杨柳矿矿井综合自动化升级扩容系统方案

杨柳矿矿井综合自动化升级扩容系统方案 淮北矿业集团杨柳煤矿 矿井综合自动化升级扩容系统 杨柳煤矿 2014年2月 1矿井生产自动化子系统接入 杨柳矿的工业控制子系统必须能够达到联动、控制及监测的管控一体化效果。 1.1概述 目前杨柳矿已完工或规划完成子系统。根据控制点的分布、各自动化系统的特点和接入技术的特点分别考虑线缆，硬件及软件平台的接入方式。 一期已经进行了12个子系统(安全检测系统、排水系统(不含采区)、通风机系统(不含东风井、西风井)、压风机系统、35KV变配电系统、锅炉房系统、副井提升系统、选煤厂系统(不含新主井生产系统)、主井提升系统、灯房管理系统、信集闭系统、皮带系统(不含北胶二部、106采区胶带))的接入，除中央风井通风、压风、副井提升，具备远程监测的功能，本次接入将进行系统功能的升级，对接入的各子系统进行远程监控。 1.2存在系统的问题概述 1.2.1主井提升系统(不含新主井) 系统厂家进行部分改造，通讯模块地址被修改，无法进入环网通信，需要厂家进行修改。 1.2.2灯房管理系统 灯房子系统已很长时间故障，系统配置与矿灯不匹配，不能完全提供真实数据，不能够提供数据，需要原厂家把系统进行恢复。 1.2.3信集闭系统 厂家在维护系统，重新安装的时候，把系统对外发布的WEB系统功能去掉了，需要厂家到矿把WEB发布功能安装。 1.2.4皮带系统(不含北胶二部、106采区胶带) 通讯线路中断，无法采集数据，需要恢复通讯。 1.2.5锅炉房系统 锅炉房数据不真实，原软件测点失真 1.3线缆接入方式 根据已完工或已规划完成的各个自动化系统与工业以太网交换机的距离不等，因此在接入时线缆连接方式上有以下4种方式: , 当自动化系统与工业以太网的距离在100米之内时，通过阻燃双绞线接 入到环网中。 , 当井下自动化系统与工业以太网交换机的距离超过100米，采用矿用本 安型数据光端机、串口服务器或二级交换机，通过单模光纤接入到环网 中。数据光端机采用矿用隔爆兼本安不间断电源，该电源供电时间较长。 , 当地面自动化系统与与工业以太网交换机的距离超过100米，采用单模 光纤收发器或二级交换机接入到环网中。 1.4自动化子系统硬件接入方式 杨柳矿目前共有十几个自动化监测监控子系统，根据控制点的分布、各自动化系统的特点和接入技术的特点，目前考虑共有以下四种接入方式，但是最佳的方式是子网络接入方式，并且需要原厂家提供接口和软件通讯。 , 上位机接入方式 有些自动化系统比较简单，没有以太网接口，但有上位机，可以在该上位机上增加通讯网卡支持，与附近的交换机进行物理上的网络联接。 , PLC接入方式 有些自动化系统采用PLC进行控制，可以对PLC增加以太网模块或支持ProfiNet的以太网模块，与交换机进行物理上的网络联接。 系统的通讯如采用PROFINET 方式，PLC的以太网通讯卡要求支持PROFINET功能，与西门子的S7-300 PLC配套的是新CP343-1通讯板卡，与西门子S7-400 PLC配套的CP443-1 ADVANCED通讯板卡。 , 子网络接入方式 有些自动化系统已经很成熟，并且自成网络，对外有统一的以太网接口，可以通过此RJ45接口与交换机进行物理上的网络联接。 , 扩展接入方式 有些自动化系统不仅没有以太网接口，而且也没有上位机，但该系统支持profibus等现场总线或RS485，可以增加一台PLC或串口服务器，通过扩展方式转化成以太网接口与交换机进行物理上的网络联接。 1.5调度平台软件集成方式 在各个自动化系统与综合自动化的千兆以太网进行物理上硬件网络联接以后，下一步要解决的就是通过软件进行数据通讯，各自动化系统与IFIX冗余服务器的数据通讯通过OPC通讯方式、驱动通讯方式和DDE/NetDDE方式，但是最佳的方式是OPC通讯方式，并且需要原厂家提供OPC接口。 , OPC 通讯方式 如果该自动化系统具有上位机，并且该上位机软件支持OPC SERVER，则可通过上位机软件的OPC 方式进行通讯。 , 驱动通讯方式 如果组态软件支持该自动化系统的 PLC的驱动，或者该 PLC有基于 OPC SERVER 的驱动，则可以通过组态直接与PLC 通讯进行数据交换。 , DDE/NetDDE 方式 DDE/NetDDE 通讯方式是一种标准的网络接口，是 MS Windows 操作系统提供的一种动态数据交换信息通讯机制，它允许两个应用程序通过连续自动的交换数据来进行对话。 , 自主开发方式 对于以上条件都不满足的情况，由子系统厂商提供其通讯协议，集成商自主开发，将其转换成 OPC 协议。 1.6井下工业以太环网系统扩容 1.6.1现状 杨柳矿综合自动化系统一期工程已建城井上下工业以太网系统，现因井下巷道延伸及设备的增多，原有井下环网已不能满足矿方生产需求，需增加部分环网交换机进行系统扩容。 1.6.2改造设计 拟在井下106采区等地点布置两台工业以太网交换机，现场的各个PLC或其他设备就近接入交换机，实现数据的采集及上传。 1.7矿井东风井通风监控系统接入 1.7.1 现状 杨柳矿东风井通风监控系统由合肥长江自动化承建，选用西门子S7-300PLC为设备控制核心。 1.7.2 改造接入设计 通过在下位机加装以太网通讯模块将系统接入矿井工业以太环网，通过OPC协议与下位机通讯，厂家提供PLC控制点表，至现场配合调试。 1.7.3 系统功能 (1)实时监测风机的风量、负压、风速、风机效率、CH4浓度等相关参数。 (2)电动机绕组温度及轴承温度。 (3)风机主体及两级风叶垂直和水平方向的振动。 (4)电动机电流、电压、功率、功率因数等参数。 (5)电动风门开关状态，风机主电动机开停信号及正反转信号等。 (6)变频装置运行状态(频率、温度、效率等)，故障报警信号。 (7)高压配电装置母线电流、电压，断路器开合状态，故障报警信号。 (8)低压柜内母线电流、电压、断路器的位置故障报警信号。 (9)反风时，相关的监控数据仍然准确有效。 (10)实现风机的远程监控功能。 1.8井下采区泵房水泵集控系统接入 1.8.1 现状 杨柳矿井下106、107采区泵房水泵集控系统由唐山开诚承建，选用西门子S7-300PLC为系统控制核心，目前系统通过就地操作台在泵房实现集控操作。 1.8.2 改造接入设计 通过下位机已有的以太网通讯模块将系统接入矿井工业以太环网，通过OPC协议与下位机通讯，厂家提供PLC控制点表，至现场配合调试。 1.8.3 系统功能 (1)监测、监控功能 综合自动化平台提供井下排水系统监控用标准界面，界面采用模拟画面，动态显示主井排水系统主要电气设备的运行工况，结合子系统控制系统，进行排水系统数据的整合处理、及展示。 (2)实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障点自动闪烁。具有故障记录，支持历史数据查询等功能。 (3)报警功能 系统提供井下排水系统事故报警功能，报警内容应完全等同井下排水系统的报警信息。 1.9 井下强力皮带集控系统接入 1.9.1 现状 杨柳矿井下106强力皮带、北翼一、二部强力皮带单机控制厂家为上海普昱，控制核心采用西门子200 PLC作为控制核心。 1.9.2 改造接入设计 在下位机增加以太网通讯模块将系统接入矿井工业以太环网，通过PC ACCESS协议与下位机通讯，厂家提供PLC控制点表，至现场配合调试。 1.9.3系统功能 (1)提供带式输送机监控用标准界面，界面应采用模拟画面，动态显示带式输送机主要电气设备(主电机、减速机)的运行工况及输送机保护装置的参数，并提供输送机远程控制指令给定窗体。 (2)提供输送机事故报警功能，报警内容应完全等同单机电控系统的报警信息，满足就地无人职守运行。 (3)实现对各胶带输送机启停及紧急闭锁、跑偏、打滑、纵撕、温度、烟雾、电机故障等信号的显示、判断和报警功能。 (4)在调度中心可以实现设备集中控制。在集控状态下，可以实现所有的运输设备开。 1.10架空乘人系统接入 1.10.1现状 井下安装架空乘人装置两部(北翼架空乘人器、106胶带架空乘人器)，控制核心采用西门子200 PLC作为控制核心，系统通过就地操作台进行就地控制，已基本实现无人值守。 1.10.2改造接入设计 通过下位机增加以太网通讯模块将系统接入矿井工业以太环网，通过PC ACCESS协议与下位机通讯，厂家提供PLC控制点表，至现场配合调试。 1.10.3系统功能 系统集成后，系统具有以下功能 , 采集原系统所能提供的主要状态参数(架空乘人装置的开停、掉绳、速 度、沿线急停保护)，并进行实时显示。 , 系统故障时，进行语音报警提示。 , 具备关键设备的开停查询，速度的历史曲线显示查询。 , 能够根据要求查询历史报警、开停记录，并可以生成报表。 , 能够实现就地控制和远程的切换及相互闭锁，对系统的远程控制。 2新主井煤位监测系统建设 2.1.1现状 杨柳矿需要进行监控的新主井煤仓12个，配套给煤机10台 需新建一套煤位监测监控系统，实现对于12个煤仓的煤位监测、10台给煤机的控制并与皮带集控系统联动，实现对于煤仓煤位的自动控制，实时掌握井下原煤仓储量信息、主井底两个煤仓及时煤量平衡。 2.1.2系统规划 在主井2#煤仓设置1台PLC控制主站，主控装置采用德国西门子公司S7-300系列PLC。在主井1#煤仓、104强力皮带、北翼二部强力皮带、106强力皮带处设置6台控制从站，实现煤仓数据采集、给煤机控制，并将其通过工业以太网传送至矿井调度室。 控制系统的7台控制站之间通过TCP/IP协议进行通讯，各控制分站与主站间通过Profibus现场总线进行通讯。同时井下和地面控制主站接入工业以太网，实现和地面调度指挥中心的控制中心工作站的连接通信，实现远程集中控制。 控制及信号采集装置由两部分组成:地面、井下主控站作为控制部分的通信核心，完成各PLC分站监控信息与地面控制中心的信息交互传送;同时，通过外接的显示屏为井下巡检人员提供整个系统的运行工况，必要时可由主控站+就地操作台在现场直接完成对胶带系统的集控。 由PLC主控分站完成对现场设备的监控，并通过PLC网络接口模块接入工业以太环网，通过网络和地面调度指挥中心工作站相连，对皮带运输机及相关设备实现集散控制。控制方案如下图所示。 PLC主控分站的接入可根据实际情况，多点就近接入工业以太网。 2.1.3视频监控系统 在机头、机尾、驱动部、给煤点、转载点、转载机、煤仓口、配电点、除铁器处等地点配备全自动红外摄像仪，通过在机头布置的隔爆型监视器就地显示，并通过光缆传输至地面，在地面集控室集中显示，对煤流及设备运行情况进行实时监视并储存。 2.1.4系统功能 , 对于11个煤仓煤位的监测、8台给煤机的远程控制。 , 实现煤位信息与皮带输送系统联动。 , 通过以太网接口，将煤位信息传输至综合自动化平台。 , 性能参数 雷达物位传感器: 采用雷达测距原理，可用来测量煤仓、水仓等储料仓的料位高度。为矿用本质安全型电气设备，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境。 防爆型式:矿用本质安全型，标志为“Exib?Mb” 供电电压:DC 9,19 V，额定工作电压DC 18 V 工作电流:不大于100 mA 测量范围:2,60 m 发射频率:26 G Hz 3dB发射角: 4? 测量盲区:不大于2 m 输出信号 频率信号输出: 200,1000 Hz RS485接口: 速率9600 bit/s，MODBUS协议 外形尺寸(高×直径):326 ×φ244 (mm) 重量:9 kg