系統(tǒng)的控制,數(shù)據(jù)庫直接遠(yuǎn)程讀取原監(jiān)控系統(tǒng)的OPC Server。界面顯示爐膛溫度、爐膛負(fù)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(jī)風(fēng)量開關(guān)、引風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量調(diào)節(jié)器開關(guān)顯示、供煤爐排風(fēng)速度顯示、速度調(diào)節(jié)、現(xiàn)場手自顯示、水位報(bào)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(jī)開停狀態(tài)、引鳳開停狀態(tài)、供水泵開停狀態(tài)、鼓風(fēng)機(jī)軸溫、引風(fēng)機(jī)軸溫、風(fēng)機(jī)變頻等數(shù)據(jù)。 圖9 鍋爐房監(jiān)測 圖10 1#鍋爐主監(jiān)測 6.結(jié)束語 本系統(tǒng)目前已成功通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 pSpace、通信網(wǎng)關(guān)