煤矿工业以太环网系统

煤矿工业以太环网系统（精选六篇）

煤矿工业以太环网系统 篇1

一、系统总体设计框架

概况地讲, 本系统由上位检测层, 通信系统层和前段设备层三部分组成。前段设备层是工业现场设备, 如各类PLC、摄像头、GPS设备;通信系统层是本设计的核心, 包含串口服务器、以太环网交换机、无线通信模块等等;上位检测层包含控制软件、数据库等, 负责前段设备的显示、控制和存储。系统简图如图1所示。

二、系统硬件设计与实现

2.1前端设备

本设计系统的前端设备可以包含各类工业PLC、传感器和监控设备等。随着计算机技术和通信技术的发展, 目前工业自动化现场前端设备丰富多样。由于PLC不断地采用新技术以及增强系统的开放性, 在工业自动化领域中的应用范围不断扩大。PLC将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体, 成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备。目前主流的生产企业大多来自国外, 如施耐德、西门子、欧姆龙和罗克韦尔等;传感器的发展奠定了工业自动化的基础, 特别是在恶劣的工业环境中, 各种有毒气体、温度、湿度、质量等传感器提供了现场环境的详细指标。此外, 现场视频画面、用户GPS位置等现场数据, 在工业现场控制中都是重要的一部分。

2.2智能通信网络

本设计的通信网络以工业级设备为基础, 配合工业级以太环网技术, 将各种非以太网数据转换成以太网数据进行远距离传输, 部分场景下采用无线传输设备将数据进行无线传输, 用于克服地势环境的限制。

1、以太网串口服务器。

虽然PLC功能和应用全面, 但是绝大多数工业设备还不能直接支持以太网协议, 这样工业现场中需要将此类工业协议的数据转换成支持以太网数据, 而以太网串口服务器可以将RS232、RS422、RS485的串口数据转换成以太网数据, 通过普遍的以太网络进行远距离传输。串口服务器可使用三种使用方式:直连IP模式;虚拟串口模式;对等模式。本系统使用虚拟串口模式, 该模式下会在PC上虚拟出一个串口, 串口设备类似直接连接到物理串口设备一样, 串口服务器进行两端设备数据的转换和传输。

2、工业级无线传输设备。

工业场景下村镇环境恶劣、布线困难或者长距离的传输的场景, 因而需要使用到无线传输设备。通信系统中考虑到此类的场景, 基于modbus等总线的设备都可以通过无线通信模块, 达到安全、稳定并远距离的传输, 通过串口服务器即可以接入广泛的以太网。使用该无线模块的网络的有如下优点:节省线缆布线和维护费用;可提供分布式网络的无缝连接;可高达15Mbps的数据吞吐量, 2KM的距离。

3、工业以太环网。

通信网络的核心部分是基于Ring On技术的工业以太环网, 前端设备采集的数据直接或者通过以太网网关接入工业级以太环网, 通过工业级的传输网络将数据传输到远端控制中心。该网络具有如下优点:工业级以太环网, 适合恶劣环境;不间断的冗余环网网络, 恢复时间小于20ms;网络稳定, 性能优良。

2.3控制中心设计

该部分基于现有的服务器端标准设计, 包含存储器、控制设备和显示设备等。自动化工厂的数据通过传输单元接入控制中心, 每种不同的PLC都有相应的上位机模块, 可以将数据直接显示出来或者直接进行存储。

三、系统优势与展望

本通信系统以工业以太环网为基础, 结合无线通信模块, 承载工业现场的前端设备、通信网络和后端控制系统, 组成了一个完整的工厂自动化解决方案。以太网串口服务器的使用简单的完成了快速远距离传输的效果;控制端使用虚拟串口减少了对控制器的要求并使用灵活, 适合多类控制场景;工业PLC类型的多样性间接突出了本系统高度的可移植行。

摘要：工业现场有很多有效的数据需要处理, 如视频数据、音频数据、温湿度数据和工业现场PLC采集的数据等等。传统的工业系统一般是在近端完成对工业现场的控制、数据的采集和存储, 本文介绍了一种基于工业以太环网、无线通讯、虚拟串口等技术的远距离工业自动化通讯系统, 可完成对恶劣的工业现场信息的远程处理, 相比传统系统, 本系统具有更强的稳定性、实时性和便捷性。

煤矿工业以太环网系统 篇2

关键词：矿井综合自动化 ；工业以太环网；工业视频监控系统

中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0045-01

矿井综合自动化是将矿井的各种自动化子系统集成在一起进行综合控制与管理，以实现矿井的优化运行、优化控制、优化管理的目的，从而提高企业核心竞争力，是矿井实现高产高效的有效手段。而達到此项建设目的，矿井工业以太环网、工业视频监控系统的可靠运行是不可或缺的。

1 建设范围

（1）井下主要皮带运输区域、主要变电所安装有网络交换机。（2）在环境相对安全稳定的大巷敷设工业环网所用光缆。（3）在公司调度室建立核心交换机机房。（4）在井下主要运输皮带、上下井口、缆车、地面变电站、风泵房、通风机房、主提升系统安装工业视频监控系统。（5）将工业视频监控画面在公司调度室能够录像、在主要值班地点能够实现画面监控。

2 工业以太环网在矿井中的应用

（1）工业以太环网组成结构。工业以太环网主要分为两部分：井下工业以太环网、井上工业以太环网，每部分主要由西门子网络交换机和光缆组成，井上下工业以太环网通过设立在公司调度室的核心交换机相连形成井上下环网互通并与行政办公网相连，实现三网合一但又各成体系的模式。（2）工业以太环网的作用。矿井综合自动化工业以太环网的建成，实现了控制系统的集中、高速传输。目前我公司主要接入环网的设备有各主要设备的监控摄像仪、各种PLC控制、通讯系统的电话交换机、人员定位系统的串口服务器、电脑等设备，随着自动化的日趋发展，我公司还将逐步将更多的设备接入工业以太环网。（3）工业以太环网的管理。作为矿井综合自动化最基础、最重要的组成，对工业以太环网必须有严密的管理制度及管理方法。首先，工业以太环网交换机应有稳定可靠的电源，并对不间断电源定期测试，对于在停电状态下不能提供2小时以上供电的不间断电源应及时更换电池。其次，对井上下工业以太环网光缆应加强宣传教育，应让每名员工了解光缆的用途及保护方法，在日常工作中避免因对光缆的不了解而发生损坏光缆的现象；同时管理单位应加强对光缆的日常巡视。

3 网络视频监控系统在矿井综合自动化中的应用

在煤矿综合自动化系统中，网络视频监控系统是不可或缺的，它是煤矿综合自动化系统中的一个重要系统。视频监视系统既是一个独立的子系统，又和其他子系统相联系。如果要实现无人值守，基本上每个子系统都要配置视频监视。 作为一种可视化手段，目前视频监控系统在吕家坨矿业分公司的主副井提升系统、主排水系统、主供风系统、皮带运输系统、主供电系统中都得到了广泛使用，大大地提高了调度室对现场环境情况的掌握。所以网络视频监控系统在矿井综合自动化系统中起到了不可或缺的作用，要想实现减人提效的目的就必须有一套完善的网络视频监控系统。

4 结语

煤矿综合自动化系统建成之后，为吕家坨矿业分公司远程监控、皮带运输、生产安全环境监测、生产过程信息综合利用、抢险救灾、紧急预案等提供了一个完整的平台，实现了矿井生产调度的统一管理，对于矿井提高生产产量、减少生产事故、减员提效、提高吕家坨矿业分公司核心竞争力有着重要作用。

参考文献

煤矿工业以太环网系统 篇3

塔山煤矿作为同煤集团的一个现代化的高产高效矿井,现拥有2个综采低位放顶煤工作面。随着矿井的不断开拓与延伸,地质构造情况渐趋复杂,开采条件变差,确保安全高效生产与保证设备的正常运行的难度不断加大,对控制系统数字化、信息化、智能化和集成化的要求越来越高。塔山煤矿安全监测监控系统、产量统计系统、矿压监测系统、胶带机集中控制系统、无线通讯系统及人员定位系统等各子系统分属不同部门管理,缺乏信息共享,相互协调复杂。要实现对各安全生产信息系统的集中统一管控,需要利用现代计算机控制技术、现代网络、通信和图形显示技术,建立一套将煤矿生产的过程控制与企业管理有机结合的多级分布式综合自动化系统[1]。

2 网络设计思路

(1)硬件结构。塔山矿综合监控系统由控制中心管理层、网络通讯层、现场接入子系统层构成。网络通讯层按生产关系和地理位置采用单环网络与星型网络结合的方式,将各子系统的主机作为工业以太环网的一个节点,设置多台环网交换机与控制核心交换机组成光纤环网,其他子系统节点根据其接口方式,采用星型网络通过设置通讯分站或者直接接入骨干网交换机[2],从而把各现场子系统整合于基于TCP/IP的千兆工业以太网中。综合监控系统结构如图1所示。

(2)逻辑结构。由于煤矿生产子系统、子系统设备数量繁多,子系统与子系统之间单独工作,不进行互联通讯,因此完全可以通过VLAN技术将网络划分为多个虚拟的局域网络,通过对塔山煤矿千兆工业以太环网的VLAN进行合理划分,有效地控制网络广播、限制系统与系统之间的访问权限,从而有效提高网络的数据传输效率和网络的安全性。

3 网络设备选型及组网

(1)本设计采用德国赫斯曼公司的工业以太网交换机,其中使用MICE 4128构成的千兆光纤骨干环网是最佳的解决方案。工业网络系统核心交换机选择Hirschmann公司专为满足骨干网络高速高负载传输音频、视频和控制数据的需要而设计的Mach4002 48+4G-L3P型三层交换机,地面节点选择Hirschmann公司的MS4128-L3E型交换机,井下节点选择Hirschmann公司的MICE4100型矿用隔爆兼本安交换机。环网光缆全部采用单模光纤光缆,其中井下采用24芯单模矿用阻燃光缆,地面采用24芯单模矿用光缆。本设计方案采用Hirschman公司的Hivision网络管理软件对整个网络的所有网络设备进行统一的管理。

(2)塔山矿千兆工业以太环网采用环间耦合冗余网络结构,设置2台交换机与矿井调度控制中心核心交换机连接传递数据,形成矿井冗余工业千兆主干环形网。2台核心交换机组成Hiper-Ring环网,现场环网基于双机Coupling冗余耦合技术接入2台工业核心交换机,组成全网一致的整体冗余网络。

(3)塔山矿调度机房设计安装2台1 000 M工业以太环网核心交换机。2台核心交换机互为备份,通过Hiper-Ring环网构成冗余数据汇聚中心。井下设置7台1 000 M工业以太环网节点交换机构成井下主环网。地面设置5台1 000 M工业以太环网节点交换机,采用千兆光口与核心交换机或主环网交换机进行连接。

4 IP地址及VLAN规划

(1)IP地址规划。由于整个自动化系统网络的信息节点较多、业务较多,而这个网络中的数据信息点较少,最合理的IP地址应分配C类IP地址段[3]。每个业务分配一个C类地址段,最大有254个主机地址,足够满足塔山煤矿综合自动化子系统未来不断扩大的网络需求。按照对网络总体规划设计需求,依据简单、易维护原则,本设计按照生产业务环节类型来对IP地址进行划分。

(2)VLAN规划。通过对综合自动化控制网络按端口实施VLAN配置将端口分组,也就是将连接到端口的工作站分组。同组的工作站能够进行通讯,不同组的工作站之间不能够相互通讯。按照目前煤矿现有自动化监控子系统数量,VLAN的命名规则依照表1中方式进行规划。

5 网络系统可靠性、实时性、开放性设计

5.1 可靠性设计

(1)网络拓扑结构选用环网冗余技术。选用赫斯曼工业网络交换机,可靠、稳定;配置2台主备数据采集服务器及2台数据库服务器,冗余可靠。

(2)网络通信线路可靠性设计,保证了整个网络系统传输可靠性。网络控制层使用多芯单模备份光纤,当其中两芯出现问题时,可以使用其他备份光纤传输。整个网络平台当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或网络设备发生故障时,整个网络会实现快速自愈,并保证在500 ms内恢复正常的通讯。

(3)为了保证交换机供电的稳定性,每台交换机均配置在线式UPS电源。地面工业节点交换机机柜UPS电源后备电池可在UPS主机80%负载情况下实现2 h不间断供电。井下节点交换机后备电源依靠防爆箱内部蓄电池,保证后备供电时间在2 h以上。

5.2 实时性设计

(1)采用交换式数据传输方式,没有数据碰撞,数据传输实时性有保证。

(2)网络设备端口延时低,典型值小于32μs,能满足实时性应用的要求。

(3)设置优先级队列,遵循IEEE 802.1 D/p标准,保证了系统的实时性。

(4)支持工业网络必须的时钟同步SNTP(简单网络时钟协议)功能,全网时钟统一,实时性高。

5.3 开放性设计

(1)设计网络以标准的TCP/IP协议建设,网络通信协议、网络接口、软件符合现有相应的国际标准和协议全球通用[4];同时提供开放及扩展的网络接口和数据接口,保证现有的各类产品以及未来出现的新产品能够协同运行,方便数据交换、信息共享。

(2)设计建设的网络平台符合国际公认的网络标准IEC61158,具有完全开放的、具备成熟的第三方连接能力。

(3)可与企业的商业网络兼容,通过简单网络管理协议(SNMP)和远程监控协议(RMON),可与工业标准网络管理工具和其他品牌的交换机兼容。

6 结语

千兆工业以太环网为塔山煤矿的数字化矿山建设提供了安全可靠的数字通讯通道,将全矿各主要生产环节及相关的辅助环节的生产过程数据链接到交换机上,进行实时数据采集、传输、处理、显示,从而对洗煤厂、压风机、水泵、输送皮带、人员定位设备进行集中监控,同时配合工业电视系统进行安全图像监视,确保工作人员及设备的安全。这对于实现煤矿企业的科学化、现代化管理,保障煤矿安全高效生产,提高煤炭行业的科技发展水平,具有重要的意义。

参考文献

[1]吕优.千兆工业以太环网在矿井通风监控系统中的应用[J].技术与市场,2016(1):89.

[2]王赵强.浅述工业以太环网、工业视频监控系统在矿井综合自动化中的应用[J].中国高新技术企业,2013(18):45.

[3]刘业辉.基于光纤工业以太环网的矿井安全监控系统设计及应用[J].国际IT传媒品牌,2014,35(1):123-124.

煤矿工业以太环网系统 篇4

我国很多煤矿所使用的供电系统还都是原始的人工停送电模式,暴露出生产成本和管理模式上的种种不足。随着网络技术在煤炭行业应用的逐渐成熟,建立一套基于网络的矿井供电监控系统已经是煤炭行业发展的大趋势。本文阐述了基于工业以太网的煤矿电力监控系统在义马煤业集团股份有限公司千秋煤矿的具体应用。该系统能够实现对井下及地面各变电所供电系统的远程监控功能,不仅可以降低生产成本,而且提高了工作效率,具有推广应用价值。

1 系统组成

该煤矿电力监控系统[1,2]由地面监控中心、系统软件、计算机、传输接口、通信线路避雷器、传输分站、电力监控装置(智能电力测控模块)、高压开关监控模块、矿用隔爆兼本安型电力计量监控站、各种矿用传感器、矿用隔爆兼本安型不间断电源箱、信号隔离器、变电所显示报警装置、矿用通信电缆、矿用阻燃光缆等硬件组成,通信网络采用工业千兆以太环网结构,下层采用RS485总线结构[3],如图1所示。

(1)地面远程监控系统

地面远程监控系统由监控主机、系统软件、传输接口、以太网接入设备、输出设备组成,根据需要配置大屏幕投影仪,组建局域网。

系统软件由KJ326系统软件[4]、基础数据维护软件和接口软件组成,人机界面友好,操作方便快捷。软件设有不同的操作权限,可有效防止误操作。

传输接口的型号为KJJ326,主要完成监控主机的数据发送和数据接收功能,并进行发送数据的本安处理,具有收发指示功能。

(2)工业以太环网交换机

根据实际情况,千秋煤矿的监控系统[5]采用KTJ326隔爆型以太环网交换机,具有2对上联冗余的1 000 Mbit/s单模光纤接口,可组成千兆冗余环网,出现故障时环网冗余倒换时间小于300 ms;具有8个百兆以太网输入,可配接其它具有以太网接口的设备;同时该交换机内可配1路RS485总线输出、4路视频输入。

(3)传输分站

系统的传输分站可采集智能节点和传感器数据,并进行数据处理分析,与监控主机进行数据交换。系统采用KJF326Z矿用本安型传输分站,其具有以太网接口、RS485总线接口,可灵活接入系统。

(4)监测站

系统采用KJF326C本安型监测站,可采集8路频率量或开关量数据,通过RS485总线接口与传输分站通信。

(5)电力监控装置

电力监控装置[5]是系统的核心采集设备,可采集设备、供电线路的三相电压、电流、有功、无功、功率因数、有功电量、无功电量及刀闸、馈电状态等参数,型号有KBD326、GK-401、GK-701、GK-6001、BGPK-6k等,可应用于不同的场合。对于不是本安输出的设备,需经过信号隔离器接入系统,以保证系统的本安性能。

(6)传输线路

系统采用MGTSV矿用阻燃通信光缆(单模)。

2 系统主要功能

(1)供电系统运行模拟显示,反映全矿和各个供电设备、线路的运行状况和运行参数。

(2)供电系统监控管理。显示供电系统的电气运行参数、曲线,自动判别报警,建立运行参数、曲线、过程、故障报警历史记录,以备查询。

(3)用电计量管理。可实现用电量自动抄录统计、用电量曲线记录、用电量考核计算功能。

(4)远程操作控制。地面监控中心通过监控网络对井上、下变电所设备进行远程控制操作,实现无人值守,集中控制。

3 结语

千秋煤矿应用基于工业以太网的煤矿电力监控系统后,该矿的井下及地面各变电所供电系统实现了远程监控,达到无人值守。实践证明,该系统不仅可以降低生产成本,而且还提高了工作效率,具有推广应用的价值。

参考文献

[1]赵洪刚,孙彦良,刘增宝,等.基于工业以太网的综合自动化系统的建立与应用[J].煤炭技术,2008(11):29-31.

[2]李建德,董晓钧,和得江.基于工业以太网的井下中央变电所自动化系统[J].煤矿安全,2008(11):67-69.

[3]秦国防,常小明.基于CAN总线的煤矿远程电力通信系统的设计[J].工矿自动化,2008(3):76-79.

[4]史丽萍,季峰.煤矿井下变电站自动化子系统信息集成解决方案[J].工矿自动化,2008(2):73-75.

煤矿工业以太环网系统 篇5

随着煤矿现代化程度的不断提高和井下机车运输距离的增加,对矿井机车运输监控系统的实时性、可靠性、安全性和连续性提出了更高的要求[1,2,3]。目前市场上比较成熟、有竞争力的矿井机车运输监控系统多采用总线通信方式,存在抗干扰能力差、通信不稳定、自动化程度较低、容错能力差、机车难以精确定位等问题。随着以太网技术、ARM、无线技术在矿井中的广泛应用,为新型煤矿轨道运输监控系统的开发提供了技术保障[4,5,6,7]。本文介绍一种基于工业以太网的KJ562煤矿轨道运输监控系统的结构及功能特点。

1 系统总体结构

KJ562煤矿轨道运输监控系统基于工业以太网构建,主要由主控计算机、交换机、控制分站、电源箱、接线盒、收讯机、发讯机、转辙机、转辙机控制器、弯道报警器、信号灯和接近传感器等设备组成。主控计算机采用工控机,接入调度中心网络;控制分站安装在巷道井壁上,直接管理传感器和执行设备。控制分站是采用嵌入式技术的智能分站,每台控制分站都配有电源箱,可就近直接接入环网交换机。该系统采用3层结构:第一层为监控计算机;第二层为监控站;第三层为执行设备或传感器。

KJ562煤矿轨道运输监控系统总体架构如图1所示,向上通过网络交换机的数据接口将控制分站接入主传输系统;向下采用现场总线方式采集执行设备或传感器的参数和状态,实现就地集中数据监测和设备控制功能,控制分站对采集到的信息进行处理后,集中上传到监控主机。系统后台以网络方式将数据传输到全矿井综合自动化平台,实现数据共享和网络发布。

1.1 监控中心

监控中心配置2台监控计算机,采用双机热备方式,确保系统安全可靠运行。监控主机正常工作时,主机和备用机之间同步数据,当监控主机工作异常时,备机立即接替主机的全部工作。

1.2 信号灯

信号灯用于轨道运输中进路的指示,具有总线通信功能,可方便灵活地与各种控制设备相连。信号灯基于单片机和二极管设计,采用多色显示、图形符号化的人性化设计理念,更符合用户的使用习惯。

1.3 控制分站

控制分站采用嵌入式技术开发设计,主要由稳压电源、DC/DC隔离、MCU、液晶显示、以太网接口、RS485接口、脉冲采集接口、控制输出接口、红外遥控等部分组成。

控制分站可实现机车运行速度计算、机车运行方向判断、机车运行参数设定、控制命令的接收解析和执行、模块管理、异常情况处理、人机界面等功能。由于功能复杂、逻辑性强,因此,控制分站的程序设计中采用了功能模块化、结构格式化、任务简单化、时间多元化的编程理念,使程序具有维护简单、流程清晰、事件并行处理、响应快速有效等优点。在通信协议的解析上设计了软件看门狗功能,保证了控制分站在复杂和强干扰的环境下也能正常收发命令。为了提高控制分站的可靠性、稳定性,其内部设计有硬件看门狗芯片,并采用软硬件冗余等容错技术;为了提高整机的抗干扰能力,采取了多项电磁兼容保护措施,确保控制分站在恶劣的工作环境下也能安全正常工作。

1.4 转辙机控制器

转辙机控制器采用总线通信方式与控制分站通信。转辙机控制器有3种控制方式:地面远程控制、就地按钮控制、遥控控制。其中地面远程控制方式与就地按钮控制方式之间相互闭锁,当前控制方式为地面远程控制时,就地按钮控制失效,反之亦然。转辙机控制器的标识号和通信波特率通过拨码开关设定。

2 系统主要功能及特点

2.1 主要功能

(1) 信号联锁功能

具备区间闭锁、敌对进路闭锁、敌对信号灯闭锁以及信号灯与转辙机联锁等信号联锁功能,可确保在有机车未按任务路线行驶或闯红灯的情况下系统的安全运行。

(2) 智能调度功能

提供半自动和自动2种调度方式,调度员既可以指定的任务计划自动指挥机车安全运行,又可视机车运行情况随时分区段和进路调度车辆。

(3) 故障诊断功能

实时反映系统内设备和传感器的工作状态,并自动诊断故障、报警、记录故障。

(4) 重演功能

以图形方式再现任意时间段内的机车运输状况,为分析事故原因、改进调度策略提供依据。

(5) 数据接口功能

提供标准化的数据接口,实现系统数据在企业网内的数据共享。

(6) 故障控制功能

当系统发生局部设备故障时,关联信号灯显示故障信号,确保运输安全;系统以编码信号对设备进行控制,能够解决杂散电流引起设备误动作的问题。

2.2 特点

(1) 先进性

KJ562煤矿轨道运输监控系统建立了基于Petri网[8,9]的智能调度模型,有效解决了动态目标跟踪中方向不定性问题、系统运行时自动判定信号联锁关系的问题、任务关联设备失效时系统自适应问题;采用先进的工业以太网技术,各级管理人员在办公室可实时查看井下轨道运输状况。

(2) 可扩展性

井下设备采用分布式结构,能适应不同规模的矿井;系统安装后,能方便地进行扩充改造。

(3) 可靠性

系统设备主要采用工业级芯片,提高了对恶劣环境的适应能力;采用适度的冗余设计,并在控制分站中编制了大量抗干扰、纠错和故障定位程序,使得系统有很强的容错工作能力。

(4) 安全性

系统以编码信号取代电平信号对执行设备进行控制,有效解决了杂散电流和其它干扰引起设备误动作的问题;系统所有的检测和控制设备均具有故障―安全功能,设备发生故障时能自动导向安全。

3 关键问题的解决

机车过轴统计是信号联锁的先决条件,过轴统计的准确程度对系统的可靠性和安全性起着至关重要的作用。系统的抗干扰性和接近传感器的安装位置都会造成漏轴或多轴的统计结果,可从以下2个方面解决该问题:

(1) 提高抗干扰性

当机车过轴时,由于强烈的电磁干扰,会产生多余的过车信号,致使系统无法准确统计过车轴数。通过调整接近传感器采集接口上的输入比较电压,使得输入门限电压范围更宽,有效提高了计轴的准确度;采用记脉宽的方式把脉宽不符合要求的脉冲滤掉,解决了外部强电磁干扰对轴数采集的影响;在输出控制口上,对光耦的控制端加0.1 μF的无极性电容,有效过滤了瞬变脉冲。

(2) 提高接近传感器安装精度

在安装接近传感器的过程中,发现通过火焊烧安装孔的安装方式不能精确地定位接近传感器的安装位置,造成接近传感器难以紧固的问题。针对该问题,采用夹具辅助定位的安装方式,即把接近传感器的安装定位工作交给安装夹具来完成,从而提高了安装精度。

4 结语

KJ562煤矿轨道运输监控系统在川煤集团攀煤公司太平煤矿已得到实际应用,结果表明,该系统性能稳定、操作方便、功能完善、抗干扰能力强,完全达到了设计目标。

参考文献

[1]中国煤炭建设协会.GB50388—2006煤矿井下机车运输信号设计规范[S].北京:中国计划出版社,2006.

[2]国家安全生产监督管理总局.MT/T1113—2011煤矿轨道运输监控系统通用技术条件[S].北京:煤炭工业出版社,2011.

[3]张如清.煤矿轨道运输安全管理的几点建议[J].煤炭企业管理,2005(12):38.

[4]周心刚,曲孟东.煤矿井下机车运输控制系统的应用[J].山东煤炭科技,2011(1):46-47.

[5]张海明.一种新型煤矿“信集闭”系统的研究[D].济南:山东科技大学,2009.

[6]王海波,史有仁.煤矿电力监控系统的研究与应用[J].工矿自动化,2009(7):130-133.

[7]刘广亚,姚善化.基于ARM9和ZigBee的矿井机车运输监控系统的设计[J].矿山机械,2012(1):34-37.

[8]陆阳,郭智奇,韩江洪,等.矿井机车运输监控系统调度联锁过程的Petri网建模[J].煤炭学报,2007(11):98-105.

煤矿工业以太环网系统 篇6

1 系统功能1

电厂主要过程装备的性能参数和状态参数是设备运行工况的重要表征,对其进行实时监测与控制是电厂过程装备监控系统的主要功能。以某电厂为例,其主要设备有5 台水泵、3 台压缩机和3 台鼓风机,系统总体框架如图1 所示。

监控系统拟实现以下主要功能:

a. 对水泵运行参数进行监测,包括水泵转速、轴承温度及轴承振动等。

b. 对压缩机运行参数进行监测,包括排气压力、排气温度、排气量、冷却介质温度、油分离器温度、电机三相绕组温度、电机轴承温度及轴承振动等。

c. 对鼓风机运行参数进行监测,包括定子温度、轴承温度、负压、全压及轴承振动等。

d. 对水泵、压缩机和鼓风机电气回路的电量参数进行监测,包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率及功率因数等。

e. 对水泵、压缩机和鼓风机的运行状态和故障状态进行监测与报警,包括启停状态、故障状态、报警状态及故障次数等; 对电气回路进行远程控制,实现远程启停或分合闸操作。

f. 组态上位人机界面,实现数据显示、模拟运行、数据存储与查询及实时与历史趋势分析等功能。

g. 实现数据共享与信息远传,与上级监控系统或主管部门实现信息联网,成为数字化火电厂监控系统的一部分。

2 系统硬件

由图1 可知,系统包括3 个PLC站,PLC站就地布置在各车间,通过工业以太网与上位机建立通信,实现远程监测与控制。因此,系统硬件设计包括测量传感器选型( 表1) 和PLC设备选型。选型依据3 个原则: 技术指标符合要求,能够满足监控系统的监控要求; 环境适应性强,满足工业现场实际工作条件; 设备应为当前行业内领先的主流产品,质量可靠、性价比高且使用寿命长。

温度测量采用Pt100 铂热电阻温度传感器,测量范围满足现场要求,且安装方便、性价比高,输出电阻信号,能够直接被PLC站的模拟量输入( AI) 模块采集,无需转换或变送。压力传感器选择微差压变送器,测量精度高、可靠性好。振动测量采用振动加速度传感器和振动位移变送器组合方式,振动加速度信号通过振动变送器积分放大后变为振幅信号,进入PLC站的AI模块,即可测量旋转设备轴承的振动幅值。电量参数测量采用EDA9033 系列综合多功能模块,实现各设备电气回路的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率及功率因数等信号的采集与测量。

监控系统以S7-300 PLC为基础,配置相关模块。首先,根据系统监控点数配置相关I/O模块,并考虑10% ~ 20% 的冗余,以备升级和扩展。PLC站与上位机之间采用TCP / IP通信,因此,需要配置CP343 以太网通信模块。另外,压缩机设备自带通信控制器,PLC站可通过CP341 模块与通信管理器实现Modbus通信,并进行数据交换。PLC站对各设备电气回路开关量状态的监测与控制采用继电器输入/输出模块实现。硬件设备合理布置在各PLC站的监控柜中,实现信号的采集、转换及控制输出等功能,控制设备选型结果见表2。

3 系统软件

3. 1 PLC编程软件

分别采用Step7 V5. 4 和Win CC组态软件完成下位机PLC站编程和上位机人机界面的设计。在Step7 编程过程中,首先建立S7-300 PLC站,然后设置模块参数,最后完成Hardware组态。程序编写采用模块化思想,将每个车间的模拟量数据处理和开关量数据处理分别放在不同的功能块( FC) 中,然后存储在不同的共享数据块( DB) 中,供上位组态软件循环调用。如FC1、FC3、FC5 分别处理1#~ 3#PLC站的模拟量信号,FC105、FC106 是处理模拟量输入输出信号的专用功能块,在程序中被循环调用; FC2、FC4、FC6 分别处理1#~ 3#PLC站的开关量信号,DB10、DB11、DB12 分别存储各PLC站处理后的数据。在PLC站与压缩机控制器的Modbus通信中,采用FB8、FB7 功能块用于发送和接收报文,DB21、DB22 数据块用于存储发送和接收的报文数据,并在相应的FC功能块中进行数据转换及计算等处理,处理后的数据存储于对应的DB共享数据块中。系统编程所用的主要功能块如下:

3. 2 上位组态软件

人机界面能够友好直观地反映监控系统内各部分的运行情况,便于管理和维护人员作出有效决策［7］。人机界面采用MCGS组态软件进行二次开发,为便于维护管理和性能扩展,采用模块化设计,将人机界面分为数据处理、界面组态、控制与预警及辅助设计等功能模块,分别实现相应功能,监控系统的软件功能框架如图2 所示。

数据处理首先进行Win CC变量定义,建立外部变量、内部变量和公共变量,并建立外部变量与Step7 程序变量的链接,设置数据工程格式转换。通过VBS脚本编程,完成变量写入、数学运算及历史数据存储等功能。界面组态主要由水泵监控界面、压缩机监控界面、鼓风机监控界面、历史数据和历史曲线界面、报警设置和查询界面构成。控制与预警主要完成各车间设备的远程控制界面组态与控制变量的链接,同时对设备故障信号和部分关键监控参数建立报警处理机制,当发生报警时,记录报警报文信息,按照预案进行报警处置。辅助系统主要功能有: 建立用户管理制度,分配权限,防止误操作; 建立网页发布系统,可通过Web发布监控界面; 建立完善的系统帮助制度,为相关人员使用维护监控系统提供帮助。

3. 3 通信网络

现代化工业控制系统要求其通信网络具有传输速度快、可靠性高和兼容性好的特点,而在现有的通信网络中,工业以太网是应用最为广泛、可靠性最高的通信方式,可使用网关设备来进行远程连接和控制。基于工业以太网的监控系统大都支持如TCP/IP、OPC及OLE等开放式的数据交换协议,同时也支持采用Visual Basic、Java及Visual C ++ 等编程语言进行二次开发［8，9］。

本监控系统采用OPC协议与Web网页发布技术相结合的通信方式,OPC通信对象主要为以太网内其他监控主机和上级管理部门主机,访问对象为相关值班人员,可远程控制; Web网页发布的访问对象为电厂系统的管理层和决策层,便于中、上层管理人员实时了解系统运行状况,不具有控制权限。OPC是国际通用数据交换协议,将系统监控上位机作为OPC Server,将电厂工业以太网中其他需要访问该系统的上位机作为OPC Cli-net,通过DCOM配置和OPC Server. Win CC配置提供数据源,供以太网内其他上位机访问和读写数据,实现监控系统与其他系统之间的数据交换和远程控制。同时,通过Win CC的Web Navigator软件包,将监控系统的人机界面进行网页发布。首先在监控上位主机上安装Web Navigator( Sev-er) 软件包,进行相关设置和组件服务器; 然后进行浏览器组态,将需要Web发布的人机界面组态到浏览器中; 最后,工业以太网内需要进行网页访问的客户机便可通过TCP/IP地址访问服务器网页,首次访问时需要根据要求安装Web Navigator( Clinet) 软件包。

4 结束语