和利時以SCADA和PLC/RTU深耕煤礦綜合監控系統

北京和利時自動化驅動技術有限公司 龔濤

1 和利時SCADA和PLC/RTU簡介

和利時自主研發的LK/LE/LM大中小型系列PLC，均已通過CE和UL認證，廣泛應用于地鐵、礦井、油田、風電、冶金、市政、環保、機器裝備等行業。其中LK大型PLC獲得國家四部委聯合頒發的“國家重點新產品”證書，公司正牽頭承擔國家高技術研究發展計劃（863計劃）課題 “大規模PLC關鍵技術研究與產品開發及應用”。針對一些行業對溫濕度、振動、防爆、供電特性，以及存儲、顯示、控制、算法、通訊功能方面的特殊要求，和利時在PLC基礎上發展出礦用一體化可編程控制器、礦用開關智能保護器、中央空調控制器、風電變漿控制器、風電主控單元等一系列專用RTU產品。

和利時以自主SCADA軟件實施城市軌道交通綜合監控系統（Integrated Supervisory Control System，簡稱ISCS）項目，系統由中心級監控系統、車站級監控系統，以及車站內的基礎自動化系統三層組成，實現多個專業系統之間的信息互通、資源共享，提升軌道交通整體自動化水平。公司相繼承接北京13、10、8、亦莊、昌平、14號線，廣州3、4、5號線，深圳1、2、4號線，武漢、大連、天津、香港、新加坡等二十余條地鐵輕軌線路，以及北京南站和天津西站等多個大型交通樞紐工程的綜合監控系統。其中北京14號線BAS系統全面采用LK PLC，是國產大型PLC在關鍵行業的首次大規模應用。繼在軌道交通行業廣泛應用之后，和利時又成功將綜合監控系統的理念引入到煤礦開采、油氣田生產、管道運輸、水利水務、能源環保、智慧城市等領域。

2 我國煤礦自動化現狀

煤炭是我國的主體能源，在一次性能源結構中份額占70%左右。2013年我國煤炭產量36.8億噸，比2005年的21.5億噸增長71%，為國民經濟的健康發展提供了穩定的能源供應。在未來相當長時期內，煤炭作為主體能源的地位不會改變，煤炭工業仍然是關系國家經濟命脈和能源安全的重要基礎產業。隨著煤炭工業“十二五”規劃中的全國14個大型煤炭基地建設的穩步推進，產業結構不斷優化、集中度不斷提高，年產120萬噸以上的大型煤礦850多處，比2005年增加560處，產量占全國總產量的65%。

面對激烈的市場競爭、嚴格的安全監管和肩負的社會責任，大中型煤炭企業可以發揮它的規?；?、組織性和系統性優勢，以信息化、數字化、自動化為手段，以無人化開采為目標，采用先進的技術與裝備實現智能化開采和自動化生產。改變傳統粗放開采帶來的高投入、高排放和高危險等一系列問題，實現生產過程的高安全和高效率、低消耗和低排放，推動煤炭生產方式和組織方式的變革，向著安全、高效、綠色、智能的目標一步步邁進。

煤炭開采具有環境危險、工藝復雜、區域廣大、設備人員移動性強的特點，有供電、排水、采掘、運輸、提升、壓風、通風、洗選等生產自動化系統，有危害氣體、礦壓、水文、地質、人員車輛定位等安全監測系統，還有無線傳感器、移動通訊、工業以太環網、視頻監視、廣播電話等網絡通訊系統，以及計劃調度、銜接規劃、設備管理、能源管理、環保排放等管理信息系統?，F實中這些安全、自動化、信息化子系統多是一個個孤立系統，無法實現信息共享和系統間的協調聯動。建設煤礦安全生產綜合監控平臺，實現統一數據采集、集中數據存儲、深入挖掘數據，豐富用戶體驗，可以大大提升對安全、生產和運營的綜合管控效率，是煤礦兩化融合迫切需求。

3 煤礦綜合監控系統

《國務院辦公廳關于進一步加強煤礦安全生產工作的意見》 （國辦發〔2013〕99號）中要求煤礦必須大力推進信息化、物聯網技術應用，充分利用和整合現有的生產調度、監測監控、辦公自動化等信息化系統，建設完善安全生產綜合調度信息平臺，做到視頻監視、實時監測、遠程控制。

和利時與神華集團、中國礦業大學、安監總局通訊信息中心（煤炭工業通訊信息中心）等單位深入合作，共同開展煤礦綜合自動化和信息化研究，先后推出煤礦安全生產綜合監控平臺HOLLiSCADA、煤礦安全生產綜合管理平臺（M-MES）、煤礦安全監控系統監察分析工具、LM31xx/35xx系列高低壓礦用開關智能保護裝置，以及本安型的一體化可編程控制器、集控系統、綜合接入分站和以太網交換機等一系列煤礦安全生產關鍵系統與裝置，有效促進煤礦安全生產科技裝備技術水平的提升。

圖1 HOLLiSCADA平臺三層設計結構

尤為值得一提的是，和利時為煤礦用戶量身定制的全礦井安全生產綜合監控系統軟件平臺HOLLiSCADA，該系統平臺采用“平臺+應用+工程”三層設計結構，如圖1所示。具有高可靠性和安全性，安全完整性等級達到SIL2。HOLLiSCADA可應用于大中型煤礦安全生產綜合監控系統，功能方面遠遠超過常規組態軟件，可以集成安全監控、人員車輛定位、工業視頻監控、通訊調度、地理信息，實現安全、生產、調度由分離向統一集成的轉變，是煤礦綜合自動化系統的升級版。

4 HOLLiSCADA煤礦安全生產綜合監控平臺

HOLLiSCADA是國內首個具有自主知識產權的煤礦安全生產綜合監控集成平臺，可實現對環境參數、人員位置、設備狀態、通訊調度的統一監控，達到數據集中、信息共享、智能預警、協調聯動。平臺支持單礦、區域、公司、集團多級部署。

圖2 HOLLiSCADA綜合監控平臺架構圖

HOLLiSCADA基于面向服務（SOA）的架構，如圖2所示，采用工業級通訊中間件技術，支持異構平臺的分布式部署，擴展和升級便捷。綜合集成平臺主要由實時服務器、歷史服務器、Web服務器、接入服務器、操作員站、工程師站，以及網絡、防火墻、大屏幕等外圍設備構成。

系統可伸縮性強，根據應用規?？梢圆渴鹪趩螜C、服務器、集群、虛擬機、企業云平臺上。服務器支持跨平臺軟硬件，可以是普通的PC 服務器，也可以是更強大的IA服務器和SPARC小型機，操作系統支持Unix/Linux/Windows，以滿足不同客戶對運算能力和可靠性的要求。I/O測點數可達100萬點、采集與控制周期小于2秒，支持各級冗余措施。

報警分級篩選，智能聯動、應急模式、時間表等一些高級功能，以往需要固化在程序中或通過參數配置、編寫腳本實現，靈活性差用戶掌握困難，為此在服務器層面上引入IEC 61131-3，提供LD、CFC等國際通用工程組態語言，每個電氣自動化工程師都能熟練掌握。

采用矢量圖形實現無級縮放，自適應屏幕尺寸。借助最新顯示、移動通訊技術，重新設計人機交互手段和界面，除支持C/S、B/S傳統架構外、還支持一機多屏、多人大屏幕互動、移動終端操作，以及多個顯示設備之間的無縫漫游，大大提升了人機交互和實時響應能力。

應用地理信息系統（GIS），為大尺度范圍、移動物體、管道路徑的空間展示提供強有力的手段，通過多圖層技術實現“一張圖”上的綜合展示、無級縮放、自動消隱、測量旋轉、可視調度，操作直觀真實。

集成數字視頻監視系統（CCTV），實現現場數據與視頻的融合與聯動，為井下崗位的無人和少人提供保障。集成調度電話系統、應急廣播、移動多媒體通訊系統(WiFi、3G、4G)，利用信息通訊技術（ICT）構建煤礦統一通訊調度平臺，實現自動撥號、強插強拆、分組會議、可視電話、短消息與彩信、即時多媒體通訊功能。

集成安全監控、礦壓、水文、人員與車輛定位系統，符合AQ和MT相關要求。集成綜采工作面、運輸、提升、供電、排水等自動化系統，提供控制算法組態、系統聯動策略，促進煤礦開采由離散、半連續化向連續化生產方式發展，建設高產高效現代化礦井。

強大的接口開發工具，支持串口、現場總線、網絡和無線鏈路，提供標準的Modbus RTU/TCP、IEC 101/103/104、DNP、Profibus 、OPC、ODBC、H.264視頻、SIP數字電話，以及定制開發。

5 HOLLiSCADA的應用

圖3 智能報警

圖4 智綜采工作面

2013年，神華集團開始首個數字礦山示范工程建設，和利時與神華集團合作以HOLLiSCADA平臺為基礎實施神華錦界煤礦(1700萬噸/年)安全生產綜合監控系統，測點數量達到5.7萬點，實現煤礦生產系統與煤礦安全避險“六大系統”的統一接入、統一存儲、統一展示、統一調度，建設“煤礦智能控制指揮中心”實現煤礦生產由指揮調度型向生產控制型轉變，是對煤礦生產運行體系建設的積極探索。系統的投運標志著神華集團的煤礦自動化、信息化應用水平邁向一個新高度，為神華集團實現“建設具有國際競爭力的世界一流煤炭綜合能源企業”戰略目標奠定了堅定基礎。

采用HOLLiSCADA平臺實施的還有神華塔然高勒礦（1000萬噸）、同煤集團大唐塔山礦（2300萬噸）、晉煤集團成莊礦（800萬噸）、徐州鐵礦集團吳莊礦和鎮北礦的安全生產綜合監控系統。HOLLiSCADA煤礦安全生產綜合監控平臺軟件已達到世界先進水品，得到業內高度認可。

此外，以HOLLiSCADA平臺建設的國家安監總局“安全生產實時監控與檢測分析平臺”，為開展安全生產信息技術產品檢驗測試、技術研發、標準驗證、集成創新等工作提供了實驗環境和驗證平臺，提升了安全生產信息化科技創新能力和技術支撐保障能力。