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力控eForceCon在煤矿管控一体化平台中的应用案例
系统概况
新疆库车县夏阔坦矿业开发有限责任公司榆树田煤矿是自治区“十一五”规划矿井,矿井资源储量为14907万吨,可采储量为8792.9万吨,设计生产能力90万吨/年,服务年限69.8年,煤种属特低灰、特低硫、特高发热量的气煤和1/3焦煤。
夏阔坦矿管控一体化平台依靠先进的管理理念,采用多种现代化信息与自动化技术,建立全矿井监测、控制、管理一体化的监测系统。通过环网实现对子系统的数据采集,完成各子自动化系统的组态,使子系统数据达到有效集成,实现综合监测和控制。基于矿井工业自动化系统平台,建设移动终端信息发布平台,实现手机端的发布和访问。
管控一体化平台通过异构数据和基于OPC、ODBC技术的标准接口,将数据不同自动化系统的数据统一到一个统一的实时数据平台中,实现皮带运输、排水系统、供电系统、通风系统等各个子系统的统一集中监控,从而使图像、计算机数据信息无缝整合,以统一的方式进行展现,进行集中的调度管理,有效地提高了矿井生产安全调度水平,实现对夏阔坦矿机电设备和安全监测信息的远程集中监测与控制。系统将实时数据传送到煤矿各级调度中心,供调度中心操作员实时监控,画面也可同时呈现在大屏幕显示系统上。
系统设计目标
煤矿管控一体化平台通过自动化控制技术、计算机通信技术、网络技术等先进的信息管理工具,将煤矿建设成技术先进的本质安全型、“管控一体化”的现代化矿井,使煤矿在同行业里的自动化与信息化水平达到国内先进水平。以满足少用人,低成本,高效率的目标,提高整个煤矿的安全生产水平。
构建矿井安全生产一体化集中管控信息平台

应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术、和煤矿生产工艺技术,实现矿井生产决策、安全生产执行管理和监测控制等信息的有机集成,实现矿井安全生产集中监视、集中控制、集中指挥。

提高安全生产保障能力

支撑自动化、少人化煤矿生产模式。实现在矿调度指挥中心监测井下环境参数,集中控制井上、下机电设备,减少井下作业人数,达到减人增效和提高矿井安全水平的目的。实现现场生产过程的动态实时监控与各种调度指挥手段的紧密结合,强化生产调度指挥的实时性、联动性、准确性。

构建上传下达、信息及时共享的安全生产智能管控平台

提高管理沟通效率,实现业务流程化信息管理,提高精细化控制程度,使管理“透明化”。强化各职能业务管理者、各层级管理者的责任,通过动态的信息跟踪记录,可以追溯相关生产问题的处理过程,明确监督各环节,为精细化管理改进提供依据。

实现管理信息与监控信息的集成共享

构建可视化管理平台,强化各级管理层面向生产运行实时信息的管理决策及时性、科学性。

总之,煤矿管控一体化平台建成后,设备稳定,可靠传输,系统安全,达到监、管、控一体化及减员增效的目的。

系统架构

该系统架构的设计涵盖从底层设备到上层软件应用的所有软硬件。系统采集各类阀门,流量计,压力表,温度计等现场设备的数据,在数采服务器汇总后通过安全网络上传到调度中心进行数据的分析及展示。

煤矿管控一体化平台整体设计分为三层架构,生产设备层、综合监控层、调度管理层。

生产设备层:将目前煤矿的安全监控系统及生产控制系统统一接入现有的煤矿工业环网。对于没有以太网接口的系统,需要将现有控制系统进行升级,将控制系统接入工业环网,将数据用统一的接口传输到中心端,减轻了系统的整体数据采集负荷。

综合监控层:部署数据库软件和SCADA软件,把传输到中心端的数据通过计算和存储为生产安全提供有力的数据支撑,通过实时/历史数据可以对各子系统的安全生产状况进行综合性动态分析,为科学决策提供依据。管控一体化平台的建设,将有助于各级管理人员、技术人员及时准确了解现场设备生产运行所需的各类信息,可通过调度中心的大屏、各个子站的运行客户端、远程用户可通过WEB发布方式进行远程浏览访问现场设备运行数据信息。

调度管理层:主要通过对控制层的信息数据进行分析和整合,实现对煤矿安全、生产及机电设备信息的提升和管理,为运行人员和生产管理者提供控制和决策的依据。展示煤矿企业安全生产的设备运行监测信息,风险管控、隐患排查等的信息记录,降低煤矿事故发生率,及时准确地做好安全生产调度指挥工作,及时准确地处理突发事件,消除安全隐患,保证安全生产。

1. 系统软件平台设计
煤矿管控一体化平台软件选用SCADA组态软件+实时历史数据库+可视化发布系统+移动推送的结构形式。该模式在煤炭行业应用普遍,能够满足矿井综合自动化管控一体的要求,根据矿井自动化涉及的子系统情况和生产管理需要,配置包括数采集服务器(冗余)、工程师站、操作员站、工业级实时历史数据库、WEB服务器。 煤矿管控一体化平台采用分布式结构,控制平台使用C/S模式,信息发布平台使用B/S模式,在B/S模式的平台下可以进行各种信息的查询。 应用系统采用基于矿山现场总线的数据采集技术,支持OPC、TCP、ODBC、FTP、RSTP等数据通讯标准,采用实时数据库技术及组态平台,将各个子系统现场数据采用数据软总线技术传入数据库,经过数据集成形成矿井综合自动化控制平台。在此平台上进行各种具体的综合自动化的监测监控应用。 煤矿管控一体化平台整合地面通风机监控系统、空压机监控系统、煤流运输监控系统、井下中央水泵监控系统、综采工作面监控系统、电力监控系统等安全生产相关子系统的数据,经整合后数据可直接在一体化平台上进行实时显示与报警,以实现对全矿安全生产工况的实时监控与掌握,同时还可将安全生产相关数据存储在实时历史数据库及关系型数据库中,建设全矿统一的安全生产综合数据库,以实现对全矿安全生产历史状况的查询与分析。
2. 主要节点说明
1)数据采集: 数据采集软件负责采集全矿各个子系统的实时生产数据,并把实时数据送入数据库中。实时监测现场设备运行状态、工艺参数,对生产过程中的发出的控制指令,下达到各子系统或控制系统,实现数据的采集、控制、过滤、计算等。
2)实时历史数据库: 历史数据服务器由eForceConV6.0产品历史库构建,主要完成历史数据的存储、管理,并为网络中的其它服务器和工作站提供历史数据服务。系统支持断线缓存,能自动恢复通信中断期间的数据。
3)WEB服务器: 及时、准确的信息门户发布平台。管控一体化平台的安全、生产、设备等实时和历史数据可以及时的通过WEB,以IE浏览器方式,向外发布,矿级决策层可以随时、随地的在任意一台能够登陆到互联网的计算机上,查阅矿上的相关数据,及时作出决策。系统提供方便快捷的集成方式及权限管理,可无缝融合第三方系统,方便企业整体信息化系统集成。
4)操作员工作站: 操作员工作站是调度、操作人员与调度中心计算机监控系统的人机界面(HMI),由eForceConV6.0产品的CS客户端充当,它在调度中心计算机监控系统中作为客户端,用户可随时查看现场生产状况、重要设备的运行参数。可实现曲线、报表的数据分析展示功能以及报警信息、故障信息查看、处理、预警信息应用等。
5)工程师工作站: 工程师工作站是系统工程师的操作平台,由eForceConV6.0产品开发版构建。提供给调度中心管理人员使用,在满足用户权限的情况下,系统能够实现对SCADA软件的组态流程调整、脚本修改,程序下装、点位变更、重要参数设定等。同时也兼具操作站的监视功能。
1、 数据采集

煤矿管控一体化平台将需接入的各子系统信息通过标准的数据交换方式与综合监控中心进行数据存取,并将各子系统的信息进行综合处理。煤矿管控一体化平台负责将实时、历史及综合分析后的信息提供给系统中的用户。要求网络功能满足矿井的需求,具有良好的可靠性,兼容性、扩容性,支持C/S、B/S模式。

 

2、 数据存储

管控一体化平台软件内嵌实时和历史数据库,具备分布式的数据源管理模式。支持按照区域部署的方式多层分级管理数据,可适应大规模系统的数据管理与历史数据归档,具备良好的数据查询、备份、插入、导入、导出、查看机制,方便扩展应用。 分布式实时数据库支持无限分层和扩展,实时数据库根据情况可对生产数据按区域、单元、子单元等层次来管理数据。实时数据库点ID支持路径和超长点名。实时数据库支持基于EXCEL或关系数据库的点表导入和导出,方便工程管理和开发。 分布式实时数据库引擎确保了具有良好的实时性的同时,数据库内置多种功能块,来完成生产数据的输入与输出处理,可实现累计、统计、控制、线性化、小信号切除、PID控制、各种运算等多种功能。 历史数据库提供的数据采集程序完整支持OPC标准中对时间戳、质量戳的定义。允许用户根据现场情况选择使用控制设备或者采集站的时间戳和质量戳。 历史数据库很好的支持OPCHDA1.20标准中定义的数据处理功能集和统计查询功能集,即:完整的数据处理功能集(包括:追加、插入、替换、替换插入、批量删除、按时间戳删除、时间区间查询、按时间戳查询等)。 历史数据存储归档支持数据定时存储、条件存储、变化压缩存储、趋势压缩存储等多种储存技术,历史归档支持独立的历史服务器的设计和部署,历史归档支持数据的逻辑压缩和物理压缩算法。 历史数据库支持操作系统及第三方工具提供的冗余功能,如WindowsCluster,RoseHA等,灵活的构建高可用性的系统。 管控一体化平台软件具备分布式的数据源管理模式。软件的可视化人机交互界面无需编程,直接通过远程数据源的组态方式就能与远程数据库进行信息交互,完成生产监控、查询、曲线分析等各项功能。

 

3、 实时监控

通过yl34511线路中心eForceConV6.0用户能实时、准确地采集各子系统的数据,操控界面友好,全中文图形组态,支持动画技术、多级窗口技术等,数据、曲线实时显示,能进行多画面切换,系统支持32000*32000分辨率的大画面过程数据浏览。 能够实现实时监测生产与安全状况,实现对机电设备运行状况动态监控,对各子系统应能采集的生产工况参数进行分析判断,自动完成过程控制,也可由生产指挥中心控制台实现远程控制操作。在任何一个操作站上,各专业的操作人员有各自的权限,可根据不同权限监视自动化系统设备运行工况,并可根据要求控制现场的设备。 系统所有的数据标签、数据模型以及画面有一个统一的索引,保证数据的易读性和操作的方便性。

 

4、 子系统控制

对矿井中需要远程集控的子系统,例如皮带运输系统、水泵控制系统、主通风系统等子系统,系统提供远程控制功能。系统可显示实时数据和运行设备状态,这些数据和状态每秒更新一次。显示的颜色或图形将随过程状态而变化。生产装置的图片、工艺流程图、设备简图等都可以在终端显示出来,每个画面都包括字母、数字字符和图形符号,通常采用可变化的颜色、图形、闪烁表示过程变量的不同状态,所有过程变量的数值和状态每秒动态刷新。用户在此画面可以对有关过程变量实施操作和调整。功能健和软开关的设置可在画面上任意位置,数量不限,并可以通过鼠标就对任何一个过程进行操作。

 

5、 实时历史趋势曲线分析功能

用户可以通过鼠标点击勾选相应参数(变频器的所有模拟量数据),快速生成趋势曲线,方便用户发现事件的发展规律。可一次生成一条或多条曲线,且曲线坐标轴根据所选参数的实际量程范围动态变化,支持不同设备相同参数的对比分析,支持数据表格呈现方式,自定义时间维度等等。

 

6、 各类生产报表的生成及查询

对于设备的工艺参数较多的情况以及用户需要将设备的参数进行导出用于其他地方时,系统可自动生成生产报表,以及各类自定义的分时报表。报表可按指定的时间段,时间间隔及指定点位进行查询,并可以excel,pdf等各种形式导出或打印。

 

7、 报警及事件管理功能

平台可通过采集变频器故障代码,解析故障代码内容,并通过配置故障代码与解决方案,在发生警告时,系统自动分析报警并实时显示和记录所有报警信息。并且系统可按时间或者时间段统计查询报警个数,并按类别、等级等条件查询。对于需要报警的变量给出报警提示,以颜色闪烁或提示框等方式直观的表现,并有专门的报警窗口可以查看历史报警。 此外煤矿管控一体化平台具备严格的权限管理功能及操作跟踪功能,记录所有用户操作过程,对出现的系统安全问题提供调查的依据和手段。

 

8、 用户管理

对使用系统的有关人员,将使用统一标准的应用系统授权管理,如系统的参数配置、组态、功能模块调阅、发送指令等使用权限进行集中授权管理。能有效防止非法操作,并能对非法操作进行跟踪记录,确保系统运行安全。 对于不同权限的人,进入的拥有的功能界面和子系统菜单不一样,也就是根据不同的权限,按职能部门和岗位职责来划分。例如对于控制层级别,可以拥有对该系统数据的完全控制功能,而对于领导层只是具有浏览和查看分析报表的权限。

 

应用总结

煤矿管控一体化平台整合煤矿现有的地面通风机监控系统、空压机监控系统、煤流运输监控系统、井下中央水泵监控系统、综采工作面监控系统、电力监控系统等矿井安全生产相关子系统的数据,经整合后数据可直接在煤矿管控一体化平台中进行实时显示与报警,以实现对矿井安全生产工况的实时监控与掌握,同时还可将安全生产相关数据存储在实时历史数据库中,建设全矿统一的安全生产综合数据库,以实现对全矿安全生产历史状况的查询与分析。
煤矿管控一体化平台软件具有如下的特点:
数据交换:
分布式的数据集成和集中式的数据共享,同时保证数据安全。
实时运行参数监测:
基于面向对象控制和监控方式,对各子系统采用组态界面展示的形式,实时显示、采集生产工况参数、安全信息、设备信息的高度集成。
系统或设备联动:
实现设备启动、停车或异常时,相关系统及时弹出信息,关联显示当前状态,确保设备运行安全和稳定。
设备异常或启停时,操作人员无需更进一步操作,即可在一个统一界面上观察到该状态操作人员必须观察的运行数据。
预警报警功能:
通过矿用监控数据中心接入各个子系统,然后对已接入的测点进行自动分类监测、处理,由已接入测点的设置和一段时间内的历史数据,根据预警值算法计算得出该测点的预警参考值,并由此参考值对测点的实时值进行处理得到测点的预警状态。在没有达到报警状态前就掌握目标的变化趋势,让各种超限报警消失在萌芽状态。

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