基于iFIX的煤礦綜合自動化系統

丁宇輝　婁文法　李軍鴻

摘要：許多礦井雖然建設有各種監測和控制子系統，如安全監測、皮帶集控、水泵集控等，但各個子系統之間的數據無法共享，出現“信息孤島”，難以為全礦的安全生產決策提供有力的數據支撐。文章重點闡述了綜合自動化的概念、形成和發展過程，以及使用iFIX進行綜合自動化建設的架構。

關鍵詞：煤礦；綜合自動化系統；信息孤島；iFIX；安全事故；機電設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD39 文章編號：1009-2374（2015）28-0161-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.28.080

近年來，煤礦安全事故頻發，主要原因在于煤礦設備落后、自動化生產程度較低、監測監控不到位。許多礦井，特別是老礦井，它們的系統，像水泵、皮帶等，雖然都有各自的監控系統，但各子系統往往采用不同的建設標準，不能在調度室進行集中的監測和控制。為了解決這一問題，需要對這些子系統進行集成，并建設統一的數據集成平臺和數據傳輸平臺，便于數據的共享和統一的監管。煤礦綜合自動化系統已經成為提高煤礦安全生產力的重要手段。

1 綜合自動化的概念

綜合自動化系統是使用計算機和自動化技術，以防爆工業以太環網作為統一的數據傳輸平臺，對煤礦的生產過程實現全面監控的系統，它把煤礦中異構條件下的安全監測系統、人員定為系統、主井提升系統、信集閉等子系統的接口和通訊協議進行統一，將數據統一集成到一個數據平臺，實現生產及輔助生產各運行參數的組態顯示和統計分析，并上傳至礦區辦公局域網，這樣使得煤礦生產和管理更加科學高效。同時將一些主要生產數據和安全情況傳輸到集團公司，集團公司可以通過這些數據對煤礦進行遠程實時監視，出現緊急情況發出告警信號。

2 綜合自動化的形成

綜合自動化形成和發展大致經歷了四個時期：

2.1 自動化設備的出現和應用

該時期自動化技術的發展是出于人們生活的實際需要，例如指南車、候風地動儀、風磨等，此時自動化技術掌握在能工巧匠手中，并沒有形成理論。

2.2 自動化技術形成時期

該時期自動調節系統已廣泛應用于工業領域，人們為解決自動調節系統的穩定性問題，而逐步研究出自動調節系統的穩定性判斷依據，形成自動化理論雛形，進入20世紀后經典控制理論誕生。

2.3 局部自動化時期

該時期經典控制理論得以形成和發展，局部自動化開始廣泛應用，電子數字計算機的發明和應用促進了自動化的發展，此時經典控制理論占據主導地位。

2.4 綜合自動化時期

現代控制理論開始形成發展，并逐步取代經典控制理論。迅速產生多個分支，朝著大系統、智能化等方向發展。計算機技術的發明和廣泛應用，極大地推動了綜合自動化的發展。

3 煤礦綜合自動化的內容

煤礦綜合自動化系統要集成的系統主要有環境監測系統、人員定位系統、通風機集控系統、壓風機集控系統、排水自動化控制系統、提升機監測系統、選煤廠集控系統、頂板離層及礦壓監測系統、污水（礦井水和生活水）處理系統、工作面遠程監控系統等。

煤礦綜合自動化系統具有將上述各控制子系統無縫集成的能力，系統提供開放的數據接口，有OPC、ODBC等接口，每個子系統用一個通訊驅動與綜合自動化系統平臺進行數據交互。系統架構是全開放的，具有很強的擴展能力。

4 基于iFIX的綜合自動化系統軟件集成開發平臺

組態軟件作為整個綜合自動化系統的開發平臺，需要以該平臺為基礎開發組態應用軟件。綜合自動化系統平臺采用全球最領先的HMI/SCADA自動化監控組態軟件iFIX簡體中文版，由美國GE公司開發。

根據綜合自動化系統功能的劃分，需要采用不同的組態軟件版本以滿足不同的功能需要，開發平臺主要采用iFIX以下三個版本：

4.1 iFIX Plus SCADA Pack Unlimited

不受限服務器端軟件，安裝于管控服務器，每臺管控服務器一套，一主一備，互為冗余。

iFIX SCADA直接和現場的系統監控軟件或過程硬件相連，并維護過程數據庫。過程數據庫中有多種功能標簽可供選擇，包括AI、AO、DI、DO、PG等標簽類型。

4.2 iFIX iClient-Developer

客戶端開發軟件安裝于工程師站，每臺工程師站安裝一套，工作臺具備編輯功能。

用于組態應用軟件的開發和維護，包括開發組態畫面、對過程數據中的數據進行記錄、形成報表等，可以對PLC等過程硬件進行控制操作。

4.3 iFIX iClient-Runtime

客戶端運行軟件安裝于操作員站，每臺操作員站安裝一套，工作臺只能運行不能編輯。

它作為傳統的客戶端安裝在iFIX客戶節點上。通過對客戶端節點SCU中網絡項的配置，實現和過程數據庫的網絡節點會話。

5 綜合自動化系統集成接入方式

調研發現我國現有的煤礦綜合自動化系統建設與發達國家相比還存在很大差距，主要問題是：各個系統建設沒有一個統一的標準，硬件接口和軟件協議都不規范，給集成帶來一定的難度。根據多年的礦井自動化系統集成經驗得出目前的系統集成主要分為兩種方式：

5.1 上位機接入

上位機共享數據的方式大致分為：通過上位機本身的OPC接口進行數據交互，通過第三方開發的OPC Server接口程序來讀取上位機中實時數據庫或者文本文件來實現數據共享。

5.2 下位機接入

工業控制領域一般采用PLC、單片機或者變頻器等設備進行控制，可以通過硬件適配器將下位機設備就近接入工業以太環網交換機。采用iFIX數據通訊驅動或者根據下位機設備的通訊協議開發OPC接口程序來實現子系統和綜合自動化軟件平臺的數據交互。endprint

GE開發的配合iFIX使用的IGS驅動集成了絕大多數工業過程控制硬件的通訊協議，如Modbus、Hostlink等。

6 集成接入子系統舉例

6.1 皮帶運輸監測系統

采集的數據：打滑、堆煤、超溫、拉繩、撕裂、跑偏、煤倉煤位、帶速、運行狀態、電流等。

采集方式：通過PLC以太網模塊，將PLC主站接入環網交換機。

接入方法：通過數據驅動（如SI7、S7A等，視PLC類型確定）。

6.2 電力監控系統

采集的數據：有功功率、電流、故障、開停、高壓開關、饋電開關、主變溫度、功率因數、電度、無功功率、頻率、有功電度、無功電度等。

采集方式：通過電力監控系統通訊管理機提供的接口將電力規約103或104等轉換成OPC規約。

接入方法：直接接入或轉換規約。

……

7 結語

基于iFIX的煤礦綜合自動化系統能夠使煤礦各生產環節的生產工況信息、語音信息和視頻信息在一個統一網絡平臺上運行，實現了異構條件下的互聯互通，能夠將不同功能的系統聯系起來，使各自獨立的系統信息實現共享，消除了信息孤島。

基于iFIX的煤礦綜合自動化系統實現了全礦井子系統的數據采集和集中控制，實現了生產調度、決策指揮的信息化、科學化，為礦井安全生產、有效預防和及時處理各種突發事故和自然災害提供有效手段，使調度室真正成為全礦井的信息匯集中心、調度指揮中心、自動控制中心和應急救援指揮中心。

總之，煤礦綜合自動化系統在煤礦行業的應用對提高煤礦安全和生產效率具有里程碑意義。

參考文獻

[1] 羅驅波，等.煤礦綜合自動化系統的研究與實現[J].煤礦安全與環保，2008，（6）.

[2] 馮喜軍，鄭旺，等.礦山綜合自動化監控系統數據的采集[J].煤礦機械，2010，（10）.

[3] 于仲安，嚴慕秋.工業以太網技術的應用探討[J].低壓電器，2006，（1）.

作者簡介：丁宇輝（1984-），男，江蘇徐州人，供職于徐州中礦大華洋通信設備有限公司，研究方向：煤礦綜合自動化系統集成。

（責任編輯：蔣建華）endprint