国家能源集团乌兰木伦煤矿：采煤工作面国产PLC生产控制

中国煤炭工业协会

采煤工作面国产PLC生产控制

国家能源集团乌兰木伦煤矿

一、场景描述

当前煤矿设备芯片、操作系统、协议、PLC生产控制系统均采用国外技术，存在断供、安全隐患等被“卡脖子”风险极大，工业控制系统为实现全面自主可控、安全可信，急需解决关键的“卡脖子”问题。

为了加快推进智能化矿山建设，大力推进矿鸿系统在“采、掘、机、运、通”各系统的全面应用。PLC控制系统作为矿井自动化控制的核心，目前在用PLC为国外罗克威尔ControlLogix平台，为实现国产PLC矿鸿操作系统的适配和应用，全面建设矿鸿操作系统示范矿井。

二、解决方案

国产PLC由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成，通过控制模块、网络模块、以及通讯模块等硬接线和通讯，对井下高压柜低压柜等设备进行控制和数据采集，控制系统采用先进、成熟、符合相关工业标准，扩展IO余种模块，防止各类病毒或网络攻击，完全满足现场设备使用需求，在生产管控平台集成画面，在移动终端可进行操作，具有高度的可靠性，有效的安全防护措施。

1.国产PLC控制系统的选定：国产PLC扩展IO模块种类齐全，完全满足现场设备使用需求，具备ModbusTCP、ModbusRTU、ProfibuDP等通讯接口。控制功能满足工业控制要求，具有高度的可靠性，有效的安全防护措施，可防止各类病毒或网络攻击。

2.PLC控制器适配矿鸿操作系统：该项目使用LK系列大型PLC,并搭载矿鸿操作系统。PLC适配矿鸿操作系统的主要步骤如下：

搭建矿鸿操作系统开发编译环境；

PLC升级基于矿鸿操作系统内核；

LK系列PLC原系统内核为Linux3.12.0版本，不属于矿鸿操作系统支持的内核版本。矿鸿系统目前主线基于Linux5.10内核版本；

PLC硬件驱动、上层应用与矿鸿系统编译适配；

PLC驱动、应用、矿鸿系统整体打包，烧录PLC;

将新的基于矿鸿系统的驱动程序、应用程序以及系统打包安装到PLC,打包的系统大小要满足当前PLC内存的大小；

矿鸿系统安装后，对基于矿鸿系统的硬件驱动、上层应用程序逐个调试，解决存在的bug;

PLC调试成功后，结合IO、通讯等模块，进行PLC控制系统的整体功能测试。

3.建立基于矿鸿操作系统的PLC控制系统：乌兰木伦煤矿原AB-PLC控制系统替换为基于国产PLC控制系统。矿自动化控制系统原PLC使用罗克威尔ControlLogix平台，分别位于矿井调度室机房、主运、供电、供排水、主通风等，共计13个站点。每个站点完成了国产化改造设计方案和施工方案，整体站点完成了网络拓扑图设计、施工、应用。

4.验证国产操作系统和PLC综合实力：基于矿鸿系统PLC控制系统在乌兰木伦煤矿应用，验证了系统的可靠性和稳定性，完全满足控制要求。

图1基于矿鸿系统PLC控制系统

三、应用效果

1.PLC控制国产化：开启工业自动化控制领域“安全可信、自主可控”相关技术，不受国外技术封锁出现配件短缺影响生产的情况。

2.开关量控制：开关量控制是工业生产中最基本的控制方式之一，也是国产PLC最早的应用领域之一。PLC通过输入信号获取开关的状态，并根据预设的程序对开关进行控制，从而实现自动化开关操作。

3.矿鸿系统应用：实现数据和接口的规范化，简化数据平台层的数据治理工作，全面构建“万物互联、安全可信、自主可控”工业互联网生态链体系，为煤矿智能化的分析、经营管理和决策提供更充分更准确的数据基础。

4.运动控制：运动控制是工业生产中不可或缺的环节，包括对直线、旋转和角度等运动的精确控制。国产PLC通常配备了运动控制模块或库，可以实现高精度的运动控制。

5.过程控制：过程控制是指对工业生产过程中的温度、压力、流量和物位等连续变化的参数进行控制。国产PLC可以通过模拟量输入/输出模块和PID控制算法等手段，实现精确的过程控制。

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