信息技術(shù)

工業(yè)以太網(wǎng)在選煤廠集控系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

李繼軍

中國(guó)神華神東洗選中心 陜西榆林大柳塔 719315

【摘要】經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的提高為國(guó)家煤炭行業(yè)帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，煤炭開(kāi)采行業(yè)呈現(xiàn)出規(guī)�；�生產(chǎn)。隨著工業(yè)自動(dòng)化和信息化的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)倪h(yuǎn)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(yīng)用減少了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，傳輸速度加快，網(wǎng)絡(luò)沖突減少，有助于更好的實(shí)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(guó)家重要的戰(zhàn)略資源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)儲(chǔ)備。目前國(guó)家經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)能源使用數(shù)量較大，煤炭開(kāi)采呈現(xiàn)出大規(guī)模的發(fā)展趨勢(shì)，在對(duì)生產(chǎn)各系統(tǒng)進(jìn)行管理時(shí)存在著眾多問(wèn)題，導(dǎo)致管理人員的工作效率較低，對(duì)系統(tǒng)管理的不穩(wěn)定和延時(shí)。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(shí)現(xiàn)了對(duì)選煤廠集控操作，減少了系統(tǒng)管理中出現(xiàn)的失誤和時(shí)間浪費(fèi)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)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(fèi)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以太網(wǎng)在集控系統(tǒng)中的使用實(shí)現(xiàn)了煤炭管理的智能化、數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化煤廠管理。

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一、國(guó)內(nèi)煤炭信息化現(xiàn)狀

煤炭行業(yè)是我國(guó)的重要產(chǎn)業(yè)，很早就得到發(fā)展。國(guó)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(jìn)了國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)信息化的進(jìn)程，較為完善的煤炭信息管理系統(tǒng)逐漸確立。

從1995年開(kāi)始，國(guó)有重點(diǎn)煤礦企業(yè)大多進(jìn)行了礦區(qū)通信系統(tǒng)的改造，國(guó)有重點(diǎn)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(shí)間，全網(wǎng)交換容量就從38.2萬(wàn)線，發(fā)展到110萬(wàn)線，并擁有10萬(wàn)線的生產(chǎn)調(diào)度交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)布局上，具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，幾乎涵蓋了所有采煤�。▍^(qū)、市）。53%的礦區(qū)與公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)容量上，現(xiàn)擁有110萬(wàn)線交換機(jī)容量和遍布礦區(qū)的用戶電路，礦區(qū)同時(shí)還擁有龐大的有線電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于企業(yè)管理體系改革的需要，很多單位開(kāi)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(xiǎn)管理系統(tǒng)、住房基金管理系統(tǒng)等新應(yīng)用領(lǐng)域，例如陽(yáng)泉局的醫(yī)療統(tǒng)籌基金信息管理系統(tǒng)，為全局七萬(wàn)職工建立了醫(yī)療帳戶，實(shí)現(xiàn)了八個(gè)局屬醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)，該系統(tǒng)運(yùn)行后產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益，降低醫(yī)藥費(fèi)用8.7%，節(jié)支515萬(wàn)元。煤炭企業(yè)信息化建設(shè)的一個(gè)重要特點(diǎn)是生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控與企業(yè)MIS綜合集成。如神華神東公司、北京礦務(wù)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(cè)、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(jìn)行集成，可二維、三維動(dòng)態(tài)顯示圖形和數(shù)字信息，達(dá)到了較高的應(yīng)用水平。

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)增加經(jīng)濟(jì)效益的一種有效手段，然而國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)信息化管理存在很大的問(wèn)題。國(guó)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(dǎo)致煤炭集控管理的很大的問(wèn)題和漏洞，生產(chǎn)效率低，資源嚴(yán)重浪費(fèi)等都嚴(yán)重影響了我國(guó)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(dǎo)致煤炭開(kāi)采行業(yè)在快速發(fā)展中問(wèn)題也隨著增加。

目前國(guó)內(nèi)的煤礦集控管理系統(tǒng)主要有以下幾點(diǎn)漏洞：1.網(wǎng)絡(luò)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(zāi)檢測(cè)、瓦斯抽放等系統(tǒng)自成一體，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分散。2.兼容性差，國(guó)內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)廠家采用的系統(tǒng)基本為自家專(zhuān)用的通信單位，系統(tǒng)之間的兼容性較差，導(dǎo)致信息傳輸時(shí)存在很大的問(wèn)題，嚴(yán)重制約了煤礦廠區(qū)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步的擴(kuò)充和補(bǔ)建。3.時(shí)效性低，無(wú)優(yōu)先級(jí)支持。各種系統(tǒng)的典型巡檢周期在30s左右，對(duì)于各系統(tǒng)自成一體，不利于對(duì)突發(fā)性事故急性聯(lián)動(dòng)處理�，F(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)沒(méi)有根據(jù)信息的重要性差別提供有效的優(yōu)先級(jí)支持，無(wú)法確保重要信息的實(shí)時(shí)性要求。4.井下環(huán)境危險(xiǎn)，制約了各系統(tǒng)的使用。國(guó)內(nèi)礦井時(shí)間均比較長(zhǎng)，各類(lèi)信息運(yùn)輸使

用年限比較長(zhǎng)，這種陳舊的傳輸系統(tǒng)導(dǎo)致接入復(fù)雜，在進(jìn)行系統(tǒng)傳輸

時(shí)，系統(tǒng)承受壓力較大。礦井發(fā)展的需要以及對(duì)生產(chǎn)安全的要求，導(dǎo)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(shí)出現(xiàn)重復(fù)布置，導(dǎo)致資金投入中的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維修時(shí)難度較大，井下安全生產(chǎn)沒(méi)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(guò)程中，選用美國(guó)先進(jìn)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(qiáng)大的編輯功能，在選煤場(chǎng)中簡(jiǎn)易操作，適于選煤廠應(yīng)用。

PLC：該系統(tǒng)在選煤廠的應(yīng)用中，已被充分驗(yàn)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(jī)：選用美國(guó)的先進(jìn)品牌，其中有四個(gè)電口、兩個(gè)光口，構(gòu)成一個(gè)完成的光纖工業(yè)環(huán)網(wǎng)，有效保證信號(hào)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(jìn)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(yuǎn)。一根主纜即可實(shí)現(xiàn)18路視頻信號(hào)的傳輸，減少了傳輸過(guò)程中的繁多的布線問(wèn)題，大大節(jié)省了人力資源，同時(shí)提高了效率。

2、以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)絡(luò)主要由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)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(luò)通過(guò)防火墻與外界網(wǎng)絡(luò)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(luò)。各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的連接是在以太網(wǎng)的平臺(tái)上進(jìn)行，對(duì)選煤廠形成完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由模擬量采集系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)組成，其中，上位機(jī)主要功能是對(duì)調(diào)度室和遠(yuǎn)程瀏覽進(jìn)行監(jiān)控。

以太網(wǎng)主要監(jiān)測(cè)方式有集中控制和就地控制兩種方式，對(duì)每條運(yùn)輸機(jī)均可實(shí)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行集控會(huì)導(dǎo)致接線的混亂，管理人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)難度較大。因此，對(duì)單挑皮帶機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行充分的考慮后，構(gòu)建PLC系統(tǒng)對(duì)單機(jī)進(jìn)行有效控制，同時(shí)采用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多條皮帶之間系統(tǒng)的控制，借助單模光纖極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的接線。集控準(zhǔn)確及時(shí)，方便管理人員的控制維護(hù)。依據(jù)主從站方式對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的集中管理和各個(gè)系統(tǒng)的分別控制。主從站的屬性可以靈活依據(jù)實(shí)際情況和需要進(jìn)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(tái)，采用觸屏操作方式實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的切換，設(shè)計(jì)人性化按鈕。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，還可以實(shí)現(xiàn)主控制系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的互相訪問(wèn)，主控系統(tǒng)對(duì)其他子系統(tǒng)實(shí)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(jī)軟件和下位機(jī)軟件。以太網(wǎng)的構(gòu)建是為了實(shí)現(xiàn)主控系統(tǒng)對(duì)子系統(tǒng)的集中管理，因此在進(jìn)行設(shè)置時(shí)也必須對(duì)子系統(tǒng)的IP地址進(jìn)行配置，建成完善的以太網(wǎng)絡(luò)。PLC控制系統(tǒng)軟件編程前需要通過(guò)RslogixsoO軟件對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)置以及通過(guò)Rsli nx配置每個(gè)控制子系統(tǒng)的lP地址。

1、配置模塊

上位機(jī)配置及PLC模塊的配置，主要操作步驟如下，采用專(zhuān)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(hào)，確定后打開(kāi)定義框，針對(duì)處理器機(jī)架內(nèi)的槽所處位置，指定采用I/O。根據(jù)機(jī)架的具體需要配置合適電源。找出目錄內(nèi)的“I/O Configuration”項(xiàng)目，雙擊選項(xiàng)。進(jìn)行操作前找出PLC各部分模塊的實(shí)際排列順序，在彈出窗口右側(cè)的列表框內(nèi)依照實(shí)際順序進(jìn)行對(duì)應(yīng)型號(hào)的選擇，并將兩者的位置行對(duì)應(yīng)。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(duì)

信息技術(shù)

實(shí)際I/O配置進(jìn)行讀取，并自動(dòng)將有效信息及時(shí)反饋在I/O組態(tài)窗口，從而有效的節(jié)省管理時(shí)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(duì)機(jī)架承載的負(fù)重進(jìn)行檢查。對(duì)子系統(tǒng)IP地址的配置可以采用RSlinx軟件進(jìn)行配置，最后將模塊后面顯示的地址輸入完成。

2、下位機(jī)軟件

下位機(jī)軟件的編制通過(guò)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(jī)械設(shè)備眾多，所需要操作程序量比較大，因此，模塊化設(shè)計(jì)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(jìn)行處理時(shí)要對(duì)眾多的模塊進(jìn)行充分考慮調(diào)節(jié)，主要程序?yàn)椋褐骺叵到y(tǒng)、就地程序、集控程序、模擬量處理模塊、皮帶保護(hù)模塊等。在對(duì)PLC程序進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)PLC程序進(jìn)行充分的考慮和設(shè)計(jì)，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(jìn)行有效地互換使用，從而實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的掌握、控制，保證數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)和通訊，對(duì)以太網(wǎng)集控系統(tǒng)而言，不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)訪問(wèn)使用主要通過(guò)對(duì)MSG指令的使用進(jìn)行，不同子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)互交有力的實(shí)現(xiàn)這一目的。因此，Rslinx軟件能夠保證管理人員實(shí)現(xiàn)對(duì)子系統(tǒng)IP地址的合理配置，對(duì)不同子系統(tǒng)里配置MSG指令，通過(guò)對(duì)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(gè)操作采用遠(yuǎn)程控制和操作。以太網(wǎng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理監(jiān)控，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信息進(jìn)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(luò)通過(guò)對(duì)信息的有效管理實(shí)現(xiàn)了選煤廠生產(chǎn)、計(jì)劃、管理需要的信息的交流和傳送，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況通過(guò)廠區(qū)內(nèi)的局域網(wǎng)在計(jì)算機(jī)服務(wù)器上進(jìn)行顯示。

3、上位機(jī)軟件

為了保證操作人員及時(shí)有效地對(duì)監(jiān)控界面進(jìn)行檢測(cè)和控制，操作臺(tái)中均配置有防爆觸摸屏。觸摸屏和對(duì)設(shè)備的具體信息進(jìn)行詳細(xì)的顯示和控制，設(shè)備中出現(xiàn)的障礙、所有保護(hù)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(wù)繁多，1#子系統(tǒng)、2#子系統(tǒng)....N#子系統(tǒng)和主控畫(huà)面、皮帶機(jī)故障、驅(qū)動(dòng)畫(huà)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(jìn)行編程，而人通過(guò)對(duì)觸摸屏的控制可以由操作臺(tái)上的本安按鈕，顯示屏畫(huà)面的翻頁(yè)、對(duì)控制按鈕的控制自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。礦井下工作環(huán)境較差且危險(xiǎn)，觸摸屏在這種環(huán)境下無(wú)法正常的工作，通過(guò)這種技術(shù)，觸摸屏實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦井下環(huán)境的監(jiān)控工作。