摘 要：為了滿足煤礦綜合自動化系統的建設，文章研究了煤礦綜合自動化系統的特點，指出應用工業組態軟件WinCC開發了相應的控制系統，介紹了控制系統的構成并就其運行監測畫面進行了描述，最后概括了該系統實現的功能。 關鍵詞：WinCC；工業以太網絡；分布式系統；組態 中國煤炭行業中的許多煤礦自動化程度不高，采用的軟硬件落后，有的煤礦的部分控制點還在采用人工操作，在對煤礦安全與監測系統要求不斷提高的同時，對煤礦綜合自動化控制系統越來越體現出其重要性。文章結合屯蘭煤礦的綜合自動化控制系統的建設項目，介紹了應用工控組態軟件WinCC的設計開發。 1 系統概述 礦井內自動化系統包含：井下電力變電所遠程三遙系統、井下中央水泵房三遙系統、井下皮帶三遙系統、井下液壓支護三遙系統、井上電站四遙系統、井上豎井提升機監測系統、瓦斯抽放泵站監測系統等共計10余個子系統的總體集成。原煤大多處于地下100～250m的深處，開采原煤需要經過開掘巷道、液壓支護、采煤機采煤、皮帶機運出等步驟。其中還包括供水、供電、供氣、排水、排矸、安全防護監測等相關配套系統進行運行。在項目設計初期，考慮到煤礦的安全和穩定可靠性的要求，選定了使用S7-300作為分布系統的主要組成，并且系統能夠直接通過工業以太網進行連接。人機界面使用WinCC5.0進行組態，保持了系統的完整性和連貫性，便于對分布系統直接連接，不需要第三方驅動或轉換。由于煤礦建設的過程需經過很長時間，在分布式系統中，有一些是早已存在的系統，如電站控制系統、提升機系統、液壓支護系統等，在WiCnC軟件系統中沒有的幾個系統或設備的驅動做連接，必須采用其他方式將數據采集和控制。對于井下變電站（所）和瓦斯抽放泵站使用S7-300的PLC進行控制和監測，抽放站只監測不控制，變電站（所）進行全而監測和控制。 2 控制系統構成 整個項目中的硬件配置、系統結構，是各組成部分選擇的依據。系統主要包括3部分，人機界面、自動化控制網絡和分布控制系統。 （1）人機界面：配置三套WinCC5.0進行畫面組態，其中2套用于對現場數據進行采集和通訊服務并且進行冗余服務，1套用于從現場或采集服務器獲取數據并進行Web發布服務。選擇WinCC5.0主要考慮到其在高數據量的情況下采集數據的穩定性和快捷性以及在開發過程中的靈活性。 （2）網絡：由于煤礦的地理條件和生產盤區的位置所限，使用100M星形工業以太網進行子系統的連接和通訊。在調度指揮中心使用華為公司生產的6506交換機，三層交換機，具有網絡、電源雙冗余的功能，端口多達4 8口。井下由于國家法規的限制（要求下井的設備必須有國家MA標志）當時只有徐州華訊公司有此類交換機，100M工業以太網接口，8個通訊端口。網絡拓撲結構圖見圖1。 （3）分布式控制系統：此系統包括的設備和系統較多，總體分為兩類，一類是西門子分站系統，另一類為非西門子分站系統非西門子系統占了很大一部分。分站系統劃分如下：南三盤區變電所：S7-300的PLC1套；井下中央變電所：S7-300的PLC1套；瓦斯抽放站：S7-300的PLC1套；井上35KV變電所：長沙華能電站系統；豎井提升機系統：組態王組態軟件，三菱PLC；井下液壓支護監測系統：天地瑪珂公司；井下皮帶運輸系統：天津貝克公司皮帶系統。 3 運行監測畫面 （1）井上電力監控系統：對于煤礦井上主變電站遠程管理和監測，井上電力監測、監控系統讓相關管理部門能夠遠程、實時地對電站設備進行遙測、遙控、遙信和遙調。實現電站管理的無人化和自動化。保證了煤礦電力供應的安全、可靠運行，見圖2。 （2）提升機監控系統：對提升裝置的電壓、電流、油壓、油溫提升速度、位置以及罐籠總開停次數等重要運行參數進行監測發生故障及時記錄。為調度人員及時維護和設備運行分析提供關鍵平臺，見圖3。 （3）礦井皮帶監控系統：實際反映礦井的所有運輸皮帶的運行工況，包括有每條皮帶運行狀態、故障狀態、運行時間、煙霧、堆煤和跑偏報警、各個煤倉的煤位、電機運行電壓和電流、電機溫度和皮帶速度等參數。能夠及時根據現場情況開停皮帶設備。使調度員能夠及時準確的根據井下實際情況作出迅捷而又正確 的安排，使得井下生產得以安全、快速、高效的穩步進行，見圖4。 4 綜合自動化系統實現的結論 （1）礦井現有和需要新建的自動化系統，包含井下電力變電所遠程三遙系統、井下中央水泵房三遙系統等共計10余個子系統進行總體集成的目標，我們先將整體的框架定為工業以太網結構上的系統整體集成。其中的“三遙”是對系統和設備的“遙信”、“遙測”、“遙調”，四遙是對系統的“遙信”、“遙測”、“遙調”和“遙控”功能。主要要求對井下的變電站（所）的開關柜、水泵、井上變電站的開關柜進行遠程監測和分合閘控制。其他系統實現遠程監測的功能。 （2）經過建設，實現了在礦里任何一臺網絡計算機上可以全面查詢各個分布子系統的數據和工藝流程，并且通過internet在外地可以登錄到煤礦綜合自動化系統的運行界面。方便了生產的遠程決策，提高了企業的信息化水平。 （3）由于煤礦的分布式系統較多而且較雜，而西門子的WinCC系統的驅動沒有國內其他廠家的驅動（如CDT規約、液壓支架驅動等），因此專門制作了一個OPC接口SERVER程序，用該程序對未知的設備進行連接，WinCC系統由于自帶了SERVER和CLIENT程序，可以直接從自制的OPC接口SERVER程序上進行連接。 （4）在系統運行中，WinCC系統中OPC連接便捷、穩定，當時每個系統都達到1000多個變量，而且傳輸距離最遠達到10km,而系統延遲時間卻很短，當時對延時監測使用電話撥通最遠的變電所，當在調度中心進行操作某開關柜時，聽到現場的合閘、分閘聲音的同時就可以看到畫面的狀態發生改變。因此，從實時性來說，100M的傳輸完全可以達到工業控制現場對此的要求。 詳情請點擊：組態軟件WinCC在煤礦綜合自動化系統中的應用