1.項目概述

      山西新元煤炭有限責任公司位于山西壽陽縣，礦井地處沁水煤田東北部，距離太原市60公里，陽泉市25公司。設計儲量7.9億噸，設計可開采儲量5億噸。其中：3#煤層2.1億噸，9#煤層0.82億噸，15#煤層2.3億噸。煤種主要為貧煤，貧瘦煤及無煙煤，屬中低灰、特低硫、低磷、中高發熱量的優質品種煤，可作為電煤、高爐噴吹煤等。煤層賦存平緩，平均厚度為2.29-3.32米。按600萬噸/年產量設計的現代化礦井。

      新元煤礦安全生產綜合自動化實質是依賴對新元礦井地理、生產、安全、設備、管理等方面的信息進行采集、傳輸、處理、應用和提升，達到信息增值的目的。其核心技術是集成化的數據管理、集成化的通訊、集成化的編程組態和現場控制設備的自動化、網絡化。建立基于網絡的大型開放的分布式控制系統、形成全礦井監測、控制、管理一體化，實現全礦井生產各環節的過程控制自動化、生產綜合調度指揮和業務運轉網絡化，使煤礦高效集中生產，達到減員增效、降低成本，提高礦井整體安全和生產水平。

      新元煤礦在井上、井下建立實時工業以太環網，實現對全礦安全、生產的遠程集中監測與控制；建成了統一的數據倉庫平臺，它采用實時以太網絡、實時數據庫平臺以及通信網關平臺實現了絕大數子系統數據協議的統一，并成功接入實時數據庫平臺軟件，為今后企業綜合信息化平臺，實現數字化礦井做基礎數據鋪墊。

      2．建設目標

      1）向下能監測各子系統內設備的運行狀態以及所需的生產和安全參數，能對礦井內部控制子系統發布控制命令；向上能夠連接集團公司局域網，實現礦井與公司之間的生產與管理信息及時交換，從而實現安全生產過程控制網絡化、企業綜合管理現代化。

      2）建立一個生產調度中心，在地面調度中心能夠對各自動化系統機電設備進行集中監控，實現全礦的管控一體化。

      3）建立一個快捷、標準的傳輸平臺，提供安全、先進、可靠的傳輸能力，滿足生產和管理的要求。

      4）隨著礦井建設能夠整體規劃分步實施，并能隨著技術的發展方便升級。

      5）成熟的產品、快速的組態，縮短整個項目的開發周期，提高效率與效益；

      6）力控pFieldComm通訊網關作為子系統接入與協議轉換產品使各子系統完全具備系統開發性、標準化；

      7）力控pSpacer實時歷史數據庫做為生產數據的綜合自動化平臺，將成為信息化，數字煤礦的核心；

      3．系統拓撲圖及產品介紹

      北京三維力控科技有限公司為煤炭行業提供多種專業產品，通訊網關pFieldComm為現有煤礦安全生產綜合自動化的子系統數據接入，解決信息化孤島問題提供了快速、穩定、可靠，安全的解決方案；企業級實時歷史數據庫pSpace與關系型數據庫Oracle或SQLServer等一起構建了煤礦安全生產綜合自動化、信息化的數據倉庫平臺；工業監控組態軟件ForceControl為綜合自動化提供強有力的圖形控制功能。這些產品為實現真正的煤礦綜合自動化及管控一體化，提供數據平臺共享、網絡協議轉換、標準化的數據通訊和系統聯動等功能。

      4．調度中心數據庫pSpace的應用

      企業級實時歷史數據庫pSpace特點：

     單臺服務器處理點數大于等于12.6萬點；

       完全分布式結構；支持C/S和B/S應用；

     毫秒級的高精度時間標簽；

       支持雙機熱冗余的容錯架構；

       采用高效的二次壓縮技術；

       數據處理及存儲與查詢的性能可達30萬點/秒；

       支持Windows，Unix，Linux環境下運行和操作；

       提供使用簡便、功能強大的數據庫管理工具；

      在調度中心機房使用2臺曙光服務器作為冗余的pSpace實時數據庫服務器，與工業自動化環網連接，在辦公網絡有1臺WEB服務器，在網絡安全上，辦公網絡通過雙向物理隔離網閘與工業自動化網絡連接。實時數據庫將整個礦井的各個子系統數據進行實時采集，為各生產部門提供實時的工藝畫面與數據顯示。

      pSpace目前已設計和實施接入的子系統有

       原煤流工藝（102、103工作面采煤機、刮板機、破碎機、轉載機、皮帶）；

       輔助運輸及人員定位（信集閉、人員定位及考勤）；

       供配電（工業場地110kV、中央風井場地35kV、韓莊風井場地35kV-在建、

       井下中央、東采區、西采區、南采區、北采區5個10kV變電所）；

       給排水（二級泵站、主排水、礦井水處理、生活水處理）；

       主扇通風系統；

       空氣壓縮機；

       鍋爐房；

       皮帶稱；

       工業電視子系統；

       選煤場子系統；

       集中膠帶與主斜井膠帶集中監控子系統；

       點檢系統；

       安全監控子系統；

      工業環網交換機監測子系統；

      瓦斯抽放泵站子系統；

      進風立井提升機子系統；

      三個煤層及采掘銜接圖（WEB格式的矢量CAD圖）；

        [圖2]總圖

        [圖3]工業環網示意與監測

      5.典型子系統的接入

      5.1.變電站電控子系統（110/35/10kV）

      110kV與35kV變電站綜合自動化系統為上海天正明日電力自動化有限公司的微機保護系統，監控計算機不能對第三方提供實時數據與web界面，該系統采用力控通信網關pFieldComm采集40塊綜合保護儀表（南自103規約）、直流屏、網絡電表等設備；將所有設備數據統一轉換為標準的OPCServer規約，為實時數據庫提供基于一個地址的網絡化標準數據，在調度中心可實現1秒級的實時數據更新，主界面為礦井供電潮流總圖，下分變電站一次接線圖、自動抄表、所有線路間隔參數。在系統的模擬圖上，用戶可以清晰直觀的看到相電壓，線電壓，電流，故障，開停，高壓開關，饋電開關，主變溫度，功率因數，電度，有功功率，無功功率，視在功率，頻率，有功電能，無功電能等數據或狀態。

        [圖4]110kV變電站主接線圖

        [圖5]2#主變參數

        [圖6]中央變電所實時數據與視頻監測

      5.2.主斜井、集中膠帶大巷皮帶子系統接入

      現狀：該系統包括2條皮帶的集控系統、2套CST系統、1套高壓配電系統。膠帶（1#皮帶）機CTS與保護控制系統位于主斜井所在的三樓，CST系統采用羅克韋爾（AB）公司的SLC500系列PLC，DH+口與AB的PanelView600顯示屏連接；皮帶集控系統操作臺采用天地科技股份有限公司常州自動化分公司的產品，有一臺監控計算機，CST運行信號通過繼電器的干接點接到了該皮帶的保護系統。集中膠帶大巷膠帶（2#皮帶）控制與CTS系統與主斜井膠帶（1#皮帶）控制相同。

      解決方案：廠家提供通信協議與原PLC程序的寄存器地址表，在地面控制室的光纖柜內增加一套網關，將常州所皮帶控制系統的RS485通信接口直接接入網關（CST干接點信號已經接入），力控開發該驅動程序并經網關進行協議與物理層的轉換，為數據庫提供標準的OPCServer接口。

      圖形界面可顯示煙霧、跑偏、打滑、堆煤、皮帶速度、撒水、CST等監控信號。

      5.3.102工作面監測

      102工作面采用天津貝克KJF21型控制器，主要負責采煤機、刮板運輸機、轉載機和破碎機的數據監控，提供電機工作電流、機頭、機尾高低速運行電流、減速機軸溫、冷卻水溫度、壓力、故障碼等信息；它帶有RS485通信接口，通過MHYVRP-1*4*7/0.38屏蔽雙絞線接入礦用通信接口KJ363-J（礦用串口服務器），把RS485信號轉換成RJ45的以太網信號接入東采區變電所的井下KJJ102西門子交換機，使數據進入光纖環網送到地面的通信網關，通信網關負責KJF21型控制器的數據采集與協議轉換后接入實時數據庫的綜合自動化管理平臺。

        [圖7]原煤流工藝監測

      [圖8]采煤機監測

      5.3.中央風井場地的主扇通風系統

      主扇通風系統主要設備包括：

      現狀：通風機電控系統分高壓軟啟動PLC控制柜和通風機性能檢測系統兩部分；高壓軟啟動PLC控制柜采用2套SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU型號為：CPU-314C-2DP；AGF606型通風機性能監測系統的PLC使用SIEMENS公司的S7-300PLC，CPU型號分別為：CPU-315-2DP（V2.0.11）；實時監測計算機通過MPI總線訪問所有的PLC，監控軟件為自行開發軟件包。

      解決方案：采用德國專用通信模塊NL50-MPI，全部采用MPI總線與3套PLC進行通訊。NL50-MPI直接連接Siemens的控制器，采用MPI的總線方式，可以直接讀取PLC的數據。

      圖形界面可顯示風機軸承溫度、電機繞組溫度、潤滑油溫度、潤滑油壓力、風機回水流量、電機速度、高壓軟啟動狀態、風機靜壓、風機水平振動、電機三相電壓、電機三相電流、風機全壓、風機風量、風機靜壓效率、風機全壓效率、瓦斯濃度等。

      5.4.鍋爐控制子系統

      新元煤礦共4臺燃煤鍋爐，采用6臺S7-200的PLC做鍋爐主控+公共輔助系統的控制，數據庫直接遠程讀取原監控系統的OPCServer。界面顯示爐膛溫度、爐膛負壓、上鍋筒溫度、上鍋筒壓力、蒸汽出口流量、蒸汽管路壓力、省煤器溫度、煙道溫度、鼓風機風量開關、引風機吸風量調節器開關顯示、供煤爐排風速度顯示、速度調節、現場手自顯示、水位報警、水位顯示、供水閥前后壓力、供水溫度、流量、循環泵狀態、鼓風機開停狀態、引鳳開停狀態、供水泵開停狀態、鼓風機軸溫、引風機軸溫、風機變頻等數據。

      [圖9]鍋爐房監測

      [圖10]1#鍋爐主監測

      6.結束語

      本系統目前已成功通過實時數據庫pSpace、通信網關pFieldComm、礦用通信接口，工業環網等軟硬件平臺完成新元煤礦綜合自動化的各子系統的數據采集、轉換、傳輸、顯示與存儲。實時數據庫平臺的搭建徹底解決了“信息孤島”現象，其穩定、可靠、高速、多平臺的真正融合在實際應用中得到了較為理想的綜合顯示效果。