礦井自動化平臺的設計與研究

摘要：現階段，我國礦井自動化平臺中出現了很多問題，自動化平臺的各監控系統之間無法實現信息的共享和集成，無法為煤礦企業決策者和管理人員提供具有時效性的數據支持。目前我國廣泛使用的自動化信息平臺是OPC數據服務器，這種網絡技術可以實現煤礦各系統的信息資源共享。文章主要對礦井自動化平臺的設計問題進行了深入研究。

關鍵詞：礦井自動化；自動化平臺；監控系統

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0104-02

1 我國礦井自動化建設發展現狀分析

隨著市場經濟的發展，計算機信息技術的改革和創新，應用于煤礦企業的自動化系統有很多，如計算機應用系統、礦井監測系統、數據監控系統、數據維護系統等。但是大多數系統仍存在維護不便和開發性能差等缺陷，這些缺陷在一定程度上造成了礦產資源的浪費。由于煤礦自動化建設的各系統都存在信息化差異，所以各系統之間的運行信息無法得到及時交流，導致自動化系統運行時出現信息孤島現象。

自動化平臺的信息輔助決策和集中管理無法實現，其自動化礦井就無法完成安全運行，如何解決軟件的缺陷使其系統數據相聯系是現今技術科研工作者要研究的重要問題。現階段的自動化平臺主要通過光纖進行網絡數據收集，利用煤礦企業內部的系統網絡平臺（服務器、瀏覽器、客戶機）等多種模式相結合，進行實時數據訪問，供工程管理人員繪制、監測、描述各系統設備的工作狀態，以滿足煤礦安全生產和宏觀調控所需的實際要求。

2 礦井自動化平臺系統結構

煤礦企業的礦井自動化平臺主要應用的技術有：通信技術、計算機技術、自動控制技術。通過局域網和光纖傳輸系統，將井下開采工程進展和施工信息傳輸至地面的控制中心，由工程管理人員對施工設備進行遠程操作。挖掘數據、施工設備信息、工程信息、監測信息等各類信息，都在控制中心的監測瀏覽器中實時顯示，網絡終端對不同信息進行不同程度運輸，當顯示數據出現“潛在故障”和工程事故時，控制中心的報警系統會隨機發出預警、報警指令，并為管理人員提供合理的決策建議，使施工更加合理、穩定、可靠地運行。礦井自動化平臺建設涉及到的工程理論有采礦理論、自動化理論、計算機網絡信息工程

學等。

礦井自動化平臺系統結構，由地表控制系統和井下生產監控系統組成。監控系統的組成硬件有：監控主機、PLC、工程人員工作站等；軟件有：監控系統各職能軟件、組態軟件、監控軟件、數據顯示軟件、數據分析應用軟件等。控制系統的組成硬件有：數據中心（又稱實時數據庫）、OPC服務器、管理系統、網絡信息服務系統等；軟件有：OPC設計軟件、數據顯示軟件、組態軟件、數據分析應用軟件等。

OPC服務器是控制中心的核心數據中心，其主要功能有兩個：（1）借助OPC技術實現服務器的子系統連接，并對各子系統的工作數據進行實時采集，完成控制中心對信息數據的管理工作，實時保護工程數據的安全性、穩定性、時效性；（2）各系統網絡信息的融合，通過ⅡS來響應外部數據和請求。

3 礦井自動化平臺的數據庫技術

實時數據庫是礦井自動化控制系統的核心軟件，是實時數據管理與共享的主要部件。需要具備以下功能：（1）集成現場總線和各控制系統的設備，使數據庫提供具有統一性、時效性，為數據管理系統提供一個可靠的數據管理平臺；（2）完成施工數據的采集、壓縮、存儲和管理；（3）信息數據的訂閱和查詢等功能。

3.1 數據庫模型

OPC服務器有三層軟件結構：管理層、應用層、接口層，它建立在Windows的應用程序和現場過程控制中心之間的橋梁。工程設備的實時數據信息，通過不同軟件編寫專用接口函數。OPC服務器是一個嵌入式設備驅動程序，使自動化系統平臺具有時效性、開放性、連接性、穩定性。

3.2 RTDB的核心結構設計

實時數據庫的核心功能是實現子系統和控制中心的數據連接，為控制中心提供實時決策數據，并對其進行數據分析。RTDB數據結構具有極強的可擴展性和可伸縮性，負責礦井自動化平臺控制中心的多個處理系統，如：事故處理系統、設備維修處理系統、工程任務發配系統、故障搶修系統、故障維修系統等，可通過安全、靈活的管道連接模式，將點編輯中心、控制臺、官道連接服務臺、組態工具管理中心等外圍子系統和擴展應用與健壯的運行核心分離。使系統的運行更具可靠性和靈活性。

3.3 OPC數據服務器

OPC服務器是信息自動化平臺系統中典型的現場數據源程序，它可以通過OPC端口對各個系統設備的實施數據進行收集，OPC服務端口是由數據儲存區、瀏覽器界面、硬件驅動程序、服務器接口等部分組成的，使系統各部分功能互相協作且有相對獨立。

4 礦井自動化管理平臺

礦井自動化管理平臺應用OPC軟件對其系統接口進行規范性設計，使管理平臺具有Web瀏覽功能，通過瀏覽器顯示信息的實時數據、動態圖形、啟停故障統計、趨勢曲線等，實現管理平臺對工程信息數據的分級管理。管理人員通過數據報表、故障記錄、安全登記等措施保證礦井自動化管理平臺的正常運行。礦井自動化管理平臺針對煤礦施工特點環境還具備增值管理，礦井自動化系統管理平臺結構的具體功能如下：

4.1 施工環境安全性評價

管理平臺的區域評價可以通過不同施工環境，建立環境安全評估模型，根據施工環境參數，對其施工危險性進行測評，得出的測評結果具有統計學意義。

4.2 位置定位功能

為防止施工人員在煤礦開采過程中出現危險，管理平臺對每個入井工人進行實時跟蹤監測和定位，隨時掌握工人的井下活動和位置，一旦發生事故，管理人員可以立刻從監視器中顯示位置，確定事故現場的詳細情況，并根據具體工人數量（被困人數、遇難人數）和遇難環境制定合理的搶修方案。

4.3 在線設備管理功能

礦井自動化平臺的設備一般采用在線管理模式，結合設備管理系統、信息管理系統、監測管理系統等反映出的數據信息，宏觀調控各施工裝置，也可單獨使用。

4.4 應急預案管理管理

通常情況下，礦井自動化平臺系統都會建立一個針對各種故障的預案庫，并定期對其進行完善和修改。施工過程中出現故障或自動化控制系統出現問題時會發出各種提示、預警、報警信號，應急預案管理平臺會自動生成故障處理預案，為現場調度指揮人員提供可靠的、安全的、合理的搶修建議。

5 結語

我國礦井信息化和自動化建設發展迅速，目前大多數煤礦企業都相繼成立了獨立的自動化信息平臺。本文通過研究礦井自動化平臺的設計發現，監控中心要實現各子系統之間的信息共享和集成，就建立實時數據庫，為控制中心提供信息數據支持，以實現礦井的自動化建設。

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作者簡介：孔輝（1983—），男，河南人，神華神東煤炭集團有限責任公司技術員，助理工程師，研究方向：自動化技術在礦井中的應用。endprint