信息技術(shù)

工業(yè)以太網(wǎng)在選煤廠集控系統(tǒng)中的應用探討

李繼軍

中國神華神東洗選中心 陜西榆林大柳塔 719315

【摘要】經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展和科學技術(shù)的提高為國家煤炭行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，煤炭開采行業(yè)呈現(xiàn)出規(guī)�；�生產(chǎn)。隨著工業(yè)自動化和信息化的發(fā)展，實現(xiàn)對煤炭生產(chǎn)和運輸?shù)倪h程監(jiān)控成為現(xiàn)代煤炭行業(yè)的顯著需求，工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展和應用減少了網(wǎng)絡負荷，傳輸速度加快，網(wǎng)絡沖突減少，有助于更好的實現(xiàn)選煤廠集控。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)以太網(wǎng)；選煤廠；集控系統(tǒng) 煤炭是國家重要的戰(zhàn)略資源，是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)儲備。目前國家經(jīng)濟迅速發(fā)展，對能源使用數(shù)量較大，煤炭開采呈現(xiàn)出大規(guī)模的發(fā)展趨勢，在對生產(chǎn)各系統(tǒng)進行管理時存在著眾多問題，導致管理人員的工作效率較低，對系統(tǒng)管理的不穩(wěn)定和延時。以太網(wǎng)作為新型的管理系統(tǒng)，在選煤廠集控系統(tǒng)中的使用，實現(xiàn)了對選煤廠集控操作，減少了系統(tǒng)管理中出現(xiàn)的失誤和時間浪費，及時發(fā)現(xiàn)設備存在的障礙，有助于提高煤炭的生產(chǎn)率，減少不必要的浪費，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。以太網(wǎng)在集控系統(tǒng)中的使用實現(xiàn)了煤炭管理的智能化、數(shù)字化管理，實現(xiàn)了現(xiàn)代化煤廠管理。

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一、國內(nèi)煤炭信息化現(xiàn)狀

煤炭行業(yè)是我國的重要產(chǎn)業(yè)，很早就得到發(fā)展。國家在1984年建立煤炭信息化管理中心，推廣煤炭信息化管理技術(shù)，各煤炭企業(yè)的積極加入很大程度的促進了國內(nèi)煤炭行業(yè)信息化的進程，較為完善的煤炭信息管理系統(tǒng)逐漸確立。

從1995年開始，國有重點煤礦企業(yè)大多進行了礦區(qū)通信系統(tǒng)的改造，國有重點礦區(qū)通信系統(tǒng)向光纖化、數(shù)字化方向發(fā)展。僅用5年的時間，全網(wǎng)交換容量就從38.2萬線，發(fā)展到110萬線，并擁有10萬線的生產(chǎn)調(diào)度交換機。網(wǎng)絡布局上，具有點多面廣的特點，幾乎涵蓋了所有采煤�。▍^(qū)、市）。53%的礦區(qū)與公網(wǎng)實現(xiàn)了全自動聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡容量上，現(xiàn)擁有110萬線交換機容量和遍布礦區(qū)的用戶電路，礦區(qū)同時還擁有龐大的有線電視網(wǎng)絡系統(tǒng)。由于企業(yè)管理體系改革的需要，很多單位開發(fā)了資金結(jié)算系統(tǒng)、固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)、醫(yī)療保險管理系統(tǒng)、住房基金管理系統(tǒng)等新應用領域，例如陽泉局的醫(yī)療統(tǒng)籌基金信息管理系統(tǒng)，為全局七萬職工建立了醫(yī)療帳戶，實現(xiàn)了八個局屬醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)，該系統(tǒng)運行后產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益，降低醫(yī)藥費用8.7%，節(jié)支515萬元。煤炭企業(yè)信息化建設的一個重要特點是生產(chǎn)安全監(jiān)測監(jiān)控與企業(yè)MIS綜合集成。如神華神東公司、北京礦務局、永夏礦區(qū)、兗州南屯煤礦、寧夏靈武局靈新煤礦、徐州夾河煤礦等都把生產(chǎn)監(jiān)測、皮帶監(jiān)控、工業(yè)電視、選煤廠集中控制系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)進行集成，可二維、三維動態(tài)顯示圖形和數(shù)字信息，達到了較高的應用水平。

隨著國家經(jīng)濟的不斷改革和企業(yè)的不斷深入發(fā)展，信息化管理系統(tǒng)已經(jīng)成為煤炭廠區(qū)重要的管理系統(tǒng)，是企業(yè)實現(xiàn)增加經(jīng)濟效益的一種有效手段，然而國內(nèi)煤炭行業(yè)信息化管理存在很大的問題。國內(nèi)煤炭行業(yè)信息化發(fā)展的不平衡，信息化水平的落后等導致煤炭集控管理的很大的問題和漏洞，生產(chǎn)效率低，資源嚴重浪費等都嚴重影響了我國煤炭行業(yè)的優(yōu)化發(fā)展。由于管理系統(tǒng)的不完善，煤炭生產(chǎn)中安全事故經(jīng)常發(fā)生，導致煤炭開采行業(yè)在快速發(fā)展中問題也隨著增加。

目前國內(nèi)的煤礦集控管理系統(tǒng)主要有以下幾點漏洞：1.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)搭建不合理，生產(chǎn)架空、工業(yè)電視監(jiān)控、環(huán)境安全、信息管理、火災檢測、瓦斯抽放等系統(tǒng)自成一體，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分散。2.兼容性差，國內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)廠家采用的系統(tǒng)基本為自家專用的通信單位，系統(tǒng)之間的兼容性較差，導致信息傳輸時存在很大的問題，嚴重制約了煤礦廠區(qū)對系統(tǒng)進一步的擴充和補建。3.時效性低，無優(yōu)先級支持。各種系統(tǒng)的典型巡檢周期在30s左右，對于各系統(tǒng)自成一體，不利于對突發(fā)性事故急性聯(lián)動處理�，F(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)沒有根據(jù)信息的重要性差別提供有效的優(yōu)先級支持，無法確保重要信息的實時性要求。4.井下環(huán)境危險，制約了各系統(tǒng)的使用。國內(nèi)礦井時間均比較長，各類信息運輸使

用年限比較長，這種陳舊的傳輸系統(tǒng)導致接入復雜，在進行系統(tǒng)傳輸

時，系統(tǒng)承受壓力較大。礦井發(fā)展的需要以及對生產(chǎn)安全的要求，導致在現(xiàn)代礦井生產(chǎn)中涉及子系統(tǒng)逐漸增多，子系統(tǒng)在井下布置時出現(xiàn)重復布置，導致資金投入中的浪費，同時對系統(tǒng)進行維修時難度較大，井下安全生產(chǎn)沒有保障。

二、以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、以太網(wǎng)系統(tǒng)軟硬件介紹組態(tài)軟件：比較分析，在以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)建造過程中，選用美國先進的組態(tài)軟件為監(jiān)控軟件，其中該軟件具有豐富的圖形形象，具有強大的編輯功能，在選煤場中簡易操作，適于選煤廠應用。

PLC：該系統(tǒng)在選煤廠的應用中，已被充分驗證，其功能性用良好，可有效抗震抗粉塵，在選煤廠惡劣的環(huán)境下較為適宜。

工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機：選用美國的先進品牌，其中有四個電口、兩個光口，構(gòu)成一個完成的光纖工業(yè)環(huán)網(wǎng)，有效保證信號傳輸?shù)目焖僖约鞍踩��?/p>

在其他的模塊中，同樣采用了較為先進的產(chǎn)品，尤其在工業(yè)電視方面，選用共纜傳輸，傳輸距離較遠。一根主纜即可實現(xiàn)18路視頻信號的傳輸，減少了傳輸過程中的繁多的布線問題，大大節(jié)省了人力資源，同時提高了效率。

2、以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)絡主要由兩級網(wǎng)絡組成，上層為以太網(wǎng)組合構(gòu)建的信息監(jiān)控網(wǎng)，這種網(wǎng)絡通過防火墻與外界網(wǎng)絡連接，底層是有工業(yè)環(huán)網(wǎng)組構(gòu)的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡。各個監(jiān)控系統(tǒng)的連接是在以太網(wǎng)的平臺上進行，對選煤廠形成完整的監(jiān)測系統(tǒng)。整個監(jiān)控系統(tǒng)由模擬量采集系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)組成，其中，上位機主要功能是對調(diào)度室和遠程瀏覽進行監(jiān)控。

以太網(wǎng)主要監(jiān)測方式有集中控制和就地控制兩種方式，對每條運輸機均可實現(xiàn)就地控制和集中控制。皮帶安裝電控裝置的間距教員，采用數(shù)據(jù)連接對現(xiàn)場總線進行集控會導致接線的混亂，管理人員對系統(tǒng)進行維護時難度較大。因此，對單挑皮帶機的控制系統(tǒng)進行充分的考慮后，構(gòu)建PLC系統(tǒng)對單機進行有效控制，同時采用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)多條皮帶之間系統(tǒng)的控制，借助單模光纖極大地簡化了系統(tǒng)的接線。集控準確及時，方便管理人員的控制維護。依據(jù)主從站方式對以太網(wǎng)進行控制，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的集中管理和各個系統(tǒng)的分別控制。主從站的屬性可以靈活依據(jù)實際情況和需要進行改變，更加有利于滿足生產(chǎn)的需要。為了人堆操作系統(tǒng)的良好控制，便利井下操控，電控系統(tǒng)中，在控制主站裝置防爆操作臺，采用觸屏操作方式實現(xiàn)畫面的切換，設計人性化按鈕。通過這種設計，還可以實現(xiàn)主控制系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的互相訪問，主控系統(tǒng)對其他子系統(tǒng)實現(xiàn)了有效地控制。

三、以太網(wǎng)構(gòu)成與功能

以太網(wǎng)的主要軟件部分由觸摸屏軟件和PLC控制系統(tǒng)軟件，及上位機軟件和下位機軟件。以太網(wǎng)的構(gòu)建是為了實現(xiàn)主控系統(tǒng)對子系統(tǒng)的集中管理，因此在進行設置時也必須對子系統(tǒng)的IP地址進行配置，建成完善的以太網(wǎng)絡。PLC控制系統(tǒng)軟件編程前需要通過RslogixsoO軟件對PLC進行設置以及通過Rsli nx配置每個控制子系統(tǒng)的lP地址。

1、配置模塊

上位機配置及PLC模塊的配置，主要操作步驟如下，采用專用的控制軟件，Rslogix500和RSlinx,采用Rslogix500建立控制系統(tǒng)工程，依據(jù)系統(tǒng)需要選擇合適的CPU型號，確定后打開定義框，針對處理器機架內(nèi)的槽所處位置，指定采用I/O。根據(jù)機架的具體需要配置合適電源。找出目錄內(nèi)的“I/O Configuration”項目，雙擊選項。進行操作前找出PLC各部分模塊的實際排列順序，在彈出窗口右側(cè)的列表框內(nèi)依照實際順序進行對應型號的選擇，并將兩者的位置行對應。也可以采取另外一種有效方式，在窗口中找出”Read IO Config”,單擊按鈕，處理器對

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實際I/O配置進行讀取，并自動將有效信息及時反饋在I/O組態(tài)窗口，從而有效的節(jié)省管理時間，提高工作效率。所有步驟完成后，單擊“Power Supply”按鈕，依據(jù)選擇的模板配置對機架承載的負重進行檢查。對子系統(tǒng)IP地址的配置可以采用RSlinx軟件進行配置，最后將模塊后面顯示的地址輸入完成。

2、下位機軟件

下位機軟件的編制通過Rslogix500體型圖軟件編程完成，由于選煤廠集控系統(tǒng)中子系統(tǒng)牽涉的機械設備眾多，所需要操作程序量比較大，因此，模塊化設計是有效的方式。不同的系統(tǒng)的操作方式、工藝流程都不同，因此在進行處理時要對眾多的模塊進行充分考慮調(diào)節(jié)，主要程序為：主控系統(tǒng)、就地程序、集控程序、模擬量處理模塊、皮帶保護模塊等。在對PLC程序進行設計時，要對PLC程序進行充分的考慮和設計，最大限度的中間變量，保證PLC程序與觸摸屏的數(shù)據(jù)能夠進行有效地互換使用，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的管理辦法，保證數(shù)據(jù)的條理性和易懂性，便于管理人員的操作。子系統(tǒng)之間也存在一定的聯(lián)系，實現(xiàn)對子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的掌握、控制，保證數(shù)據(jù)聯(lián)絡和通訊，對以太網(wǎng)集控系統(tǒng)而言，不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)訪問使用主要通過對MSG指令的使用進行，不同子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)互交有力的實現(xiàn)這一目的。因此，Rslinx軟件能夠保證管理人員實現(xiàn)對子系統(tǒng)IP地址的合理配置，對不同子系統(tǒng)里配置MSG指令，通過對MSG指令的使用保證不同子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互交，整個操作采用遠程控制和操作。以太網(wǎng)對生產(chǎn)現(xiàn)場進行管理監(jiān)控，同時對現(xiàn)場的信息進行收集處理，并將有效數(shù)據(jù)傳送給信息管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通過對信息的有效管理實現(xiàn)了選煤廠生產(chǎn)、計劃、管理需要的信息的交流和傳送，整個系統(tǒng)的運行情況通過廠區(qū)內(nèi)的局域網(wǎng)在計算機服務器上進行顯示。

3、上位機軟件

為了保證操作人員及時有效地對監(jiān)控界面進行檢測和控制，操作臺中均配置有防爆觸摸屏。觸摸屏和對設備的具體信息進行詳細的顯示和控制，設備中出現(xiàn)的障礙、所有保護傳感器都可以有效的顯示。選煤廠的集控系統(tǒng)規(guī)模較大，涉及面較多，觸摸屏任務繁多，1#子系統(tǒng)、2#子系統(tǒng)....N#子系統(tǒng)和主控畫面、皮帶機故障、驅(qū)動畫面等都在觸摸屏中顯示。觸摸屏本身具有功能巨大的D腳本工具進行編程，而人通過對觸摸屏的控制可以由操作臺上的本安按鈕，顯示屏畫面的翻頁、對控制按鈕的控制自動化實現(xiàn)。礦井下工作環(huán)境較差且危險，觸摸屏在這種環(huán)境下無法正常的工作，通過這種技術(shù)，觸摸屏實現(xiàn)了對煤礦井下環(huán)境的監(jiān)控工作。