1、煤礦科技論文煤礦創(chuàng)新論文：煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究摘 要: 以龍口礦業(yè)集團(tuán)建設(shè)的煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為例,詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)及井下膠帶、井下供電、井下電機(jī)車運(yùn)輸、壓風(fēng)機(jī)、主通風(fēng)機(jī)、主副井提升、井下排水、礦井安全監(jiān)測(cè)、人員定位監(jiān)測(cè)等各子系統(tǒng)的接入方法,并簡(jiǎn)要介紹了煤礦綜合自動(dòng)化輔助系統(tǒng)的功能。實(shí)際應(yīng)用表明,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在煤礦地面集控中心對(duì)各子系統(tǒng)的開(kāi)停控制,提高了礦井的生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞: 煤礦;綜合自動(dòng)化;工業(yè)以太網(wǎng);接入方法0引言幾年來(lái)煤炭工業(yè)的發(fā)展證明,建設(shè)以自動(dòng)化、信息化為標(biāo)志的新型現(xiàn)代化礦井已成為煤炭企業(yè)提高礦井安全程度,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效,增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的必然途徑。因此,龍口礦業(yè)

2、集團(tuán)在各礦井大力建設(shè)了煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng),從而提高了礦井的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益、安全程度。1煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)作為煤礦自動(dòng)化總平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了在地面對(duì)煤礦井上下諸多設(shè)備的可靠控制。(1)采用光纖組建了煤礦井下工業(yè)以太網(wǎng)并形成環(huán)網(wǎng),全礦井下膠帶、軌道、供電、排水、通風(fēng)、礦井提升、選煤等自動(dòng)控制子系統(tǒng)均以現(xiàn)場(chǎng)總線等形式就近接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)1,同時(shí),采用OPC及組態(tài)軟件等技術(shù)接入軟件平臺(tái),形成全礦井自動(dòng)控制信息傳輸及處理的總集成平臺(tái),基于該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了在地面集控中心對(duì)井下膠帶、供電、排水、軌道、通風(fēng)、壓風(fēng)、提升、選煤等設(shè)備的遠(yuǎn)程開(kāi)停控制和在線監(jiān)測(cè),井下諸多環(huán)節(jié)和崗位實(shí)現(xiàn)了無(wú)人

3、值守,大大減少了井下現(xiàn)場(chǎng)人員,提高了礦井安全水平。(2)煤礦安全監(jiān)控、人員定位等監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在地面接入煤礦自動(dòng)化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了礦井自動(dòng)化信息、安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)信息的集成、共享和Web發(fā)布等功能,實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下所有掘進(jìn)頭、工作面的瓦斯自動(dòng)檢測(cè)和超限自動(dòng)斷電、告警,實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下所有重要地點(diǎn)的風(fēng)速、溫度、風(fēng)門、局扇開(kāi)停的自動(dòng)監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下人員分布情況的在線監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)。(3)建立了礦井自動(dòng)化監(jiān)控中心,具有大屏幕顯示功能,控制功能,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總功能,網(wǎng)絡(luò)功能等,操作員站之間具備相互冗余功能。(4)建立了礦井工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng),將井下和地面各主要地點(diǎn)攝像機(jī)的信號(hào)傳輸?shù)降孛嬉曨l服務(wù)器,在集控中心顯示和切換圖像,為

4、地面遠(yuǎn)程控制提供了必備的監(jiān)視手段。(5)建立了礦井移動(dòng)通信系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了井下現(xiàn)場(chǎng)與集控中心的清晰通話,為地面遠(yuǎn)程控制提供了暢通的聯(lián)絡(luò)手段。(6)完成了煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與煤礦管理網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)接,將煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化信息、安全監(jiān)測(cè)信息、井下視頻與管理信息系統(tǒng)聯(lián)通,通過(guò)Web等方式實(shí)現(xiàn)了各類信息在全公司的資源共享。2煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的組成煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用3層(管理層、控制層、設(shè)備層)架構(gòu)體系,主要由硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、各個(gè)接入系統(tǒng)組成2,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.1硬件平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)采用光纜冗余環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng),實(shí)現(xiàn)集成傳輸功能,可提高系統(tǒng)可靠性。地面集控中心采取雙機(jī)互備的方式設(shè)置各子系統(tǒng)工作

5、站、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、管控服務(wù)器等,分別接入工業(yè)以太網(wǎng)核心交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備均支持SNMP網(wǎng)管。整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)為獨(dú)立的監(jiān)控信息傳輸網(wǎng)絡(luò),只通過(guò)硬件防火墻與管理信息網(wǎng)聯(lián)接,保證系統(tǒng)的安全。在管理信息網(wǎng)內(nèi)配置Web服務(wù)器,用于提供Web應(yīng)用發(fā)布,使管理信息網(wǎng)內(nèi)的客戶端能夠?yàn)g覽到綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)。2.2軟件平臺(tái)煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用3層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu):瀏覽器(客戶端)、應(yīng)用邏輯服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,如圖2所示。煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為微軟公司Visual Studio .NET,監(jiān)控軟件(組態(tài)軟件或定制開(kāi)發(fā))基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)運(yùn)行,以網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Windows2003 Server為運(yùn)行環(huán)

6、境,以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)(如MSSQL Server、DB2、Oracle等)為數(shù)據(jù)庫(kù)支撐。與各子系統(tǒng)的軟件接口主要采用OPC接口;對(duì)于不具備OPC接口的子系統(tǒng),也采用DDE、TDCOM、ODBC或FTP接口方式。軟件功能:對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行信息協(xié)議交換、綜合分析、分類處理,Web瀏覽(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表格、故障報(bào)警、趨勢(shì)曲線等),數(shù)據(jù)分級(jí)管理,事件記錄,報(bào)表打印,安全認(rèn)證。2.3各接入子系統(tǒng)煤礦井下膠帶、井下供電、井下電機(jī)車運(yùn)輸、壓風(fēng)機(jī)、主通風(fēng)機(jī)、主副井提升、井下排水、礦井安全監(jiān)測(cè)、人員定位監(jiān)測(cè)等控制子系統(tǒng)的下位機(jī),PLC等現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備掛接在環(huán)網(wǎng)交換機(jī)上,設(shè)在地面的管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與各

7、就地控制機(jī)(PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并可發(fā)布控制命令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)3,同時(shí),所有監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息均實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上共享(可通過(guò)IE瀏覽)功能。(1)井下膠帶集控系統(tǒng)該系統(tǒng)的各膠帶就地控制機(jī)(PLC)通過(guò)RS485接口就近接入井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī),設(shè)在地面的管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與各就地控制機(jī)(PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的膠帶操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并可發(fā)布控制命令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多條膠帶的集中控制和監(jiān)測(cè),以及順、逆煤

8、流程序控制和膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化控制。控制信號(hào):電動(dòng)機(jī)開(kāi)停、制動(dòng)閘控制、給煤機(jī)控制、預(yù)告控制、后方膠帶機(jī)的聯(lián)鎖等。監(jiān)測(cè)信號(hào):各膠帶機(jī)的保護(hù)信號(hào)(打滑、超速、堆煤、煙霧、跑偏、急停閉鎖、溫度、灑水、縱撕信號(hào)、張力下降保護(hù)等)、電動(dòng)機(jī)開(kāi)停狀態(tài)、給煤機(jī)狀態(tài)、前方設(shè)備的聯(lián)鎖等。(2)井下供電集控系統(tǒng)該系統(tǒng)的各變電所就地監(jiān)控分站通過(guò)以太網(wǎng)接口就近接入井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī),設(shè)在地面的管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與各就地監(jiān)控分站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的供電操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并可發(fā)布控制命令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)變電所設(shè)備的集中控制和監(jiān)測(cè)4?？刂菩盘?hào):變電所

9、高、低壓設(shè)備的開(kāi)關(guān)。監(jiān)測(cè)信號(hào):實(shí)時(shí)采集、計(jì)算開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)(電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等);當(dāng)線路出現(xiàn)欠壓、過(guò)壓、過(guò)流等故障時(shí),可迅速產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警輸出。(3)井下電機(jī)車運(yùn)輸集控系統(tǒng)該系統(tǒng)的井下電機(jī)車運(yùn)輸就地監(jiān)控分站通過(guò)以太網(wǎng)接口就近接入井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī),設(shè)在地面的管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與就地監(jiān)控分站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的機(jī)車運(yùn)輸操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并可發(fā)布控制命令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下電機(jī)車運(yùn)輸軌道道岔的集中控制和監(jiān)測(cè)?？刂菩盘?hào):統(tǒng)控(統(tǒng)計(jì)控制)、進(jìn)控(進(jìn)路控制)、遙控(電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)單機(jī)正反控制)、區(qū)解

10、(區(qū)段解鎖)、強(qiáng)制(強(qiáng)制開(kāi)放進(jìn)路)、就地等。監(jiān)測(cè)信號(hào):列車位置、車號(hào)、運(yùn)行方向,列車運(yùn)行速度、車皮數(shù)以及信號(hào)機(jī)狀態(tài),道岔位置和區(qū)段占鎖等運(yùn)行狀態(tài)信息。(4)壓風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)該系統(tǒng)的壓風(fēng)機(jī)房就地控制機(jī)(PLC)通過(guò)以太網(wǎng)接口就近接入井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī),管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與就地控制機(jī)(PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的壓風(fēng)機(jī)操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并可發(fā)布控制命令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)機(jī)及高(低)壓配電設(shè)備的集中控制和監(jiān)測(cè)?？刂菩盘?hào):壓風(fēng)機(jī)開(kāi)停、高(低)壓配電設(shè)備的開(kāi)關(guān)等。監(jiān)測(cè)信號(hào):壓風(fēng)機(jī)壓力、溫度、電流、運(yùn)行工況和在線設(shè)備性能等參數(shù),高(低

11、)壓配電及MCC系統(tǒng)。(5)主通風(fēng)機(jī)集控系統(tǒng)該系統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)房就地控制機(jī)(PLC)通過(guò)以太網(wǎng)接口就近接入井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī),管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與就地控制機(jī)(PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的通風(fēng)機(jī)操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)及其配電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)信號(hào):通風(fēng)機(jī)負(fù)壓、風(fēng)速、溫度、運(yùn)行工況和電壓、電流、功率、效率等參數(shù),高(低)壓配電設(shè)備狀態(tài)等。(6)主、副井提升集控系統(tǒng)該系統(tǒng)的主、副井提升房就地控制機(jī)(PLC)通過(guò)以太網(wǎng)接口就近接入井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī),管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與就地控制機(jī)(PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)

12、場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的提升機(jī)操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主、副井提升機(jī)及其配電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)信號(hào):提升機(jī)提升位置、電動(dòng)機(jī)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)和電量等參數(shù),配電設(shè)備狀態(tài)等。(7)井下排水集控系統(tǒng)該系統(tǒng)的井下水泵房就地控制機(jī)(PLC)可根據(jù)水位監(jiān)測(cè)信號(hào)自動(dòng)開(kāi)停水泵,同時(shí),通過(guò)以太網(wǎng)接口就近接入井下環(huán)網(wǎng)交換機(jī),設(shè)在地面的管控服務(wù)器通過(guò)OPC軟件接口與就地控制機(jī)(PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,獲取現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的信息并存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,設(shè)在地面集控中心的水泵操控工作站與管控服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并可發(fā)布控制命令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下水泵及配電設(shè)備

13、的在線監(jiān)測(cè)及集中控制?？刂菩盘?hào):各水泵房水泵的開(kāi)停。監(jiān)測(cè)信號(hào):水泵電動(dòng)機(jī)的開(kāi)停狀態(tài)、電流、溫度、電動(dòng)閘閥開(kāi)度、真空度、流量、潤(rùn)滑壓力等參數(shù)。(8)安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)安全監(jiān)控系統(tǒng)與人員定位系統(tǒng)已集成為一個(gè)系統(tǒng),該系統(tǒng)的地面監(jiān)控主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)接口接入環(huán)網(wǎng)的中心交換機(jī),管控服務(wù)器通過(guò)FTP軟件接口從監(jiān)控主機(jī)獲取數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)各類信息的接入。監(jiān)測(cè)信號(hào):礦井各類安全信息(瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、一氧化碳濃度及風(fēng)門等環(huán)境參數(shù)),煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)的水位及主要機(jī)電設(shè)備開(kāi)停等生產(chǎn)工況參數(shù)等。3煤礦綜合自動(dòng)化輔助系統(tǒng)為可靠地實(shí)現(xiàn)煤礦綜合自動(dòng)化控制,在建設(shè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)硬、軟件

14、平臺(tái)的同時(shí),必須建立煤礦綜合自動(dòng)化的輔助系統(tǒng),包括井下移動(dòng)通信系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、集控中心機(jī)房及大屏幕顯示系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)(UPS)及接地系統(tǒng)等,用于保證自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制的安全性、可靠性。3.1井下移動(dòng)通信系統(tǒng)煤礦目前一般都使用了調(diào)度交換機(jī),主要用于全礦井上下各部門和生產(chǎn)區(qū)隊(duì)及輔助區(qū)隊(duì)日常安全生產(chǎn)通信聯(lián)系和調(diào)度。煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建成后,有線調(diào)度交換機(jī)已不能滿足及時(shí)巡檢聯(lián)絡(luò),處理設(shè)備事故的需要,為確保系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),集控中心需要與現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)電話進(jìn)行通信聯(lián)系。煤礦井下移動(dòng)通信主要采用WIFI系統(tǒng)、小靈通系統(tǒng)或漏泄通信系統(tǒng),由交換設(shè)備、控制設(shè)備、基站(或漏泄天線)、手機(jī)等組成。在煤礦井下及地面工業(yè)

15、廣場(chǎng)建設(shè)多個(gè)基站(或敷設(shè)漏泄電纜),實(shí)現(xiàn)對(duì)井上下無(wú)線信號(hào)的全覆蓋,在所有地點(diǎn)都可以清晰通話,同時(shí),移動(dòng)通信系統(tǒng)與有線調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),也可以實(shí)現(xiàn)一體化,達(dá)到有、無(wú)線電話通信的互連互通。3.2工業(yè)電視系統(tǒng)工業(yè)電視系統(tǒng)可直觀地監(jiān)視各重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)備,是煤礦集中遠(yuǎn)程控制必備的輔助手段。該系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)的防爆攝像機(jī)、傳輸光纜、流媒體平臺(tái)等組成,可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上共享(可通過(guò)IE瀏覽)功能。3.3集控中心機(jī)房集控中心機(jī)房的環(huán)境滿足計(jì)算機(jī)等各種微電子設(shè)備和工作人員對(duì)溫度、濕度、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、噪音干擾等要求。其工程主要包括建筑裝修工程、電氣工程(含接地)、空調(diào)工程、設(shè)備監(jiān)控工程、安全工程(門禁)、消防工程等部分。3

16、.4大屏幕顯示系統(tǒng)煤礦綜合自動(dòng)化集控中心配套DLP大屏幕投影拼接系統(tǒng),并在兩側(cè)配備多臺(tái)電視組成電視墻,在上面配備條形單色LED顯示屏。通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的各種視頻圖像信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、計(jì)算機(jī)圖形信息進(jìn)行多畫面顯示和分析,能夠直觀、清晰地顯示各方面信息,便于及時(shí)做出判斷和處理,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和集中調(diào)度的目的。3.5不間斷電源系統(tǒng)該系統(tǒng)主要用于給集控中心機(jī)房計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等重要設(shè)備提供不間斷的、穩(wěn)定的電力供應(yīng),以確保市電中斷(事故停電)時(shí),使負(fù)載維持正常工作,且保證煤礦綜合自動(dòng)化的軟、硬件不受損壞。3.6接地、防雷系統(tǒng)該系統(tǒng)根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況建設(shè),用于避免各種電信、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備遭受雷擊、強(qiáng)電沖擊等危害,并保證人身、數(shù)據(jù)的安全。4結(jié)語(yǔ)煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在地面遠(yuǎn)程控制井下設(shè)備,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守,不僅減人提效,也是煤礦“無(wú)人為安”思想的體現(xiàn),對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展具有重大意義。龍口礦業(yè)集團(tuán)在北皂煤礦、梁家煤礦建立的綜合自動(dòng)化系統(tǒng),