礦井自動化與信息化的研究

衛(wèi)文慧

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037）

1 系統(tǒng)簡介

礦井自動化與信息化系統(tǒng)包括電網(wǎng)在線監(jiān)測子系統(tǒng)、主排水自動控制子系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控子系統(tǒng)、變頻自動控制子系統(tǒng)、綜采在線監(jiān)測子系統(tǒng)、無線通訊子系統(tǒng)、安全生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控子系統(tǒng)、皮帶運輸監(jiān)控子系統(tǒng)、人力資源管理子系統(tǒng)、計算機管理子系統(tǒng)、辦公自動化子系統(tǒng)、領(lǐng)導(dǎo)決策管理子系統(tǒng)等。

根據(jù)礦井生產(chǎn)、地理、安全、設(shè)備、管理、市場和系統(tǒng)的安全性、擴展化、可管理性原則等，本文設(shè)計了一套自動化與信息化系統(tǒng)，可實現(xiàn)對礦井的生產(chǎn)設(shè)備進行控制和監(jiān)測，可以實時、連續(xù)監(jiān)測各種地理、安全、設(shè)備等信息數(shù)據(jù)，減少井下作業(yè)的人數(shù)，提高工作效率，還可以提高煤礦的安全和管理水平，有效的將監(jiān)測監(jiān)控、人員管理、安全生產(chǎn)等各系統(tǒng)有效的融合到一起，并通過軟件分析處理在計算機進行顯示，實現(xiàn)礦井生產(chǎn)設(shè)備的正常運行和災(zāi)害的預(yù)警及處理。

系統(tǒng)的基本功能：將各子系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，對環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、故障診斷進行分析，并將數(shù)據(jù)上傳至計算機，以畫面和圖表的形式表現(xiàn)出來，實現(xiàn)監(jiān)測與控制。對各子系統(tǒng)進行合理的調(diào)整，降低煤礦企業(yè)的人力、物力成本，使各子系統(tǒng)在健康的狀態(tài)下運行，實現(xiàn)管控一體化。當(dāng)子系統(tǒng)和設(shè)備出現(xiàn)故障或通信中斷時，能夠保障整個網(wǎng)絡(luò)的正常傳輸和安全。設(shè)備故障或監(jiān)測點超限時，各子系統(tǒng)和監(jiān)控平臺應(yīng)顯示故障設(shè)備名稱、報警點及數(shù)值，并將報警信息存入數(shù)據(jù)庫，供統(tǒng)計分析和查詢，建立歷史數(shù)據(jù)庫，實時存儲數(shù)據(jù)，為統(tǒng)計分析提供依據(jù)，實現(xiàn)礦井的自動化與信息化。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)硬件由管理應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。管理應(yīng)用層利用設(shè)備層提供的數(shù)據(jù)信息，使煤礦企業(yè)各個部門能夠不受位置的限制，監(jiān)測系統(tǒng)里的各種數(shù)據(jù)，為企業(yè)提供數(shù)據(jù)的支持，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和全礦安全生產(chǎn)的信息化管理，由于涉及煤礦的安全生產(chǎn)過程，因此需要采用用戶身份認證等安全技術(shù)，管理應(yīng)用層主要設(shè)備包括服務(wù)器、交換機等；網(wǎng)絡(luò)層通過以太網(wǎng)，采集服務(wù)器和整個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并向設(shè)備層的控制器發(fā)送控制指令，完成各種控制、參數(shù)的監(jiān)測、報警和趨勢分析，網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備主要由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、交換機等設(shè)備組成；設(shè)備層采用現(xiàn)場總線，通過底層信息的實時傳遞從網(wǎng)絡(luò)層中獲取數(shù)據(jù)，采用以太網(wǎng)進行通訊，保證各子系統(tǒng)的實時性、安全性和可操作性，現(xiàn)場設(shè)備層由分站、傳感器、控制裝置、智能儀表、控制柜等組成。

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)處理與采集軟件、系統(tǒng)配置軟件、歷史查詢軟件、圖形編輯與處理軟件、實時監(jiān)測軟件和數(shù)據(jù)上傳軟件等組成，軟件采用瀏覽器、應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三層體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行實時監(jiān)測、控制與信息共享。集成平臺和待集成系統(tǒng)選用同一組態(tài)軟件，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫接入，在人機界面上，提供專業(yè)的圖形庫供用戶在制作工藝流程圖時使用，軟件開放性、實時性、可操作性強，數(shù)據(jù)接入靈活，將不同技術(shù)層次和技術(shù)途徑的系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換，建立統(tǒng)一的安全報警信息管理平臺，將安全、生產(chǎn)、管理中需要報警的信息（如超限報警、異常報警、設(shè)備運行故障、違章作業(yè)等信息）進行集中管理，并作相應(yīng)的分析處理。在數(shù)據(jù)通訊方面采用動態(tài)鏈接庫及多線程技術(shù)，實現(xiàn)實時響應(yīng)及前后臺監(jiān)測數(shù)據(jù)的無縫鏈接，具有矢量化組態(tài)圖顯示功能，可隨時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖形、曲線和報警點等數(shù)值，形成分析決策支持系統(tǒng)。

4 數(shù)據(jù)傳輸平臺設(shè)計

數(shù)據(jù)傳輸平臺要求：主干網(wǎng)速率：1000Mbps，傳輸方式：工業(yè)以太網(wǎng)，通訊模式：多主并發(fā)，通訊協(xié)議；TCP/IP，支持全雙工/半雙工，支持光纖冗余環(huán)網(wǎng)工作模式，冗余恢復(fù)時間短。由于各子系統(tǒng)所用設(shè)備和通信技術(shù)不同，為達到系統(tǒng)的自動有效控制，選擇工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP 技術(shù)作為系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，其通用性和兼容性強，其他總線結(jié)構(gòu)方式均通過總線端口轉(zhuǎn)換為工業(yè)以太網(wǎng)信息包，以滿足系統(tǒng)良好的擴展性，為了保證數(shù)據(jù)的實時性和可靠性，各子系統(tǒng)內(nèi)部采用現(xiàn)場總線方式通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，各子系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備采集的數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場總線傳輸?shù)娇刂破鳎缓笸ㄟ^以太網(wǎng)接口上傳到工業(yè)以太網(wǎng)進行傳輸，采用不間斷電源來保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的供電安全，整個數(shù)據(jù)傳輸平臺采用交換機的環(huán)間耦合技術(shù)。

5 數(shù)據(jù)采集設(shè)計

本系統(tǒng)具有將各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行實時的采集和處理，系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，將管理系統(tǒng)和各子系統(tǒng)有機的聯(lián)系，實現(xiàn)控制現(xiàn)場和系統(tǒng)的連接。采用標(biāo)準(zhǔn)的接口，系統(tǒng)支持環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、設(shè)備運行監(jiān)測、安全監(jiān)測監(jiān)控、電視監(jiān)控、人員定位管理、電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測等各種子系統(tǒng)的軟件適配，實現(xiàn)各子系統(tǒng)設(shè)備與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器之間的物理鏈路連接，并對交互信息內(nèi)容進行具體描述。系統(tǒng)初建時可根據(jù)需求和條件先建最急需的平臺，然后分期增加各種子系統(tǒng)及不斷升級，最后建成一個完善的自動化與信息化系統(tǒng)。

結(jié)語

礦井自動化與信息化系統(tǒng)把井上與井下的各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及畫面統(tǒng)一到綜合自動化平臺，實現(xiàn)了全礦井的數(shù)據(jù)采集、處理和共享，對煤礦實現(xiàn)人員監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控，將整個礦井的生產(chǎn)信息集成化管理，為生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮、礦井預(yù)防和處理各類突發(fā)事故和自然災(zāi)害提供有效手段。

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