基于iFIX的煤矿综合自动化系统

丁宇辉　娄文法　李军鸿

摘要：许多矿井虽然建设有各种监测和控制子系统，如安全监测、皮带集控、水泵集控等，但各个子系统之间的数据无法共享，出现“信息孤岛”，难以为全矿的安全生产决策提供有力的数据支撑。文章重点阐述了综合自动化的概念、形成和发展过程，以及使用iFIX进行综合自动化建设的架构。

关键词：煤矿；综合自动化系统；信息孤岛；iFIX；安全事故；机电设备 文献标识码：A

中图分类号：TD39 文章编号：1009-2374（2015）28-0161-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.080

近年来，煤矿安全事故频发，主要原因在于煤矿设备落后、自动化生产程度较低、监测监控不到位。许多矿井，特别是老矿井，它们的系统，像水泵、皮带等，虽然都有各自的监控系统，但各子系统往往采用不同的建设标准，不能在调度室进行集中的监测和控制。为了解决这一问题，需要对这些子系统进行集成，并建设统一的数据集成平台和数据传输平台，便于数据的共享和统一的监管。煤矿综合自动化系统已经成为提高煤矿安全生产力的重要手段。

1 综合自动化的概念

综合自动化系统是使用计算机和自动化技术，以防爆工业以太环网作为统一的数据传输平台，对煤矿的生产过程实现全面监控的系统，它把煤矿中异构条件下的安全监测系统、人员定为系统、主井提升系统、信集闭等子系统的接口和通讯协议进行统一，将数据统一集成到一个数据平台，实现生产及辅助生产各运行参数的组态显示和统计分析，并上传至矿区办公局域网，这样使得煤矿生产和管理更加科学高效。同时将一些主要生产数据和安全情况传输到集团公司，集团公司可以通过这些数据对煤矿进行远程实时监视，出现紧急情况发出告警信号。

2 综合自动化的形成

综合自动化形成和发展大致经历了四个时期：

2.1 自动化设备的出现和应用

该时期自动化技术的发展是出于人们生活的实际需要，例如指南车、候风地动仪、风磨等，此时自动化技术掌握在能工巧匠手中，并没有形成理论。

2.2 自动化技术形成时期

该时期自动调节系统已广泛应用于工业领域，人们为解决自动调节系统的稳定性问题，而逐步研究出自动调节系统的稳定性判断依据，形成自动化理论雏形，进入20世纪后经典控制理论诞生。

2.3 局部自动化时期

该时期经典控制理论得以形成和发展，局部自动化开始广泛应用，电子数字计算机的发明和应用促进了自动化的发展，此时经典控制理论占据主导地位。

2.4 综合自动化时期

现代控制理论开始形成发展，并逐步取代经典控制理论。迅速产生多个分支，朝着大系统、智能化等方向发展。计算机技术的发明和广泛应用，极大地推动了综合自动化的发展。

3 煤矿综合自动化的内容

煤矿综合自动化系统要集成的系统主要有环境监测系统、人员定位系统、通风机集控系统、压风机集控系统、排水自动化控制系统、提升机监测系统、选煤厂集控系统、顶板离层及矿压监测系统、污水（矿井水和生活水）处理系统、工作面远程监控系统等。

煤矿综合自动化系统具有将上述各控制子系统无缝集成的能力，系统提供开放的数据接口，有OPC、ODBC等接口，每个子系统用一个通讯驱动与综合自动化系统平台进行数据交互。系统架构是全开放的，具有很强的扩展能力。

4 基于iFIX的综合自动化系统软件集成开发平台

组态软件作为整个综合自动化系统的开发平台，需要以该平台为基础开发组态应用软件。综合自动化系统平台采用全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件iFIX简体中文版，由美国GE公司开发。

根据综合自动化系统功能的划分，需要采用不同的组态软件版本以满足不同的功能需要，开发平台主要采用iFIX以下三个版本：

4.1 iFIX Plus SCADA Pack Unlimited

不受限服务器端软件，安装于管控服务器，每台管控服务器一套，一主一备，互为冗余。

iFIX SCADA直接和现场的系统监控软件或过程硬件相连，并维护过程数据库。过程数据库中有多种功能标签可供选择，包括AI、AO、DI、DO、PG等标签类型。

4.2 iFIX iClient-Developer

客户端开发软件安装于工程师站，每台工程师站安装一套，工作台具备编辑功能。

用于组态应用软件的开发和维护，包括开发组态画面、对过程数据中的数据进行记录、形成报表等，可以对PLC等过程硬件进行控制操作。

4.3 iFIX iClient-Runtime

客户端运行软件安装于操作员站，每台操作员站安装一套，工作台只能运行不能编辑。

它作为传统的客户端安装在iFIX客户节点上。通过对客户端节点SCU中网络项的配置，实现和过程数据库的网络节点会话。

5 综合自动化系统集成接入方式

调研发现我国现有的煤矿综合自动化系统建设与发达国家相比还存在很大差距，主要问题是：各个系统建设没有一个统一的标准，硬件接口和软件协议都不规范，给集成带来一定的难度。根据多年的矿井自动化系统集成经验得出目前的系统集成主要分为两种方式：

5.1 上位机接入

上位机共享数据的方式大致分为：通过上位机本身的OPC接口进行数据交互，通过第三方开发的OPC Server接口程序来读取上位机中实时数据库或者文本文件来实现数据共享。

5.2 下位机接入

工业控制领域一般采用PLC、单片机或者变频器等设备进行控制，可以通过硬件适配器将下位机设备就近接入工业以太环网交换机。采用iFIX数据通讯驱动或者根据下位机设备的通讯协议开发OPC接口程序来实现子系统和综合自动化软件平台的数据交互。endprint

GE开发的配合iFIX使用的IGS驱动集成了绝大多数工业过程控制硬件的通讯协议，如Modbus、Hostlink等。

6 集成接入子系统举例

6.1 皮带运输监测系统

采集的数据：打滑、堆煤、超温、拉绳、撕裂、跑偏、煤仓煤位、带速、运行状态、电流等。

采集方式：通过PLC以太网模块，将PLC主站接入环网交换机。

接入方法：通过数据驱动（如SI7、S7A等，视PLC类型确定）。

6.2 电力监控系统

采集的数据：有功功率、电流、故障、开停、高压开关、馈电开关、主变温度、功率因数、电度、无功功率、频率、有功电度、无功电度等。

采集方式：通过电力监控系统通讯管理机提供的接口将电力规约103或104等转换成OPC规约。

接入方法：直接接入或转换规约。

……

7 结语

基于iFIX的煤矿综合自动化系统能够使煤矿各生产环节的生产工况信息、语音信息和视频信息在一个统一网络平台上运行，实现了异构条件下的互联互通，能够将不同功能的系统联系起来，使各自独立的系统信息实现共享，消除了信息孤岛。

基于iFIX的煤矿综合自动化系统实现了全矿井子系统的数据采集和集中控制，实现了生产调度、决策指挥的信息化、科学化，为矿井安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害提供有效手段，使调度室真正成为全矿井的信息汇集中心、调度指挥中心、自动控制中心和应急救援指挥中心。

总之，煤矿综合自动化系统在煤矿行业的应用对提高煤矿安全和生产效率具有里程碑意义。

参考文献

[1] 罗驱波，等.煤矿综合自动化系统的研究与实现[J].煤矿安全与环保，2008，（6）.

[2] 冯喜军，郑旺，等.矿山综合自动化监控系统数据的采集[J].煤矿机械，2010，（10）.

[3] 于仲安，严慕秋.工业以太网技术的应用探讨[J].低压电器，2006，（1）.

作者简介：丁宇辉（1984-），男，江苏徐州人，供职于徐州中矿大华洋通信设备有限公司，研究方向：煤矿综合自动化系统集成。

（责任编辑：蒋建华）endprint