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)的五對大型煤礦之一，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1200萬噸，服務(wù)年限77年。井田南北走向長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)儲量25億噸，可開采儲量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)行綜合自動化的集成監(jiān)控，將會處于相互獨(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)工程的角度對礦山進(jìn)行統(tǒng)一的自動化管理，難以有效的發(fā)揮自動化集成的最大效益[1]。因此把現(xiàn)有的自動化子系統(tǒng)整合到一個統(tǒng)一的綜合自動化軟件平臺上，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智能平臺在自動化領(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智能平臺的解決方案是一個開放的、模塊化的、易于升級的、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)場的各種需要。

本項(xiàng)目采用GE 智能平臺的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)自動化軟件解決方案，能夠提供完善的生產(chǎn)過程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能。通過iFIX可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程，并能分析設(shè)備故障，提高設(shè)備效能，優(yōu)化生產(chǎn)過程，對突發(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)控平臺的核心是安裝在梅花井礦的兩臺SCADA數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，互為冗余、熱備，正常工作時(shí)兩臺服務(wù)器同步工作，當(dāng)其中一臺故障時(shí)，另一臺可自動接替工作，不會丟失生產(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Historian歸檔服務(wù)器對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔和分析處理，1臺Portal服務(wù)器用于礦領(lǐng)導(dǎo)在辦公室可以通過WEB瀏覽器監(jiān)視礦井的生產(chǎn)狀況。在2臺工程師站上通過iClient開發(fā)版軟件可以統(tǒng)一對各個自動化子系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)編程，并可兼做網(wǎng)管工作站。每個操作員站上安裝一套iClient運(yùn)行版軟件，操作員站通過交換設(shè)備與SCADA數(shù)據(jù)采集服務(wù)器相聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)對10個子系統(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)、石門皮帶和兩個綜采工作面運(yùn)輸順槽皮帶組成。主井皮帶將煤流通過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)動機(jī)房設(shè)置二號防爆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，并進(jìn)行控制。PLC控制分站通過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。一號和二號PLC控制分站均通過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)的綜合自動化主界面圖

4 技術(shù)優(yōu)勢

4.1響應(yīng)速度快

每一臺Proficy Historian服務(wù)器部能在不犧牲效能上采集100000個不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)，要采集新增的點(diǎn)，只要簡單的加一臺服務(wù)器在應(yīng)用里即可。采集點(diǎn)的時(shí)間分辨率為ms級，采集速度Poll Time 為100ms，并利用負(fù)載平衡來提高系統(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)榭赡埽彝ㄟ^高效率的壓縮方式，儲存的數(shù)據(jù)只占據(jù)磁盤極小的空間。經(jīng)由每秒20000事件的儲存及取回速率，Proficy Historian在采集及儲存信息時(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)備信號的基礎(chǔ)上，對設(shè)備維護(hù)和提高設(shè)備效能起著重要的作用。Proficy iFIX通過采集設(shè)備狀態(tài)、故障信號以及相關(guān)生產(chǎn)信息來對設(shè)備的故障原因、位置等進(jìn)行分類分析，并通過歷史數(shù)據(jù)模型對設(shè)備起到預(yù)估性的維護(hù)幫助，同時(shí)對生產(chǎn)評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)，存儲數(shù)據(jù)到 Historian數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行長期分析；采集故障信號，建立故障表，根據(jù)信號分析歸類設(shè)備故障原因；對設(shè)備故障進(jìn)行分析，建立設(shè)備性能評估；通過 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

由于綜合自動化系統(tǒng)是整個梅花井?dāng)?shù)字化礦山[2]建設(shè)的一個重要部分，因此，GE智能PCS過程控制平臺必須具有較好的兼容性。向下能與各個自動化控制子系統(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)行平臺與ERP綜合信息管理平臺，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

GE智能平臺是一個提供高新技術(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€獨(dú)特的，靈活的，超可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，使得他們在包括能源、水處理、消費(fèi)品、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續(xù)的優(yōu)勢。GE智能平臺是一家總部設(shè)在美國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?jiān)L問：www.ge-ip.com。