组态软件WinCC在数字矿山生产综合监控系统中的应用

李晓彤,尹少荣

（宁夏工业职业学院，宁夏银川，750001）

组态软件WinCC在数字矿山生产综合监控系统中的应用

李晓彤,尹少荣

（宁夏工业职业学院，宁夏银川，750001）

为满足安全、高效、绿色、智能的数字化矿山的建设，本文研究了煤矿生产综合监控系统的特点；分析了组态软件与PLC连接,采集监控子系统的信号,实现远程监控的过程；介绍了组态软件WinCC在煤矿生产监控系统中的功能，并就其运行监测画面进行了描述。

WinCC;组态软件;数字矿山;生产综合监控

0 引言

近年来，我国煤炭新增产能不断增加，是煤炭行业发展的机遇期。根据国家政策的要求：通过信息化对传统产业进行改造实现升级换代，以促进工业企业的创新和发展。煤炭生产、安全及节能减排等政策出台，对煤矿生产、安全和科技发展提出了要求。煤炭生产技术逐步升级，从自动化向信息化和智能化生产过渡。本文结合神华宁煤集团某煤矿生产综合监控系统的改造方案，先简单介绍了数字矿山的架构及生产综合监控的组成，随后重点探讨了组态软件WinCC在数字矿山生产综合监控系统中的应用。本课题来源于宁夏工业职业学院支持项目“《煤矿自动化》重点课程建设项目”。

图1 数字矿山架构

1 数字矿山架构概述

数字矿山的应用架构自下而上分为设备层、控制层、生产执行层、经营管理层、决策支持层，如图1所示。

生产综合监控系统即为图1中L2控制层。

2 生产综合监控系统概述

生产综合监控平台、生产综合监控子系统以及平台接口是数字矿山生产综合监控系统的重要组成部分。

2.1 生产综合监控平台

生产综合监控平台是生产综合监控系统的核心，涵盖矿井的主要生产流程，以及供电、供排水、环保、通信、安全保障等方面内容，主要完成对现场监控系统与检测系统的数据和控制的集成，为现场运行人员提供一个整体的展现，其软件结构如图2所示。

在本项目中，人机界面采用组态界面，为生产流程的可视化和集中化管理提供了可能。通过组态界面与各子系统的硬件接口相结合，可观看到整个系统的运行情况与运行状态。

2.2 生产综合监控子系统

本项目综合监控子系统包含：井下/井上皮带集控子系统、副井提升监控子系统、井下排水集控子系统、主扇风机监控子系统、电力监控子系统等10余各子系统的总体集成。

图2 生产综合监控平台软件结构图

图3 为本项目采区监控组态界面示意图

2.3 生产综合监控平台接口设计

生产综合监控平台与各子系统的接口主要是通过网络实现信息交换与信息共享，要求在网络级和串口级提供多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子系统的接入，能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品，实现各系统间互操作，并将各系统数据集成。

2.3.1 系统硬件接口方式

煤矿有几十个监控监测子系统，根据控制点的分布及各子系统的接口特点，规划了以下4种接入方式：上机位接入、PLC接入、子网络接入、扩展接入。

本项目采用PLC接入方式，通过对PLC增加以太网模块，与交换机进行物理上的网络连接。系统使用了西门子S7-300PLC进行控制,该系列PLC采用模块结构，可靠性高、抗干扰能力强、硬件配套齐全，具有高速的计算能力。本项目采用PLC与组态软件相结合，为监控系统提供良好的人机界面。

2.3.2 系统软件接口方式

各子系统与采集服务器的数据通信有OPC通信、驱动通信、DDE/NetDDE通信和自主开发4种方式。

本项目采用OPC通信，OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通信标准，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。

图4 . 提升机速度实时监控曲线

3 组态软件WinCC在生产综合监控系统中的功能

本项目监控界面的开发软件采用的是WinCC组态王软件,它通过PLC的通信模块实现连接,自动动态地采集监控子系统的信号,对监控的参数进行实时报警,实现远程监控。组态王软件功能强大、组态灵活方便，具有适应能力强、开放空间大、便于扩展、开发周期短等优点。可针对煤矿系统的特点，灵活设计动画显示、流程控制、数据采集、网络数据传输、工程报表、数据与历史曲线和实时曲线显示等诸多功能，并能保存历史数据为系统分析使用。

WinCC组态软件可以具体完成监控生产的功能，实现生产全过程实时管理。由于煤矿生产中装备多、子系统交错、在地面及井下分布复杂，基于组态软件的生产综合监控系统的建立可以有效地帮助监控调度人员及时调整设备，为各级管理部门提供了远程实时生产信息，保证了生产的平稳运行。图3为本项目采区监控组态界面示意图。

此外，WinCC组态软件可提供灵活的实时曲线和历史曲线显示功能。结合装备安全运行的多参数模型，通过比较当前和历史趋势数据，可以及早报告故障隐患，并且通过对事故前后实时记录的历史数据分析，可以精确定位事故发生的原因，以避免事故的再次发生。

4 WinCC环境下的运行监测画面

4.1 井下/井上皮带集控子系统

该子系统实际反映了矿井的所有皮带机的运行状况，包括有每条皮带的运行状态、故障报警，以及电机的电压电流、电机温

图6 提升机监控系统

图7 筛分储煤监控子系统

度、皮带运行速度、运行时间等参数，为井下安全、高效生产做好有力保障。如图5所示。

4.2 提升机监控子系统

该子系统对提升装置的工作方式、电源、油压、提升速度、位置以及各种保护等重要运行参数进行监控，发生故障及时记录。为调度人员及时维护和设备运行分析提供关键平台。如图6所示。

4.3 筛分储煤监控子系统

该子系统包含筛分储煤系统中所有刮板机和皮带机的运行状态、故障报警，对大功率机电设备的电压电流、温度等实时采集。如图7所示。

5 结语

WinCC组态软件操作简单，使用方便，具备人机交流界面友好的特点。基于组态软件WinCC的煤矿生产综合监控系统，实现了煤矿生产的实时监控，提高了煤炭行业的数字化和信息化管理水平，有效的避免和减少安全事故的发生，对煤炭企业的安全生产、文明生产、科学生产具有重要的意义。

[1] 孙方.组态软件iFIX在煤矿综合自动化系统中的应用.第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议

[2] 葛卉婷.监控组态软件在煤矿监控系统中的应用.山东煤炭科技， 2014,5

[3] 神华集团数字矿山规划项目组.神华集团数字矿山规划研究.煤炭工业出版社.2012

WinCC configuration software in the application of digital mine production comprehensive monitoring system

Li Xiaotong,Yin Shaorong
(industrial vocational college in ningxia, ningxia yinchuan,750001)

To meet the safe,efficient,green,intelligent digital mine construction,this paper studies the characteristics of production of coal mine integrated monitoring system;Analysis of the configuration software and PLC connection,acquisition signal monitoring subsystem,realizes the remote monitoring process; The WinCC configuration software is introduced in the production of coal mine monitoring system function, and described its operation monitoring picture.

WinCC configuration software；digital mine；comprehensive monitoring of production