智能综采作业中采煤机关键控制技术的研究

王利民，李 超

（晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司，山西 大同 037003）

引言

目前，在国外研究方面，综采作业中采煤机自动化水平整体来看，水平较高，优势明显体现在设备的先进以及控制系统的精准度。与国内采煤机相比，技术层面领先于国内水平，但是国外设备才接口与国内设备接口不匹配，成本也昂贵，通讯协议不是公开的，使用时很不方便，在设备出现故障时，配件的采购渠道也比较窄。因此，提升国内采煤机设备控制就是亟待解决的问题之一，随着技术的发展，在采煤机控制系统方面有了逐步的提升，针对我国现有的条件状况，市面上以初步已有智能控制系统，并不断在升级改进[1-3]。

采煤机是智能综采作业中的重要设备，该设备的性能将直接影响工业机械自动化控制[4]。因此，采煤机必须具有可靠性高、工作寿命长、无故障等特点。要提升产品可靠性和鲁棒性，除了加强质量制造方面，还需要对采煤机设备的运行性能状态进行提升，及时显示故障诊断和预测。目前，西门子的WinCC、WellinTech的King view 等监控组态软件价格过高，操作过于复杂，难以使用[5]。除此之外，软件开发周期也太长了。针对采煤机远程监控系统的特点，结合OPC 技术在系统设计上的优势，研究了基于OPC 技术的采煤机远程监控系统。

1 OPC 技术

OPC（Open Connectivity）技术是一种统一规定的接口。它为工业控制领域提供了标准的数据访问方式。OPC 技术接口包括两种方式：自定义接口和定制接口。这种技术的实现方式由服务器端和客户端两部分组成，通过COM接口，连接在一起。

OPC 包括项、组、服务器三部分组成，在这三个组成部分之中都包含标准接口，服务器负责维护信息数据，并提供数据交互的接口方法，组对象由用户定义并实行，用户能够根据自身需求来定义此部分，从逻辑上实现对项目的管理。

由于OPC 技术的标准化，使得系统的架构更加简单化，设备使用寿命更长，采用低成本的方式解决工业控制领域的问题，因此在国内工控领域得到普遍广泛的应用。

2 基于OPC 技术的采煤机监控系统建设

2.1 监控系统功能说明

显示功能：显示电机电流和温度，左右刀电机电流和温度，水、油泵电机电流和温度，采集采煤机方向和位置的数据。

控制功能：控制牵引部分的前后运动，左右切刀部的上下运动，以及遥控自动、遥控手动、局部自动、局部手动、维修、急停控制。

故障诊断和预测功能：故障提示、故障预测提示。基于OPC 技术的采煤机控制系统，如图1 所示。

图1 基于OPC 采煤机控制系统

在运行过程中，采集机工作由温湿度传感器、红外探测器、位移传感器、测量传感器等获取用户所需的参数值并将其发送给PLC 控制器。该参数值代表采煤机的工作状态。OPC 客户端应用程序通过OPCDA 接口实时读取PLC 中定义的变量的DB 块。这些变量包括左右臂高度的增加，所有电机的电压值和电流值，以及ACS800 变频器的所有参数。采煤机远程监控系统基于OPC 客户端应用读取的采煤机工况参数，采用多传感器数据融合、模糊控制等先进控制理论对采煤机运行工况做出正确判断，实时了解采煤机运行工况。

2.2 系统软硬件平台

采煤机监控系统的主要硬件是PLC 控制器。比较了几种PLC（三菱F 系列、西门子S7 系列等）和工控机（STD 工控机等），最终选择了西门子S7300 系列作为采煤机的主控制系统。采用西门子工业以太网模块CP343-1 作为服务器，与PLC 进行通信。使用双卡网络程序：一个CP5611 或1613 卡连接采煤机的PLC 和DCS 与OPC 服务器。另一种是连接实时数据库（SQL Server）服务器的IE 通用卡。

本系统采用微软优秀的IDE 开发软件Visual Studio2008 作为监控系统的开发工具。在STEP7 中配置SIMATIC300 站和SIMATIC PC 站，还将网卡的IP、MAC 地址和选择的通信方式进行行业状态连接。连接成功后，通过Profibus 电缆将程序下载到PLC 和本机OPC 服务器上。

3 OPC 技术的实现应用

系统基于OPC 技术，SimaticNET 作为OPC 服务器，使客户端可以通过PLC 访问数据，OPC 技术在采煤机远程监控领域主要实现以下功能：

3.1 数据收集

该系统监控每个传感器的测量数据，并将状态数据先输入PLC 控制系统，然后通过PLC 和Simatic共享监测站的数据。NET 模块，最后通过防火墙进入内部网络的OPC 服务器。本地客户端应用程序和远程数据库服务器可以通过工业网络或公共网络对采煤机的状态进行实时远程监控。为了使用自定义接口模式连接OPC Server，读取PLC 数据到pItemValues 数组。pItemValues 返回一个指向information 值的指针。OPCITEMSTATE 是一个包含参数的读值、质量代码、时间和其他信息的结构。

3.2 历史数据访问

OPC 客户端需要对组态软件进行数据交互，数据交互方式包括读取信息、编辑信息、历史数据查询、终端控制、服务器数据存储存档、文件的输入和输出以及过程数据的记录，这些都是由OPC 函数所定义支持的。

1）建立OPCHDAServer 对象。客户端首先建立OPCHDAServer 对象，该对象的作用是获取OPCHDA 列表。OPCHDAServer 对象用于连接所选的OPCHDA 服务器。最后，OPCHDAServer 对象读取服务器上数据的历史存档，创建并操作OPCItem 集合。

2）连接OPCHDA 服务器。使用OPC 数据访问自动化接口“连接”功能连接指定的OPCHDA 服务器。

3）建立OPCHDABrowser 对象。OPC 历史数据查看器：OPCHDABrowser 对象是一个树形结构，每个分支节点代表一类归档数据集。通过遍历树形结构，可以构建Shearer 远程服务器历史档案数据的结构和地址空间。

4）定义OPCHDA 项和OPCHDA 项。OPC 对象集合的历史数据项对象。OPCHDA Items 用于访问远程剪切服务器对象的归档历史数据。每个Item 表示一个存档变量，而Items 集合对象表示一组存档相关变量。因此，通过创建OPCHDA Items 收集对象，客户端应用程序可以读取单个变量，或者一组历史归档数据。

5）添加OPCHDA Item 对象。OPC Foundation 提供了“Add Item”方法，该方法把Item 对象添加在Item 集合中。Item 是OPCHD 服务器的基本操作对象。可以被OPC 服务器识别，并且在历史数据中能够被查询。每个Item 对象由数值、数据流、时间组成。

3.3 告警和事件处理

当异常发生以及服务器设置的事件到达时，事件通知被发送到OPC 客户端。因此，使用OPC 技术可以捕获和处理采煤机的服务器告警和故障事件。

数字标签：采用Time new roman的12 倍字体作为标签，采用单词的形式对图轴进行标识，避免模棱两可，出现分歧。例如，数量“磁化”，或“磁化，M”，而不是“M”。单位要放在括号内，在例子中，写“磁化（A/m）”或“磁化{A[m（1）]}”，而不仅仅是“A/m”。坐标轴的标识不要采用数量和单位比例进行标识。例如，写“Temperature（K）”，而不是“Temperature/K”。

4 结论

在MG900/2210-WD 采煤机上对本系统进行了验证。实践证明，基于OPC的采煤机远程监控系统具有许多优点，该系统的研发大幅度降低了成本并提高了系统的鲁棒性和稳定性，该系统运行可靠，易于二次开发。因此，在采煤机远程监控系统中引入OPC 控制技术，实时采集采煤机参数并对其状态进行监控。