對礦井綜合自動化和信息化平臺的設計分析

劉霜

（百色百礦集團有限公司 廣西百色市 533000）

對礦井綜合自動化和信息化平臺的設計分析

劉霜

（百色百礦集團有限公司 廣西百色市 533000）

煤礦開采環境具有一定的特殊性，極容易導致事故的發生，要想實現高產高效煤礦開采目的，必須要對煤礦生產過程與全礦井安全環境進行嚴格的監控與監測，同時，在煤礦行業發展過程中，還需要實現生產過程信息利用等方面的網絡化、智能化與自動化。基于此，本文簡單分析了煤礦綜合自動控制系統構成，并在以礦井綜合自動化信息化平臺為主體的基礎上，以礦用光纖工業以太環網和工業現場總線等技術為輔助，共同構建礦井綜合自動化監測監控信息平臺工程。

數字化礦井；安全監控；綜合自動化信息化平臺

1 前言

在煤炭企業生產過程中，傳統的自動控制主要是各個PLC之間不存在相互通訊，且各自獨立作業，對于生產中發生的問題，也不能與其他設備進行統一的、協調的調整，設備間的不兼容性大大增加了技術人員的工作量與技術困難，并且還大大增加了設備維護作業的時間與精力。

2 煤礦綜合自動控制系統構成

2.1 自動化系統組成

自動化系統要集成的子系統包括：①礦井安全監測子系統：實時監測井下瓦斯濃度和通風狀況等各項礦井環境參數。②綜合開采工作面生產監測系統：對采煤機與全自動的液壓支架的有關數據進行有效的采集，并在此基礎上，對采煤機與液壓支架以及運輸系統在煤礦現場情況進行嚴格的監測。③主扇風機系統：通過運用此系統，可實時檢測到地面主扇風機參數、各個重要配接設備運行情況以及主要運輸皮帶工作流程，從而更好地滿足井下持續送風送氧的需求。④主、副井提升監測子系統：通過對西門子提升絞車計算機部分的改造，實現對提升絞車運行參數的實時監控和對絞車狀況的診斷，并將數據由上位機上傳至調度室，提高礦井提升的安全性。⑤人員定位系統：通過該系統的運用，可對任意井下作業人員與車輛目前的位置或者是指定時間所在的區域進行查詢。

2.2 子系統的接入

要想構建綜合自動化系統平臺，從而實現設備層，就必須要做好各子系統的接入操作。具體來說，就是要做好各子系統與工業以太網物理層、協議層之間的接入問題。

子系統硬件接入普遍采用以太網接口，但根據各子系統的控制點的分布、控制方式及控制對象的不同以及采用基于不同技術的控制器的特點，對已定子系統和待定子系統的情況進行分析，可采用以下接入方式：

（1）PLC接入：部分自動化系統主要是采用PLC進行相關控制的，例如主扇風機系統等，能夠實現PLC增加以太網模塊、太網卡與周圍的交換機的物理網絡連接目的。

（2）上位機接入：采用以太環網、OPC/DDE/FTP接口協議，能夠實現具有較強煤礦專業性的子系統與其主機的連接。

（3）子網絡接入：當前，部分自動化系統已經十分成熟，可自成網絡，對外也具有統一的網關接口，在此情況下，僅需要直接采用此接口就可實現接入網絡傳輸平臺的目的。

（4）擴展接入：少數自動化系統雖然不具備以太網接口與上位機，但其支持RS485/232、現場總線等接口，所以可通過增加串口服務器等轉換設備的方式來將其他接口轉換為以太網接口。

在物理層聯接作業完成之后，需要采用有關軟件來對通信問題進行適當的處理。因各子系統廠家的上層協議存在一些差異，所以在采集數據時，應當對多種通信協議的支持進行綜合的考慮。對于我國煤炭行業當前自動控制子系統廣泛采用的軟件通信協議，主要包括以下幾種：

（1）OPC 通信方式：通過 OPC（OLE for Process Contro1），不僅能夠儲存本地OPC服務器數據，還能夠實現對分布在網上其他節點部位OPC服務器的存儲，具有安全、高效的優勢。同時，若此系統支持有OPCSERVER的上位機及其軟件，就能夠以該上位機軟件包含的OPC方式實現通信。

（2）驅動通信方式：對于SCADA軟件而言，若其支持該自動化系統包含的PLC驅動，或者是該PLC具有OPCSERVER的驅動，就能夠直接采用SCADA軟件與PLC通信進行數據交換。

（3）DDE/Net DDE方式：DDE不僅能夠實現本地DDE服務器數據的存儲，還可妥善儲存分布在網上其他節點的數據。

3 系統總體技術設計

3.1 礦井綜合自動化系統設計要求

對于硬件設備的選型，應當滿足國家有關標準要求。同時，對于要用于爆炸環境的設備，還需要滿足國家煤安認證中心認定的檢測機構的防爆檢驗，并且在取得“防爆合格證”及煤礦安全標志證書之后才可投入使用。

3.2 系統結構設計

（1）信息管理層。信息管理層主要有網絡管理服務器、數據庫服務器、WEB服務器、視頻服務器、個人計算機、工業以太網設備以及相關的管理軟件。同時，網絡主要是由基于TCP/IP的Ethernet組成，且Ethernet存在于全礦各個管理職能部門。

（2）控制層。控制層主要包含信息層與控制層網關設備、信息中央控制站、傳輸網絡、現場控制分站以及現場操作員站等。

（3）設備層。設備控制層主要組成部分包括各個專業的生產過程監測與監控子系統，通過設備控制層，可較好的完成煤炭生產各個環節的過程監測以及自動化控制。此外，設備層主要的作用是對人員定位系統、安全監測系統、風機在線監控系統、井下運輸信集閉系統等主要設備進行一定的控制與監測。

3.3 系統功能

（1）可對安全生產系統進行集中監控。系統主要是由網絡的集中監控系統構成，在網絡數據中心，可對網絡中各個子系統進行集中監控。對于工控組態冗余系統，因其各工作站功能存在差異，所以可用于監測、控制系統中的各子系統，且在實際使用時，還可互為備用。

（2）顯示功能。可顯示出各個膠帶機、風機與提升機等有關設施及全部信息的實時情況。此外，當被測參數出現超限、保護動作，以及相關設備運行狀態發生改變之后，還能夠發出語音與文字告警提示。

（3）控制功能。可實現遠程啟動、停止、測試與復位的效果，并且還能夠實現地面遠程編輯、故障屏蔽等目的。

（4）故障自診斷功能。可對發生故障的類型與位置進行準確的判斷，并且還能夠進行語音、圖像提示與打印輸出。

（5）數據統計、匯總。對數據進行綜合處理，能夠更好的滿足報表統計、曲線圖、柱狀圖顯示的要求，并且還能夠打印輸出。

（6）網絡功能。可與其他集體控制系統共同構成網絡，并且還能納入全礦計算機局域網，以此來為礦井信息中心、礦領導以及有關部門對礦井下的各個系統的實際工作情況進行實時掌握提供基礎。

（7）掉電保護。為避免系統突然斷電導致系統數據丟失、控制失控，采用后備電源供電，以確保系統不間斷運行。

4 工業以太環網平臺設計

4.1 網絡平臺整體設計

系統采用計算機網絡、光纖通信及工業以太網技術，并且在環境惡劣、人員設備分散、有特殊安裝要求的礦區構建一個完全符合有關要求的地面、井下千兆互聯環網及地面生產經營環網，以此來形成一個礦井綜合控制和監控的傳輸平臺。此外，對于網絡的核心，應當采用開放型標準的以太網技術和TCP/IP協議，其不僅支持環形冗余，可實現鏈路聚集，而且還可提供統一標準化的接入接口。

4.2 網絡拓撲規劃

本方案設計的網絡拓撲是在調度中心布置兩臺赫思曼生產的MACH4002-24G-L3P支持三層動態路由功能的核心交換機，每臺提供至少8個1000M光口，用于駁接環網；提供至少8個1000M電口，提供16個百兆電口用于駁接視頻服務器、全局工業控制網平臺交換機、各種服務器、上位機、操作站、工程師站等。

4.3 平臺軟件特點

①有標準的接口協議。此系統所采用的接口協議均為以太網絡、計算機與自控方面應用的標準協議，該協議為綜合自動化其他系統互聯、互通目標的實現提供了幫助。②可擴展性較強。該系統主要采用的是模塊化設計，所以，無論功能的變更，還是子系統的添加，均不會影響到整個系統的架構。同時還應用了數據庫技術來進行數據的整合工作，這不僅為其提供了數據訪問，還為ERP、OA等信息應用系統提供了一定的數據基礎，從而為后期數據分析工作的進行提供了幫助。③可實現客戶端零配置。該系統支持B/S結構，而B/S結構可使得客戶機的工作得到最大限度的簡化，可基本實現客戶機零配置，基于此，設備的維護操作僅需要在服務器上進行即可。由此可以看出，該系統的管理與維護較為簡便。

5 總結

通過煤礦綜合自動化信息系統集成平臺的設計，可較好的完成各類安全、生產、管理系統中各環節參數的接入與匯總處理操作，并且還能采用智能化控制方案來有效的調控現場子系統。同時，調度中心還可通過標準化數據的采用來實現機制的共享，各級之間也可滿足功能擴展無縫連接的要求。通過調度信息處理平臺的構建，可將各類安全、生產、管理系統接入中樞機構，之后可提供規范化的接口，為智能化的應用奠定基礎。

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TD67

A

1004-7344（2016）06-0164-02

?集成自動化在煤礦中的應用[J].河北煤炭，2004（4）：26～27.

2016-1-14

劉 霜（1969-），男，助理工程師，大專，主要從事煤礦安全監測監控工作。