和利时以SCADA和PLC/RTU深耕煤矿综合监控系统

北京和利时自动化驱动技术有限公司 龚涛

1 和利时SCADA和PLC/RTU简介

和利时自主研发的LK/LE/LM大中小型系列PLC，均已通过CE和UL认证，广泛应用于地铁、矿井、油田、风电、冶金、市政、环保、机器装备等行业。其中LK大型PLC获得国家四部委联合颁发的“国家重点新产品”证书，公司正牵头承担国家高技术研究发展计划（863计划）课题 “大规模PLC关键技术研究与产品开发及应用”。针对一些行业对温湿度、振动、防爆、供电特性，以及存储、显示、控制、算法、通讯功能方面的特殊要求，和利时在PLC基础上发展出矿用一体化可编程控制器、矿用开关智能保护器、中央空调控制器、风电变浆控制器、风电主控单元等一系列专用RTU产品。

和利时以自主SCADA软件实施城市轨道交通综合监控系统（Integrated Supervisory Control System，简称ISCS）项目，系统由中心级监控系统、车站级监控系统，以及车站内的基础自动化系统三层组成，实现多个专业系统之间的信息互通、资源共享，提升轨道交通整体自动化水平。公司相继承接北京13、10、8、亦庄、昌平、14号线，广州3、4、5号线，深圳1、2、4号线，武汉、大连、天津、香港、新加坡等二十余条地铁轻轨线路，以及北京南站和天津西站等多个大型交通枢纽工程的综合监控系统。其中北京14号线BAS系统全面采用LK PLC，是国产大型PLC在关键行业的首次大规模应用。继在轨道交通行业广泛应用之后，和利时又成功将综合监控系统的理念引入到煤矿开采、油气田生产、管道运输、水利水务、能源环保、智慧城市等领域。

2 我国煤矿自动化现状

煤炭是我国的主体能源，在一次性能源结构中份额占70%左右。2013年我国煤炭产量36.8亿吨，比2005年的21.5亿吨增长71%，为国民经济的健康发展提供了稳定的能源供应。在未来相当长时期内，煤炭作为主体能源的地位不会改变，煤炭工业仍然是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业。随着煤炭工业“十二五”规划中的全国14个大型煤炭基地建设的稳步推进，产业结构不断优化、集中度不断提高，年产120万吨以上的大型煤矿850多处，比2005年增加560处，产量占全国总产量的65%。

面对激烈的市场竞争、严格的安全监管和肩负的社会责任，大中型煤炭企业可以发挥它的规模化、组织性和系统性优势，以信息化、数字化、自动化为手段，以无人化开采为目标，采用先进的技术与装备实现智能化开采和自动化生产。改变传统粗放开采带来的高投入、高排放和高危险等一系列问题，实现生产过程的高安全和高效率、低消耗和低排放，推动煤炭生产方式和组织方式的变革，向着安全、高效、绿色、智能的目标一步步迈进。

煤炭开采具有环境危险、工艺复杂、区域广大、设备人员移动性强的特点，有供电、排水、采掘、运输、提升、压风、通风、洗选等生产自动化系统，有危害气体、矿压、水文、地质、人员车辆定位等安全监测系统，还有无线传感器、移动通讯、工业以太环网、视频监视、广播电话等网络通讯系统，以及计划调度、衔接规划、设备管理、能源管理、环保排放等管理信息系统。现实中这些安全、自动化、信息化子系统多是一个个孤立系统，无法实现信息共享和系统间的协调联动。建设煤矿安全生产综合监控平台，实现统一数据采集、集中数据存储、深入挖掘数据，丰富用户体验，可以大大提升对安全、生产和运营的综合管控效率，是煤矿两化融合迫切需求。

3 煤矿综合监控系统

《国务院办公厅关于进一步加强煤矿安全生产工作的意见》 （国办发〔2013〕99号）中要求煤矿必须大力推进信息化、物联网技术应用，充分利用和整合现有的生产调度、监测监控、办公自动化等信息化系统，建设完善安全生产综合调度信息平台，做到视频监视、实时监测、远程控制。

和利时与神华集团、中国矿业大学、安监总局通讯信息中心（煤炭工业通讯信息中心）等单位深入合作，共同开展煤矿综合自动化和信息化研究，先后推出煤矿安全生产综合监控平台HOLLiSCADA、煤矿安全生产综合管理平台（M-MES）、煤矿安全监控系统监察分析工具、LM31xx/35xx系列高低压矿用开关智能保护装置，以及本安型的一体化可编程控制器、集控系统、综合接入分站和以太网交换机等一系列煤矿安全生产关键系统与装置，有效促进煤矿安全生产科技装备技术水平的提升。

图1 HOLLiSCADA平台三层设计结构

尤为值得一提的是，和利时为煤矿用户量身定制的全矿井安全生产综合监控系统软件平台HOLLiSCADA，该系统平台采用“平台+应用+工程”三层设计结构，如图1所示。具有高可靠性和安全性，安全完整性等级达到SIL2。HOLLiSCADA可应用于大中型煤矿安全生产综合监控系统，功能方面远远超过常规组态软件，可以集成安全监控、人员车辆定位、工业视频监控、通讯调度、地理信息，实现安全、生产、调度由分离向统一集成的转变，是煤矿综合自动化系统的升级版。

4 HOLLiSCADA煤矿安全生产综合监控平台

HOLLiSCADA是国内首个具有自主知识产权的煤矿安全生产综合监控集成平台，可实现对环境参数、人员位置、设备状态、通讯调度的统一监控，达到数据集中、信息共享、智能预警、协调联动。平台支持单矿、区域、公司、集团多级部署。

图2 HOLLiSCADA综合监控平台架构图

HOLLiSCADA基于面向服务（SOA）的架构，如图2所示，采用工业级通讯中间件技术，支持异构平台的分布式部署，扩展和升级便捷。综合集成平台主要由实时服务器、历史服务器、Web服务器、接入服务器、操作员站、工程师站，以及网络、防火墙、大屏幕等外围设备构成。

系统可伸缩性强，根据应用规模可以部署在单机、服务器、集群、虚拟机、企业云平台上。服务器支持跨平台软硬件，可以是普通的PC 服务器，也可以是更强大的IA服务器和SPARC小型机，操作系统支持Unix/Linux/Windows，以满足不同客户对运算能力和可靠性的要求。I/O测点数可达100万点、采集与控制周期小于2秒，支持各级冗余措施。

报警分级筛选，智能联动、应急模式、时间表等一些高级功能，以往需要固化在程序中或通过参数配置、编写脚本实现，灵活性差用户掌握困难，为此在服务器层面上引入IEC 61131-3，提供LD、CFC等国际通用工程组态语言，每个电气自动化工程师都能熟练掌握。

采用矢量图形实现无级缩放，自适应屏幕尺寸。借助最新显示、移动通讯技术，重新设计人机交互手段和界面，除支持C/S、B/S传统架构外、还支持一机多屏、多人大屏幕互动、移动终端操作，以及多个显示设备之间的无缝漫游，大大提升了人机交互和实时响应能力。

应用地理信息系统（GIS），为大尺度范围、移动物体、管道路径的空间展示提供强有力的手段，通过多图层技术实现“一张图”上的综合展示、无级缩放、自动消隐、测量旋转、可视调度，操作直观真实。

集成数字视频监视系统（CCTV），实现现场数据与视频的融合与联动，为井下岗位的无人和少人提供保障。集成调度电话系统、应急广播、移动多媒体通讯系统(WiFi、3G、4G)，利用信息通讯技术（ICT）构建煤矿统一通讯调度平台，实现自动拨号、强插强拆、分组会议、可视电话、短消息与彩信、即时多媒体通讯功能。

集成安全监控、矿压、水文、人员与车辆定位系统，符合AQ和MT相关要求。集成综采工作面、运输、提升、供电、排水等自动化系统，提供控制算法组态、系统联动策略，促进煤矿开采由离散、半连续化向连续化生产方式发展，建设高产高效现代化矿井。

强大的接口开发工具，支持串口、现场总线、网络和无线链路，提供标准的Modbus RTU/TCP、IEC 101/103/104、DNP、Profibus 、OPC、ODBC、H.264视频、SIP数字电话，以及定制开发。

5 HOLLiSCADA的应用

图3 智能报警

图4 智综采工作面

2013年，神华集团开始首个数字矿山示范工程建设，和利时与神华集团合作以HOLLiSCADA平台为基础实施神华锦界煤矿(1700万吨/年)安全生产综合监控系统，测点数量达到5.7万点，实现煤矿生产系统与煤矿安全避险“六大系统”的统一接入、统一存储、统一展示、统一调度，建设“煤矿智能控制指挥中心”实现煤矿生产由指挥调度型向生产控制型转变，是对煤矿生产运行体系建设的积极探索。系统的投运标志着神华集团的煤矿自动化、信息化应用水平迈向一个新高度，为神华集团实现“建设具有国际竞争力的世界一流煤炭综合能源企业”战略目标奠定了坚定基础。

采用HOLLiSCADA平台实施的还有神华塔然高勒矿（1000万吨）、同煤集团大唐塔山矿（2300万吨）、晋煤集团成庄矿（800万吨）、徐州铁矿集团吴庄矿和镇北矿的安全生产综合监控系统。HOLLiSCADA煤矿安全生产综合监控平台软件已达到世界先进水品，得到业内高度认可。

此外，以HOLLiSCADA平台建设的国家安监总局“安全生产实时监控与检测分析平台”，为开展安全生产信息技术产品检验测试、技术研发、标准验证、集成创新等工作提供了实验环境和验证平台，提升了安全生产信息化科技创新能力和技术支撑保障能力。