1 應用背景

神華寧夏煤業集團有限責任公司梅花井礦，是寧東鴛鴦湖礦區規劃建設的五對大型煤礦之一，年設計生產能力1200萬噸，服務年限77年。井田南北走向長11km，東西傾向寬6.5km，面積為71.5km2。煤礦井田內含煤地層厚度299米，內賦存煤層22層，可采煤層17層，不可采煤層5層，地質儲量25億噸，可開采儲量12.3億噸，屬于低灰、低硫、低磷、高熱值的不粘結煤。

2、項目需求

為了將梅花井礦建成國內一流的安全高效數字化礦井，一期將先后建設10個子系統，包括采運監控系統、篩分破碎監控系統、井下主排水監控系統、井下水處理監控系統、通風機監控系統、地面和井下供電監控系統、鍋爐房監控系統、副井提升機監控系統、污水處理監控系統、制氮機監控系統。

這些子系統如果不進行綜合自動化的集成監控，將會處于相互獨立的狀態，信息不能互通，形成"信息孤島"現象，嚴重影響了生產力水平的提高，很難從系統工程的角度對礦山進行統一的自動化管理，難以有效的發揮自動化集成的最大效益[1]。因此把現有的自動化子系統整合到一個統一的綜合自動化軟件平臺上，從而提高機電設備的利用效率，提高安全生產管理水平，已成為梅花井礦迫在眉睫的首要任務。

3 解決方案

3.1 產品介紹

GE智能平臺在自動化領域有著數十年的歷史，一直是先進技術的領導者。GE智能平臺的解決方案是一個開放的、模塊化的、易于升級的、完全的解決方案，可以很容易地與其它廠家的系統集成在一起并最大限度地保護系統已有的投資。而且有著多種靈活、可靠、安全的控制系統，以滿足現場的各種需要。

本項目采用GE 智能平臺的Proficy iFIX Plus SCADA V4.0作為數據采集軟件，采用Proficy Historian V3.1作為實時數據庫軟件，采用Proficy Portal V2.6 作為數據可視化分析和WEB發布軟件，采用Proficy iFIX iClient Developer V4.0作為工程師站軟件，采用Proficy iFIX iClient Runtime V4.0作為操作員站軟件。GE Fanuc 的iFIX是世界領先的工業自動化軟件解決方案，能夠提供完善的生產過程可視化、數據采集和數據監控功能。通過iFIX可以精確地監視、控制生產過程，并能分析設備故障，提高設備效能，優化生產過程，對突發事件進行應急處理。

3.2系統結構

GE智能集成監控平臺的核心是安裝在梅花井礦的兩臺SCADA數據采集服務器，互為冗余、熱備，正常工作時兩臺服務器同步工作，當其中一臺故障時，另一臺可自動接替工作，不會丟失生產數據，保證了系統的可靠性。另外，還專門設計了1臺Historian歸檔服務器對歷史數據進行歸檔和分析處理，1臺Portal服務器用于礦領導在辦公室可以通過WEB瀏覽器監視礦井的生產狀況。在2臺工程師站上通過iClient開發版軟件可以統一對各個自動化子系統進行組態編程，并可兼做網管工作站。每個操作員站上安裝一套iClient運行版軟件，操作員站通過交換設備與SCADA數據采集服務器相聯，從而實現對10個子系統進行遠程監控。

3.3 實施方案

梅花井礦的采運系統由主井皮帶、給煤機、石門皮帶和兩個綜采工作面運輸順槽皮帶組成。主井皮帶將煤流通過201皮帶運至篩分破碎車間，主井皮帶機采用變頻器控制，石門皮帶、綜采工作面皮帶采用液力偶合器進行控制。在采區變電所設置一號防爆PLC控制分站，用于控制石門皮帶和給煤機，同時采集兩條順槽皮帶的閉鎖信息。在主井驅動機房設置二號防爆PLC控制分站，用于采集主井皮帶沿線保護及主皮帶變頻器信號，并進行控制。PLC控制分站通過MVI56-MCM通訊模塊與KTC101信息分站的RS485接口相聯，以MODBUS方式進行數據傳輸；通過SST-PFB-CLX通訊模塊與變頻器的RS485接口相聯，以PROFIBUS方式進行數據傳輸。一號和二號PLC控制分站均通過1756-ENBT以太網模塊與防爆千兆網絡交換機的RJ45口連接，接入千兆以太環網并以OPC方式與iFIX 的 SCADA采集服務器進行數據通訊，實現遠程監控。其它子系統的實施方案均與采運系統相似。

圖1 采用iFIX開發的綜合自動化主界面圖

4 技術優勢

4.1響應速度快

每一臺Proficy Historian服務器部能在不犧牲效能上采集100000個不同的數據點，要采集新增的點，只要簡單的加一臺服務器在應用里即可。采集點的時間分辨率為ms級，采集速度Poll Time 為100ms，并利用負載平衡來提高系統性能。在數據源支持的地方，采集器也可被組態。在離線時采集的數據，即經由文本采集器的數據可有1ms的時間標記分辨率。Proficy Historian不但有秒以下的速率，讓同時采集數以千計的數據變為可能，而且通過高效率的壓縮方式，儲存的數據只占據磁盤極小的空間。經由每秒20000事件的儲存及取回速率，Proficy Historian在采集及儲存信息時均可獲取極佳的性能。

4.2 設備效能高

設備效能分析是建立在實時設備信號的基礎上，對設備維護和提高設備效能起著重要的作用。Proficy iFIX通過采集設備狀態、故障信號以及相關生產信息來對設備的故障原因、位置等進行分類分析，并通過歷史數據模型對設備起到預估性的維護幫助，同時對生產評估也起到重要的作用。設備效能分析系統的具體功能包括：采集設備狀態數據，存儲數據到 Historian數據庫，進行長期分析；采集故障信號，建立故障表，根據信號分析歸類設備故障原因；對設備故障進行分析，建立設備性能評估；通過 Web方式發布設備分析報告并進行交互式查詢等。

4.3 兼容性能好

由于綜合自動化系統是整個梅花井數字化礦山[2]建設的一個重要部分，因此，GE智能PCS過程控制平臺必須具有較好的兼容性。向下能與各個自動化控制子系統進行連接和數據交換，向上能建設MES生產執行平臺與ERP綜合信息管理平臺，最終形成數字化礦山的三層框架結構。

5 實施效果

梅花井礦綜合自動化系統于2008年下半年開始建設，系統運行穩定可靠，達到了監、管、控一體化的目標，成為高起點、高標準、高質量、高產高效現代化礦井的示范工程，并于2009年11月通過神華寧煤集團的工程竣工驗收。目前，梅花井礦已經成為神寧集團原煤生產的三大主力礦井之一，為寧東其他項目建設立項探索出了一條成功經驗，被譽為“塞上梅花第一井”。

關于GE智能平臺

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