1 應(yīng)用背景

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司梅花井礦，是寧東鴛鴦湖礦區(qū)規(guī)劃建設(shè)的五對(duì)大型煤礦之一,，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1200萬(wàn)噸,，服務(wù)年限77年。井田南北走向長(zhǎng)11km,，東西傾向?qū)?/span>6.5km,，面積為71.5km2。煤礦井田內(nèi)含煤地層厚度299米,，內(nèi)賦存煤層22層，可采煤層17層,，不可采煤層5層,，地質(zhì)儲(chǔ)量25億噸，可開采儲(chǔ)量12.3億噸，屬于低灰,、低硫,、低磷、高熱值的不粘結(jié)煤,。

2,、項(xiàng)目需求

為了將梅花井礦建成國(guó)內(nèi)一流的安全高效數(shù)字化礦井，一期將先后建設(shè)10個(gè)子系統(tǒng),，包括采運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng),、篩分破碎監(jiān)控系統(tǒng)、井下主排水監(jiān)控系統(tǒng),、井下水處理監(jiān)控系統(tǒng),、通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、地面和井下供電監(jiān)控系統(tǒng),、鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng),、副井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、污水處理監(jiān)控系統(tǒng),、制氮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),。

這些子系統(tǒng)如果不進(jìn)行綜合自動(dòng)化的集成監(jiān)控，將會(huì)處于相互獨(dú)立的狀態(tài),，信息不能互通,，形成"信息孤島"現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)力水平的提高,，很難從系統(tǒng)工程的角度對(duì)礦山進(jìn)行統(tǒng)一的自動(dòng)化管理,，難以有效的發(fā)揮自動(dòng)化集成的最大效益[1]。因此把現(xiàn)有的自動(dòng)化子系統(tǒng)整合到一個(gè)統(tǒng)一的綜合自動(dòng)化軟件平臺(tái)上,，從而提高機(jī)電設(shè)備的利用效率,，提高安全生產(chǎn)管理水平，已成為梅花井礦迫在眉睫的首要任務(wù),。

3 解決方案

3.1 產(chǎn)品介紹

GE智能平臺(tái)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著數(shù)十年的歷史,，一直是先進(jìn)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。GE智能平臺(tái)的解決方案是一個(gè)開放的,、模塊化的,、易于升級(jí)的、完全的解決方案,，可以很容易地與其它廠家的系統(tǒng)集成在一起并最大限度地保護(hù)系統(tǒng)已有的投資,。而且有著多種靈活、可靠,、安全的控制系統(tǒng),，以滿足現(xiàn)場(chǎng)的各種需要。

本項(xiàng)目采用GE 智能平臺(tái)的Proficy iFIX Plus SCADA V4.0作為數(shù)據(jù)采集軟件，采用Proficy Historian V3.1作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件,，采用Proficy Portal V2.6 作為數(shù)據(jù)可視化分析和WEB發(fā)布軟件,，采用Proficy iFIX iClient Developer V4.0作為工程師站軟件，采用Proficy iFIX iClient Runtime V4.0作為操作員站軟件,。GE Fanuc 的iFIX是世界領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案,，能夠提供完善的生產(chǎn)過(guò)程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能,。通過(guò)iFIX可以精確地監(jiān)視,、控制生產(chǎn)過(guò)程，并能分析設(shè)備故障,，提高設(shè)備效能,，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處理,。

3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GE智能集成監(jiān)控平臺(tái)的核心是安裝在梅花井礦的兩臺(tái)SCADA數(shù)據(jù)采集服務(wù)器,，互為冗余、熱備,，正常工作時(shí)兩臺(tái)服務(wù)器同步工作,，當(dāng)其中一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)可自動(dòng)接替工作,，不會(huì)丟失生產(chǎn)數(shù)據(jù),，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外,，還專門設(shè)計(jì)了1臺(tái)Historian歸檔服務(wù)器對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔和分析處理,，1臺(tái)Portal服務(wù)器用于礦領(lǐng)導(dǎo)在辦公室可以通過(guò)WEB瀏覽器監(jiān)視礦井的生產(chǎn)狀況。在2臺(tái)工程師站上通過(guò)iClient開發(fā)版軟件可以統(tǒng)一對(duì)各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)編程,，并可兼做網(wǎng)管工作站,。每個(gè)操作員站上安裝一套iClient運(yùn)行版軟件，操作員站通過(guò)交換設(shè)備與SCADA數(shù)據(jù)采集服務(wù)器相聯(lián),，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)10個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,。

3.3 實(shí)施方案

梅花井礦的采運(yùn)系統(tǒng)由主井皮帶、給煤機(jī),、石門皮帶和兩個(gè)綜采工作面運(yùn)輸順槽皮帶組成,。主井皮帶將煤流通過(guò)201皮帶運(yùn)至篩分破碎車間，主井皮帶機(jī)采用變頻器控制,，石門皮帶,、綜采工作面皮帶采用液力偶合器進(jìn)行控制。在采區(qū)變電所設(shè)置一號(hào)防爆PLC控制分站,，用于控制石門皮帶和給煤機(jī),，同時(shí)采集兩條順槽皮帶的閉鎖信息,。在主井驅(qū)動(dòng)機(jī)房設(shè)置二號(hào)防爆PLC控制分站,，用于采集主井皮帶沿線保護(hù)及主皮帶變頻器信號(hào),，并進(jìn)行控制。PLC控制分站通過(guò)MVI56-MCM通訊模塊與KTC101信息分站的RS485接口相聯(lián),，以MODBUS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,；通過(guò)SST-PFB-CLX通訊模塊與變頻器的RS485接口相聯(lián)，以PROFIBUS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。一號(hào)和二號(hào)PLC控制分站均通過(guò)1756-ENBT以太網(wǎng)模塊與防爆千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的RJ45口連接,，接入千兆以太環(huán)網(wǎng)并以OPC方式與iFIX 的 SCADA采集服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,。其它子系統(tǒng)的實(shí)施方案均與采運(yùn)系統(tǒng)相似,。

圖1 采用iFIX開發(fā)的綜合自動(dòng)化主界面圖

4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

4.1響應(yīng)速度快

每一臺(tái)Proficy Historian服務(wù)器部能在不犧牲效能上采集100000個(gè)不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)，要采集新增的點(diǎn),，只要簡(jiǎn)單的加一臺(tái)服務(wù)器在應(yīng)用里即可,。采集點(diǎn)的時(shí)間分辨率為ms級(jí)，采集速度Poll Time 為100ms,，并利用負(fù)載平衡來(lái)提高系統(tǒng)性能,。在數(shù)據(jù)源支持的地方，采集器也可被組態(tài),。在離線時(shí)采集的數(shù)據(jù),，即經(jīng)由文本采集器的數(shù)據(jù)可有1ms的時(shí)間標(biāo)記分辨率。Proficy Historian不但有秒以下的速率,，讓同時(shí)采集數(shù)以千計(jì)的數(shù)據(jù)變?yōu)榭赡?，而且通過(guò)高效率的壓縮方式，儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)只占據(jù)磁盤極小的空間,。經(jīng)由每秒20000事件的儲(chǔ)存及取回速率,，Proficy Historian在采集及儲(chǔ)存信息時(shí)均可獲取極佳的性能。

4.2 設(shè)備效能高

設(shè)備效能分析是建立在實(shí)時(shí)設(shè)備信號(hào)的基礎(chǔ)上,，對(duì)設(shè)備維護(hù)和提高設(shè)備效能起著重要的作用,。Proficy iFIX通過(guò)采集設(shè)備狀態(tài)、故障信號(hào)以及相關(guān)生產(chǎn)信息來(lái)對(duì)設(shè)備的故障原因,、位置等進(jìn)行分類分析,，并通過(guò)歷史數(shù)據(jù)模型對(duì)設(shè)備起到預(yù)估性的維護(hù)幫助，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)評(píng)估也起到重要的作用,。設(shè)備效能分析系統(tǒng)的具體功能包括：采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到 Historian數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行長(zhǎng)期分析,；采集故障信號(hào),，建立故障表,，根據(jù)信號(hào)分析歸類設(shè)備故障原因；對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行分析,，建立設(shè)備性能評(píng)估,；通過(guò) Web方式發(fā)布設(shè)備分析報(bào)告并進(jìn)行交互式查詢等。

4.3 兼容性能好

由于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是整個(gè)梅花井?dāng)?shù)字化礦山[2]建設(shè)的一個(gè)重要部分,，因此,，GE智能PCS過(guò)程控制平臺(tái)必須具有較好的兼容性。向下能與各個(gè)自動(dòng)化控制子系統(tǒng)進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交換,，向上能建設(shè)MES生產(chǎn)執(zhí)行平臺(tái)與ERP綜合信息管理平臺(tái),，最終形成數(shù)字化礦山的三層框架結(jié)構(gòu)。

5 實(shí)施效果

梅花井礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)于2008年下半年開始建設(shè),，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,，達(dá)到了監(jiān)、管,、控一體化的目標(biāo),，成為高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn),、高質(zhì)量,、高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的示范工程，并于2009年11月通過(guò)神華寧煤集團(tuán)的工程竣工驗(yàn)收,。目前,，梅花井礦已經(jīng)成為神寧集團(tuán)原煤生產(chǎn)的三大主力礦井之一，為寧東其他項(xiàng)目建設(shè)立項(xiàng)探索出了一條成功經(jīng)驗(yàn),，被譽(yù)為“塞上梅花第一井”,。

關(guān)于GE智能平臺(tái)

GE智能平臺(tái)是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動(dòng)化控制的軟件,、硬件和技術(shù)服務(wù)以及嵌入式計(jì)算,。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€(gè)獨(dú)特的，靈活的,，超可靠的技術(shù)基礎(chǔ),，使得他們?cè)诎茉础⑺幚?、消費(fèi)品,、國(guó)防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續(xù)的優(yōu)勢(shì),。GE智能平臺(tái)是一家總部設(shè)在美國(guó)弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè),，是GE企業(yè)解決方案集團(tuán)公司的一員。想獲取更多信息,，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：www.ge-ip.com,。