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案例頻道 摘要：本文主要介紹郭家灣煤礦綜合自動化監控系統的要求和采用的解決方案。建設綜合自動化監控系統的目的是實現礦井的各個子系統的集成監控、資源共享、可視化管理等主要功能，為信息化礦井建設奠定堅實的技術基礎。
關鍵詞：郭家灣煤礦；集中監控
府谷縣華能神府礦區郭家灣煤礦位于陜西省府谷縣西北部的悖牛川河東岸，行政區劃隸屬府谷縣大昌汗鄉管轄。礦井采用單水平平硐開拓，現有主平硐，長196m。礦井共劃分為三個采區， 以一個水平開采全井田，以一個綜合機械化工作面，配兩個機械化作業線集中生產；礦井煤炭自工作面到地面筒倉均采用帶式輸送機連續運輸；礦井輔助運輸采用先進的無軌膠輪車運輸方式。
郭家灣煤礦從1986年開始籌建，1992年正式投產。礦井設計年工作日330天，每天四班作業，其中：三班生產、一班準備， 日凈運輸時間16小時。礦井生產能力為900kt/a。礦井服務年限24.1a。其中3-1號煤服務年限14.4a，4-1號煤服務年限9.7a。
1 系統概述
目前郭家灣煤礦的自動化水平已實現分系統自動控制，但尚未達到全礦數據的集中監控以及全局管理，基于此狀況，提出建設煤礦企業綜合自動化系統的需求。
煤礦綜合自動化方案的內容主要是建設統一的工業網絡傳輸平臺，將礦井的各個子系統匯聚到集成監控平臺，充分考慮子系統的接入與整合，節省投資、資源共享，提高系統功能，并可與礦信息管理網實現無縫聯接，從而為信息化礦井建設奠定堅實的技術基礎。
綜合自動化系統由地面生產調度指揮中心、地面工業以太環網、井下工業以太環網和設備控制層組成。系統建成后，可實現礦井主要生產環節（如：原煤生產、運輸、提升、供電、通風、壓風、排水、選煤廠等）的遠程集中監控；同時建設一套包括： 工業電視監控系統、大屏幕顯示系統、安全監測監控系統、人員定位安全管理系統、通信系統等在內的煤礦生產經營綜合自動化管理平臺，實現整個礦井的生產信息、管理信息的集成化管理， 為生產調度、決策指揮的信息化提供有力保證，為礦井預防和處理各類突發事故和自然災害提供有效手段。
煤礦綜合自動化系統的建設最終實現：
實現企業的經營決策、生產管理和過程控制信息有機集成；
實現科學的經營管理，優化生產計劃（資源配置和加工方案）、生產調度、工藝操作和過程控制；
確保安全生產，降低原材料和能源消耗，提高產品產量、質量和附加值，提高產品市場適應能力；
提高企業經濟效益和企業的競爭能力。
為了實現集中監控以及全局管理目標，由公司內部組成專業團隊全面了解了目前市場上各大自動化、信息化軟件廠商及其產品、方案和服務，明確了系統需要滿足數據采集、傳輸、存儲、分析、展示以及實時監控的穩定性、可靠性、及時性等指標要求。最終，亞控科技憑借其卓越的產品、完整的產品線、完整的解決方案、豐富的行業經驗和典型案例以及貼心的本土化服務贏得了郭家灣煤礦的認同，郭家灣煤礦與其成功簽約建設遠程運營管理系統。
2 系統建設基本要求
監控平臺架構實現全礦井各子系統總集成，具有智能電氣儀表、安全保護系統、電力監控系統的深度集成功能，提供標準接口接入子系統，高度集成的人機界面，完成各類數據的匯總，并進行分類處理和提煉加工，為信息層綜合展示提供基礎。具有與集團聯網功能，支持集團安全管理的需要。具體需實現以下功能：
（1）數據交換
建立數據中心，通過數據交換代理實現各個子系統相關數據的集中，并反饋相應結果。即分布式的數據集成和集中式的數據共享，支持異構環境中的服務、消息以及基于事件的交互，并且保證數據交換和傳輸中的安全。
（2）數據采集接口
調度集成監控平臺采集方式采用國際化標準軟件接口方式， 方便各子系統廠家的開發式交流，使子系統無縫接入綜合管控平臺中，數據接口硬件采用RJ45以太網口，軟件接口采用OPC接口。
（3）實時運行參數監測
采用基于面向對象控制和監控方式，對各監控系統采用組態、圖形、報表的形式，實時顯示、采集生產工況參數，實現視頻、安全信息、設備信息的高度集成。
（4）實時過程控制，歷史數據查詢，設備故障及模擬量超限報警
分析采集的參數，各系統自動完成過程控制，或由調度員操作控制；生產實時監測數據均可以存儲于系統數據庫中，可以實現歷史回顯、歷史趨勢分析，及直方圖、餅圖等進行綜合分析； 當設備故障或模擬量超限時，生產監測及管理網絡同步顯示故障設備名稱，并可實現語音報警，實時打印故障功能。服務器將該故障信息存入故障信息數據庫，供以后統計分析。
（5）生產實時畫面監測
工業電視信號可直接接入監測終端，當出現異常（故障、違章、檢修）時，可聯動彈出監測點視頻畫面，供操作人員參考， 并可以通過網絡上傳集團公司。
（6）區域生產作業環境評估
通過對各子系統已接入的環境參數進行重組和計算得出每個區域的評價結果，也可結合現有其它系統（如：通風瓦斯預測、安全量化評估管理系統、人員監測系統等）進行區域狀態的綜合評定，并在圖中實時顯示，系統可輸入算數、邏輯等各種表達式進行運算得到評價結果。可以起到礦井安全多層防護作用，加快安全事故隱患排查效率，達到事前預警，從而提高礦井災害預防能力。實現目標：平臺操作人員能簡單地、一目了然了解礦井各區域安全情況和實時人數，通過屏幕上紅色、橙色、綠色等顏色直觀地判斷目標區域是否安全。
（7）系統或設備聯動
實現設備啟動、停車或異常時，相關系統及時彈出信息，關聯顯示當前狀態，確保設備運行安全和穩定。如膠帶機啟車時， 相關電氣設備運行數據的及時顯示和膠帶機機頭或機尾攝像頭圖像的顯示。實現目標：設備異常或啟停時，操作人員無需更進一步操作，即可在一個統一界面上觀察到該狀態操作人員必須觀察的運行數據、實況圖像等。
（8）生產效能評估
通過對當前和歷史數據進行分析、統計，得出全礦各系統在某段時間內累計影響生產的時間以及影響生產的主要因素，通過歷史追憶的形式分析得出全礦井的能耗比、各生產環節的故障率，從而減少各類故障和資源浪費，實現節能增效。實現目標： 生產投入與產出透明展示，能耗、效益直觀顯示。
（9）自動預警功能
通過礦用監控數據中心接入各個子系統，然后對已接入的測點進行自動分類監測、處理，由已接入測點的設置和一段時間內的歷史數據，根據預警值算法計算得出該測點的預警參考值，并由此參考值對測點的實時值進行處理得到測點的預警狀態。實現目標：在沒有達到報警狀態前就掌握目標的變化趨勢，讓各種超限報警消失在萌芽狀態。
（10）應急預案管理
礦井生產的情況瞬息萬變，一旦發生異常需要及時處理以保障人員和設備安全，降低風險。應急預案管理可在異常事件發生時，自動按照預案的設計啟動處理流程而不需要人員的干預， 同時調度人員根據實際情況做出的判斷，也可以通過該管理平臺向外發布，進行及時的應急指揮。實現目標：礦井各類預案進入系統，進行無紙化處理，遇到緊急情況按系統提示一步步進行處理，不至于慌亂。
（11）GPRS短信報警
平臺具備GPRS短信報警功能，自動將監測報警信息通過GPRS發送到相關人員手機上，便于領導及時了解安全生產情況， 制定相關決策，保證安全生產。當測點有故障、報警時，監控中心會自動將故障、報警的詳細內容以短信的形式發送到預設的手機上。
（12）操作功能要求
在冗余功能：采用雙服務器(互為冗余) ，兩臺服務器間自動實現數據的同步，并互為熱備，實現雙機熱備用，當其中一臺計算機出現故障時，可自動切換到另一臺計算機，以防止數據丟失或控制失控。
系統容量：系統輸入/輸出點位支持可采集無限個監控點，巡檢周期符合行業規定。
顯示功能：能實時顯示各類接入的子系統如各膠帶機、通風機、泵房、變電所等相關設施及所有信息狀況，并能方便地進行多畫面切換；當被測參數超限、保護動作及設備運行狀態改變后發出語音、文字告警提示。
WEB功能：能將各子系統顯示的各類實時動態圖形（符合要求的）轉換為HTML或XML，供客戶通過IE瀏覽。同時在綜合監控集控中心組態綜合實時動態圖形供用戶瀏覽。
控制功能，故障自診斷功能，報警功能：具有遠程啟動、停止、復位和測試功能，并具有可進行地面遠程編程、故障(保護)屏蔽及控制方式轉換等功能；提供網絡故障判斷提示，可將故障定位在交換機級；能為用戶提供各類監測系統的實時報警信息包括超限報警、開關報警、系統在線設備的故障記錄。系統能自動統計出昨日、當日、當前的報警故障個數，并可點擊查看相應詳細信息，可以按子系統、類別、等級、日期段等條件查詢和統計歷史報警或故障信息。
打印統計功能：能實時或按時間段打印各類接入的子系統如膠帶機、通風機、泵房、變電所等相關設備的運行參數(如運行時間、電機電流等)和運行狀態(如開停狀態、故障類型、故障發生時間等)；對數據進行綜合處理，滿足報表統計、曲線圖、柱狀圖顯示并能打印輸出。系統能選擇日期查看某測點歷史數據的曲線，在曲線的值坐標上可以自定義刻度。
系統可以查詢任何系統中設備的開停情況，如開時間、次數等，可查看累計量信息及統計圖表，還可查看整個系統的網絡故障信息可方便用戶管理。
界面友好，全漢字圖形組態，支持動畫技術、圖形縮放技術、多級窗口技術等，數據、曲線實時顯示，能進行多畫面切換；系統可在監測狀態監測各類數據，也可在編輯狀態下設置各個報警值；系統提供實時、歷史報表曲線。實時曲線畫面反映一定時間間隔的實時數據的變化趨勢。歷史曲線畫面反映過去某個時間段的實時數據變化趨勢。通過曲線報表將子系統的各個主要設備參數連續的記錄并保存，以便以后的查詢，調用管理；按時間順序，將各個歷史動作的順序、時間記錄下來，供事后分析用；在設備參數超過預警門限時，系統自動將設備主要參數記錄下來，供事后分析用。
（13）支持分區監控模式，實現遠程現場作業指揮的管理。
（14）資源信息管理
支持設備維護工作訂單、歷史工作訂單、設備狀態、預防性維護、設備備件、故障報告、設備檔案信息等功能。具備停車管理功能。實施維護操作，操作員被告知資產故障已被糾正過程控制與維護操作的無縫集成和互動。
3 系統方案架構
郭家灣煤礦集中監控系統建設實現構件化、模塊化和平臺化，以保證各系統及子系統的各項功能，滿足可持續性開發需求，每一個應用程序都做到高度模塊化，以便支持可能的跨平臺的移植能力，同時具備可擴展的技術框架和標準的對外接口，為與系統外的應用系統和二次開發預留接口。郭家灣煤礦集中監控系統拓撲結構如圖1所示。
圖1 郭家灣煤礦集中監控系統拓撲結構圖
系統采用亞控的高端組態軟件King SCADA軟件，搭建統一的軟件監控平臺。在此平臺上通過人機界面（HMI）可實時監測子系統設備工況，并可對各子系統的I/O進行控制。將全網監測數據存入工業實時歷史數據庫KingHistorian,同時通過信息分析平臺對各子系統的設備狀況進行分析、查詢、統計。通過WEB發布使管理人員通過礦信息管理網上的PC終端，用IE瀏覽器訪問工業以太網的Web服務器，可在信息網瀏覽和查詢控制網的系統信息和進行必要的權限控制。
4 系統特點
高可用性和冗余功能： King SCADA組態軟件采用C/S架構和B/S架構，在集控中心設立兩臺服務器(互為冗余)，兩臺服務器間自動實現數據的同步，并互為熱備，當主服務器故障時，從服務器可在1s內實現自動接替主服務器的工作，以防止數據丟失。
操控界面：界面友好，全中文圖形組態，支持動畫技術、圖形縮放技術、多級窗口技術等，數據、曲線實時顯示，能進行多畫面切換，系統支持32000*32000分辨率的大畫面過程數據瀏覽，可以進行不失真的無極縮放。
監控功能：能實時、準確地采集各子系統的數據，并以組態畫面和組態圖表的形式表現出來，在任何一個操作站上，各專業的操作人員有各自的權限，可根據不同權限監視自動化系統設備運行工況，并可根據要求控制現場的設備。
打印功能：能實時或按時間段打印各子系統相關設備的運行參數和運行狀態，如開停狀態、故障類型、故障發生時間等。
圖2
實時管理界面的功能：系統具有編輯態、置數態和運行態三個狀態，在編輯態下可修改系統的一些消息類別、用戶文本塊和報警臨界值，在置數態下可對一些動態變量進行修改，在運行態下只能對實時模擬量數據進行監視。
報表曲線功能：系統提供實時、歷史報表曲線。實時曲線畫面反映一定時間間隔的實時數據的變化趨勢。歷史曲線畫面反映過去某個時間段的實時數據變化趨勢。通過曲線報表將子系統的各個主要設備參數連續的記錄并保存，以便以后的查詢，調用管理。
歷史事件記錄功能：按時間順序，將各個歷史動作的順序、時間記錄下來，供事后分析用。
實時報警功能：當設備故障或模擬量超限時，監控子系統與自動化平臺同步顯示故障設備名稱、報警測點名稱及數值。
事故追憶功能：在設備參數超過預警門限時，系統自動將設備主要參數記錄下來，供事后分析用。時間段長度可由系統維護人員在系統數據庫中修改，事故前追憶點數和事故后延續點數也可在參數中修改。
控制功能：具有本地和遠程啟、停功能。
故障自診斷功能：具有強大的系統自診斷與故障報警功能，可準確判斷設備故障類型、位置，并能提供圖像和聲音報警提示以及打印輸出。
系統維護和可擴展性：在工程師站上可以進行組態編程， 同時兼做網管工作站，當子系統監控需求變化時可以很方便的進行調整。同時，為待建子系統留下接口，可以方便地組態和集成。
控制靈活性：各專業子系統即可獨立操作，也可在平臺上統一集控。
5 結語
郭家灣煤礦綜合自動化系統井上井下兩個環網，把井上井下的各個子系統的數據及畫面統一到綜合自動化平臺，如圖2所示。實現對煤礦的人員監控（人員定位）、環境監控（瓦斯）、設備監控（主井、副井、通風機等監控）的綜合監控，實現整個礦井的生產信息、管理信息的集成化管理，為生產調度、決策指揮的信息化提供有力保證，為礦井預防和處理各類突發事故和自然災害提供有效手段。
潘峰
男，1999年畢業于北京商學院市場營銷專業，2008年加入北京亞控科技發展有限公司以來，歷任銷售工程師、煤炭行業銷售經理、煤炭事業部副總經理等職，2011年10月擔任亞控科技煤炭事業部副總經理一職，負責亞控科技在煤炭礦山領域的銷售工作。
摘自《自動化博覽》2012年第十期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號