礦井綜合自動化系統在煤礦的設計與應用

摘 要：21世紀煤礦開采技術最為顯著的特點，是計算機技術的全面應用和其功能的最大發揮，并將主宰礦山。計算機技術能夠使規劃、信息、控制和監測等不同部門融為一體，從而使煤礦整個系統發生根本性的變化。本文結合綜合自動化的建設經驗對一些在設計階段和實際應用中應該注意的問題作了分析，提出了煤礦安全生產綜合自動化的設計思路及其實現方法。

關鍵詞：工業以太網；信息化；自動化；平臺

1 自動化系統建設思路

1.1 對自動化系統的要求

隨著煤礦綜采綜掘裝備及技術應用的不斷成熟，運輸及提升能力的不斷提高，對通風、排水、防火、供電、監測等系統的安全性要求不斷增強，使得礦井對機電設備及其控制系統的自動化技術依賴程度愈來愈高。為了將各系統有機的集中控制，需要建立安全可靠的數據通道和統一的平臺，在進行技術整合的同時，統一各子系統之間的數據接口和物理接口，消除子系統之間的數據孤島現象，為管控一體化提供必須的基礎，從而實現遠程集中智能化監控，達到減人提效增安全的目的。

1.2 自動化傳輸網絡架構選擇

早期的現場總線技術由于存在標準之間的不兼容性，嚴重束縛了不同廠商設備之間的互連，傳輸速率低，不易管理；而工業以太網，應用案例較多，具有低成本、高實效、高擴展性及高智能的魅力，具備高度的分散性、實時性、可靠性、開放性和互操作性的特點，尤其是基于 TCP/IP的全球標準化協議決定了其兼容性和可擴展性。因此選用工業以太環網技術來構建礦井綜合自動化數據傳輸網絡，同時選擇可靠的有成熟應用的工業交換機。

1.3 集成平臺選擇

集成平臺的建設，可以使煤礦井下及地面的安全信息、設備的工況信息和控制信息在一個統一的平臺上傳輸，增強數據傳輸的可靠性和利用率，避免重復投資和建設，可有效整合各種資源和發揮自動化集成的最大效益。根據煤炭機電設備及子系統的多樣性及數據接口及協議的復雜性，以及其他礦井在自動化方面的建設和應用經驗，結合煤礦自動化技術發展，煤礦選用了 INTELLUTIONifix。該軟件兼容全球所有知名自動化生產廠商的控制器，具備靈活的數據接入驅動程序。

1.4 子系統物理接口及通信規約的規劃

煤炭行業的子系統構建方式差異性較大，既有PLC控制系統、單片機控制系統、基于工業控制計算機的數據監控系統，也有基于嵌入式控制器的 SCA-DA系統。物理接口存在多樣化，通信協議多樣，通信規約差異性因設備而異。

因此，煤礦在設備選型時對接口方式和協議非常重視，技術要求非常詳細，針對已有接口進行了詳細的規劃，確保了集成平臺對所有子系統的順利接入。

1.5 平臺設備的選用

煤礦的特點決定了整個系統必須具有很高的可靠性和可用性，以此保障生產活動的正常進行和井下工作人員的安全。因此在選型時充分考慮所選設備的冗余性和容錯能力，并能夠適應井下惡劣的工作環境和防爆要求。①實時歷史數據庫采用容錯架構的服務器；②通信線路采用環網技術組建，核心交換采用熱備冗余技術，環網之間進行耦合冗余連接，光纜敷設時，使用多芯單模備份光纖；③采用先進的的數據存儲及備份系統，對自動化關系數據庫、實時數據庫及企業 Internet網絡中數據庫的重要數據進行實時的存儲與容災備份，確保自動化及其相關重要數據的安全性和可靠性；④后備供電采用數字監控技術，提高電源監控的靈活性和穩定性，采用雙變換在線式結構，解決電壓波動、電源干擾、閃電雷擊等問題，對設備提供全面的保護；電池組采用模塊化設計，能夠隨意組合和擴展，保證應用系統數據的不間斷性及完整性?，F場工業交換機均采用在線式UPS供電方式；⑤重視自動化工業網絡跨出到企業網絡的安全保護硬件。

2 自動化系統的實現

2.1 子系統的接入

在硬件方面，采用三種方式： 直接與子系統 PLC控制器聯接；直接與子系統控制器聯接；與子系統控制主機聯接。在軟件方面： OPC協議接入方式；WEB接入方式；MODBUS協接入方式；PROFIBUS協議接入方式。

2.2 建成系統情況

控制器和設備監控站所采集信息的實時傳送；選用2臺主備冗余的服務器作為網絡數據采集服務器，將采集到的實時信息儲存到實時歷史數據庫服務器，同時數據服務器可將重要的數據記錄實時的發布；自動化系統網絡平臺通過網御安全\"隔離\"網閘設備和應用安全策略，在保證安全的前提下與企業信息管理網絡進行了互聯。

整個系統采用框架體系，環網交換機采用統一的標準接口，各個子系統可以動態加載到整個集成平臺；各個系統間通過環網平臺可完成信息的交換，實現了系統聯動和信息的共享；完全解決了子系統間由于相互獨立所造成的信息孤島，達到了信息的全方位共享和融合。

在調度室控制臺，顯示器提供了易于使用的人機界面，能夠形象動畫地顯示工藝流程，完成工藝參數的輸入、存儲、調用，具有完善的系統報警和查詢、打印功能，可進行產量、時間的自動統計，具有用戶的分層受權管理功能等。調度人員可以在一臺工作站上監視和控制所有的集成系統，方便了監控管理人員對信息的獲取和管理調度，改變了以往監控調度中信息溝通和獲取不暢的不利局面。

綜合自動化系統的建成，在礦井調度中心實現了對礦井綜采工作面、順槽膠帶、主運輸系統、鍋爐房集控系統、輔助運輸系統、通風機房、井下主變電所、井下主排水泵房、污水處理、洗煤廠系統等系統的遠程監測監控，部分子系統實現了無人值守。調度人員和領導能夠在調度室直觀、快捷的了解生產一線情況，掌握重要設備的實時工況；同時能夠在辦公室企業網絡調出工業網絡平臺的實時數據，隨時掌握生產動態。通過對大量數據的采集、分析、挖掘、加工和處理，實現了管理人員對礦井生產的動態綜合分析和管理。環型以太網的建立，使得技術人員方便的利用工業網絡實現遠程數據維護，極大提高了技術人員對各子系統的遠程維護水平。

3 結束語

煤礦綜合自動化系統的建設，形成了統一的傳輸網絡平臺和統一的數據庫平臺，建立了一個具有安全運行、數據可靠、可擴展軟件架構的生產管理平臺，是整個礦井數字化、信息化建設過程中實現數據采集、數據整合、過程控制、數據發布的關鍵層。為實現工業網絡和管理信息網絡數據無縫連接，提供了統一的數據發布平臺，為實現企業的智能決策管理打下基礎，提高了企業的管理水平和競爭能力。

參考文獻

[1]陸錚.工業以太網在全礦井綜合自動化系統中的應用[J].工礦自動化，2006（3）.

[2]趙小虎，張申，譚得健.基于礦山綜合自動化的網絡結構分析[J].煤炭科學技術，2004（8）.

[3]朱文軍，盛邦清.煤礦自動化控制系統整臺的研究與應用[J].煤炭技術，2006（8）.