智能綜采作業中采煤機關鍵控制技術的研究

王利民，李 超

（晉能控股煤業集團同忻煤礦山西有限公司，山西 大同 037003）

引言

目前，在國外研究方面，綜采作業中采煤機自動化水平整體來看，水平較高，優勢明顯體現在設備的先進以及控制系統的精準度。與國內采煤機相比，技術層面領先于國內水平，但是國外設備才接口與國內設備接口不匹配，成本也昂貴，通訊協議不是公開的，使用時很不方便，在設備出現故障時，配件的采購渠道也比較窄。因此，提升國內采煤機設備控制就是亟待解決的問題之一，隨著技術的發展，在采煤機控制系統方面有了逐步的提升，針對我國現有的條件狀況，市面上以初步已有智能控制系統，并不斷在升級改進[1-3]。

采煤機是智能綜采作業中的重要設備，該設備的性能將直接影響工業機械自動化控制[4]。因此，采煤機必須具有可靠性高、工作壽命長、無故障等特點。要提升產品可靠性和魯棒性，除了加強質量制造方面，還需要對采煤機設備的運行性能狀態進行提升，及時顯示故障診斷和預測。目前，西門子的WinCC、WellinTech的King view 等監控組態軟件價格過高，操作過于復雜，難以使用[5]。除此之外，軟件開發周期也太長了。針對采煤機遠程監控系統的特點，結合OPC 技術在系統設計上的優勢，研究了基于OPC 技術的采煤機遠程監控系統。

1 OPC 技術

OPC（Open Connectivity）技術是一種統一規定的接口。它為工業控制領域提供了標準的數據訪問方式。OPC 技術接口包括兩種方式：自定義接口和定制接口。這種技術的實現方式由服務器端和客戶端兩部分組成，通過COM接口，連接在一起。

OPC 包括項、組、服務器三部分組成，在這三個組成部分之中都包含標準接口，服務器負責維護信息數據，并提供數據交互的接口方法，組對象由用戶定義并實行，用戶能夠根據自身需求來定義此部分，從邏輯上實現對項目的管理。

由于OPC 技術的標準化，使得系統的架構更加簡單化，設備使用壽命更長，采用低成本的方式解決工業控制領域的問題，因此在國內工控領域得到普遍廣泛的應用。

2 基于OPC 技術的采煤機監控系統建設

2.1 監控系統功能說明

顯示功能：顯示電機電流和溫度，左右刀電機電流和溫度，水、油泵電機電流和溫度，采集采煤機方向和位置的數據。

控制功能：控制牽引部分的前后運動，左右切刀部的上下運動，以及遙控自動、遙控手動、局部自動、局部手動、維修、急?？刂?。

故障診斷和預測功能：故障提示、故障預測提示。基于OPC 技術的采煤機控制系統，如圖1 所示。

圖1 基于OPC 采煤機控制系統

在運行過程中，采集機工作由溫濕度傳感器、紅外探測器、位移傳感器、測量傳感器等獲取用戶所需的參數值并將其發送給PLC 控制器。該參數值代表采煤機的工作狀態。OPC 客戶端應用程序通過OPCDA 接口實時讀取PLC 中定義的變量的DB 塊。這些變量包括左右臂高度的增加，所有電機的電壓值和電流值，以及ACS800 變頻器的所有參數。采煤機遠程監控系統基于OPC 客戶端應用讀取的采煤機工況參數，采用多傳感器數據融合、模糊控制等先進控制理論對采煤機運行工況做出正確判斷，實時了解采煤機運行工況。

2.2 系統軟硬件平臺

采煤機監控系統的主要硬件是PLC 控制器。比較了幾種PLC（三菱F 系列、西門子S7 系列等）和工控機（STD 工控機等），最終選擇了西門子S7300 系列作為采煤機的主控制系統。采用西門子工業以太網模塊CP343-1 作為服務器，與PLC 進行通信。使用雙卡網絡程序：一個CP5611 或1613 卡連接采煤機的PLC 和DCS 與OPC 服務器。另一種是連接實時數據庫（SQL Server）服務器的IE 通用卡。

本系統采用微軟優秀的IDE 開發軟件Visual Studio2008 作為監控系統的開發工具。在STEP7 中配置SIMATIC300 站和SIMATIC PC 站，還將網卡的IP、MAC 地址和選擇的通信方式進行行業狀態連接。連接成功后，通過Profibus 電纜將程序下載到PLC 和本機OPC 服務器上。

3 OPC 技術的實現應用

系統基于OPC 技術，SimaticNET 作為OPC 服務器，使客戶端可以通過PLC 訪問數據，OPC 技術在采煤機遠程監控領域主要實現以下功能：

3.1 數據收集

該系統監控每個傳感器的測量數據，并將狀態數據先輸入PLC 控制系統，然后通過PLC 和Simatic共享監測站的數據。NET 模塊，最后通過防火墻進入內部網絡的OPC 服務器。本地客戶端應用程序和遠程數據庫服務器可以通過工業網絡或公共網絡對采煤機的狀態進行實時遠程監控。為了使用自定義接口模式連接OPC Server，讀取PLC 數據到pItemValues 數組。pItemValues 返回一個指向information 值的指針。OPCITEMSTATE 是一個包含參數的讀值、質量代碼、時間和其他信息的結構。

3.2 歷史數據訪問

OPC 客戶端需要對組態軟件進行數據交互，數據交互方式包括讀取信息、編輯信息、歷史數據查詢、終端控制、服務器數據存儲存檔、文件的輸入和輸出以及過程數據的記錄，這些都是由OPC 函數所定義支持的。

1）建立OPCHDAServer 對象?？蛻舳耸紫冉PCHDAServer 對象，該對象的作用是獲取OPCHDA 列表。OPCHDAServer 對象用于連接所選的OPCHDA 服務器。最后，OPCHDAServer 對象讀取服務器上數據的歷史存檔，創建并操作OPCItem 集合。

2）連接OPCHDA 服務器。使用OPC 數據訪問自動化接口“連接”功能連接指定的OPCHDA 服務器。

3）建立OPCHDABrowser 對象。OPC 歷史數據查看器：OPCHDABrowser 對象是一個樹形結構，每個分支節點代表一類歸檔數據集。通過遍歷樹形結構，可以構建Shearer 遠程服務器歷史檔案數據的結構和地址空間。

4）定義OPCHDA 項和OPCHDA 項。OPC 對象集合的歷史數據項對象。OPCHDA Items 用于訪問遠程剪切服務器對象的歸檔歷史數據。每個Item 表示一個存檔變量，而Items 集合對象表示一組存檔相關變量。因此，通過創建OPCHDA Items 收集對象，客戶端應用程序可以讀取單個變量，或者一組歷史歸檔數據。

5）添加OPCHDA Item 對象。OPC Foundation 提供了“Add Item”方法，該方法把Item 對象添加在Item 集合中。Item 是OPCHD 服務器的基本操作對象?？梢员籓PC 服務器識別，并且在歷史數據中能夠被查詢。每個Item 對象由數值、數據流、時間組成。

3.3 告警和事件處理

當異常發生以及服務器設置的事件到達時，事件通知被發送到OPC 客戶端。因此，使用OPC 技術可以捕獲和處理采煤機的服務器告警和故障事件。

數字標簽：采用Time new roman的12 倍字體作為標簽，采用單詞的形式對圖軸進行標識，避免模棱兩可，出現分歧。例如，數量“磁化”，或“磁化，M”，而不是“M”。單位要放在括號內，在例子中，寫“磁化（A/m）”或“磁化{A[m（1）]}”，而不僅僅是“A/m”。坐標軸的標識不要采用數量和單位比例進行標識。例如，寫“Temperature（K）”，而不是“Temperature/K”。

4 結論

在MG900/2210-WD 采煤機上對本系統進行了驗證。實踐證明，基于OPC的采煤機遠程監控系統具有許多優點，該系統的研發大幅度降低了成本并提高了系統的魯棒性和穩定性，該系統運行可靠，易于二次開發。因此，在采煤機遠程監控系統中引入OPC 控制技術，實時采集采煤機參數并對其狀態進行監控。