1、應用背景
寺河礦是國家“九五”期間重點建設(shè)項目，礦井位于沁水煤田東南邊緣，工業(yè)場地位于沁水縣嘉峰鎮(zhèn)殷莊村。礦區(qū)西側(cè)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，并有鐵路線直接相連。
寺河礦于1996年12月30日開工建設(shè)，引進*進生產(chǎn)設(shè)備及工藝，2002年11月8日通過國家驗收正式投產(chǎn)。2006年經(jīng)山西省煤炭*核定礦井生產(chǎn)能力為1080萬噸/年，是晉城煤業(yè)集團*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(chǎn)單位有洗煤廠、井下機電隊、地面運行工區(qū)、運安工區(qū)等單位；設(shè)置有調(diào)度室、生產(chǎn)技術(shù)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(chǎn)條件符合國家相關(guān)規(guī)定，全礦特殊工種都經(jīng)過培訓并持證上崗，可以滿足礦井安全生產(chǎn)需要。
礦井設(shè)計為斜井盤區(qū)開拓方式，綜合機械化開采。采區(qū)布置分為東區(qū)、西區(qū)、北區(qū)三個部分，目前只開采東區(qū)，同時正在積極做好西區(qū)和北區(qū)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(zhì)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(fā)熱量、高機械強度的無煙煤，為化工原料和動力用煤。
礦區(qū)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(qū)為9.03立方米，西井區(qū)為16.6立方米，礦井瓦斯涌出量為486.6立方米/分鐘，是國內(nèi)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(chǎn)、監(jiān)測監(jiān)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*完善的瓦斯抽放系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。采用瓦斯三級治理模式，通過采用井上下聯(lián)合抽采的辦法，構(gòu)筑了立體網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)。井下抽放出的瓦斯主要用于發(fā)電，亞行貸款的12萬千瓦煤層氣發(fā)電廠已建成試運發(fā)電,是當前亞洲規(guī)模zui大的煤層氣發(fā)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(yè)用氣，取得了良好的安全效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
寺河礦自建礦伊始，就確立了建設(shè)國內(nèi)、*現(xiàn)代化礦井的戰(zhàn)略目標，引進了*技術(shù)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(shè)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(chǎn)，設(shè)計入洗能力為800萬噸/年，經(jīng)過2004-2006年的技術(shù)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(tǒng)主要設(shè)備從朗艾道公司引進；裝車采用美國KSS定量裝車系統(tǒng)，裝車能力達到5000噸/小時，主導產(chǎn)品為洗中塊、洗小塊、洗末煤、標末煤，2005年曾獲“全國選煤廠”榮譽稱號。在積極采用*設(shè)備的同時，寺河礦實施科技創(chuàng)新戰(zhàn)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(shè)備等方面積極開展“產(chǎn)、學、研”合作，取得了一大批豐碩的科技成果，投產(chǎn)六年來，先后被授予“全國煤炭工業(yè)‘雙’煤礦”、“全國煤炭工業(yè)科技創(chuàng)新示范礦”、“全國煤炭工業(yè)特級高產(chǎn)礦井”等榮譽稱號。
為使晉城煤業(yè)集團寺河礦井的信息化建設(shè)達到業(yè)內(nèi)*水平，更好地發(fā)揮企業(yè)信息化建設(shè)作用，提高機械設(shè)備的利用效率，提高安全生產(chǎn)和管理水平，開發(fā)信息資源的價值，企業(yè)需進行綜合信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，其必要性可以概括如下：
—早期的生產(chǎn)自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)處于相互獨立的狀態(tài)，各系統(tǒng)自成體系，信息不能互通，形成“信息孤島”現(xiàn)象。
—通訊線路重復投資建設(shè)，費用過高，不僅系統(tǒng)維護量大，且整體可靠性差，維修、維護困難。
早期的各生產(chǎn)自動化子系統(tǒng)無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，無法統(tǒng)一監(jiān)測，無法統(tǒng)一調(diào)度，嚴重影響了生產(chǎn)力水平的提高。
由于各自動化子系統(tǒng)采集信息不能綜合利用，所以很難從系統(tǒng)工程的角度來整體對企業(yè)進行統(tǒng)一的自動化管理，難以有效的整合各種資源和發(fā)揮自動化的zui大效益。
企業(yè)業(yè)務管理各子系統(tǒng)沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、業(yè)務規(guī)范，不能有效整合底層自動化數(shù)據(jù)及企業(yè)管理數(shù)據(jù)為*決策提供合理的依據(jù)。
2、客戶需求
礦井綜合信息化目標：通過優(yōu)化礦井生產(chǎn)相關(guān)的資源綜合管理調(diào)控能力，建立晉城煤業(yè)集團寺河礦井監(jiān)測、控制、管理一體化的、基于網(wǎng)絡(luò)的信息化系統(tǒng)集成，以實現(xiàn)全礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的過程控制自動化、安全生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮和業(yè)務運轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化、行政辦公無紙化。
1）應用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、智能技術(shù)、和煤礦生產(chǎn)工藝技術(shù)，實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)決策、安全生產(chǎn)管理和設(shè)備控制等信息的有機集成。
2）應用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和自動控制技術(shù)實現(xiàn)在礦調(diào)度指揮中心監(jiān)測井下環(huán)境參數(shù)，集中控制井上、下機電設(shè)備，減少井下作業(yè)人數(shù)，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(xiàn)生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)安全調(diào)度、生產(chǎn)過程控制*化，并能實現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障分析。
4）保證煤礦生產(chǎn)安全，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，提高企業(yè)經(jīng)濟效益和競爭能力。
5）利用*的技術(shù)和合理的方案，使系統(tǒng)具有良好的性價比。
系統(tǒng)建設(shè)完成后，應能夠使晉城煤業(yè)集團寺河礦井上下各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工況信息和視頻信息在一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺上運行，在異構(gòu)條件下進行聯(lián)通與共享，能夠使不同功能的應用系統(tǒng)起來，協(xié)調(diào)有序運行，使各自獨立的監(jiān)控系統(tǒng)信息實現(xiàn)共享。
系統(tǒng)建設(shè)完成后能夠?qū)θV井安全、生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測、監(jiān)視和必要的控制，實現(xiàn)全礦井的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化、科學化，為礦井安全生產(chǎn)、有效預防和及時處理各種突發(fā)事故和自然災害，提供有效手段，為企業(yè)信息化的應用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
3、解決方案
3.1系統(tǒng)概述
集中監(jiān)測與控制系統(tǒng)在煤礦綜合自動化系統(tǒng)和安全生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。集中控制系統(tǒng)既是煤礦綜合自動化的核心，也是安全生產(chǎn)管理信息化的數(shù)據(jù)源的重要提供者。在煤礦綜合自動化和安全生產(chǎn)管理信息化工程的網(wǎng)絡(luò)拓撲中，集中控制系統(tǒng)貫穿了控制網(wǎng)和管理網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)。
子系統(tǒng)包括：底層硬件設(shè)備、副井提升子系統(tǒng)、井下皮帶監(jiān)控子系統(tǒng)、通風子系統(tǒng)、電網(wǎng)子系統(tǒng)、安全監(jiān)測子系統(tǒng)等等。各子系統(tǒng)及其OPC Server、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)服務器及有著緊密的。各子系統(tǒng)負責底層硬件設(shè)備數(shù)據(jù)的采集及執(zhí)行控制命令，并作為OPC Server。數(shù)據(jù)采集器從各子系統(tǒng)的OPC Server中采集實時數(shù)據(jù)并實時的發(fā)送至數(shù)據(jù)服務器中的工業(yè)庫中。工業(yè)庫負責數(shù)據(jù)的存儲，并為集中控制系統(tǒng)監(jiān)控中心（人機界面）提供實時數(shù)據(jù)。控制網(wǎng)中的數(shù)據(jù)服務器通過單向防火墻將數(shù)據(jù)傳送到管理網(wǎng)中的工業(yè)庫鏡像服務器中，為其他數(shù)據(jù)分析軟件提供數(shù)據(jù)源。WEB服務器可將集中控制系統(tǒng)監(jiān)控中心以網(wǎng)頁的形式發(fā)布，支持多用戶遠程訪問，其數(shù)據(jù)源來自工業(yè)庫鏡像服務器。集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)流
自動化系統(tǒng)采用GE Inligent Platform的Proficy HMI / SCADA – iFIX軟件，以完成采集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的任務，并將這些信息通過工業(yè)庫進行存取，用以進一步數(shù)據(jù)處理和報表查詢，通過Portal3.0 WEB軟件可將集中控制系統(tǒng)監(jiān)控中心以網(wǎng)頁的形式發(fā)布，支持多用戶遠程訪問。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)流如下圖所示：
圖1.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖
3.3系統(tǒng)硬件設(shè)計
集中控制系統(tǒng)可分為自動化子系統(tǒng)、子系統(tǒng)OPC Server、數(shù)據(jù)采集器、工業(yè)庫服務器（控制網(wǎng)）、集控中心、工業(yè)庫鏡像服務器（管理網(wǎng)）、WEB服務器、瀏覽器客戶端等幾部分。
· OPC Server中采集實時數(shù)據(jù)并實時的發(fā)送至數(shù)據(jù)服務器中的工業(yè)庫中。工業(yè)庫負責數(shù)據(jù)的存儲，并為生產(chǎn)統(tǒng)計及系統(tǒng)、設(shè)備性能分析提供歷史數(shù)據(jù)。
· 控制網(wǎng)中的數(shù)據(jù)服務器通過單向防火墻將數(shù)據(jù)傳送到管理網(wǎng)中的工業(yè)庫鏡像服務器中，為其他數(shù)據(jù)分析軟件提供數(shù)據(jù)源。
· WEB服務器可將集中控制系統(tǒng)監(jiān)控中心以網(wǎng)頁的形式發(fā)布，支持多用戶遠程訪問，其數(shù)據(jù)源來自工業(yè)庫鏡像服務器。集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
· 客戶端
采集現(xiàn)場控制器（如：PLC）或網(wǎng)絡(luò)中另一臺運行上位機 軟件的計算機中的數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)以動態(tài)畫面和生產(chǎn)報表的形式顯示在屏幕上。
3.4系統(tǒng)軟件描述
礦井綜合自動化平臺軟件建立在GE Inligent Platform的Proficy軟件產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，這包括HMI監(jiān)控軟件、工業(yè)庫，Portal3.0 WEB發(fā)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(chǎn)品如下：
· 服務器（SCADA Server）
– 從現(xiàn)場PLC、儀表采集數(shù)據(jù)
• 用 I/O Driver
– 產(chǎn)生報警，控制
– 存儲現(xiàn)場PLC、儀表實時數(shù)據(jù)到過程數(shù)據(jù)庫
· 客戶端 （View Node）
– 從SCADA Server訪問數(shù)據(jù)
– 以圖形畫顯示實時生產(chǎn)過程
· Portal3.0 WEB軟件
通過Portal3.0 WEB軟件可將集中控制系統(tǒng)監(jiān)控中心以網(wǎng)頁的形式發(fā)布，支持多用戶遠程訪問。
· 工業(yè)庫
將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)信息通過工業(yè)庫進行存取，用以進一步數(shù)據(jù)處理和報表查詢
3.5系統(tǒng)功能介紹
· 數(shù)據(jù)采集
負責根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備（如上位機、PLC）采集數(shù)據(jù)，以圖形畫顯示實時生產(chǎn)過程，并將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫服務器，為分析提供歷史數(shù)據(jù)。
· 數(shù)據(jù)存儲
將設(shè)備運轉(zhuǎn)、設(shè)備操控、設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)配置信息保存在工業(yè)庫服務器，為生產(chǎn)統(tǒng)計及系統(tǒng)、設(shè)備性能分析提供歷史數(shù)據(jù)。
· 實時監(jiān)測
實時監(jiān)測井下生產(chǎn)與安全狀況：對井下設(shè)備運行狀況動態(tài)監(jiān)測、對井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的瓦斯、一氧化碳等傳感器的數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、選取工業(yè)視頻實時監(jiān)測、并可以對井下人員位置實時跟蹤監(jiān)測。及時發(fā)現(xiàn)、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(tǒng)計、分析。
· 設(shè)備動態(tài)監(jiān)測
系統(tǒng)通過獲取井下自動化設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，將井下生產(chǎn)狀況以圖文一體化方式可視化地展現(xiàn)在辦公桌面上。調(diào)度員及生產(chǎn)調(diào)度管理者通過生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)便可足不出戶地實時掌握一線生產(chǎn)狀況。通過設(shè)置各種自動化設(shè)備的報警參數(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N生產(chǎn)異常狀況自動報警，提醒調(diào)度員及時處理生產(chǎn)現(xiàn)場的異常狀況。
如下圖所示，通過和井下自動化系統(tǒng)的接口，利用組態(tài)技術(shù)把傳輸皮帶的各個重點監(jiān)測點的數(shù)據(jù)展示出來，利用組態(tài)技術(shù)模擬皮帶傳輸?shù)那闆r，并顯示皮帶的轉(zhuǎn)速、啟動時間、運轉(zhuǎn)時間等信息。對煤的生產(chǎn)過程從采煤機－皮帶－煤倉－提升－選煤廠等整個生產(chǎn)流程進行全過程監(jiān)測。
利用組態(tài)技術(shù)將井下水泵的數(shù)據(jù)顯示出來，用動態(tài)圖模擬水泵運行情況，表格實時顯示水泵的運行參數(shù)。
用模擬圖模擬輸配電系統(tǒng)，用鮮明的顏色表示開關(guān)的啟停
· 報表
包含了小時產(chǎn)量報表、日產(chǎn)量報表、詳細報警信息報表、設(shè)備開停報表、監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jié)束時間等信息。
· 歷史、實時曲線察看
系統(tǒng)可以使查看某測點的實時數(shù)據(jù)曲線。選擇日期查看某測點歷史數(shù)據(jù)的曲線，在曲線的值坐標上可以自定義刻度
· 安全管理
系統(tǒng)提供了一套穩(wěn)定安全管理機制，明確的區(qū)分開管理員與操作員并自動將相應的權(quán)限賦予不同身份人員。
· 控制聯(lián)動
1） 定時啟動、關(guān)閉控制；
2） 根據(jù)其他子系統(tǒng)信息，直接控制其系統(tǒng)；
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(tǒng)的邊界，形成了一套軟級別的DCS系統(tǒng)，這給平臺的控制聯(lián)動帶來了可能，平臺豐富的腳本功能（VBA），是進行控制聯(lián)動的核心；原先各個子系統(tǒng)的控制于本系統(tǒng)內(nèi)；由于各子系統(tǒng)的硬件是由不同的廠家安裝，由不同的設(shè)備組成，如果在硬件層面上使各個子系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)動控制就需要各子系統(tǒng)的硬件間有通訊并且還要規(guī)定一個主控系統(tǒng)，這個工作是非常困難且不實際的，所以將這個工作轉(zhuǎn)移動了自動化平臺的軟件系統(tǒng)。通過軟件向各個可控子系統(tǒng)發(fā)出控制指令。
· 報警功能
平臺將各子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在數(shù)據(jù)庫中，也就是異構(gòu)數(shù)據(jù)的同構(gòu)化，相對于整個平臺再不是一個個的子系統(tǒng)而是一個大的整合后的獨立平臺，這對數(shù)據(jù)的管理提供便利的數(shù)據(jù)源，所有測點的報警門限可靈活設(shè)置，報警模塊對所有的實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，當數(shù)據(jù)達到報警狀態(tài)時平臺以三種形式表現(xiàn)，接口列表實時顯示、設(shè)備聲光報警、手機報警系統(tǒng)，還可以對相應的報警進行分級管理及報警數(shù)據(jù)的查詢和報表打印。
· 視頻聯(lián)動
當系統(tǒng)出現(xiàn)告警時，視頻監(jiān)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(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)報警聯(lián)動，還可觸發(fā)錄像，將監(jiān)控現(xiàn)場的情景同步地記錄在案。實現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)。能從其他應用系統(tǒng)獲取需要的信息并處理，并將相關(guān)的視頻信息和告警信息傳送給其他應用系統(tǒng)。
實施結(jié)果
在這個系統(tǒng)中，我們選擇應用了GE Proficy統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺，具有開放的系統(tǒng)接口、標準化的系統(tǒng)接口，使我們的客戶：
· 擁有一個可靠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)
· 擁有一個易于擴展升級的模塊式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
· 擁有一個能夠?qū)ιa(chǎn)全過程進行跟蹤和分析的系統(tǒng)
· 擁有一個專為煤礦業(yè)設(shè)計和集成的具有豐富經(jīng)驗的系統(tǒng)
北京陽光金力晉城煤業(yè)集團寺河礦井改擴建（二期）工程，通過礦井綜合生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的成功實施，構(gòu)成了全礦的綜合自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，形成了集生產(chǎn)、調(diào)運、銷售、結(jié)算于一體的企業(yè)綜合信息管理平臺，為晉城煤業(yè)集團寺河礦井建立了一個集監(jiān)、管、控于一體的綜合型現(xiàn)代化礦井，大大提高了的生產(chǎn)效率、設(shè)備管理能力和產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)核心競爭力和同行業(yè)競爭能力。
