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集中監(jiān)控、科學管理，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)——記霍寶干河煤礦綜合信息化項目
山西光遠科技有限公司 范志峰
應(yīng)用背景
霍州煤電集團公司是山西省三大煤炭基地之一的晉中基地內(nèi)一個大型骨干煤礦，也是晉南最大的省屬國有重點煤炭企業(yè)。公司已有47年的發(fā)展歷史，前身霍州礦務(wù)局始建于1958年，2000年底改制為霍州煤電集團有限責任公司，2001年10月同西山煤電、汾西礦業(yè)等聯(lián)合組建山西焦煤集團公司，為山西焦煤集團公司的子公司。
霍寶干河煤礦是霍州煤電集團與寶山鋼鐵公司合作建設(shè)的一座大型現(xiàn)代化礦井，年設(shè)計生產(chǎn)能力210萬噸，2004年6月開工建設(shè)， 2008年8月1日正式投產(chǎn)。
霍寶干河煤礦是在國家已經(jīng)把企業(yè)信息化建設(shè)列入十一五發(fā)展規(guī)劃，把企業(yè)信息建設(shè)提升到戰(zhàn)略高度；霍州煤電集團經(jīng)過近十年的企業(yè)信息化建設(shè)，取得了一定的成效，企業(yè)充分認識到企業(yè)信息化建設(shè)是提高企業(yè)經(jīng)營管理水平、提高安全生產(chǎn)水平、提高企業(yè)生產(chǎn)效率和市場競爭力的必要手段的背景下投資建設(shè)的。礦井在建設(shè)初期就對信息化建設(shè)方案進行了公開招標和集體會審，力求把霍寶干河煤礦建成高度信息化的新型示范礦井。
客戶需求
建立底層生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，實時了解供電設(shè)備、皮帶、水泵、提升設(shè)備、通風機、壓風機以及生產(chǎn)環(huán)境（包括瓦斯、CO、溫度等）情況。
建立生產(chǎn)監(jiān)控平臺，集成各個底層監(jiān)控系統(tǒng)，方便用戶了解全礦底層生產(chǎn)設(shè)備工作情況，工作環(huán)境測量指標；方便總調(diào)度員遠程控制供電開關(guān)、皮帶、水泵的開停。
建立煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，包括實施生產(chǎn)監(jiān)控和調(diào)度管理功能，方便礦領(lǐng)導實時了解全礦生產(chǎn)情況。
解決方案
根據(jù)霍寶干河煤信息一體化項目方案，全礦信息網(wǎng)絡(luò)由管理信息網(wǎng)、服務(wù)器群子網(wǎng)、調(diào)度指揮信息網(wǎng)、集中控制網(wǎng)和生產(chǎn)過程控制網(wǎng)絡(luò)組成。
集中控制網(wǎng)與調(diào)度指揮信息網(wǎng)連接并采用控制網(wǎng)專用網(wǎng)閘進行物理隔離，實現(xiàn)單向通信（或嚴格限制返回字節(jié)數(shù)的雙向通信），調(diào)度指揮信息網(wǎng)與管理信息網(wǎng)之間通過防火墻等硬件安全設(shè)備以及相應(yīng)的管理手段實現(xiàn)有限制的互聯(lián)互通。
為了確�？煽啃耘c安全性，生產(chǎn)過程控制網(wǎng)采用光纖傳輸環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，要實現(xiàn)井下所有信息系統(tǒng)（數(shù)據(jù)、語音、視頻）的接入。所有安全生產(chǎn)監(jiān)控自動化子系統(tǒng)均接入到光纖傳輸環(huán)網(wǎng)進行傳輸，主干網(wǎng)（地面至井下中央變電所）不再敷設(shè)電纜。
調(diào)度指揮控制中心既是礦井的生產(chǎn)安全指揮中心，又是整個礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的控制中心。在礦井調(diào)度指揮中心既能夠?qū)崟r監(jiān)測到整個礦井的生產(chǎn)和安全狀況，又能夠?qū)ΦV井主要生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制。
在管理信息網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的共享，使企業(yè)管理者能夠通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)隨時掌握企業(yè)的生產(chǎn)、安全和管理信息。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)流
在生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)（控制環(huán)網(wǎng)）使用GE 公司工業(yè)組態(tài)軟件Proficy HMI/SCADA–iFIX集成各底層生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能，以便總調(diào)度員和各專業(yè)調(diào)度員實施了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況，控制生產(chǎn)設(shè)備、供電開關(guān)的開停。
通過單向數(shù)據(jù)傳送程序，實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)跨過網(wǎng)閘傳輸?shù)絇roficy Historian（iH），通過Proficy Realtime Information Portal集成到煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中展示給Web瀏覽用戶，結(jié)合調(diào)度員錄入的調(diào)度管理數(shù)據(jù)，產(chǎn)生經(jīng)營管理所需的分析報表，為管理決策提供依據(jù)。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)流如下圖所示：
系統(tǒng)設(shè)計
·實時生產(chǎn)服務(wù)器
實時生產(chǎn)服務(wù)器由兩臺Windows 2003服務(wù)器安裝Proficy iFIX Plus SCADA Server軟件冗余運行，完成從現(xiàn)場控制設(shè)備采集、存儲數(shù)據(jù)的工作。同時還運行數(shù)據(jù)單向傳輸程序，跨網(wǎng)閘發(fā)送數(shù)據(jù)到信息網(wǎng)Proficy Historian（iH）數(shù)據(jù)庫中。
·實時監(jiān)控終端
各實時監(jiān)控終端在Windows XP環(huán)境中安裝Proficy HMI/SCADA–iFIX iClient軟件負責開發(fā)各個子系統(tǒng)的所有功能，動態(tài)顯示生產(chǎn)情況、設(shè)備狀態(tài)、生成報表，供各專業(yè)調(diào)度員查看、完成遠控功能。
·Proficy Historian（iH）服務(wù)器
Proficy Historian（iH）服務(wù)器由兩臺Windows 2003服務(wù)器安裝Proficy Historian（iH）軟件和Microsoft SQL Server 2005服務(wù)器組成集群，提供實時歷史數(shù)據(jù)接收、存儲、查詢功能。
·Proficy Realtime Information Portal服務(wù)器
Proficy Portal服務(wù)器在Windows 2003環(huán)境中安裝Proficy Realtime Information Portal軟件負責開發(fā)、發(fā)布各個子系統(tǒng)的所有功能提供WEB訪問。
·煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器
煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器在Windows 2003環(huán)境中配置IIS服務(wù)負責發(fā)布.net平臺上開發(fā)的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，接收調(diào)度管理數(shù)據(jù)存儲于Microsoft SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫中，查詢生成報表，通過框架調(diào)用Proficy Portal實時監(jiān)控頁面，供用戶實時了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況。
·Microsoft SQL Server 2005服務(wù)器
Microsoft SQL Server 2005服務(wù)器由兩臺Windows 2003服務(wù)器安裝Microsoft SQL Server 2005軟件和Proficy Historian（iH）服務(wù)器組成集群，提供調(diào)度管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的存儲、查詢功能。
系統(tǒng)功能
對應(yīng)于以上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，干河煤礦軟件項目集成后在全礦將形成兩套系統(tǒng)：煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng) + 煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。
煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是對底層生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的集成，運行于網(wǎng)閘之內(nèi)的集中控制工業(yè)環(huán)網(wǎng)，使用GE公司的工業(yè)控制軟件Proficy HMI/SCADA–iFIX實現(xiàn)。視頻、數(shù)據(jù)同步監(jiān)控，既有利于用戶從數(shù)據(jù)視頻兩方面掌握生產(chǎn)現(xiàn)場狀況，又有利于用戶實時了解生產(chǎn)控制指令的執(zhí)行情況、執(zhí)行效果；系統(tǒng)設(shè)計各部門分項控制和總調(diào)集中控制功能，總調(diào)度員通過礦井概貌了解全礦生產(chǎn)情況、全部報警信息、控制關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備實施緊急調(diào)度；各部門、各專業(yè)調(diào)度員通過各子系統(tǒng)了解本部門、本專業(yè)生產(chǎn)情況，實施遠程調(diào)度。如下圖所示：
煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)包括實時生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)(煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)不含控制功能) + 煤礦生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)，運行于管理信息網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度指揮信息網(wǎng)，使用Web構(gòu)架，不需要復雜的安裝配置即可方便應(yīng)用。
實時生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，使用GE公司的工業(yè)控制軟件Portal和定制開發(fā)的功能模塊實現(xiàn)，供礦領(lǐng)導、礦調(diào)度員實時了解全礦生產(chǎn)情況、根據(jù)生產(chǎn)情況下發(fā)調(diào)度命令，要求生產(chǎn)控制調(diào)度人員執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度命令。
煤礦生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)包括生產(chǎn)計劃的制定、生產(chǎn)執(zhí)行情況、安全事故的記錄查詢統(tǒng)計等功能。如下圖所示：
系統(tǒng)特色
·信息集成
數(shù)據(jù)視頻同步監(jiān)控：安裝有攝像頭的子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)同步監(jiān)控；總集成畫面(全礦生產(chǎn)概貌)：畫面直觀生動，數(shù)據(jù)高度集成，力求礦調(diào)人員看此監(jiān)控圖即可了解全礦的生產(chǎn)狀況。如下圖所示：
·故障自診斷
定義故障條件后，當故障發(fā)生時，總集成界面(全礦生產(chǎn)概貌)和子系統(tǒng)監(jiān)控界面中同時直觀的顯示故障、報警信息。
·聯(lián)控
定義聯(lián)控條件、聯(lián)控場景后，當符合聯(lián)控條件后，調(diào)度大屏自動切換到指定場景，顯示指定內(nèi)容。有效幫助礦調(diào)人員及時處理生產(chǎn)事故，指揮排除安全隱患。
·調(diào)度指揮管理系統(tǒng)
全面整合生產(chǎn)調(diào)讀日常管理數(shù)據(jù)、礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、自動化設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)、工業(yè)視頻數(shù)據(jù)、事故處理記錄、人員考勤記錄等多種信息。涵蓋作業(yè)計劃制定、生產(chǎn)過程監(jiān)控、日常調(diào)度指揮、應(yīng)急事件處理等煤礦生產(chǎn)調(diào)度相關(guān)的各項業(yè)務(wù)。為調(diào)度員提供一個桌面辦公平臺，輔助調(diào)度員全面、迅速、準確地進行生產(chǎn)調(diào)度。
實施結(jié)果
在這個項目中，應(yīng)用了GE的Proficy軟件系統(tǒng)為干河煤礦生產(chǎn)管理提供了實用、高效的技術(shù)平臺，實現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的信息化礦山。通過項目的實施，為實現(xiàn)遠程監(jiān)控、井下無人值守創(chuàng)造了有利的設(shè)備基礎(chǔ)；為管理人員提供了透明化的信息支撐，使生產(chǎn)決策更加科學合理；此套系統(tǒng)為把煤礦建設(shè)成安全、高效、環(huán)保、節(jié)能的現(xiàn)代企業(yè)做出了突出貢獻。
關(guān)于GE智能平臺
GE智能平臺是一個提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制和嵌入式領(lǐng)域的軟硬件產(chǎn)品、服務(wù)以及專業(yè)技術(shù)。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋�獨特的、靈活的、超可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防以及通訊等領(lǐng)域，獲得持續(xù)的競爭優(yōu)勢。GE智能平臺總部設(shè)在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾，是GE企業(yè)解決方案業(yè)務(wù)集團的一員。需獲取更多詳情，請訪問www.ge-ip.com。
關(guān)于GE企業(yè)解決方案
GE企業(yè)解決方案通過提供集成的解決方案幫助客戶提升生產(chǎn)力和收益，這些解決方案涵蓋了傳感器和無損檢測、安防和生命安全技術(shù)、電力系統(tǒng)保護和控制以及工廠自動化和Embedded計算系統(tǒng)。企業(yè)解決方案的高科技、高增長的業(yè)務(wù)包括傳感與檢測技術(shù)，安防，數(shù)字能源和智能平臺。世界各地60多個國家的17000多名員工為客戶解決各種問題。
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