1 引言
目前我国的煤矿建设均向着数字化、综合自动化和信息化的方向发展,其最为核心的是信息化系统的建设。随着自动化技术、仪表技术、计算机技术、通讯技术、网络技术等的快速发展,为信息化系统提供了技术支撑[1]。近年来,山东某煤矿为了响应国家节能减排的号召,先后建设了四个污水处理系统,分别为矿井水处理系统、生活污水处理系统、矿井水深度处理系统和生活污水深度处理系统,这四个污水处理相对比较分散、距离较远。各个污水处理系统均作为一个独立的单位,没有全面的数据信息记录系统,大多为人工记录,相互之间没有信息交流,对于管理层人员来讲,管理难度较大,查询不便,难以对污水处理的数据进行整理和分析。针对这种现状,为了提高整个矿井的污水处理系统信息化水平,进行了污水处理的信息化系统建设,来实现对各污水处理系统的远程监控和信息化管理,从而解决各个污水处理系统信息“孤岛”的问题,为上层管理者进行决策提供数据依据。
2 系统的原理及结构
该煤矿污水处理信息化系统主要就是完成信息采集、传输、处理和应用,以达到提升污水系统运行稳定性和搞升管理水平的目的[2]。信息的采集就是将污水处理工艺过程中各种工序环节的参数和自动化控制系统所产生的信息作为信息源进行采集,将采集到的信息通过工业网络的方式传输到信息化平台上,再对生产现场的各种信息进行集成化整合和加工处理,形成统一的数据信息中心,提供开放式的数据接口,供上层管理者使用,以保证满足各个管理层对信息的不同需求。
根据该煤矿污水处理系统的现状,信息化系统采用分布式三层网络结构,自下至上第一层是基础控制层,第二层是传输层,第三层是信息管理层。
基础控制层为各个监控分站,系统中将每一个污水处理的控制系统作为一个监控分站,各监控分站采用上位机＋PLC的方式组成,PLC单元与仪器仪表检测系统和电气控制系统进行信号的对接,完成各水处理系统的就地集中监控,实现基础过程控制自动化,同时保证各个监控分站控制的独立性和完整性。监控分站的设备包括工业控制计算机、PLC、电气控制柜、仪器仪表柜、监控软件、打印机、不间断电源等。
传输层采用工业光纤以太网络,主要是将基础控制层的各监控分站数据信息传输到信息管理层,各监控分站采用五类线将上位机的RJ45接口与光纤转换模块连接,将电信号转换为光信号,与数据信息中心的交换机进行通讯。传输层的设备包括各监控分站的光纤转换模块、数据信息中心的光纤转换模块和交换机,以及用于物理连接的单模光纤。
信息管理层为系统的核心,作为数据信息处理的平台,通过采集各监控分站的数据信息,对各个污水处理系统的设备运行工况和工艺运行参数进行实时监控,数据信息中心的设备包括中心服务器,工业控制计算机、打印机、交换机、投影仪、不间断电源等,系统结构见图1。
3 系统实现过程
本信息化系统中四个污水处理系统与数据信息中心的通讯均采用工业光纤以太网,构成系统的物理连接线路,其之间利用软件进行数据通讯的方式一般有OPC通讯方式、驱动通讯方式、DDE/NetDDE通讯方式和自主开发通讯方式,OPC通讯方式需要各子系统和数据信息中心均支持OPC功能,驱动通讯方式需要数据信息中心的软件具有支持各子系统PLC的驱动,DDE/NetDDE通讯方式需要各子系统和数据信息中心的软件均支持, 自主开发方式适用于以上条件均不满足的情况。针对该系统的实际情况,其软件通讯采用OPC方式,OPC技术因其提供开放的统一的数据接口,可以解决不同结构网络之间的数据通讯。同时利用监控软件的强大组态功能实现系统的信息化、数据共享,远程数据传输等。系统的具体实现过程是:
(1) 各污水处理厂监控系统的上位机和数据信息中心的服务器均采用组态软件,该组态软件提供了开放的OPC通讯接口;
(2) 各监控分站和数据信息中心的计算机分配IP地址,作为各监控分站和数据信息中心在整个网络中的识别号,同时各监控分站与数据信息中心之间通过已经建立的工业光纤以太网构成物理链路,具体通过ping命令,来完成各监控分站和数据信息中心的物理连接和系统设置是否正确,保证系统的通讯正常工作;
(3) 各监控分站上位机监控程序的组态,建立数据变量和数据库,与PLC进行数据连接,开发组态画面,完成各监控分站对各污水处理系统的集中监控;
(4) 各监控分站的数据作为数据信息中心的数据源,通过OPC协议将其采集到数据信息中心,即将数据信息中心作为OPC协议的客户端,各监控分站作为OPC协议的服务器,OPC客户端从OPC客户端采集数据;
(5) 通过数据信息中心组态软件中的OPC功能搜索网络中的OPC服务器(即各监控分站),搜索到各分站的OPC服务器后,在数据信息中心中定义数据变量,与各监控分站的数据变量建立连接;
(6) 数据信息中心监控程序的组态,建立系统数据库和数据报表,开发组态画面;
(7) 数据信息中心通过网络WEB发布技术,将整个信息化系统发布到网络中,并设置登录用户名和口令,供上层管理者使用。
4 系统特点
(1) 采用了先进的OPC技术进行数据通讯,实现可靠的数据传输功能;
(2) 采用工业以太网进行组网,传输介质采用单模光纤,通讯距离最远可达15KM,传输速率为100M/1000M;
(3) 各个单元之间的功能相辅相成,构成一套完整的工业自动化和信息化系统,为煤矿的节能减排提供了进一步的保证;
(4) 采用成熟的WEB技术,数据信息中心为用户提供了良好的人机界面,客户端通过浏览器方式访问系统资源。网络上的任何一台微机/笔记本电脑只要安装了监控系统的客户端图像控件之后,即可成为一个功能完备的监控客户终端,客户端可以随时随地查看现场实际运行情况和运行工艺数据。
5 系统功能
该信息化系统实现了矿井水处理系统、生活污水处理系统、矿井水深度处理系统和生活污水深度处理系统等的集中远程调度管理和信息共享。具有以下功能:
(1) 数据采集:采集各污水处理站的工艺参数和设备运行工况;
(2) 数据处理:对采集到的数据进行分析和整理,形成各种归档,并永久存储;
(3) 报警:对采集到的数据进行判断和分析,确定数据达到的报警级别,系统发出相应级别的报警,同时对报警发生的时间、内容、处理方式等进行记录;
(4) 数据报表:对采集到的数据形成各种报表,以方便管理人员查询;
(5) 数据显示:对采集到的数据进行实时显示,并应用动态流程图模拟现场情况;
(6) WEB功能:支持IE远程浏览,实现信息共享;
(7) 控制功能:可以对各分站的设备进行实时的控制;
(8) 设定参数修改:可以对人工设定的参数在线修改。
6 结束语
本文介绍了采用工业光纤以太网技术、OPC技术和监控软件相结合的方式组成的煤矿污水处理信息化系统,实现了多个污水处理系统的集中管理、分散控制、信息共享,有效地提高了整个污水处理的自动化水平和信息化水平。同时该系统具有运行稳定可靠、维护方便、工人劳动强度低等特点。该系统的应用为该矿创造了很好的经济效益、环保效益和社会效益,具有节能减排的重大意义。
参考文献:
[1] 谭得健.我国煤矿自动化现状及发展趋势[J].工矿自动化,2010,(9):126-129.
[2] 谭得健,徐希康,张申.浅谈自动化、信息化与数字矿山[J].煤炭科学技术,2006,(1):23-27.
作者简介:崔东锋(1982-),男,工程师,主要从事电气与自动化的研究设计工作。