矿井监控自动化系统架构分析

刘茂荣

摘要：本文采用工业以太网和系统集成技术，构建基于冗余环形光纤工业以太网的多主传输的网络体系结构，利用工业以太网网络将各个环境监测子系统、生产环节自动控制子系统有机地整合在一起，进行信息加工处理，形成集数据、图像、语音为一体的综合自动化信息系统。

关键词：煤矿监测监控；自动化系统

监测监控系统在我国煤矿生产中运用广泛，如有环境监测系统、生产监测监控系统、工业电视等，但是这些系统大部分各自独立运行，互不兼容，在井下形成了一个个“信息孤岛”，信息资源不能得到充分利用，不利于煤矿企业进行综合管理和决策。为了更好地发挥各种监测监控系统的作用，协调各个生产环节之间的关系，必须对各监测监控系统进行整合，进行综合自动化系统的集成建设。

一、系统总体结构

整个系统采用工业以太网的体系结构，主干采用光纤传输，构成一个千兆高速光纤环网，矿井各个监测及生产子系统均接入环网，数据通过环网及核心交换机传输到地面调度控制中心，调度控制中心发布的控制命令也由核心交换机及环网传输到各个子系统，主干传输速率可达到千兆，整个系统结构简洁，运行效率高，并且提供了冗余链路，当网络发生故障时系统可以自动切换到备用链路，并同时在调度控制中心发布报警信息，以便可以及时准确地进行维护工作，从而提高了传输网络的稳定性和可靠性。

（一）设备层

主要为各类传感器、断电控制器以及图像摄像头等设备，这些设备负责各监测点的数据与图像等信息采集，设备通过光纤直接连接到井下的多功能监控分站，并将采集到的信号传输到监控分站，将监控分站的控制指令发送到现场设备；

（二）控制层

控制层主要是接受現场设备发来的数据信息，对数据进行预处理、数据分类显示、事件报警、控制以及与中心站的数据通讯等，通过以太网交换机和监测监控生产系统结合起来；

（三）信息层

地面调度监控中心是整个监测系统的核心，实时监测受控设备的运行状况，工业应用服务器IAS上传信息，并显示InTouch组态画面，同时对系统设备进行实时控制。通过Web发布，可以随时通过Internet查看监控点。系统以数据、图像、声音等方式显示安全监测与安全生产信息，为管理人员提供决策依据。

二、网络布置

2台主干环网核心交换机，选择的是赫斯曼的MACH4002，2台核心交换机之间传输速率为1000Mbit/s，确保满足分别连接在2台核心交换机上的所有的服务器和工作站的全速互联要求，保证了通讯数据的准确传输。

工程设计在地面安放工业以太网交换机11台，井下安放12台，井上和井下交换机各自形成环网，环网通过核心交换机接入调度控制中心，构成了工业以太网宽带平台。

三、子系统接入方案

煤矿综合信息系统包括的子系统主要有通风机系统、中央泵房系统、提升系统、变电所系统、安全监测和输送带运输系统等，各子系统的控制方式主要有上位机、PLC、串口等形式，因此可以将各子系统的接入方式划分为后台机方式接入、PLC接入和串口接入方式，下面分别从硬件和软件2方面讨论各子系统的接入方式：

（一）硬件方面

1.后台机方式接入通风机、轨道衡、选煤厂、灰分仪、码头装卸载以及深度水处理等子系统，在后台机中加入以太网网卡模块，将该子系统连接在工业以太网上，由此接入监控中心；

2.PLC接入输送带运输系统、主井装卸载系统、中央泵房系统等采用PLC控制器控制的子系统，通过在PLC控制器中增加以太网网卡，将该子系统连接在工业以太网上，由此接入监控中心；

3.串口接入方式地面110kV变电所、5307工作面、中央变电所等子系统，通过串口服务器将串口信号转换为网络信号进环网，可通过第3方开发的以太网转换模块，由此接入监控中心。

（二）软件方面

1.采用后台机接入的子系统，上位机使用的接口软件组态王6.53版本与GE公司的CIMPLICITY6.0，均提供标准的OPC服务，采用OPC标准接口与调度中心组态软件IAS进行通讯；

2.采用PLC接入的子系统，IAS通过DASERVER直接连接PLC，读取下位机数据；

3.采用串口接入的子系统，通过SYMLINK软件，将CDT和MODBUS协议转换为标准的OPCSERVER，进而组态软件IAS进行通讯。

四、系统软件平台

煤矿综合监测监控软件程序功能复杂，并且内容比较多，有人机界面处理、网络通讯、数据库访问、查询打印、实时性处理以及控制等功能要求。因此系统采用万伟公FactorySuiteA2工业自动化软件开发平台来建设。本系统所需FactorySuiteA2软件平台组件主要包括工业应用服务器IAS，输入输出服务器I/O Server，HMI（人机界面）软件InTouch，工业实时数据库软件InSQL，界面发布软件SuiteVoyager，数据分析工具软件ActiveFactory。IAS具有以下特点：

（一）IAS将工业自动化应用程序的开发设计能力与可伸缩性带入了一个新纪元。它提供了全新的一层实时数据获取、报警与事件管理、数据处理服务及协作开发功能，它是简化分布式自动化应用程序开发、部署、维护及管理的一种基础架构。它可以显著降低开发成本和运行成本，快速响应，并能适应发展的需要。

（二）IAS在进行应用升级与扩充时，不需要停止和重新启动整个系统，并能集中管理整个系统的诊断工作，节省系统诊断和检修时间。

五、结论

本监控软件提供了可视化的操作界面，画面内容丰富，包含了所有生产系统的各个生产环节的系统图，可以实现生产控制、事件顺序记录显示、报警显示、实时历史运行曲线等功能。调度人员通过各个生产系统的显示界面可以实时地了解各生产环节的运行情况，实现生产系统的远程实时监控。

（作者单位：陕西陕煤黄陵矿业集团黄陵一号煤矿）