力控实时数据库平台在煤矿综合自动化的应用

1.项目概述 　　山西新元煤炭有限责任公司位于山西寿阳县，矿井地处沁水煤田东北部，距离太原市60公里，阳泉市25公司。设计储量7.9亿吨，设计可开采储量5亿吨。其中：3#煤层2.1亿吨，9#煤层0.82亿吨，15#煤层2.3亿吨。煤种主要为贫煤，贫瘦煤及无烟煤，属中低灰、特低硫、低磷、中高发热量的优质品种煤，可作为电煤、高炉喷吹煤等。煤层赋存平缓，平均厚度为2.29-3.32米。按600万吨/年产量设计的现代化矿井。 新元煤矿安全生产综合自动化实质是依赖对新元矿井地理、生产、安全、设备、管理等方面的信息进行采集、传输、处理、应用和提升，达到信息增值的目的。其核心技术是集成化的数据管理、集成化的通讯、集成化的编程组态和现场控制设备的自动化、网络化。建立基于网络的大型开放的分布式控制系统、形成全矿井监测、控制、管理一体化，实现全矿井生产各环节的过程控制自动化、生产综合调度指挥和业务运转网络化，使煤矿高效集中生产，达到减员增效、降低成本，提高矿井整体安全和生产水平。 新元煤矿在井上、井下建立实时工业以太环网，实现对全矿安全、生产的远程集中监测与控制；建成了统一的数据仓库平台，它采用实时以太网络、实时数据库平台以及通信网关平台实现了绝大数子系统数据协议的统一，并成功接入实时数据库平台软件，为今后企业综合信息化平台，实现数字化矿井做基础数据铺垫。

2．建设目标 　　1）向下能监测各子系统内设备的运行状态以及所需的生产和安全参数，能对矿井内部控制子系统发布控制命令；向上能够连接集团公司局域网，实现矿井与公司之间的生产与管理信息及时交换，从而实现安全生产过程控制网络化、企业综合管理现代化。 　　2）建立一个生产调度中心，在地面调度中心能够对各自动化系统机电设备进行集中监控，实现全矿的管控一体化。 　　3）建立一个快捷、标准的传输平台，提供安全、先进、可靠的传输能力，满足生产和管理的要求。 　　4）随着矿井建设能够整体规划分步实施，并能随着技术的发展方便升级。 　　5）成熟的产品、快速的组态，缩短整个项目的开发周期，提高效率与效益； 　　6）力控pFieldComm通讯网关作为子系统接入与协议转换产品使各子系统完全具备系统开发性、标准化； 　　7）力控pSpacer实时历史数据库做为生产数据的综合自动化平台，将成为信息化，数字煤矿的核心； 3．系统拓扑图及产品介绍

[图1] 拓扑图

　　北京三维力控科技有限公司为煤炭行业提供多种专业产品，通讯网关pFieldComm为现有煤矿安全生产综合自动化的子系统数据接入，解决信息化孤岛问题提供了快速、稳定、可靠，安全的解决方案；企业级实时历史数据库pSpace与关系型数据库Oracle或SQL Server等一起构建了煤矿安全生产综合自动化、信息化的数据仓库平台；工业监控组态软件ForceControl为综合自动化提供强有力的图形控制功能。这些产品为实现真正的煤矿综合自动化及管控一体化，提供数据平台共享、网络协议转换、标准化的数据通讯和系统联动等功能。 4．调度中心数据库pSpace的应用 企业级实时历史数据库pSpace特点：  单台服务器处理点数大于等于12.6万点；  完全分布式结构；支持C/S和B/S应用；  毫秒级的高精度时间标签；  支持双机热冗余的容错架构；  采用高效的二次压缩技术；  数据处理及存储与查询的性能可达30万点/秒；  支持Windows，Unix，Linux环境下运行和操作；  提供使用简便、功能强大的数据库管理工具； 在调度中心机房使用2台曙光服务器作为冗余的pSpace实时数据库服务器，与工业自动化环网连接，在办公网络有1台WEB服务器，在网络安全上，办公网络通过双向物理隔离网闸与工业自动化网络连接。实时数据库将整个矿井的各个子系统数据进行实时采集，为各生产部门提供实时的工艺画面与数据显示。 pSpace目前已设计和实施接入的子系统有  原煤流工艺（102、103工作面采煤机、刮板机、破碎机、转载机、皮带）；  辅助运输及人员定位（信集闭、人员定位及考勤）；  供配电（工业场地110 kV、中央风井场地35kV、韩庄风井场地35kV-在建、 井下中央、东采区、西采区、南采区、北采区5个10kV变电所）；  给排水（二级泵站、主排水、矿井水处理、生活水处理）；  主扇通风系统；  空气压缩机；  锅炉房；  皮带称；  工业电视子系统；  选煤场子系统；  集中胶带与主斜井胶带集中监控子系统；  点检系统；  安全监控子系统；  工业环网交换机监测子系统；  瓦斯抽放泵站子系统；  进风立井提升机子系统；  三个煤层及采掘衔接图（WEB格式的矢量CAD图）；  

[图2] 总图

  [图3] 工业环网示意与监测

5.典型子系统的接入 5.1.变电站电控子系统（110/35/10kV） 　　110kV与35kV变电站综合自动化系统为上海天正明日电力自动化有限公司的微机保护系统，监控计算机不能对第三方提供实时数据与web界面，该系统采用力控通信网关pFieldComm采集40块综合保护仪表（南自103规约）、直流屏、网络电表等设备；将所有设备数据统一转换为标准的OPCServer规约，为实时数据库提供基于一个地址的网络化标准数据，在调度中心可实现1秒级的实时数据更新，主界面为矿井供电潮流总图，下分变电站一次接线图、自动抄表、所有线路间隔参数。在系统的模拟图上，用户可以清晰直观的看到相电压，线电压，电流，故障，开停，高压开关，馈电开关，主变温度，功率因数，电度，有功功率，无功功率，视在功率，频率，有功电能，无功电能等数据或状态。  

[图4] 110kV变电站主接线图

[图5] 2#主变参数

  [图6] 中央变电所实时数据与视频监测

5.2.主斜井、集中胶带大巷皮带子系统接入 　　现状：该系统包括2条皮带的集控系统、2套CST系统、1套高压配电系统。胶带（1#皮带）机CTS与保护控制系统位于主斜井所在的三楼，CST系统采用罗克韦尔（AB）公司的SLC500系列PLC，DH 口与AB的PanelView600显示屏连接；皮带集控系统操作台采用天地科技股份有限公司常州自动化分公司的产品，有一台监控计算机，CST运行信号通过继电器的干接点接到了该皮带的保护系统。集中胶带大巷胶带（2#皮带）控制与CTS系统与主斜井胶带（1#皮带）控制相同。 　　解决方案：厂家提供通信协议与原PLC程序的寄存器地址表，在地面控制室的光纤柜内增加一套网关，将常州所皮带控制系统的RS485通信接口直接接入网关（CST干接点信号已经接入），力控开发该驱动程序并经网关进行协议与物理层的转换，为数据库提供标准的OPCServer接口。 图形界面可显示烟雾、跑偏、打滑、堆煤、皮带速度、撒水、CST等监控信号。 5.3. 102工作面监测 　　102工作面采用天津贝克KJF21型控制器，主要负责采煤机、刮板运输机、转载机和破碎机的数据监控，提供电机工作电流、机头、机尾高低速运行电流、减速机轴温、冷却水温度、压力、故障码等信息；它带有RS485通信接口，通过MHYVRP-1*4*7/0.38屏蔽双绞线接入矿用通信接口KJ363-J（矿用串口服务器），把RS485信号转换成RJ45的以太网信号接入东采区变电所的井下KJJ102西门子交换机，使数据进入光纤环网送到地面的通信网关，通信网关负责KJF21型控制器的数据采集与协议转换后接入实时数据库的综合自动化管理平台。

5.3.中央风井场地的主扇通风系统         现状：通风机电控系统分高压软启动PLC控制柜和通风机性能检测系统两部分；高压软启动PLC控制柜采用2套SIEMENS公司的S7-300 PLC，CPU型号为：CPU-314C-2DP； AGF606型通风机性能监测系统的PLC使用SIEMENS公司的S7-300 PLC，CPU型号分别为：CPU-315-2DP （V2.0.11）；实时监测计算机通过MPI总线访问所有的PLC，监控软件为自行开发软件包。         解决方案：采用德国专用通信模块NL50-MPI，全部采用MPI总线与3套PLC进行通讯。NL50-MPI直接连接Siemens的控制器，采用MPI的总线方式，可以直接读取PLC的数据。         图形界面可显示风机轴承温度、电机绕组温度、润滑油温度、润滑油压力、风机回水流量、电机速度、高压软启动状态、风机静压、风机水平振动、电机三相电压、电机三相电流、风机全压、风机风量、风机静压效率、风机全压效率、瓦斯浓度等。 5.4.锅炉控制子系统         新元煤矿共4台燃煤锅炉，采用6台S7-200的PLC做锅炉主控 公共辅助系统的控制，数据库直接远程读取原监控系统的OPC Server。界面显示炉膛温度、炉膛负压、上锅筒温度、上锅筒压力、蒸汽出口流量、蒸汽管路压力、省煤器温度、烟道温度、鼓风机风量开关、引风机吸风量调节器开关显示、供煤炉排风速度显示、速度调节、现场手自显示、水位报警、水位显示、供水阀前后压力、供水温度、流量、循环泵状态、鼓风机开停状态、引凤开停状态、供水泵开停状态、鼓风机轴温、引风机轴温、风机变频等数据。

6.结束语         本系统目前已成功通过实时数据库pSpace、通信网关pFieldComm、矿用通信接口，工业环网等软硬件平台完成新元煤矿综合自动化的各子系统的数据采集、转换、传输、显示与存储。实时数据库平台的搭建彻底解决了“信息孤岛”现象，其稳定、可靠、高速、多平台的真正融合在实际应用中得到了较为理想的综合显示效果。