煤礦選煤廠集控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

黃德君

摘要：隨著煤礦選煤廠生產(chǎn)設備不斷增加和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，對煤礦選煤廠集控自動化要求越來越高。本文設計了一種煤礦選煤廠集控系統(tǒng)的總體方案，包括了生產(chǎn)集控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、調度通信系統(tǒng)和緊急報警系統(tǒng)，具體設計并實現(xiàn)了煤礦選煤廠集控系統(tǒng)的軟硬件。聯(lián)調和測試結果驗證了設計方案的正確性，研制完成的煤礦選煤廠集控系統(tǒng)已經(jīng)成功在多個煤礦實際使用。

關鍵詞：生產(chǎn)集控系統(tǒng)；安全監(jiān)控；調度通信

中圖分類號：TD672 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0157-03

隨著計算機網(wǎng)絡、通訊、控制技術及電氣技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的選煤廠集中控制系統(tǒng)有了根本的改變，選煤廠的建設和改造正努力向網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展。綜合自動化系統(tǒng)的推廣應用是近年來國內(nèi)現(xiàn)代化大型選煤廠的一個突出特點。近幾年以來，我國的選煤廠的生產(chǎn)規(guī)模大型化趨勢明顯，選煤廠對控制系統(tǒng)自動化水平要求也越來越高。

本文設計了一套可靠、高效運行的選煤廠集控系統(tǒng)方案，該集控系統(tǒng)涵蓋了生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、調度通信系統(tǒng)、緊急報警系統(tǒng)等子系統(tǒng)模塊，實現(xiàn)了對煤礦選煤廠的控制、監(jiān)測，極大提高了生產(chǎn)效率、降低了事故率，減少了故障處理時間。

1 選煤廠集控系統(tǒng)的總體設計方案

選煤廠集控系統(tǒng)總體設計包括了生產(chǎn)集控、安全監(jiān)控、調度通信和緊急報警四個子系統(tǒng)。模塊之間功能上不是完全獨立，各模塊相互協(xié)調完成系統(tǒng)總體的各項功能。

生產(chǎn)集控系統(tǒng)需要滿足對所有生產(chǎn)設備的狀態(tài)監(jiān)控。生產(chǎn)設備包括破碎設備、篩分設備、分選設備、脫水設備、噴水設備、脫介設備、流體設備、澄清水設備等。為了滿足生產(chǎn)集控系統(tǒng)對所有生產(chǎn)設備的狀態(tài)監(jiān)控，需要借助安全監(jiān)控系統(tǒng)將各個生產(chǎn)設備處的視頻監(jiān)控信息通過通信傳輸線傳遞給監(jiān)控主機，同時需要緊急報警系統(tǒng)將探測到的生產(chǎn)設備狀態(tài)信息通過CAN總線傳輸?shù)阶罱纳a(chǎn)設備處的通信分站，通信分站通過通信傳輸線將信息傳輸?shù)缴a(chǎn)集控系統(tǒng)中的監(jiān)控主機。在生產(chǎn)集控系統(tǒng)處設置兩個監(jiān)控主機的目的在于分別對視頻監(jiān)控信息進行處理備份及對探測到的生產(chǎn)設備狀態(tài)信息進行分類管理及處理備份。

此外，生產(chǎn)集控系統(tǒng)需要滿足對生產(chǎn)設備的遠程控制。在各生產(chǎn)設備處設立主控站，主控站可以手動或自動方式控制生產(chǎn)設備的工作。通過生產(chǎn)集控系統(tǒng)中的監(jiān)控主機可以與

調度通信系統(tǒng)中的擴音電話可以實現(xiàn)手動方式通過各生產(chǎn)設備處的主控站對生產(chǎn)設備進行手動控制，也可以建立生產(chǎn)集控系統(tǒng)的監(jiān)控主機與調度通信系統(tǒng)中通信分站的直連，通過自動控制的方式發(fā)送控制指令給各個設備處的主控站，實現(xiàn)對各生產(chǎn)設備的自動控制。

2 硬件平臺設計與實現(xiàn)

2.1 生產(chǎn)集控系統(tǒng)

生產(chǎn)集控系統(tǒng)依托了安全監(jiān)控、調度通信、緊急報警子系統(tǒng)，因此設計生產(chǎn)集控系統(tǒng)的硬件需要建立以生產(chǎn)集控系統(tǒng)為核心，以安全監(jiān)控、調度通信、緊急報警子系統(tǒng)為分支的環(huán)形網(wǎng)絡結構。生產(chǎn)集控系統(tǒng)的內(nèi)部硬件組織需要滿足可視化管理、生產(chǎn)設備狀態(tài)監(jiān)控及對生產(chǎn)設備的遠程控制功能，硬件組織如圖1所示。

生產(chǎn)集控系統(tǒng)內(nèi)設置兩個監(jiān)控主機，監(jiān)控主機1負責處理安全監(jiān)控系統(tǒng)所傳輸?shù)哪M視頻監(jiān)控信息，將視頻監(jiān)控信息根據(jù)各個生產(chǎn)區(qū)域分類，并于大屏顯示器顯示，同時監(jiān)控主機1對分類處理后的視頻監(jiān)控信息存儲備份。大屏顯示器選用海康威視的55寸超窄邊液晶拼接屏，主體為3*3共9塊55寸液晶拼接屏，拼縫僅有3.5mm。監(jiān)控主機2負責接收緊急報警系統(tǒng)通過調度通信系統(tǒng)傳來的探測狀態(tài)信息，并向調度通信系統(tǒng)發(fā)送語音或控制指令信息實現(xiàn)對生產(chǎn)設備的手動或自動控制，并對上述信息進行備份。生產(chǎn)集控系統(tǒng)內(nèi)設置Web服務器，實現(xiàn)對監(jiān)控主機1與監(jiān)控主機2所存儲信息的二次存儲，以便于定期清理兩監(jiān)控主機空間以滿足后續(xù)數(shù)據(jù)存儲管理工作。

2.2 安全監(jiān)控系統(tǒng)

安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分由16路監(jiān)控器、網(wǎng)絡硬盤攝像機及大屏顯示器組成，硬件組織邏輯如圖2所示。

安全監(jiān)控系統(tǒng)采用16路監(jiān)控器部署在選煤廠的各生產(chǎn)設備周邊，監(jiān)控器選用KDM2121型紅外防水網(wǎng)絡監(jiān)控器，網(wǎng)絡硬盤攝像機選用NVR2820E型，內(nèi)置4個SATA硬盤，每個硬盤最大支持1000G，網(wǎng)絡硬盤攝像機的視頻監(jiān)控信息經(jīng)過生產(chǎn)集控系統(tǒng)中監(jiān)控主機1的分類處理后，一方面用于大屏顯示器的顯示，此大屏顯示器即生產(chǎn)集控系統(tǒng)中3*3拼接屏大屏顯示器，另一方面將視頻監(jiān)控信息二次備份到Web服務器當中。

2.3 調度通信系統(tǒng)

調度通信系統(tǒng)硬件部分包含了移動終端、AP節(jié)點、通信分站和智能擴音電話四部分。

移動終端以802.11標準無線連接到AP節(jié)點，采用ISM2.4GHz頻段，在選煤廠內(nèi)部署8個AP節(jié)點，移動終端通過VoIP技術實現(xiàn)語音通信，連通系統(tǒng)中其他終端設備和擴音電話。AP節(jié)點與通信分站、擴音電話之間通過CAN總線連接。呼叫其他終端時通過SIP協(xié)議建立一對一語音通信，連接擴音電話時根據(jù)IP地址進行廣播式通信。

通信分站支持WiFi通信協(xié)議，充分利用帶寬的優(yōu)勢，對整個選煤廠進行信號覆蓋，完成與移動終端的數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡傳輸接口同時支持PRI、SIP信令中繼協(xié)議和TCP/IP協(xié)議，通過標準TCP/IP協(xié)議接口與通信分站進行對接。通信分站同時支持TCP/IP協(xié)議和CAN總線協(xié)議，通過TCP/IP協(xié)議接收傳輸接口的語音數(shù)據(jù)，再通過CAN總線連接擴音電話。

智能擴音電話采用CAN總線通訊，通過麥克風輸入語音數(shù)據(jù)后進行處理，并通過CAN收發(fā)器傳輸?shù)娇偩€再由功放輸出語音信號。擴音電話可通過CAN總線與生產(chǎn)集控系統(tǒng)中監(jiān)控主機2建立直接通信。

2.4 緊急報警系統(tǒng)

緊急報警系統(tǒng)硬件包含感溫傳感器、測溫光纖、測溫主機、氣體探測器及報警控制器，緊急報警系統(tǒng)硬件組織如圖3所示。endprint

測溫光纖采用英國約克申塞公司的DTS-FR 50/125um型號測溫光纖，測量距離廣、時間段、精度高。測溫主機采用DIAS DGRF11N，其測溫范圍廣，含就地顯示器，可直接調整參數(shù)。通過RS485通訊接口與CAN總線建立通信連接。

氣體探測器選用DR-600/DR-700有毒氣體探測器，可檢測包括甲烷、一氧化碳在內(nèi)的可燃有害氣體，氣體報警控制器選用DR-ZJ106，通過RS485通訊接口與CAN總線連接。

上述連接測溫主機和報警控制器的CAN總線通過調度通信系統(tǒng)的通信分站將探測的狀態(tài)信息轉發(fā)給生產(chǎn)集控系統(tǒng)的監(jiān)控主機2，實現(xiàn)生產(chǎn)集控系統(tǒng)對火災、有害氣體排放情況的監(jiān)控。監(jiān)控主機將監(jiān)控信息存儲備份，并二次備份到Web服務器。

3 應用軟件設計與實現(xiàn)

3.1 生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)

生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)的軟件是一個面向方案的HMI//SCADA平臺軟件。它包含開發(fā)系統(tǒng)（Draw）、界面運行系統(tǒng)（View）、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DB）、I/O驅動程序、網(wǎng)絡通信程序等組成部分。

生產(chǎn)集控系統(tǒng)軟件主要包括設備狀態(tài)顯示界面和遠程控制界面。這兩個界面主要使用了圖形對象顏色變化連接，即條件表達式值為真時，圖形對象底色為綠色，條件表達式值為假時，圖形對象底色為紅色。

建立數(shù)據(jù)庫連接成功后，如選擇遠程控制界面，則填寫腳本，動作腳本都是事件驅動的，事件可以是數(shù)據(jù)改變、條件、鼠標或鍵盤、計時器等。例如，在按下某一個按鈕，打開某個窗口或當某一個變量的值變化時，用腳本觸發(fā)一系列的邏輯控制，改變變量的值，改變圖形對象的顏色、大小，控制圖形對象的運動等。首先，在“按下鼠標”頁的腳本編輯器中，填寫腳本。在腳本中，將該矩形對象所關聯(lián)的數(shù)據(jù)庫點的PV參數(shù)值置為1，該數(shù)據(jù)庫點已與邏輯編程控制器中的寄存器進行關聯(lián)。在PV=1時，邏輯編程控制器輸出信號，設備開始運行，實現(xiàn)了軟件的遠程控制啟動功能。

3.2 調度通信系統(tǒng)

調度通信系統(tǒng)中移動終端與AP節(jié)點之間的通過WiFi連接，語音傳輸采用VoWLAN的方式，符合IEEE802.11協(xié)議，WiFi語音軟件的設計流程如圖4所示。

用戶注冊模塊包含了WiFi移動終端、注冊服務器、位置服務器、代理服務器，注冊服務器存儲服務器連接信息，以供將來連接時使用，位置服務器負責存儲注冊服務器中現(xiàn)有的IP地址，代理服務器接受認證請求并發(fā)送是否允許注冊的指令。

4 聯(lián)調與測試

4.1 選煤廠集控系統(tǒng)軟件測試

在系統(tǒng)進行聯(lián)調與測試時，生產(chǎn)集控系統(tǒng)軟件的用戶界面設計成功模擬了采煤工作面的實際運行系統(tǒng)。

該軟件通過判斷實時數(shù)據(jù)庫中點PV參數(shù)的狀態(tài)，在用戶界面中利用圖形對象顏色的變化進行相應的顯示，成功實現(xiàn)了設備狀態(tài)監(jiān)控功能。

4.2 安全監(jiān)控軟件測試

通過安全監(jiān)控軟件開發(fā)掘進巷道安全集控系統(tǒng)監(jiān)控畫面，實現(xiàn)顯示設備的運行狀態(tài)和保護傳感器的狀態(tài)，軟件具備設備運行記錄查詢，報警信息查看，軟件參數(shù)設置等功能，通過改變傳感器信號狀態(tài)，觀察顯示屏信息顯示狀態(tài)，測試發(fā)現(xiàn)信號反應速度快，大約在1秒鐘顯示屏信號改變。

5 結語

選煤廠集控系統(tǒng)的設計注重各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動，選煤廠集控系統(tǒng)的設計包含了生產(chǎn)集控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、調度通信系統(tǒng)、緊急報警系統(tǒng)四個子系統(tǒng)，實現(xiàn)了對整個選煤廠的設備狀態(tài)監(jiān)控及手動自動控制，并確保了生產(chǎn)的安全性，該選煤廠集控系統(tǒng)的設計方案已在多個選煤廠投入使用，驗證了設計方案的可行性，為后期規(guī)模化使用做了準備。

參考文獻

[1]張子良，鄧亞明，韓超.動力煤選煤廠系統(tǒng)改造分析研究[J].山東煤炭科技，2017（08）27-29.

[2]王文亮.工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)在高陽選煤廠的應用[J].能源技術與管理，2017（05）48-50.

Abstract：With the continuous increase of production equipment and scale of production in coal preparation plant， the automation of centralized control in coal preparation plant is getting higher and higher. In this paper， an overall plan of centralized control system for coal preparation plant is designed， including production control system， safety monitoring system， dispatching communication system and emergency alarm system. The software and hardware of the centralized control system of coal preparation plant are specifically designed and realized . The joint adjustment and test results verify the correctness of the design scheme. The integrated control system of the coal preparation plant has been successfully used in many coal mines.

Key Words：production control system； safety monitoring； dispatching communicationendprint