GE智能平台在梅花井矿综合自动化中应用

1 应用背景

神华宁夏煤业集团有限责任公司梅花井矿，是宁东鸳鸯湖矿区规划建设的五对大型煤矿之一，年设计生产能力 1200 万吨，服务年限 77 年。井田南北走向长 11km ，东西倾向宽 6.5km ，面积为 71.5km2 。煤矿井田内含煤地层厚度 299 米，内赋存煤层 22 层，可采煤层 17 层，不可采煤层 5 层，地质储量 25 亿吨，可开采储量 12.3 亿吨，属于低灰、低硫、低磷、高热值的不粘结煤。

2 、项目需求

为了将梅花井矿建成国内一流的安全高效数字化矿井，一期将先后建设 10 个子系统，包括采运监控系统、筛分破碎监控系统、井下主排水监控系统、井下水处理监控系统、通风机监控系统、地面和井下供电监控系统、锅炉房监控系统、副井提升机监控系统、污水处理监控系统、制氮机监控系统。

这些子系统如果不进行综合自动化的集成监控，将会处于相互独立的状态，信息不能互通，形成 " 信息孤岛 " 现象，严重影响了生产力水平的提高，很难从系统工程的角度对矿山进行统一的自动化管理，难以有效的发挥自动化集成的最大效益 [1] 。因此把现有的自动化子系统整合到一个统一的综合自动化软件平台上，从而提高机电设备的利用效率，提高安全生产管理水平，已成为梅花井矿迫在眉睫的首要任务。

3 解决方案

3.1 产品介绍

GE 智能平台在自动化领域有着数十年的历史，一直是先进技术的领导者。 GE 智能平台的解决方案是一个开放的、模块化的、易于升级的、完全的解决方案，可以很容易地与其它厂家的系统集成在一起并最大限度地保护系统已有的投资。而且有着多种灵活、可靠、安全的控制系统，以满足现场的各种需要。

本项目采用 GE 智能平台的 Proficy iFIX Plus SCADA V4.0 作为数据采集软件，采用 Proficy Historian V3.1 作为实时数据库软件，采用 Proficy Portal V2.6 作为数据可视化分析和 WEB 发布软件，采用 Proficy iFIX iClient Developer V4.0 作为工程师站软件，采用 Proficy iFIX iClient Runtime V4.0 作为操作员站软件。 GE Fanuc 的 iFIX 是世界领先的工业自动化软件解决方案，能够提供完善的生产过程可视化、数据采集和数据监控功能。通过 iFIX 可以精确地监视、控制生产过程，并能分析设备故障，提高设备效能，优化生产过程，对突发事件进行应急处理。

3.2 系统结构

GE 智能集成监控平台的核心是安装在梅花井矿的两台 SCADA 数据采集服务器，互为冗余、热备，正常工作时两台服务器同步工作，当其中一台故障时，另一台可自动接替工作，不会丢失生产数据，保证了系统的可靠性。另外，还专门设计了 1 台 Historian 归档服务器对历史数据进行归档和分析处理， 1 台 Portal 服务器用于矿领导在办公室可以通过 WEB 浏览器监视矿井的生产状况。在 2 台工程师站上通过 iClient 开发版软件可以统一对各个自动化子系统进行组态编程，并可兼做网管工作站。每个操作员站上安装一套 iClient 运行版软件，操作员站通过交换设备与 SCADA 数据采集服务器相联，从而实现对 10 个子系统进行远程监控。

3.3 实施方案

梅花井矿的采运系统由主井皮带、给煤机、石门皮带和两个综采工作面运输顺槽皮带组成。主井皮带将煤流通过 201 皮带运至筛分破碎车间，主井皮带机采用变频器控制，石门皮带、综采工作面皮带采用液力偶合器进行控制。在采区变电所设置一号防爆 PLC 控制分站，用于控制石门皮带和给煤机，同时采集两条顺槽皮带的闭锁信息。在主井驱动机房设置二号防爆 PLC 控制分站，用于采集主井皮带沿线保护及主皮带变频器信号，并进行控制。 PLC 控制分站通过 MVI56-MCM 通讯模块与 KTC101 信息分站的 RS485 接口相联，以 MODBUS 方式进行数据传输；通过 SST-PFB-CLX 通讯模块与变频器的 RS485 接口相联，以 PROFIBUS 方式进行数据传输。一号和二号 PLC 控制分站均通过 1756-ENBT 以太网模块与防爆千兆网络交换机的 RJ45 口连接，接入千兆以太环网并以 OPC 方式与 iFIX 的 SCADA 采集服务器进行数据通讯，实现远程监控。其它子系统的实施方案均与采运系统相似。

图 1 采用 iFIX 开发的综合自动化主界面图

4 技术优势

4.1 响应速度快

每一台 Proficy Historian 服务器部能在不牺牲效能上采集 100000 个不同的数据点，要采集新增的点，只要简单的加一台服务器在应用里即可。采集点的时间分辨率为 ms 级，采集速度 Poll Time 为 100ms ，并利用负载平衡来提高系统性能。在数据源支持的地方，采集器也可被组态。在离线时采集的数据，即经由文本采集器的数据可有 1ms 的时间标记分辨率。 Proficy Historian 不但有秒以下的速率，让同时采集数以千计的数据变为可能，而且通过高效率的压缩方式，储存的数据只占据磁盘极小的空间。经由每秒 20000 事件的储存及取回速率， Proficy Historian 在采集及储存信息时均可获取极佳的性能。

4.2 设备效能高

设备效能分析是建立在实时设备信号的基础上，对设备维护和提高设备效能起着重要的作用。 Proficy iFIX 通过采集设备状态、故障信号以及相关生产信息来对设备的故障原因、位置等进行分类分析，并通过历史数据模型对设备起到预估性的维护帮助，同时对生产评估也起到重要的作用。设备效能分析系统的具体功能包括：采集设备状态数据，存储数据到 Historian 数据库，进行长期分析；采集故障信号，建立故障表，根据信号分析归类设备故障原因；对设备故障进行分析，建立设备性能评估；通过 Web 方式发布设备分析报告并进行交互式查询等。

4.3 兼容性能好

由于综合自动化系统是整个梅花井数字化矿山 [2] 建设的一个重要部分，因此， GE 智能 PCS 过程控制平台必须具有较好的兼容性。向下能与各个自动化控制子系统进行连接和数据交换，向上能建设 MES 生产执行平台与 ERP 综合信息管理平台，最终形成数字化矿山的三层框架结构。

5 实施效果

梅花井矿综合自动化系统于 2008 年下半年开始建设，系统运行稳定可靠，达到了监、管、控一体化的目标，成为高起点、高标准、高质量、高产高效现代化矿井的示范工程，并于 2009 年 11 月通过神华宁煤集团的工程竣工验收。目前，梅花井矿已经成为神宁集团原煤生产的三大主力矿井之一，为宁东其他项目建设立项探索出了一条成功经验，被誉为“塞上梅花第一井”。

关于 GE 智能平台

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