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1、應用背景
寺河礦是國家“九五”期間重點建設項目，礦井位于沁水煤田東南邊緣，工業場地位于沁水縣嘉峰鎮殷莊村。礦區西側緊鄰侯月鐵路，距候月鐵路嘉峰車站1公里，距陽城電廠20余公里，并有鐵路專用線直接相連。
寺河礦于1996年12月30日開工建設，引進國外先進生產設備及工藝，2002年11月8日通過國家驗收正式投產。2006年經山西省煤炭工業局核定礦井生產能力為1080萬噸/年，是晉城煤業集團首個千萬噸級礦井。全礦在冊正式員工3856人（截止到2008年6月底），目前井下有兩個綜采隊，三個連采隊、二個連掘隊、一個預備隊、一個瓦斯抽放隊；輔助生產單位有洗煤廠、井下機電隊、地面運行工區、運安工區等單位；設置有調度室、生產技術室、機電科、通風科、地測科等職能科室。礦井六證齊全，安全裝備和生產條件符合國家相關規定，全礦特殊工種都經過培訓并持證上崗，可以滿足礦井安全生產需要。
礦井設計為斜井盤區開拓方式，綜合機械化開采。采區布置分為東區、西區、北區三個部分，目前只開采東區，同時正在積極做好西區和北區的開采準備工作。寺河礦井田面積約為230平方公里，南北走向長約12公里，東西傾斜寬約23公里，地質儲量為15億噸。全井田可采煤層分為3#、9#、15#共3層煤層，總厚度10.32米。其中，主采煤層3號煤平均厚度為6.31米，可采儲量2.1億噸。煤種為低硫、低—中灰、高發熱量、高機械強度的無煙煤，為優質化工原料和動力用煤。
礦區瓦斯儲量102.63億m3，其中3號主采煤層瓦斯儲量達54.15億m3。噸煤瓦斯含量東井區為9.03立方米，西井區為16.6立方米，礦井絕對瓦斯涌出量為486.6立方米/分鐘，是國內乃至世界罕見的高瓦斯礦井。在治理瓦斯過程中,我們始終堅持“先抽后采、以風定產、監測監控”十二字方針，牢固樹立“成在瓦斯、敗在瓦斯；瓦斯不治，礦無寧日”的瓦斯治理理念，建有先進完善的瓦斯抽放系統、通風系統和監測監控系統。采用瓦斯三級治理模式，通過采用井上下聯合抽采的辦法，構筑了立體網絡式抽放體系，使煤層瓦斯降至到了8m3/噸以下，確保了安全生產。井下抽放出的瓦斯主要用于發電，亞行貸款的12萬千瓦煤層氣發電廠已建成試運發電,是當前亞洲規模最大的煤層氣發電廠。除此之外，抽出來的瓦斯還廣泛用于民用燃氣和CNG(壓縮煤層氣)清潔能源汽車項目和工業用氣，取得了良好的安全效益、經濟效益和環境效益。
寺河礦自建礦伊始，就確立了建設國內領先、國際一流現代化礦井的戰略目標，引進了世界先進技術和裝備：綜采采用長壁工作面一次采全高采煤工藝，采煤機為德國艾柯夫公司SL-500型采煤機；掘進采用連采、連掘工藝，連采機從美國久益公司進口，掘進機采用美國12CM27-10E型連采機及配套設備；輔助運輸全部采用膠輪車運輸；寺河礦選煤廠始建于1996年，2002年 12月投產，設計入洗能力為800萬噸/年，經過2004-2006年的技術改造，入選能力增至1500萬噸/年；選煤采用重介分選工藝，主洗系統主要設備從朗艾道公司引進；裝車采用美國KSS定量裝車系統，裝車能力達到5000噸/小時，主導產品為洗中塊、洗小塊、洗末煤、標末煤，2005年曾獲“全國十佳選煤廠”榮譽稱號。在積極采用世界先進設備的同時，寺河礦實施科技創新戰略，不斷加強與煤炭科研院校的合作力度，在瓦斯治理、掘進工藝、綜采設備等方面積極開展“產、學、研”合作，取得了一大批豐碩的科技成果，投產六年來，先后被授予“全國煤炭工業‘雙十佳’煤礦”、“全國煤炭工業科技創新示范礦”、“全國煤炭工業特級高產高效礦井”等榮譽稱號。
為使晉城煤業集團寺河礦井的信息化建設達到業內先進水平，更好地發揮企業信息化建設作用，提高機械設備的利用效率，提高安全生產和管理水平，開發信息資源的價值，企業需進行綜合信息管理系統的建設，其必要性可以概括如下：
—早期的生產自動化監測監控系統處于相互獨立的狀態，各系統自成體系，信息不能互通，形成“信息孤島”現象。
—通訊線路重復投資建設，費用過高，不僅系統維護量大，且整體可靠性差，維修、維護困難。
早期的各生產自動化子系統無法實現網絡共享，無法統一監測，無法統一調度，嚴重影響了生產力水平的提高。
由于各自動化子系統采集信息不能綜合利用，所以很難從系統工程的角度來整體對企業進行統一的自動化管理，難以有效的整合各種資源和發揮自動化的最大效益。
企業業務管理各子系統沒有統一數據標準、業務規范，不能有效整合底層自動化數據及企業管理數據為領導決策提供合理的依據。
2、客戶需求
礦井綜合信息化目標：通過優化礦井生產相關的資源綜合管理調控能力，建立晉城煤業集團寺河礦井監測、控制、管理一體化的、基于網絡的信息化系統集成，以實現全礦井生產各環節的過程控制自動化、安全生產綜合調度指揮和業務運轉網絡化、行政辦公無紙高效化。
1）應用計算機技術、網絡技術、信息技術、控制技術、智能技術、和煤礦生產工藝技術，實現企業的經營、生產決策、安全生產管理和設備控制等信息的有機集成。
2）應用計算機技術、網絡和自動控制技術實現在礦調度指揮中心監測井下環境參數，集中控制井上、下機電設備，減少井下作業人數，達到減人增效和提高礦井安全水平的目的。
3）通過應用軟件，實現生產計劃、生產安全調度、生產過程控制最優化，并能實現對關鍵設備的狀態監測和故障分析。
4）保證煤礦生產安全，提高產量和質量，提高企業經濟效益和競爭能力。
5）利用先進的技術和合理的方案，使系統具有良好的性價比。
系統建設完成后，應能夠使晉城煤業集團寺河礦井上下各生產環節的生產工況信息和視頻信息在一個統一網絡平臺上運行，在異構條件下進行聯通與共享，能夠使不同功能的應用系統聯系起來，協調有序運行，使各自獨立的監控系統信息實現共享。
系統建設完成后能夠對全礦井安全、生產的主要環節進行實時監測、監視和必要的控制，實現全礦井的數據采集、生產調度、決策指揮的信息化、科學化，為礦井安全生產、有效預防和及時處理各種突發事故和自然災害，提供有效手段，為企業信息化的應用和發展奠定基礎。
3、解決方案
3.1系統概述
集中監測與控制系統在煤礦綜合自動化系統和安全生產管理信息化系統中起著承上啟下的作用。集中控制系統既是煤礦綜合自動化的核心，也是安全生產管理信息化的數據源的重要提供者。在煤礦綜合自動化和安全生產管理信息化工程的網絡拓撲中，集中控制系統貫穿了控制網和管理網兩層網絡。
子系統包括：底層硬件設備、副井提升子系統、井下皮帶監控子系統、通風子系統、電網子系統、安全監測子系統等等。各子系統及其OPC Server、數據采集器、數據服務器及有著緊密的聯系。各子系統負責底層硬件設備數據的采集及執行控制命令，并作為OPC Server。數據采集器從各子系統的OPC Server中采集實時數據并實時的發送至數據服務器中的工業庫中。工業庫負責數據的存儲，并為集中控制系統監控中心（人機界面）提供實時數據�？刂凭W中的數據服務器通過單向防火墻將數據傳送到管理網中的工業庫鏡像服務器中，為其他數據分析軟件提供數據源。WEB服務器可將集中控制系統監控中心以網頁的形式發布，支持多用戶遠程訪問，其數據源來自工業庫鏡像服務器。集中控制系統的結構
3.2系統數據流
自動化系統采用GE Intelligent Platform的Proficy HMI / SCADA – iFIX軟件，以完成采集現場設備數據的任務，并將這些信息通過工業庫進行存取，用以進一步數據處理和報表查詢，通過Portal3.0 WEB軟件可將集中控制系統監控中心以網頁的形式發布，支持多用戶遠程訪問。
系統數據流如下圖所示：
3.3系統硬件設計
集中控制系統可分為自動化子系統、子系統OPC Server、數據采集器、工業庫服務器（控制網）、集控中心、工業庫鏡像服務器（管理網）、WEB服務器、瀏覽器客戶端等幾部分。
· OPC Server中采集實時數據并實時的發送至數據服務器中的工業庫中。工業庫負責數據的存儲，并為生產統計及系統、設備性能分析提供歷史數據。
· 控制網中的數據服務器通過單向防火墻將數據傳送到管理網中的工業庫鏡像服務器中，為其他數據分析軟件提供數據源。
· WEB服務器可將集中控制系統監控中心以網頁的形式發布，支持多用戶遠程訪問，其數據源來自工業庫鏡像服務器。集中控制系統的結構
· 客戶端
采集現場控制器（如：PLC）或網絡中另一臺運行上位機 軟件的計算機中的數據，并將采集到的數據以動態畫面和生產報表的形式顯示在屏幕上。
3.4系統軟件描述
礦井綜合自動化平臺軟件建立在GE Intelligent Platform的Proficy軟件產品的基礎上，這包括HMI監控軟件、工業庫，Portal3.0 WEB發布軟件等
應用于礦井綜合自動化平臺軟件建立的主要軟件產品如下：
· 服務器（SCADA Server）
– 從現場PLC、儀表采集數據
• 用 I/O Driver
– 產生報警，控制
– 存儲現場PLC、儀表實時數據到過程數據庫
· 客戶端 (View Node)
– 從SCADA Server訪問數據
– 以圖形畫顯示實時生產過程
· Portal3.0 WEB軟件
通過Portal3.0 WEB軟件可將集中控制系統監控中心以網頁的形式發布，支持多用戶遠程訪問。
· 工業庫
將現場采集的數據信息通過工業庫進行存取，用以進一步數據處理和報表查詢
3.5系統功能介紹
· 數據采集
負責根據現場生產設備（如上位機、PLC）采集數據，以圖形畫顯示實時生產過程，并將數據保存到數據庫服務器，為分析提供歷史數據。
· 數據存儲
將設備運轉、設備操控、設備的歷史數據以及系統配置信息保存在工業庫服務器，為生產統計及系統、設備性能分析提供歷史數據。
· 實時監測
實時監測井下生產與安全狀況：對井下設備運行狀況動態監測、對井下安全監控系統的瓦斯、一氧化碳等傳感器的數據實時監測、選取工業視頻實時監測、并可以對井下人員位置實時跟蹤監測。及時發現、處理報警信息，自動對超限、斷電等異常情況聲光報警，并提供報警事故處理方法，報警歷史信息可以圖文一體化地查詢、統計、分析。
· 設備動態監測
系統通過獲取井下自動化設備的實時數據，將井下生產狀況以圖文一體化方式可視化地展現在辦公桌面上。調度員及生產調度管理者通過生產調度系統便可足不出戶地實時掌握一線生產狀況。通過設置各種自動化設備的報警參數，系統能夠對各種生產異常狀況自動報警，提醒調度員及時處理生產現場的異常狀況。
如下圖所示，通過和井下自動化系統的接口，利用組態技術把傳輸皮帶的各個重點監測點的數據展示出來，利用組態技術模擬皮帶傳輸的情況，并顯示皮帶的轉速、啟動時間、運轉時間等信息。對煤的生產過程從采煤機－皮帶－煤倉－提升－選煤廠等整個生產流程進行全過程監測。
利用組態技術將井下水泵的數據顯示出來，用動態圖模擬水泵運行情況，表格實時顯示水泵的運行參數。
用模擬圖模擬輸配電系統，用鮮明的顏色表示開關的啟停
· 報表
包含了小時產量報表、日產量報表、詳細報警信息報表、設備開停報表、監測數據報表、匯總報表、工具更換報表等。
例如，報警信息報表將列出故障的開始時間、結束時間等信息。
· 歷史、實時曲線察看
系統可以使查看某測點的實時數據曲線。選擇日期查看某測點歷史數據的曲線，在曲線的值坐標上可以自定義刻度
· 安全管理
系統提供了一套穩定安全管理機制，明確的區分開管理員與操作員并自動將相應的權限賦予不同身份人員。
· 控制聯動
1) 定時啟動、關閉控制；
2) 根據其他子系統信息，直接控制其系統；
3) 有條件限制的自動啟動。
整合以后的自動化平臺模糊了子系統的邊界，形成了一套軟級別的DCS系統，這給平臺的控制聯動帶來了可能，平臺豐富的腳本功能（VBA），是進行控制聯動的核心；原先各個子系統的控制僅限于本系統內；由于各子系統的硬件是由不同的廠家安裝，由不同的設備組成，如果在硬件層面上使各個子系統發生聯動控制就需要各子系統的硬件間有通訊并且還要規定一個主控系統，這個工作是非常困難且不實際的，所以將這個工作轉移動了自動化平臺的軟件系統。通過軟件向各個可控子系統發出控制指令。
· 報警功能
平臺將各子系統的實時數據統一存儲在數據庫中，也就是異構數據的同構化，相對于整個平臺再不是一個個的子系統而是一個大的整合后的獨立平臺，這對數據的管理提供便利的數據源，所有測點的報警門限可靈活設置，報警模塊對所有的實時數據進行監測，當數據達到報警狀態時平臺以三種形式表現，接口列表實時顯示、設備聲光報警、手機報警系統，還可以對相應的報警進行分級管理及報警數據的查詢和報表打印。
· 視頻聯動
當系統出現告警時，視頻監視器將切換到相應的攝像頭，并可控制外接警報器報警和控制現場設備實現報警聯動，還可觸發錄像，將監控現場的情景同步地記錄在案。實現系統間的互聯。能從其他應用系統獲取需要的信息并處理，并將相關的視頻信息和告警信息傳送給其他應用系統。
實施結果
在這個系統中，我們選擇應用了GE Proficy統一的系統平臺，具有開放的系統接口、標準化的系統接口，使我們的客戶：
· 擁有一個高效可靠的生產管理系統
· 擁有一個易于擴展升級的模塊式系統結構
· 擁有一個能夠對生產全過程進行跟蹤和分析的系統
· 擁有一個專為煤礦業設計和集成的具有豐富經驗的系統
北京陽光金力晉城煤業集團寺河礦井改擴建（二期）工程，通過礦井綜合生產自動化系統的成功實施，構成了全礦的綜合自動化監控網絡，形成了集生產、調運、銷售、結算于一體的企業綜合信息管理平臺，為晉城煤業集團寺河礦井建立了一個集監、管、控于一體的綜合型現代化礦井，大大提高了的生產效率、設備管理能力和產品質量，提高企業核心競爭力和同行業競爭能力。
關于GE智能平臺
GE智能平臺是一個提供高新技術的企業，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術服務以及嵌入式計算。我們為用戶提供一個獨特的，靈活的，超可靠的技術基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防御，以及通訊等產業領域獲得持續的優勢。GE智能平臺是一家總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業，是GE企業解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪問： www.ge-ip.com/cn。
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