摘要：本文介绍了罗克韦尔自动化（Rockwell Automation）煤矿综合自动化技术在山西柴沟煤矿的具体应用。通过采用PLC控制技术、工业以太网通信和SCADA监控系统，实现了矿井提升、通风、排水、供电、运输等子系统的集中监控与联动控制。文章详细阐述了系统架构、关键技术、功能实现及应用效果，为类似煤矿的自动化建设提供了参考。

关键词：罗克韦尔自动化；煤矿综合自动化；PLC；工业以太网；SCADA；柴沟煤矿

1. 引言
山西柴沟煤矿是一座年产能力达300万吨的大型现代化矿井。随着开采深度增加和生产规模扩大，传统的分散控制模式暴露出信息孤岛、响应滞后、维护困难等问题。为提高安全生产水平与生产效率，该矿引入了罗克韦尔自动化煤矿综合自动化技术，构建了基于PLC和工业以太网的管控一体化平台。

2. 系统总体架构
系统采用三层网络结构：设备层、控制层和管理层。

- 设备层：包括各种传感器、执行机构、智能保护装置等，通过Profibus-DP、DeviceNet等总线接入PLC。
- 控制层：以罗克韦尔ControlLogix和CompactLogix系列PLC为核心，负责各子系统的逻辑控制、数据采集和联锁保护。
- 管理层：采用FactoryTalk View SE组态软件和FactoryTalk Historian historian数据库，实现集中监控、数据存储与分析。
各层之间通过工业以太网（EtherNet/IP）进行通信，确保实时性和可靠性。

3. 关键技术
3.1 PLC控制技术
选用罗克韦尔ControlLogix L7系列PLC，具备高性能、冗余热备功能，支持EtherNet/IP、ControlNet等多种网络。通过编程软件Studio 5000实现梯形图、功能块、顺序功能图等编程，满足复杂逻辑控制需求。

3.2 工业以太网通信
主干网采用冗余环网结构，使用思科工业交换机，支持快速生成树协议（RSTP），网络故障恢复时间小于50ms。各子系统通过EtherNet/IP与主控PLC通信，并支持OPC UA协议与上层信息系统集成。

3.3 SCADA系统
采用FactoryTalk View SE构建人机界面，实现动态画面、报警管理、趋势分析、报表打印等功能。FactoryTalk Historian采集历史数据，为优化生产提供依据。

4. 子系统功能实现
4.1 提升机监控系统
通过PLC采集提升机的速度、位置、电流、油压等信号，实现自动提升、手动提升、检修模式，并具备过卷、过速、松绳等保护功能。监控画面实时显示提升曲线和故障信息。

4.2 通风机监控系统
实时监测风机风量、风压、轴承温度、电机电流等参数，根据井下瓦斯浓度自动调节风机转速，实现节能运行。具备风机切换和故障自诊断功能。

4.3 排水系统
根据水仓水位自动启停水泵，结合峰谷电价优化排水策略。PLC监控水泵状态、流量、压力，并实现故障报警和备用泵自动投入。

4.4 供电系统
对高低压开关柜进行综合保护与监控，实现遥测、遥信、遥控、遥调功能。通过PLC与微机保护装置通信，实时监测电网参数，快速切除故障。

4.5 带式输送机系统
采用PLC控制多台输送机的顺序启停、打滑、跑偏、堆煤、超温等保护，并与煤流控制系统联动，实现节能运行。

1. 应用效果

• 实现了全矿各子系统的集中监控，减少岗位工20余人，年节约人工成本约200万元。
• 通过优化控制策略，通风机能耗降低15%，排水系统电耗降低10%。
• 故障响应时间由原来的数分钟缩短至秒级，提高了安全生产水平。
• 系统运行稳定，自投运以来未发生因自动化系统导致的停产事故。

6. 结论
罗克韦尔自动化煤矿综合自动化技术在山西柴沟煤矿的成功应用，证明了PLC、工业以太网和SCADA技术结合能够有效提升煤矿的自动化水平、安全性和经济效益。该案例为其他煤矿的智能化建设提供了可借鉴的经验。

参考文献:
[1] 罗克韦尔自动化. ControlLogix系统用户手册. 2020.
[2] 张某某. 煤矿综合自动化技术及应用. 煤炭工业出版社, 2019.
[3] 李某某. 基于EtherNet/IP的煤矿监控系统设计. 工矿自动化, 2021.