礦井綜合自動化系統在煤礦的建設與應用

楊 帥

（晉煤集團趙莊煤業有限責任公司趙莊二號井，山西 長治 046608）

趙莊二號井是晉煤集團下屬大型現代化礦井，礦井位于山西省長子縣境內，現已安裝電力監控系統、自動化排水控制系統、主副井提升系統、主扇控制系統等，但是每個系統都有相對獨立的數據傳輸通道，浪費寶貴的通信資源，同時，進行統一協調調度較為繁瑣。綜合自動化系統環形網建成以后，所有獨立系統均可接入工業環網，保障整個系統數據傳輸迅速。

隨著國內的自動與信息化技術迅猛發展，自動化控制技術逐步被應用于各個生產領域。基于現代化企業管理與構建安全監控系統的需要，構建以信息化、自動化為基石的新型現代化已成為當前煤炭行業提升企業競爭力、保障礦井安全生產的必然趨勢[1-4]。

1 系統建設的目標

煤炭行業綜合自動化控制系統主要由生產設備控制系統、視頻監控系統兩部分構成。通過對現有的煤礦控制系統進行分析，迫切需要在現有的控制系統基礎上，建立一個事件處置高效、通信網絡穩定、數據真實可靠的信號傳輸與監控的綜合信息化平臺，依托于穩定的通訊網絡，將現有的單個監控系統數據完整地有機集成起來。自動化控制系統可有效將礦井各個生產環節的設備實時信息與視頻監控有機地融為一體，在地面中央控制室便可實現對全礦井的各個生產環節的監控。同時，可將最新的信息反饋給各級決策者，使決策者在地面即可隨時了解井下的實際生產情況，便于實現全礦井的統一管理[5-6]。

2 礦井綜合自動化系統建設情況

礦井現有井下高低壓電力監控系統、泵房自動化排水控制系統、地面主副井提升系統、主扇控制系統，迫切需要與地面管理系統實現集中控制，主要建設內容如下。

2.1 礦井綜合自動化控制平臺

礦井綜合自動化平臺將把趙莊二號井各個子系統有機整合在一起，集控室將中央泵房、主副井提升機房、主扇機房的控制系統進行集中，通過光纖和交換機進行信息的交互通訊。確保礦井各個生產環節的實時信息在統一平臺上進行有效集成，實現各子系統數據的深入挖掘、分析處理以及對關聯業務數據的綜合評估，進而實現對各生產環節的實時控制，達到“管控一體化”的目標。

圖1 井上下綜合自動化集中控制系統拓撲結構圖

2.2 站控主單元

站控主單元的主要功能為現場數據的采集、處理、通信等，同時提供各類硬件通信設施接口，用于現場數據的采集并實時處理配電室內所有的保護裝置、測控裝置、智能設備的數據，形成各種信息轉發表，同時向礦井遠程后臺控制系統、調度集控中心進行發送。

井下電力監控系統安裝在井下中央變電所、各盤區變電所及各采區配電點，其主站系統硬件構成主要包括通訊服務器、數據服務器、監控工作站三大部分。能夠實現遠程遙測、遙信、遙控、遙調的四遙功能，在地面即可實現對井下開關設備的分合閘、設備相關參數的調整與修改，對開關設備動作狀態進行實時監控，同時，故障報警與查詢信息的反饋可以加快對故障點的及時處理，縮短事故影響時間。

主、副井提升機及主扇機房綜合自動化系統均采用新型的PCS-9700集控站系統，其主要構成包括操作員站、以太網、交換機、UPS及PCS-9700保護測控裝置等。

其配套的間隔級控制設備應當保證在無屏蔽狀態下，仍具有足夠的抵抗電磁干擾的能力。在整套綜合自動化系統中，當其中任一設備發生故障時均不應影響系統中其他設備的正常運行。可以實現遠程監控主副井提升機、主扇風機的運行情況并能對相應供電系統實現四遙功能；在集控室實時監控中央泵房設備的運行情況，通過自動、手動、聯動多種方式實現遠程操控主水泵運行。

2.3 后臺監控系統

后臺監控系統的主要功能是實現井下數據的采集、存儲、實時監控，同時具有圖表顯示、緊急事件報警與記錄、設備實時狀態及參數的查詢、操作控制命令的解釋和下達等功能。操作界面采用簡潔清晰的風格，操作簡便，值班人員能夠實現對井下設備的遠程實時監控，在出現故障報警時能夠輔助值班人員迅速做出判斷。

圖2 主排水在線監測畫面

圖3 井下電力監控系統畫面

3 礦井綜合自動化系統的經濟效益

在建立礦井遠程綜合自動化控制系統后，對原有的組織管理機構及制度進行合理調整，制定與綜合自動化控制系統相適應的管理制度，采用現代化管理手段，嚴格執行與自動化平臺相對應的規定，提高工作效率和管理水平，體現綜合自動化系統的經濟效益，具體表現在以下兩點。

3.1 節能效益分析

綜合自動化系統完工后，實現對中央水泵房遠程實時監控，達到削谷填峰的目的；同時與能源綜合管理等手段相結合有效降低電耗，按噸煤電耗減少2kW·h計算，則每年可節約能源成本為：0.5元/kW·h×2kW·h/t×90萬t=90萬元。

3.2 生產效能分析

綜合自動化系統能夠全面量化設備運行狀況，在事故未發生前，及時準確地找出隱患發生點，調度相關人員提前處理，盡可能將隱患消除在萌芽階段。同時，提升設備隱患排查能力，按照平均每月減少事故處理影響時間6h計算，每年可節約6×12=72h。趙莊二號井2012年生產能力為90萬t/a，據了解每小時約出煤l20t，每年可多出72×120=8640t原煤，按300元/t計算，每年可減少潛在損失259萬元。

4 結語

趙莊二號井綜合自動化控制系統投入使用后，在地面調度室通過站控主單元、后臺監控系統即可實現礦井的井下高低壓電力監控系統、泵房自動化排水控制系統、地面主副井提升系統、主扇控制系統與地面管理系統的集中控制，有效降低噸煤成本，提高煤炭生產效率，取得了良好的經濟效益，同時，提高礦井安全生產管理水平，有效保障職工人身安全，促進了本安型礦井的建設。