摘 要：為了滿足煤礦綜合自動化系統(tǒng)的建設，文章研究了煤礦綜合自動化系統(tǒng)的特點，指出應用工業(yè)組態(tài)軟件WinCC開發(fā)了相應的控制系統(tǒng)，介紹了控制系統(tǒng)的構成并就其運行監(jiān)測畫面進行了描述，最后概括了該系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。 關鍵詞：WinCC；工業(yè)以太網(wǎng)絡；分布式系統(tǒng)；組態(tài) 中國煤炭行業(yè)中的許多煤礦自動化程度不高，采用的軟硬件落后，有的煤礦的部分控制點還在采用人工操作，在對煤礦安全與監(jiān)測系統(tǒng)要求不斷提高的同時，對煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)越來越體現(xiàn)出其重要性。文章結合屯蘭煤礦的綜合自動化控制系統(tǒng)的建設項目，介紹了應用工控組態(tài)軟件WinCC的設計開發(fā)。 1 系統(tǒng)概述 礦井內(nèi)自動化系統(tǒng)包含：井下電力變電所遠程三遙系統(tǒng)、井下中央水泵房三遙系統(tǒng)、井下皮帶三遙系統(tǒng)、井下液壓支護三遙系統(tǒng)、井上電站四遙系統(tǒng)、井上豎井提升機監(jiān)測系統(tǒng)、瓦斯抽放泵站監(jiān)測系統(tǒng)等共計10余個子系統(tǒng)的總體集成。原煤大多處于地下100～250m的深處，開采原煤需要經(jīng)過開掘巷道、液壓支護、采煤機采煤、皮帶機運出等步驟。其中還包括供水、供電、供氣、排水、排矸、安全防護監(jiān)測等相關配套系統(tǒng)進行運行。在項目設計初期，考慮到煤礦的安全和穩(wěn)定可靠性的要求，選定了使用S7-300作為分布系統(tǒng)的主要組成，并且系統(tǒng)能夠直接通過工業(yè)以太網(wǎng)進行連接。人機界面使用WinCC5.0進行組態(tài)，保持了系統(tǒng)的完整性和連貫性，便于對分布系統(tǒng)直接連接，不需要第三方驅動或轉換。由于煤礦建設的過程需經(jīng)過很長時間，在分布式系統(tǒng)中，有一些是早已存在的系統(tǒng)，如電站控制系統(tǒng)、提升機系統(tǒng)、液壓支護系統(tǒng)等，在WiCnC軟件系統(tǒng)中沒有的幾個系統(tǒng)或設備的驅動做連接，必須采用其他方式將數(shù)據(jù)采集和控制。對于井下變電站（所）和瓦斯抽放泵站使用S7-300的PLC進行控制和監(jiān)測，抽放站只監(jiān)測不控制，變電站（所）進行全而監(jiān)測和控制。 2 控制系統(tǒng)構成 整個項目中的硬件配置、系統(tǒng)結構，是各組成部分選擇的依據(jù)。系統(tǒng)主要包括3部分，人機界面、自動化控制網(wǎng)絡和分布控制系統(tǒng)。 （1）人機界面：配置三套WinCC5.0進行畫面組態(tài)，其中2套用于對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集和通訊服務并且進行冗余服務，1套用于從現(xiàn)場或采集服務器獲取數(shù)據(jù)并進行Web發(fā)布服務。選擇WinCC5.0主要考慮到其在高數(shù)據(jù)量的情況下采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和快捷性以及在開發(fā)過程中的靈活性。 （2）網(wǎng)絡：由于煤礦的地理條件和生產(chǎn)盤區(qū)的位置所限，使用100M星形工業(yè)以太網(wǎng)進行子系統(tǒng)的連接和通訊。在調(diào)度指揮中心使用華為公司生產(chǎn)的6506交換機，三層交換機，具有網(wǎng)絡、電源雙冗余的功能，端口多達4 8口。井下由于國家法規(guī)的限制（要求下井的設備必須有國家MA標志）當時只有徐州華訊公司有此類交換機，100M工業(yè)以太網(wǎng)接口，8個通訊端口。網(wǎng)絡拓撲結構圖見圖1。 （3）分布式控制系統(tǒng)：此系統(tǒng)包括的設備和系統(tǒng)較多，總體分為兩類，一類是西門子分站系統(tǒng)，另一類為非西門子分站系統(tǒng)非西門子系統(tǒng)占了很大一部分。分站系統(tǒng)劃分如下：南三盤區(qū)變電所：S7-300的PLC1套；井下中央變電所：S7-300的PLC1套；瓦斯抽放站：S7-300的PLC1套；井上35KV變電所：長沙華能電站系統(tǒng)；豎井提升機系統(tǒng)：組態(tài)王組態(tài)軟件，三菱PLC；井下液壓支護監(jiān)測系統(tǒng)：天地瑪珂公司；井下皮帶運輸系統(tǒng)：天津貝克公司皮帶系統(tǒng)。 3 運行監(jiān)測畫面 （1）井上電力監(jiān)控系統(tǒng)：對于煤礦井上主變電站遠程管理和監(jiān)測，井上電力監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)讓相關管理部門能夠遠程、實時地對電站設備進行遙測、遙控、遙信和遙調(diào)。實現(xiàn)電站管理的無人化和自動化。保證了煤礦電力供應的安全、可靠運行，見圖2。 （2）提升機監(jiān)控系統(tǒng)：對提升裝置的電壓、電流、油壓、油溫提升速度、位置以及罐籠總開停次數(shù)等重要運行參數(shù)進行監(jiān)測發(fā)生故障及時記錄。為調(diào)度人員及時維護和設備運行分析提供關鍵平臺，見圖3。 （3）礦井皮帶監(jiān)控系統(tǒng)：實際反映礦井的所有運輸皮帶的運行工況，包括有每條皮帶運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、運行時間、煙霧、堆煤和跑偏報警、各個煤倉的煤位、電機運行電壓和電流、電機溫度和皮帶速度等參數(shù)。能夠及時根據(jù)現(xiàn)場情況開停皮帶設備。使調(diào)度員能夠及時準確的根據(jù)井下實際情況作出迅捷而又正確 的安排，使得井下生產(chǎn)得以安全、快速、高效的穩(wěn)步進行，見圖4。 4 綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的結論 （1）礦井現(xiàn)有和需要新建的自動化系統(tǒng)，包含井下電力變電所遠程三遙系統(tǒng)、井下中央水泵房三遙系統(tǒng)等共計10余個子系統(tǒng)進行總體集成的目標，我們先將整體的框架定為工業(yè)以太網(wǎng)結構上的系統(tǒng)整體集成。其中的“三遙”是對系統(tǒng)和設備的“遙信”、“遙測”、“遙調(diào)”，四遙是對系統(tǒng)的“遙信”、“遙測”、“遙調(diào)”和“遙控”功能。主要要求對井下的變電站（所）的開關柜、水泵、井上變電站的開關柜進行遠程監(jiān)測和分合閘控制。其他系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)測的功能。 （2）經(jīng)過建設，實現(xiàn)了在礦里任何一臺網(wǎng)絡計算機上可以全面查詢各個分布子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和工藝流程，并且通過internet在外地可以登錄到煤礦綜合自動化系統(tǒng)的運行界面。方便了生產(chǎn)的遠程決策，提高了企業(yè)的信息化水平。 （3）由于煤礦的分布式系統(tǒng)較多而且較雜，而西門子的WinCC系統(tǒng)的驅動沒有國內(nèi)其他廠家的驅動（如CDT規(guī)約、液壓支架驅動等），因此專門制作了一個OPC接口SERVER程序，用該程序對未知的設備進行連接，WinCC系統(tǒng)由于自帶了SERVER和CLIENT程序，可以直接從自制的OPC接口SERVER程序上進行連接。 （4）在系統(tǒng)運行中，WinCC系統(tǒng)中OPC連接便捷、穩(wěn)定，當時每個系統(tǒng)都達到1000多個變量，而且傳輸距離最遠達到10km,而系統(tǒng)延遲時間卻很短，當時對延時監(jiān)測使用電話撥通最遠的變電所，當在調(diào)度中心進行操作某開關柜時，聽到現(xiàn)場的合閘、分閘聲音的同時就可以看到畫面的狀態(tài)發(fā)生改變。因此，從實時性來說，100M的傳輸完全可以達到工業(yè)控制現(xiàn)場對此的要求。 詳情請點擊：組態(tài)軟件WinCC在煤礦綜合自動化系統(tǒng)中的應用