数字化矿山综合自动化平台技术使用的讨论

彭小平

【摘要】本文是针对煤矿综合自动化平台技术使用的探讨。不同的架构方式影响着煤矿自动化生产的发展。通过探讨，选择有利于数字化矿山建设的技术方法，提高企业的生产效率，节约生产成本。

【关键词】组态软件;组件式综合自动化平台

一、煤矿综合自动化平台发展状态

近年来，随着计算机应用的发展，促使煤矿向信息化、自动化方向发展，导致煤矿现有系统越来越多、结构越来越复杂，形成分散、孤立的多个单一系统，不便于统一维护及管理。针对这些问题有必要为煤矿构建一套矿井综合自动化平台，辅助企业领导决策，系统采用统一、标准的数据接口采集各生产单位监测监控系统的数据，在调度室实现集中远程控制及监控各系统状态，实现各生产单位少人及无人值守。

国外目前一般采用的是各子系统用独立信道上井，集中在地面控制室进行监视。或者在地面通过网络互联，实现信息的共享。

国内煤矿综合自动化的发展过程与国外采煤发达国家相似，走先单机自动化、单个环节的生产过程自动化，再完成全矿井的综合自动化的发展路线。

二、煤矿综合自动化平台技术

近年来，我国的大中型煤矿已不同程度地实现了单机自动化和关键环节的生产过程自动化。在此基础上，许多大型煤炭企业为加快生产发展，提出或进行了实现矿井综合自动化的偿试。

目前国内进行系统综合的几种方式：

1.使用国外大型控制设备制造商生产的地面通用产品进行装备

在一些自然条件优越、开采方式简单、资金雄厚的新建的大型煤矿，采用了美国Honeywell和AB公司的一般工业型PLC直接下井，并利用地面用现场总线网络技术实现了除采煤设备外井下大部分设备的综合自动化控制和监测。

这种方式的优点是：结构简单、层次清晰。

缺点是：投资大、受自然条件的限制，用户对设备的选择权很小，不能保护用户的原有投资，不能很好地解决煤矿特有设备的入网问题。由于以上网络系统和控制系统都采用的为非防爆设备，要在煤矿推广使用，须改造成隔爆型下井，故十分笨重，同时还需增加大量设备，用于不同防爆型式设备之间的信号隔离。使用不便且价格昂贵，也限制了推广使用。

目前主要应用在国内开采条件比较好的特大型矿井。

2.以主流的监控子系统横向扩展来构建综合自动化平台

它是以一个主要的大型监控子系统为基础，如煤矿安全监测系统，通过横向扩展，将其它子系统纳入网中，扩充系统的功能。

这一方式存在的问题是：通信协议不统一，各厂商之间难以协调，往往最后只有同一厂商开发生产的子系统可以并网，综合的范围有限;或是降效处理，除主系统外，对其它环节及设备只进行运行状态和运行参数的监测，难以实现综合监控的功能。此外，资源配置不合理，主机负担过重，系统效率低，实时性下降，有可能无法足要求。从运行的安全性考虑，这一方式的要点过于集中，系统可靠性低。

目前国内该方式已基本淘汰。

3.以组态软件方式来构建综合自动化平台

WINCC、ifix等组态软件在国内外主要用于子系统的工业自动化控制应用比较广泛，组态软件的定位就是偏向于单系统集控，可靠性比较高，但是用于系统集成层可靠性和稳定性还比较欠缺。组态软件虽然拥有众多PLC通讯驱动，可以很方便的将现场设备接入，但是在系统集成方面功能相对比较弱，对于用户提出的需求很难通过二次开发来实现。而且维护相对比较难，资料等都必须很全。维护人员水平相对要求要高，信息透明度低，各专业总线核心部分都不公开。需要学习很多总线，不同厂家不同类型，都会使技术人员花费相当时间去學习，去适应。

组态软件应用分析：组态软件，在工业领域并不陌生，iFix、Wincc等，都是大公司多年技术积累形成的行业品牌，组态的优点很多，技术成熟，稳定、可靠，界面友好、图库丰富，能与底层PLC直接通讯。对于用组态来实现综合自动化，仅仅是把在电厂、大型自动化流水线、工业过程控制领域成熟的东西应用到了煤矿，本质还是工业控制。作为一种技术，从一个应用领域搬到另外一个应用领域，两个应用领域之间的行业差距，肯定不能忽视。自动控制、过程控制、精确控制，这个是组态以及PLC系统的专长，但目前以粗放型管理为主要模式的煤矿，对PLC的这些特点需求不是很强。对于在井下的变电所系统、胶带运输系统、工作面系统，以及包括地面的压风控制、通风控制等等，往往不需要在调度中心对这些系统进行精确的过程控制。调度员及时进行远程操作，抛开专业水平不说，就工作分工上，他也只需知道这个子系统是否正常运行，根据矿井全局需要，进行开机或者停机的总体控制，一个子系统启动流程有很多步骤，比如压风机，要判断汽包压力、电机状态、现场就能完成的逻辑判断，没有必要让远程的调度中心计算机来处理，除了增大风险（流程运行中间如果通信中断会导致运行失败）别无好处，也大大增加了中心计算机的运算负荷。

作为应用在煤矿行业的软件，组态软件目前无法轻松解决以下问题：

（1）安全监测、人员定位等以实时监测为主的非PLC系统的离散数据接入。

（2）矿用系统都是在矿井工业广场布置图和井下采掘图的基础上布置设备的，底图不可能重新绘制，组态无法顺利导入CAD、专业GIS系统绘制的图纸。

（3）调度室要看，生产队要看，机电部要看，矿领导要看，非B/S架构的组态的Portal发布无法完整地远程异地展示系统平台。

（4）A矿主要关心生产，管理围绕生产数据，B矿以安全为重，流程偏向安全处理，组态功能模块无法做到以人为本、个性定制。

组态的成熟可靠和煤矿的特殊需求之间的权衡，这些问题直接暴露出组态软件的局限性。

目前国内组态软件一般选用西门子公司的WinCC、GE公司的IFix和Intouch等，也有部分行业非主流厂商在小煤矿实施时采用组态王等国产组态平台

4.煤矿组件式综合自动化平台技术

充分考虑煤矿生产及自动化技术的特点，以先进而坚实的工业以太网技术、现场总线技术为基础，使两者有机结合，充分发挥其所长，避其之所短。有效地解决了，系统的实时性问题、保护原有投资的问题、设备选择范围问题、资源合理配置问题、系统的包容性和扩展问题，是一个适合我国国情的具有较高性能价格比的煤矿矿井综合自动化系统的解决方案。

定制软件应用分析：软件采用开放式平台开发，如.net、java等，模块化规划，定制化处理。系统软件主要包括综合自动化平台软件、增值模块、系统接入组件等构成，综合自动化系统软件一般都为公司的自主研发产品。

由于自制软件主张推崇的是对子系统的数据采集和数据挖掘、数据利用，虽然该方式是煤矿的理想解决方案，但基础的数据往往不完整，加之煤矿管理跟不上，减员增效、无人值守，是指现场无人值守，过程控制和故障处理、应急报警完全自动化，首先子系统很难达到这个程度，即使达到，大部分用户管理角度还不习惯把现场在值班人员换成系统检修人员，把就地值班观察换成调度室集中管理。除了技术方面，系统运行理念也需要时间去给这个行业适应。但作为定制软件是煤矿综合自动化发展的长远趋势。组件式综合自动化平台软件和组态软件架构比较如下：

系统架构比较：

硬件架构比较

比较内容 组态软件PLC方式接入 子系统上位机接入

系统风险 重构子系统控制逻辑，统一控制，风险过于集中 分级控制、风险分散在各子系统

底层执行器负担 PLC数据与自身上位机和管控服务器（或接入服务器）通讯，增大了子系统PLC数据负担; PLC不增加何负担，仅与自身上位机通讯

子系统独立性 直接深入原子系统底层设备，系统结构被打乱，增加故障排查难度; 保持原子系统独立性，系统结构清晰，故障易于排查

子系统兼容性 无法兼容非PLC系统 软件接口丰富，能兼容OPC、DDE、FTP等接口，兼容安全监控系统等各类非PLC系统

界面美觀 以电机、变频器、执行器为代表的工业设备图库丰富，但缺少分站、传感器等各类煤矿专用设备图库，构架界面模式相对固定，千篇一律 无专业图库，根据子系统特色及用户要求自定义绘制软件界面，可做到美观大方、定制性强，个性展示

煤矿行业兼容性 仅能完成数据浏览与控制，无法深入与煤矿管理特色结合 针对煤矿行业特色专业开发

三、结语

以上为现在煤矿综合自动化平台架构的主要方式方法，经过分析，利弊已经体现，但是选择何种方式进行平台建设，还要根据煤矿具体情况分析使用。无论选择何种方式，煤矿综合自动化生产已是现代化煤矿企业中必不可少的系统程序。

我国煤矿的自动化技术还远落后于世界先进国家水平，存在这许多有待于探索和解决的问题，需要在今后的实际过程中不断的发展和提高。

参考文献

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