把現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)整合到統(tǒng)一的綜合自動化平臺上，利用信息化提高機械設備的利用效率和安全生產(chǎn)管理水平，已成為義棠煤礦迫在眉睫的任務。

山西義棠煤業(yè)有限公司始建于1956年，在2003年時圓滿完成了120萬噸礦井改擴建工程，躋身于山西省大型煤炭企業(yè)行列。該煤礦屬于地方國有煤礦，煤層距地面約400米，屬于深度煤層。從安裝施工和設計的角度來說，煤礦具有非常好的設計條件，屬于新建礦井，目前井下巷道分布簡單、設備相對集中，便于集中控制和聯(lián)網(wǎng)，非常適合開展礦井綜合自動化系統(tǒng)的實施。

義棠煤礦的目標是建設礦井供電自動化控制、數(shù)字工業(yè)電視、通風安全監(jiān)測、井下小靈通通信、礦井主煤流計量等17個系統(tǒng)。如果這17個系統(tǒng)不進行綜合自動化的集成，將會處于相互獨立的狀態(tài)，各系統(tǒng)自成體系，形成“信息孤島”; 并且通信線路和組態(tài)軟件存在重復投資，系統(tǒng)維修維護困難、整體可靠性差。這將導致對各種自動化系統(tǒng)不能綜合利用，無法統(tǒng)一監(jiān)測、統(tǒng)一調度，會嚴重影響生產(chǎn)力水平的提高。

因此把現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)整合到統(tǒng)一的綜合自動化平臺上，利用信息化提高機械設備的利用效率和安全生產(chǎn)管理水平，已成為義棠煤礦迫在眉睫的任務。2007年9月，義棠煤礦通過三大平臺實施了計算機信息化和全集成綜合自動化系統(tǒng)建設。

網(wǎng)絡傳輸平臺

在義棠煤礦的自動化監(jiān)控中心, 各個子系統(tǒng)都與附近的自動化系統(tǒng)相聯(lián)，包括井上35kV變電站、 礦井皮帶監(jiān)控、 瓦斯監(jiān)測、通風機電控、主排水泵電控、 鍋爐控制、地面裝車自動監(jiān)測等。每臺交換機配有12個100Mbit/s RJ45以太網(wǎng)接口、2個1000Mbit/s光纖接口、1個C-PLUG 卡和2個電源模塊，另外在地面的篩選車間和井下的1#、2#變電所、兩部卡軌車的交換機上都各配備1個百兆模塊（含2個100兆光纖接口）。在地面西風井、西下山3#皮帶、綜采工作面、地面篩選安裝了4臺百兆小交換機，它們通過光纖與骨干交換機相聯(lián)，形成星形網(wǎng)絡結構。

在工業(yè)以太網(wǎng)的設計上，將其分為兩個環(huán)，下環(huán)為工業(yè)以太網(wǎng)控制環(huán)，主要實現(xiàn)控制信號在環(huán)網(wǎng)上實時、可靠的傳輸; 上環(huán)為終端環(huán)，連接各個監(jiān)控終端。兩個環(huán)間通過冗余的WinCC實時服務器實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的交換，兩個環(huán)之間不存在直接的網(wǎng)絡連接，從而保證了傳輸平臺的可靠性和安全性。

集成監(jiān)控平臺

該平臺為各自動化系統(tǒng)搭建了一個統(tǒng)一的軟件監(jiān)控平臺，各自動化系統(tǒng)在此平臺上通過人機界面可實時監(jiān)測設備狀態(tài)，并可對各系統(tǒng)的I/O進行控制。同時，通過實時數(shù)據(jù)庫和歸檔服務器存儲歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可對各自動化系統(tǒng)的運行狀況進行分析和處理。

集成監(jiān)控平臺的核心采用冗余設計的WinCC服務器，WinCC是運行于Microsoft Windows 2000和XP下的Windows控制中心，它集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體，實現(xiàn)了相互之間的整合。這兩臺服務器互為冗余、熱備，正常情況下兩臺服務器同步工作; 當其中一臺出現(xiàn)故障時，另一臺可自動接替工作，不會丟失生產(chǎn)數(shù)據(jù)，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外，系統(tǒng)還專門設計了冗余的歸檔服務器，對歷史數(shù)據(jù)進行歸檔和分析處理。

工程師站和操作員站分別通過WinCC服務器實現(xiàn)各自的功能。在工程師站上可以統(tǒng)一對各個自動化系統(tǒng)進行組態(tài)編程，并可兼做網(wǎng)管工作站。每個操作站上安裝一個自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的操作站通過交換設備與SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）服務器進行互聯(lián)，SCADA服務器負責采集各個被監(jiān)控的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

子系統(tǒng)接入平臺

自動化子系統(tǒng)硬件接入普遍采用以太網(wǎng)接口，但是根據(jù)控制點的分布、各自動化子系統(tǒng)和接入技術的特點，目前共有4種接入方式。

1. 上位機接入方式。有些自動化系統(tǒng)比較簡單，沒有以太網(wǎng)接口，但有上位機，所以可以通過在該上位機增加通信網(wǎng)卡來獲得以太網(wǎng)接口。

2. PLC接入方式。有些自動化系統(tǒng)采用PLC（可編程控制器）進行控制，可以對PLC增加以太網(wǎng)模塊，與附近的交換機進行物理上的網(wǎng)絡聯(lián)接。

3. 子網(wǎng)絡接入方式。有些自動化系統(tǒng)已經(jīng)很成熟，并且自成網(wǎng)絡，對外有統(tǒng)一的網(wǎng)關接口，直接采用這個接口即可接入到網(wǎng)絡傳輸平臺中。

4. 擴展接入方式。有些自動化系統(tǒng)不僅沒有以太網(wǎng)接口，而且也沒有上位機，但該系統(tǒng)支持RS485/232或現(xiàn)場總線等串行接口，可以通過增加串口服務器等轉換設備，把其他接口轉化成以太網(wǎng)接口。

在各個自動化子系統(tǒng)與綜合自動化的千兆以太網(wǎng)進行物理上的網(wǎng)絡連接以后，下一步要解決的就是通過軟件進行數(shù)據(jù)通信問題，各自動化子系統(tǒng)與SCADA服務器的數(shù)據(jù)通信有OPC通信方式、驅動通信方式、DDE（動態(tài)數(shù)據(jù)交換）/NetDDE方式和自主開發(fā)等4種方式。

集成后的三大特色

●全礦井網(wǎng)絡視頻

由于在義棠煤礦建設的是千兆工業(yè)以太網(wǎng)，因此可以在地面及井下大規(guī)模應用數(shù)字網(wǎng)絡視頻技術。在保證高清晰視頻圖像的前提下，不僅使攝像頭的安裝和使用變得很方便，而且也節(jié)約了大量的光纜敷設和維護費用，并且便于數(shù)字視頻信號在綜合平臺上的傳輸和高度集成。

義棠煤礦在地面和井下一共安裝了27路網(wǎng)絡攝像儀，井下采用的是隔爆網(wǎng)絡攝像儀，所有視頻的集中管理、存儲和Web瀏覽功能，都能與DLP大屏進行集成，同時能在自動化系統(tǒng)平臺上進行視頻集成。視頻服務器的每路輸出帶寬可根據(jù)實際情況在128KB～15MB之間調節(jié)，并且支持轉碼流，可以將網(wǎng)絡中的高清晰圖像轉換為一般質量的圖像，以方便某些特定場合下用戶使用，例如節(jié)點網(wǎng)絡帶寬不足和存儲空間不足時，就可解決信息網(wǎng)瀏覽視頻的帶寬等問題。另外，系統(tǒng)采用了良好的視頻轉發(fā)機制和網(wǎng)絡組播實施策略，用戶權限優(yōu)先級可以靈活設置。

●三網(wǎng)合一

各個自動化子系統(tǒng)通過千兆工業(yè)以太網(wǎng)把實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴谋O(jiān)控中心，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先性和實時性。由于工業(yè)電視系統(tǒng)已經(jīng)全部實現(xiàn)了數(shù)字化，視頻數(shù)據(jù)通過視頻編碼器轉化成數(shù)字信號，通過工業(yè)以太網(wǎng)進行傳輸，將網(wǎng)絡視頻數(shù)據(jù)高度集成到集控平臺上，從而延伸了視頻服務功能。另外，語音數(shù)據(jù)也能夠通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)郊刂行牡恼Z音調度平臺。

這樣，義棠煤礦就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)流、視頻流、語音流同纜同芯傳輸，以及數(shù)字信號的同網(wǎng)傳輸，便于綜合自動化系統(tǒng)平臺的高度集成。這套系統(tǒng)真正實現(xiàn)了三網(wǎng)合一，優(yōu)化了傳輸方式，減少了成本，克服了傳輸通道的瓶頸。在可保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)那疤嵯?，千兆控制網(wǎng)的可用帶寬也得到了充分的利用。

●管控一體化

義棠煤礦全集成綜合自動化平臺高度集成了自動化生產(chǎn)信息，并通過Web 服務器的WinCC Web Navigator為經(jīng)營管理層提供了過程控制信息，在經(jīng)營管理層和過程控制層之間建立了能夠對生產(chǎn)過程進行直接管理的交互通道，打通了管控之間的屏障，實現(xiàn)了控制信息資源共享，提高了自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性和實時性。

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