摘 要：为了满足煤矿综合自动化系统的建设，文章研究了煤矿综合自动化系统的特点，指出应用工业组态软件WinCC开发了相应的控制系统，介绍了控制系统的构成并就其运行监测画面进行了描述，最后概括了该系统实现的功能。
关键词：WinCC；工业以太网络；分布式系统；组态
中国煤炭行业中的许多煤矿自动化程度不高，采用的软硬件落后，有的煤矿的部分控制点还在采用人工操作，在对煤矿安全与监测系统要求不断提高的同时，对煤矿综合自动化控制系统越来越体现出其重要性。文章结合屯兰煤矿的综合自动化控制系统的建设项目，介绍了应用工控组态软件WinCC的设计开发。
1 系统概述
矿井内自动化系统包含：井下电力变电所远程三遥系统、井下中央水泵房三遥系统、井下皮带三遥系统、井下液压支护三遥系统、井上电站四遥系统、井上竖井提升机监测系统、瓦斯抽放泵站监测系统等共计10余个子系统的总体集成。原煤大多处于地下100～250m的深处，开采原煤需要经过开掘巷道、液压支护、采煤机采煤、皮带机运出等步骤。其中还包括供水、供电、供气、排水、排矸、安全防护监测等相关配套系统进行运行。在项目设计初期，考虑到煤矿的安全和稳定可靠性的要求，选定了使用S7-300作为分布系统的主要组成，并且系统能够直接通过工业以太网进行连接。人机界面使用WinCC5.0进行组态，保持了系统的完整性和连贯性，便于对分布系统直接连接，不需要第三方驱动或转换。由于煤矿建设的过程需经过很长时间，在分布式系统中，有一些是早已存在的系统，如电站控制系统、提升机系统、液压支护系统等，在WiCnC软件系统中没有的几个系统或设备的驱动做连接，必须采用其他方式将数据采集和控制。对于井下变电站（所）和瓦斯抽放泵站使用S7-300的PLC进行控制和监测，抽放站只监测不控制，变电站（所）进行全而监测和控制。
2 控制系统构成
整个项目中的硬件配置、系统结构，是各组成部分选择的依据。系统主要包括3部分，人机界面、自动化控制网络和分布控制系统。
（1）人机界面：配置三套WinCC5.0进行画面组态，其中2套用于对现场数据进行采集和通讯服务并且进行冗余服务，1套用于从现场或采集服务器获取数据并进行Web发布服务。选择WinCC5.0主要考虑到其在高数据量的情况下采集数据的稳定性和快捷性以及在开发过程中的灵活性。
（2）网络：由于煤矿的地理条件和生产盘区的位置所限，使用100M星形工业以太网进行子系统的连接和通讯。在调度指挥中心使用华为公司生产的6506交换机，三层交换机，具有网络、电源双冗余的功能，端口多达4
8口。井下由于国家法规的限制（要求下井的设备必须有国家MA标志）当时只有徐州华讯公司有此类交换机，100M工业以太网接口，8个通讯端口。网络拓扑结构图见图1。
（3）分布式控制系统：此系统包括的设备和系统较多，总体分为两类，一类是西门子分站系统，另一类为非西门子分站系统非西门子系统占了很大一部分。分站系统划分如下：南三盘区变电所：S7-300的PLC1套；井下中央变电所：S7-300的PLC1套；瓦斯抽放站：S7-300的PLC1套；井上35KV变电所：长沙华能电站系统；竖井提升机系统：组态王组态软件，三菱PLC；井下液压支护监测系统：天地玛珂公司；井下皮带运输系统：天津贝克公司皮带系统。
3 运行监测画面
（1）井上电力监控系统：对于煤矿井上主变电站远程管理和监测，井上电力监测、监控系统让相关管理部门能够远程、实时地对电站设备进行遥测、遥控、遥信和遥调。实现电站管理的无人化和自动化。保证了煤矿电力供应的安全、可靠运行，见图2。
（2）提升机监控系统：对提升装置的电压、电流、油压、油温提升速度、位置以及罐笼总开停次数等重要运行参数进行监测发生故障及时记录。为调度人员及时维护和设备运行分析提供关键平台，见图3。
（3）矿井皮带监控系统：实际反映矿井的所有运输皮带的运行工况，包括有每条皮带运行状态、故障状态、运行时间、烟雾、堆煤和跑偏报警、各个煤仓的煤位、电机运行电压和电流、电机温度和皮带速度等参数。能够及时根据现场情况开停皮带设备。使调度员能够及时准确的根据井下实际情况作出迅捷而又正确
的安排，使得井下生产得以安全、快速、高效的稳步进行，见图4。
4 综合自动化系统实现的结论
（1）矿井现有和需要新建的自动化系统，包含井下电力变电所远程三遥系统、井下中央水泵房三遥系统等共计10余个子系统进行总体集成的目标，我们先将整体的框架定为工业以太网结构上的系统整体集成。其中的“三遥”是对系统和设备的“遥信”、“遥测”、“遥调”，四遥是对系统的“遥信”、“遥测”、“遥调”和“遥控”功能。主要要求对井下的变电站（所）的开关柜、水泵、井上变电站的开关柜进行远程监测和分合闸控制。其他系统实现远程监测的功能。
（2）经过建设，实现了在矿里任何一台网络计算机上可以全面查询各个分布子系统的数据和工艺流程，并且通过internet在外地可以登录到煤矿综合自动化系统的运行界面。方便了生产的远程决策，提高了企业的信息化水平。
（3）由于煤矿的分布式系统较多而且较杂，而西门子的WinCC系统的驱动没有国内其他厂家的驱动（如CDT规约、液压支架驱动等），因此专门制作了一个OPC接口SERVER程序，用该程序对未知的设备进行连接，WinCC系统由于自带了SERVER和CLIENT程序，可以直接从自制的OPC接口SERVER程序上进行连接。
（4）在系统运行中，WinCC系统中OPC连接便捷、稳定，当时每个系统都达到1000多个变量，而且传输距离最远达到10km,而系统延迟时间却很短，当时对延时监测使用电话拨通最远的变电所，当在调度中心进行操作某开关柜时，听到现场的合闸、分闸声音的同时就可以看到画面的状态发生改变。因此，从实时性来说，100M的传输完全可以达到工业控制现场对此的要求。
详
（转载）
