礦井綜合自動(dòng)化和智能化的探討

陳素玲 姚 義 周保飛

隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展和開(kāi)采技術(shù)、開(kāi)采裝備及機(jī)電設(shè)備等水平的不斷提高,人們對(duì)煤礦生產(chǎn)綜合自動(dòng)化和智能化的需求越來(lái)越迫切,要求也越來(lái)越高。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐活動(dòng),綜合自動(dòng)化和智能化在煤礦的安全生產(chǎn)過(guò)程中所承擔(dān)的分量越來(lái)越重,因此,當(dāng)前我國(guó)煤炭行業(yè)的綜合自動(dòng)化和智能化正處在一個(gè)普遍建設(shè)和全面提高的發(fā)展階段。那么對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)礦井,其綜合自動(dòng)化和智能化具體是哪些內(nèi)容,什么標(biāo)準(zhǔn)、水平,詳細(xì)功能又是怎樣。這些問(wèn)題,就我們目前使用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)等均沒(méi)有給出一個(gè)詳細(xì)的回答,因此很值得我們研究與探討。

1 礦井綜合自動(dòng)化

一個(gè)礦井的運(yùn)營(yíng)可以分為兩大部分:生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng),其生產(chǎn)系統(tǒng)又可按地理位置分為井下和地面,亦可按工藝流程分為掘、采、運(yùn)和輔助系統(tǒng),輔助系統(tǒng)一般有通(壓)風(fēng)、排水、提升、供電、保溫、灑水等。當(dāng)前無(wú)論是生產(chǎn)主系統(tǒng)還是輔助系統(tǒng),一般均配置各自的自動(dòng)化系統(tǒng)。這些自動(dòng)化系統(tǒng)都是圍繞它們各自生產(chǎn)系統(tǒng)的功能和要求而設(shè)置,即大部分的自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)縱向的控制及管理系統(tǒng),即它們是以星形的運(yùn)行方式存在于一個(gè)生產(chǎn)礦井中,星的中心是礦井的地面調(diào)度中心。這樣,對(duì)于任何一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng),就形成了一種縱向的管理方式。當(dāng)前有一些礦井和自動(dòng)化設(shè)備公司正研究和探索各自動(dòng)化系統(tǒng)間的橫向組合與融合,比如通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng),將井下多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行整合,然后集中上傳于調(diào)度中心,在調(diào)度中心各系統(tǒng)的顯示、操控和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存仍是分別進(jìn)行,這種方式只解決了井上井下的信息統(tǒng)一傳輸問(wèn)題,在信息源和信息終端使用者仍是一種分散的使用方式,即使所有系統(tǒng)都集中到C-S(客戶(hù)端—服務(wù)器)的 Web(網(wǎng)頁(yè)瀏覽器)模式,但也是多種界面,多臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器形式,因此只是外部的綜合,并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息內(nèi)在的一體化和綜合化。

通常,在一個(gè)生產(chǎn)礦井中,涉及生產(chǎn)安全系統(tǒng)的有:1)電力監(jiān)控系統(tǒng):包括地面35 kV,10 kV變電站;井下中央變電所、采區(qū)變電所;2)井下主、輔運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng);3)液壓支架壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng);4)綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng);5)主井運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng);6)副井運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng);7)鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng);8)地面輔助運(yùn)輸系統(tǒng)或選煤廠(chǎng)。

涉及礦井環(huán)境安全的系統(tǒng)有:1)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng);2)瓦斯抽放監(jiān)測(cè)系統(tǒng);3)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);4)礦用人員安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng);5)大屏幕顯示系統(tǒng);6)工業(yè)電視系統(tǒng);7)通信系統(tǒng)。

以上兩種類(lèi)型的自動(dòng)化或監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在礦井的生產(chǎn)過(guò)程中均具有相當(dāng)重要的作用,但相對(duì)來(lái)說(shuō),如果涉及生產(chǎn)安全的自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生了故障,只是對(duì)礦井的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益有影響,而涉及人身安全和礦井環(huán)境安全的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)如果發(fā)生了故障,那產(chǎn)生的后果將是不可估量的,因此必須從技術(shù)措施和行政管理上保證這些系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠。

對(duì)于涉及生產(chǎn)安全系統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng),大都是基于PLC和CAN總線(xiàn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng),因此在數(shù)據(jù)源端可以將其進(jìn)行整合,在數(shù)據(jù)的終端,可以將數(shù)據(jù)庫(kù),操控軟件,使用界面等進(jìn)行統(tǒng)一,這樣就可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化的綜合功能。要想實(shí)現(xiàn)這樣的綜合功能,必須考慮:1)各生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)提供方與研制方必須公開(kāi)他們各自的內(nèi)核程序;2)礦井的自動(dòng)化系統(tǒng)集成商要有較高的集成能力,當(dāng)然作為使用方和出資方也必須清楚的提出相應(yīng)要求。從礦井各自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的初始,就朝著綜合化的方向努力,最終才能真正實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化,才能給決策者提供及時(shí)、全面的數(shù)據(jù)信息,從而做出正確的分析與決策。

對(duì)于涉及礦井環(huán)境安全的各監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng),其工作原理有基于PLC的,有基于以太網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的,也有基于CAN總線(xiàn)的,同樣將各系統(tǒng)整合到以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一平臺(tái),實(shí)現(xiàn)信息的傳輸管理和應(yīng)用。整合到以太網(wǎng)平臺(tái)的好處是,下級(jí)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)還是各自獨(dú)立運(yùn)行,這樣既可以互不干擾,又可以信息共享,即使一套系統(tǒng)發(fā)生故障,也不會(huì)影響其他系統(tǒng)的正常使用。對(duì)于這種高級(jí)平臺(tái)的系統(tǒng)整合,需要集成商和應(yīng)用方共同研究制定信息共享方案,共同決定送于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的主要數(shù)據(jù)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)、觸發(fā)數(shù)據(jù)等內(nèi)容,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無(wú)縫銜接,以使網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)揮其更大的作用。

2 礦井智能化

我國(guó)目前為止,礦井智能化對(duì)大家來(lái)說(shuō)還僅僅是一個(gè)名詞而已。但建筑智能化和智能化建筑在我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)方興未艾的產(chǎn)業(yè),所以我們可以參考建筑智能化的內(nèi)容來(lái)探討礦井智能化。

首先我們來(lái)看03X801-1建筑智能化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)圖集中對(duì)建筑智能化的相關(guān)描述:“隨著現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等技術(shù)的發(fā)展,建筑智能化系統(tǒng)逐漸增加,監(jiān)控對(duì)象眾多,內(nèi)容廣泛。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間信息共享、相互協(xié)調(diào)、互控和聯(lián)動(dòng)功能,綜合管理需要將各個(gè)分離的系統(tǒng)有機(jī)地集成在一個(gè)相互關(guān)聯(lián),統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中,這種解決方案就是系統(tǒng)集成。系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于解決各系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和互操作性,這就需要解決各系統(tǒng)之間的接口、協(xié)議、系統(tǒng)平臺(tái)、應(yīng)用軟件等問(wèn)題。”同樣在礦井智能化中,各生產(chǎn)、輔助系統(tǒng)、環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)容亦不少,而且接口形式、通信協(xié)議、操作平臺(tái)、應(yīng)用軟件各種各樣,所以在礦井智能化系統(tǒng)集成中,關(guān)鍵也是解決各系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和互操作性,從而才能在礦井的調(diào)度中心形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián),統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的調(diào)度指揮系統(tǒng)。

只有將礦井生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)中的所有自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)且可以互聯(lián)互控,才可以稱(chēng)其為智能化礦井。但在一個(gè)大型的井工礦井中,將所有的自動(dòng)化系統(tǒng)都集成到一個(gè)綜合系統(tǒng)中是不合理和不可行的,因此可以按照一定的原則,將其劃分為1個(gè)～2個(gè)集成系統(tǒng),如前面所述,可將涉及生產(chǎn)系統(tǒng)各自動(dòng)化集成到一個(gè)綜合系統(tǒng),將涉及環(huán)境安全和人員監(jiān)測(cè)的,集成到另外一個(gè)綜合系統(tǒng);也可以按照礦井生產(chǎn)工藝流程的關(guān)系來(lái)劃分,比如將綜采工作面、主運(yùn)輸(提升)、地面生產(chǎn)系統(tǒng)等集成到一起,將通風(fēng)、瓦斯監(jiān)測(cè)、供電、排水等集成在一起,將人員定位、無(wú)線(xiàn)通信、工業(yè)電視等綜合集成。當(dāng)?shù)V井實(shí)現(xiàn)了智能化管理后,一方面,各系統(tǒng)可以互聯(lián)互控,自動(dòng)運(yùn)行,從而達(dá)到減員提效的目的;另一方面,對(duì)操作人員的工作更加簡(jiǎn)潔、省時(shí)省力,對(duì)管理者和決策者得到的信息會(huì)更全面、更及時(shí),更有利于做出正確判斷,從而正確的去指揮和調(diào)度生產(chǎn)活動(dòng)或救災(zāi)行為等。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化是基礎(chǔ),智能化是目標(biāo)。沒(méi)有成熟、先進(jìn)、可靠的各工況自動(dòng)化系統(tǒng),智能化也就無(wú)從談起,更不可能安全可靠運(yùn)行。但“智能化”和“自動(dòng)化”的區(qū)別又是顯而易見(jiàn)的,自動(dòng)化主要是指各生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的獨(dú)立自動(dòng)化,綜合自動(dòng)化是指將各自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行初步的整合,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的傳輸和管理,而智能化更強(qiáng)調(diào)的是各系統(tǒng)間的互聯(lián)互控,有機(jī)協(xié)調(diào),統(tǒng)一集成等。

[1]GB 50215-2005,煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]03X801-1,建筑智能化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)圖集[S].