工业以太网在选煤厂集控系统中的应用探讨

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【摘要】经济社会的迅速发展和科学技术的提高为国家煤炭行业带来了巨大的发展机遇和挑战，煤炭开采行业呈现出规模化生产。随着工业自动化和信息化的发展，实现对煤炭生产和运输的远程监控成为现代煤炭行业的显著需求，工业以太网的发展和应用减少了网络负荷，传输速度加快，网络冲突减少，有助于更好的实现选煤厂集控。

【关键词】工业以太网；选煤厂；集控系统

煤炭是国家重要的战略资源，是国民经济发展的重要物质储备。目前国家经济迅速发展，对能源使用数量较大，煤炭开采呈现出大规模的发展趋势，在对生产各系统进行管理时存在着众多问题，导致管理人员的工作效率较低，对系统管理的不稳定和延时。以太网作为新型的管理系统，在选煤厂集控系统中的使用，实现了对选煤厂集控操作，减少了系统管理中出现的失误和时间浪费，及时发现设备存在的障碍，有助于提高煤炭的生产率，减少不必要的浪费，提高企业的经济效益和社会效益。以太网在集控系统中的使用实现了煤炭管理的智能化、数字化管理，实现了现代化煤厂管理。

一、国内煤炭信息化现状

煤炭行业是我国的重要产业，很早就得到发展。国家在1984年建立煤炭信息化管理中心，推广煤炭信息化管理技术，各煤炭企业的积极加入很大程度的促进了国内煤炭行业信息化的进程，较为完善的煤炭信息管理系统逐渐确立。

从1995年开始，国有重点煤矿企业大多进行了矿区通信系统的改造，国有重点矿区通信系统向光纤化、数字化方向发展。仅用5年的时间，全网交换容量就从38.2万线，发展到110万线，并拥有10万线的生产调度交换机。网络布局上，具有点多面广的特点，几乎涵盖了所有采煤省（区、市）。53%的矿区与公网实现了全自动联网。网络容量上，现拥有110万线交换机容量和遍布矿区的用户电路，矿区同时还拥有庞大的有线电视网络系统。由于企业管理体系改革的需要，很多单位开发了资金结算系统、固定资产管理系统、医疗保险管理系统、住房基金管理系统等新应用领域，例如阳泉局的医疗统筹基金信息管理系统，为全局七万职工建立了医疗帐户，实现了八个局属医院联网，该系统运行后产生了很大的经济效益，降低医药费用8.7%，节支515万元。煤炭企业信息化建设的一个重要特点是生产安全监测监控与企业MIS综合集成。如神华神东公司、北京矿务局、永夏矿区、兖州南屯煤矿、宁夏灵武局灵新煤矿、徐州夹河煤矿等都把生产监测、皮带监控、工业电视、选煤厂集中控制系统和MIS系统进行集成，可二维、三维动态显示图形和数字信息，达到了较高的应用水平。

随着国家经济的不断改革和企业的不断深入发展，信息化管理系统已经成为煤炭厂区重要的管理系统，是企业实现增加经济效益的一种有效手段，然而国内煤炭行业信息化管理存在很大的问题。国内煤炭行业信息化发展的不平衡，信息化水平的落后等导致煤炭集控管理的很大的问题和漏洞，生产效率低，资源严重浪费等都严重影响了我国煤炭行业的优化发展。由于管理系统的不完善，煤炭生产中安全事故经常发生，导致煤炭开采行业在快速发展中问题也随着增加。

目前国内的煤矿集控管理系统主要有以下几点漏洞：1.网络结构搭建不合理，生产架空、工业电视监控、环境安全、信息管理、火灾检测、瓦斯抽放等系统自成一体，网络结构分散。2.兼容性差，国内的监控系统厂家采用的系统基本为自家专用的通信单位，系统之间的兼容性较差，导致信息传输时存在很大的问题，严重制约了煤矿厂区对系统进一步的扩充和补建。3.时效性低，无优先级支持。各种系统的典型巡检周期在30s左右，对于各系统自成一体，不利于对突发性事故急性联动处理。现有的安全监控系统和综合监控系统没有根据信息的重要性差别提供有效的优先级支持，无法确保重要信息的实时性要求。4.井下环境危险，制约了各系统的使用。国内矿井时间均比较长，各类信息运输使用年限比较长，这种陈旧的传输系统导致接入复杂，在进行系统传输时，系统承受压力较大。矿井发展的需要以及对生产安全的要求，导致在现代矿井生产中涉及子系统逐渐增多，子系统在井下布置时出现重复布置，导致资金投入中的浪费，同时对系统进行维修时难度较大，井下安全生产没有保障。

二、以太网系统结构

1、以太网系统软硬件介绍

组态软件：比较分析，在以太网的结构建造过程中，选用美国先进的组态软件为监控软件，其中该软件具有丰富的图形形象，具有强大的编辑功能，在选煤场中简易操作，适于选煤厂应用。

PLC：该系统在选煤厂的应用中，已被充分验证，其功能性用良好，可有效抗震抗粉尘，在选煤厂恶劣的环境下较为适宜。

工业环网交换机：选用美国的先进品牌，其中有四个电口、两个光口，构成一个完成的光纤工业环网，有效保证信号传输的快速以及安全。

在其他的模块中，同样采用了较为先进的产品，尤其在工业电视方面，选用共缆传输，传输距离较远。一根主缆即可实现18路视频信号的传输，减少了传输过程中的繁多的布线问题，大大节省了人力资源，同时提高了效率。

2、以太网系统结构

以太网络主要由两级网络组成，上层为以太网组合构建的信息监控网，这种网络通过防火墙与外界网络连接，底层是有工业环网组构的控制系统网络。各个监控系统的连接是在以太网的平台上进行，对选煤厂形成完整的监测系统。整个监控系统由模拟量采集系统、PLC系统、上位机系统和工业电视监控系统组成，其中，上位机主要功能是对调度室和远程浏览进行监控。

以太网主要监测方式有集中控制和就地控制两种方式，对每条运输机均可实现就地控制和集中控制。皮带安装电控装置的间距教员，采用数据连接对现场总线进行集控会导致接线的混乱，管理人员对系统进行维护时难度较大。因此，对单挑皮带机的控制系统进行充分的考虑后，构建PLC系统对单机进行有效控制，同时采用工业以太网实现多条皮带之间系统的控制，借助单模光纤极大地简化了系统的接线。集控准确及时，方便管理人员的控制维护。依据主从站方式对以太网进行控制，实现了对系统的集中管理和各个系统的分别控制。主从站的属性可以灵活依据实际情况和需要进行改变，更加有利于满足生产的需要。为了人堆操作系统的良好控制，便利井下操控，电控系统中，在控制主站装置防爆操作台，采用触屏操作方式实现画面的切换，设计人性化按钮。通过这种设计，还可以实现主控制系统与子系统之间的互相访问，主控系统对其他子系统实现了有效地控制。

三、以太网构成与功能

以太网的主要软件部分由触摸屏软件和PLC控制系统软件，及上位机软件和下位机软件。以太网的构建是为了实现主控系统对子系统的集中管理，因此在进行设置时也必须对子系统的IP地址进行配置，建成完善的以太网络。PLC控制系统软件编程前需要通过RslogixsoO软件对PLC进行设置以及通过Rsli nx配置每个控制子系统的lP地址。

1、配置模块

上位机配置及PLC模块的配置，主要操作步骤如下，采用专用的控制软件，Rslogix500和RSlinx，采用Rslogix500建立控制系统工程，依据系统需要选择合适的CPU型号，确定后打开定义框，针对处理器机架内的槽所处位置，指定采用I/O。根据机架的具体需要配置合适电源。找出目录内的“I/O Configuration”项目，双击选项。进行操作前找出PLC各部分模块的实际排列顺序，在弹出窗口右侧的列表框内依照实际顺序进行对应型号的选择，并将两者的位置行对应。也可以采取另外一种有效方式，在窗口中找出”Read IO Config”，单击按钮，处理器对实际I/O配置进行读取，并自动将有效信息及时反馈在I/O组态窗口，从而有效的节省管理时间，提高工作效率。所有步骤完成后，单击“Power Supply”按钮，依据选择的模板配置对机架承载的负重进行检查。对子系统IP地址的配置可以采用RSlinx软件进行配置，最后将模块后面显示的地址输入完成。

2、下位机软件

下位机软件的编制通过Rslogix500体型图软件编程完成，由于选煤厂集控系统中子系统牵涉的机械设备众多，所需要操作程序量比较大，因此，模块化设计是有效的方式。不同的系统的操作方式、工艺流程都不同，因此在进行处理时要对众多的模块进行充分考虑调节，主要程序为：主控系统、就地程序、集控程序、模拟量处理模块、皮带保护模块等。在对PLC程序进行设计时，要对PLC程序进行充分的考虑和设计，最大限度的中间变量，保证PLC程序与触摸屏的数据能够进行有效地互换使用，从而实现数据通讯的管理办法，保证数据的条理性和易懂性，便于管理人员的操作。子系统之间也存在一定的联系，实现对子系统数据的掌握、控制，保证数据联络和通讯，对以太网集控系统而言，不同系统间的数据访问使用主要通过对MSG指令的使用进行，不同子系统之间数据互交有力的实现这一目的。因此，Rslinx软件能够保证管理人员实现对子系统IP地址的合理配置，对不同子系统里配置MSG指令，通过对MSG指令的使用保证不同子系统之间的数据互交，整个操作采用远程控制和操作。以太网对生产现场进行管理监控，同时对现场的信息进行收集处理，并将有效数据传送给信息管理系统，数据网络通过对信息的有效管理实现了选煤厂生产、计划、管理需要的信息的交流和传送，整个系统的运行情况通过厂区内的局域网在计算机服务器上进行显示。

3、上位机软件

为了保证操作人员及时有效地对监控界面进行检测和控制，操作台中均配置有防爆触摸屏。触摸屏和对设备的具体信息进行详细的显示和控制，设备中出现的障碍、所有保护传感器都可以有效的显示。选煤厂的集控系统规模较大，涉及面较多，触摸屏任务繁多，1#子系统、2#子系统....N#子系统和主控画面、皮带机故障、驱动画面等都在触摸屏中显示。触摸屏本身具有功能巨大的D脚本工具进行编程，而人通过对触摸屏的控制可以由操作台上的本安按钮，显示屏画面的翻页、对控制按钮的控制自动化实现。矿井下工作环境较差且危险，触摸屏在这种环境下无法正常的工作，通过这种技术，触摸屏实现了对煤矿井下环境的监控工作。

四、以太网工作优点

以太网在选煤厂集控中主要有以下几点优点：①以太网的应用有助于管理人员对使用设备的故障的及时发现和诊断，工作人员对故障的及时发现能够及时的进行处理，有利于保证施工安全和提高了工作效率。②现代选煤厂呈现出规模化趋势，内部牵涉甚多，涉及面广，传统的管理，工作难度和强度较大，工作人员的工作效率低，同时易出错，通过对以太网的使用有助于在全厂范围内统一实现资源和数据共享，这种平台的建立有助于实现全厂数据的联系和管理。③以太网具有灵活的扩展功能，在使用中能够针对集控需要进行扩展和改进，相较传统的管理办法，无需进行繁琐的程序和整体的改进，改进扩展速度更快，同时所用费用较低。④以太网采用的是统一的编程工具，在对主系统和子系统进行管理时，工作更加简单，操作简单，易学，无需耗费巨大的资金和时间在工作人员专业水平的培训上，有效的减少了成本，提高了工作效率，有着较好的经济效益。⑤以太网实现对整个系统进行集控管理，能够存在的问题进行集中诊断和监控，同时，以太网更加稳定，有着良好的技术容错功能，有效的减少了集控管理系统的障碍和停机频率、时间，生产效率明显提高。⑥以太网有着开放性特点，能够实现与外部的联系，以太网的软件及硬件，能够更好的容纳第三方产品，可以保证集控系统与其他第三方系统的联合使用，这种兼容性显著提高了生产效率，同时在进行联合使用时，对不同厂家的产品进行连接时，接口硬件和通讯工具的费用较低，降低了成本。

以太网在选煤厂的集控管理自动化中有着重要的作用，它的稳定性和性能直接对整个生产自动系统的功能产生着重要的影响。然而在选煤厂对以他网的实际操作和使用中，对以太网的性能并不够重视，在使用中应该对以太网交换机和相关设备进行有效的保护，将之放在重要地位，同时对以太网进行抗环境干扰、电磁干扰等，保证以太网工作中的有效性、时效性和稳定性，从而实现以太网在集控系统使用中的安全运行，保证选煤厂集控系统管理的稳定可靠。

结束语

随着科学技术的不断发展，一系列新兴产品以及技术不断应用到各行各业中，其中，将以太网应用到选煤厂，形成一个系统的网络结构，最大程度优化网络系统升级发展。在原有系统功能的前提下，增加一些适合当前需要的新兴技术，如视频远程功能、数据快速传输功能。以太网具有现代化、数字化、智能化、实用经济、可靠等优点，在选煤厂集控系统的使用中对整个生产过程的不同环节进行整体控制管理，通过对不同子系统之间的协调，和信息之间的处理实现了对厂区整个系统的有效管理，减少工作中所需的人力资源，便利于操作人员可以准确了解市场需求，有效降低事故的发生率，提高选煤产量，是一套完善的性能优秀、经济的管理系统。在厂区管理中能够有效的提高整个厂区管理的水平、有效的降低了生产中由于故障处理、系统升级、人才培训等产生的成本，有效的提高了生产效率。实现了企业管理的现代化、数字化，是企业在发展中能够获得巨大的竞争优势。

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