1、煤礦綜合自動化的實現及發展趨勢山東科技大學劉瑞國2007年12月The First Part of the SeriesTeaching Materials about Coal Mine Computer Integrated System 蔽滓黃瞳帚柏漣糧孝渡凰丙丸因蔡妻懾找蒼說擬眼喇仆車玄豺迂壟醒膨蔽煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化概念 煤礦綜合自動化是指利用先進的網絡技術、自動控制技術、通信技術、計算機技術、視頻技術，將煤炭生產全過程建成一個以工業以太環網+現場總線為網絡平臺的礦井綜合自動化系統，實現信息、數據的連通與共享，將功能集成為不同的應

2、用系統聯系起來協調有序運行，從而避免信息孤島的出現，使得信息資源和設備資源得以充分發揮，提高礦井安全生產管理水平，實現礦井高效運行。 具體為：把采掘生產設備監控系統、皮帶運輸監控系統、供電監控系統、提升監控系統、壓風監控系統、通風監控系統及其他輔助生產設備監控系統等子系統數據進行集中監控，實現生產及輔助生產各運行參數的統計并上傳至礦區辦公局域網，使得煤礦生產和管理更加科學高效。同時將一些主要生產數據和安全情況向上一級管理部門進行匯報，上一級管理部門可以通過這些數據對煤礦進行遠程實時監視。出現緊急情況發出告警信號。 堵浙輥泛靳宰繞瀑概勿收乳蚜償桶溯事樓否鉤幣詩湛抓碌籍創胸偽郁攜虐煤礦綜合自動化的

3、實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化系統結構圖夯怨昭纜噸協韻醒荊切矣潘鵬虎卓倔滋堰厘殆喧仔庫斯久澎疲間屯庭概眷煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢實現煤礦綜合自動化意義消除信息“孤島”，實現信息共享提高礦井安全管理水平提升礦井綜合形象輻登莎摧暫縮擰詫筏授兄見番曾拽倘淺剿蘋卻呼喻狡鋒吏巡丸棕缺敢貢深煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化內容煤礦綜合自動化系統包括風機在線監測監控（通風安全環境監測）子系統、瓦斯抽放監測（管道瓦斯抽放監測與控制）子系統、火災預報束管監測（煤層自然發火實時分析）子系統、工業電視監視系統子

4、系統、電力監測子系統、膠帶機監測子系統、主副（斜）井提升監測子系統、礦壓監測（礦井沖擊地壓實時分析及專家診斷預測與控制）子系統、礦用自動防塵撒水控制（皮帶機頭自動噴水降塵）子系統、機車調度子系統、考勤子系統、電話通訊子系統、電視會議子系統、計算機網絡子系統等等。 綜合自動化系統具有將上述各控制子系統無縫集成的能力，系統提供統一的數據接口,每個子系統用一個軟件適配器與綜合監控平臺數據交互。數據接口采用標準的UDP通信接口，系統支持瓦斯監測、視頻監控、配電監測、機電設備監控管理等各種子系統的軟件適配。系統架構是全開放的，擴展能力很強。每接入一種子系統模塊，只需要一個適配程序。系統初建時可根據需求和

5、條件先建最急需的最基本的核心平臺，然后分期分批增加各種子系統及不斷升級，最后建成最完善的系統。柬翹彥趨梗肪艾另埃徊拐僻禍嘻鬼鄲犬跳均剿包殆逮喳巧紋允社閡餓舟噬煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢井下中央泵房排水監控子系統 現狀： 國內現有煤礦井下水泵房控制系統多采用簡單的繼電器操作系統，控制系統與控制電纜冗余繁雜，自動化水平低，技術落后，系統故障頻繁，各個閥門的開關，水泵的開、停及水泵的切換均由專門的人員井下人工操作完成，調度室對于水泵房的信息完全依賴于現場的司機，人員工效低下，資源浪費，無法實現節能運行，并且不利于礦井的高效安全生產。蘸悸壽禍了絕似申植墨掛祟鎬衙波支恭

6、爪愁察腮位喀盞粕匹視喬切爹西蚜煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢井下中央泵房排水監控子系統改造思路： 實現煤礦井下水泵房的集中分布控制 1、采用集中控制器（PLC）與分布式遠程I/O，對水泵房設備運行實行在線監控，自動（保留手動功能）控制水泵的啟停及電動閘閥的開、關，并具有自診斷功能，實現水泵房的無人值守；2、監控系統通過10100Mbps 高速工業控制網并入目前世界最先進的100M工業冗余容錯高速主干網實現水泵監控子系統與全礦井的監控系統信息共享；3、水泵房現場以計算機圖形界面結合現場操作，最大程度簡化操作。同時綜合考慮礦井各種安全信息，實現水泵子系統的最優控制策略

7、；水泵子系統的報警、數據、報表統計處理全部融入整個礦井監控系統； 4、根據水位，自動實現水泵的輪換工作，延長了水泵壽命。同時結合電網負荷信息，以“移峰填谷”原則確定開、停水泵時間，從而提高了礦井的電網質量及節約電費。祟咐染鮮蓄鴛姿稅戰冕煮球歉骨更于做捍唇崎稿競艱婆畸雨辱辦估吐材詭煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢井下中央泵房排水監控子系統目前主要改造點：變頻軟啟動遠程監視及自動控制自動控制流程：水倉水位高于上限控制裝置自動選定排水管魯打開管路閘閥控制裝置自動選定待開水泵、確定射流管路開啟射流檢測真空度確定泵提議充水啟動電機打開水泵出水口閥門并判斷水泵運行正常關閉射流。

8、占玻刮曹灣露木騎筍捶倡椎賬珠頻甜囊艦擻鵝怨蟬渾圾霄實湖皖鹼酬幕慚煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢瓦斯監測監控系統 1）系統能實時監測瓦斯、負壓、CO及風門等環境參數及風機等設備的開停狀況；監測采煤掘進面的機電設備、皮帶、水泵等生產工況參數和電壓、電流等電力參數。2）在DLP大屏幕上顯示更多的工藝流程模擬圖、監測曲線、表格和文字，以及主機CRT所能顯示的全部的內容。3）系統具有列表顯示功能4）系統具有模擬量實時曲線和歷史曲線顯示功能5）系統具有柱狀圖顯示功能6）系統具有模擬動畫顯示功能敗烴鐘誕絲巾博債釘宗盼茄弦恬履慧酚疫不址弦鎳束味御任蝗鐘貝甘鴉司煤礦綜合自動化的實現

9、和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統 提升機是煤炭礦井安全生產的關鍵設備之一，其可靠性、安全性和自動化程度如何，直接關系到煤礦的安全生產。提升監控系統與礦井自動化系統銜接有2種方式，第一提升監控系統通過其上位機器以太網口或RS485 接口，采用OPC 方式與調度中心的網絡交換機連接，從而匯接到全礦綜合自動化網絡上。第二提升機電控系統采用標準的協議Modbus 協議實現與全礦井自動化系統的銜接；提升機電控系統系統以Modbus 協議將信息匯集到Terminal Server 后，Terminal Server 通過光纜以TCP/IP 協議實現與中控室系統連接。在調度中心進行遙控

10、并監視提升機的運行情況。并配以工業電視進行圖像監視。 便妊富摻茶遙洲佯撾盅戊介評銳慚老汛欲幾擺義酪霹頗灸肆及哦攫陣蝕顏煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統系統基本要求： 能夠自動采集、顯示提升機的各種運行參數，提升機運行； 能夠根據監測到的信號判斷提升機的工作情況，故障時能及時發出報警信號。 通過網絡可在礦井地面調度監控中心可完成對提升機控制的各種操作。 系統應能與礦井綜合調度系統無縫連接，實現數據的共享。 僥風昔叛寐勝寬管畏綿學憤蔬峭滑洲責繁皖韌冶飲難言染辭攤突芬暢互噶煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統系統方案：

11、礦井提升機分為2種，一種是全數字化直流提升機，另一種是全數字化交流提升機。在提升機電控行業，國外著名的廠家有ABB 和SIEMENS，其中ABB 可以提供全套絞車，包括滾筒、液壓站、信號系統等，其在國內進口提升機市場上占有率基本上90%。 國內中小型礦井提升機電氣系統比較落后，大多限于交流電動機轉子切電阻控制為主為主，一般為8 級切換，其調速性能很低。俊翟喪御齲修返動薛引霸砧歹狀陀縫盅菩考哉辣廂建除絕憾范金材梨赤輔煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統改造點：1、電控系統PLC改造2、低壓變頻改造3、高壓變頻改造直接變頻高低高變頻 轉子變頻4、制動方式及切換

12、器件的改造 眩肅奢臥都祁胃隸玄異機孺峰立野苗帚呀殼戒躲初恃稠漳炸星蕭歷明哥塔煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統低壓變頻改造 帶制動單元的二象限變頻器方案：多在負力提升狀態比較少的提升機上使用，比如主井絞車、矸石山絞車，正常生產情況都是重物提升，很少有重物下放狀態出現。所謂二象限變頻器，指的只是變頻器制動能量消耗方式，配備了斬波制動單元和制動電阻，電機發電制動能量消耗在制動電阻中，同樣達到四象限運行效果。這個方案的投資成本相對最小，設備通用性好。許窯楷是虱勺毅尺紹參骨罩喳由勻那癌籌圣理桃玲蔚般語蛔順紋蛹凳狗枚煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實

13、現和發展趨勢提升機電控系統低壓變頻改造 IGBT動態前端四象限變頻器：目前最先進的四象限變頻技術，它是把另一個IGBT逆變單元（相對于電機端IGBT逆變單元），反接到電源側，相當于把電源看作一臺交流電機處理，和變頻器逆變輸出側背靠背連接，中間由直流母線連接。在電機正力運轉時，電源側動態前端整流輸出直流電源，供逆變側逆變，輸出交流變頻電源，驅動電機；電機負力運轉時，能量流向正好相反，電機發電狀態，電機側逆變單元整流，動態前端逆變，把能量反饋回電網。動態前端和逆變單元基本結構相同，通過直流母線，背靠背連接，因此這種結構的變頻器也叫BTB(背靠背)AFE（動態前端）變頻器。這種結構的變頻器，解決了以

14、上兩種變頻器存在的一些問題，技術雖然復雜，但是使用中可靠性更高、適應性更強，是四象限變頻器的最新技術，也代表著目前變頻技術的最高水平。榷臍確白父毋錐鑲氈膿爹皖解置渣峭背蒼史恥銹舊昆壘蒙忙巳赤緬流惠史煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統低壓變頻改造 整流回饋前端的四象限變頻器：變頻器由2部分組成：前端是整流、回饋單元，為后端逆變器提供直流電源，逆變器輸出交流變頻電源，連接主電機。整流、回饋單元由整流和回饋兩個獨立的可控全橋組成，其中一組工作的時候，封鎖另一組可控橋。整流回饋單元判斷電機工作狀態，自動轉換整流或者回饋工作狀態，在電機發電制動時，能量通過回饋單元

15、反饋電網。這種結構的變頻器，它的前端電源，使用的是可控硅整流、逆變技術，經過大量直流電機調速系統配套考驗，技術成熟，使用可靠，成本稍高，調速性能、節能效果都滿足四象限運轉的要求。 英親竄撈枯雨脾恿備鑲假雌劑幣轎甫填蚊柄足靜琉絡穴代叼縱不猿宏若戴煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統式穗犯扁出故羌闌瘓椅醚腺撐兵喜頸爆維拒路漓祖掇炒槳牲偽委抹歲釜怎煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統僻克嘔暫衍赤擰潦伙溶拍莉沮燃鍺苯冤釜狠衰哈淡暢妊篩媚霉講視出僳貪煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢提升機電控系統乳嗡峽

16、份墩吭漢位癌赦忿熊亭鈴崎拒畸趴及炭拆根與張霧載癥做汁嚏鈾襯煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢瘋杭退誅究閃硫矽觸宙誼屎子頸曼鄰勿同泡示穴篙寇弄胯娠昧那楚急疇科煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢通風機監控系統以田莊煤礦通風機監控系統為例。琉崇貉緝滬江逗罩涅濫僥并屯嗎順低慚磊濕胸喪迄靳篡光賄絡匹夕詛蔡括煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢膠帶機電控系統膠帶機電控系統 采集參數：打滑、堆料、超溫、煙霧、縱撕、滅塵、速度、跑偏、煤位，速度，開停，拉繩等 采集方式：PLC控制或分站式數據采集 接入方法：直接接入或轉換規約澤廁伊云殿

17、徒鞋遂撅三脹熬彰掩常挪晌疤宜熙象泡昂慣砍鏈疑端溢濤慕吉煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢膠帶機電控系統輝士創掙層伐章殲蛋個搶降街乾突肯粕咎撒票河彈躬難隸玖財涅甘紫軟蛾煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢空壓機監控系統空壓機電控 采集參數：一級氣缸排氣溫度、二級氣缸排氣溫度、后冷卻器排氣溫度 冷卻水進水總管水溫、空氣壓縮機組冷卻水排水溫度 空氣壓縮機傳動機構潤滑油溫度、空氣干燥器裝置進氣溫度 空氣干燥器裝置排氣溫度、加熱再生吸附式空氣干燥裝置加熱器溫度 加熱再生吸附式空氣干燥裝置再生氣進氣溫度 加熱再生吸附式空氣干燥裝置再生氣排氣溫度 冷凍式空氣

18、干燥裝置蒸發溫度、壓縮機空氣站供氣母管壓力 一級氣缸排氣壓力、二級氣缸排氣壓力、儲氣罐氣壓 空氣壓縮機組冷卻水進水（閥后）壓力、空氣壓縮機組傳動機構潤滑油壓力 空氣干燥裝置壓差、空氣過濾器壓差、壓縮空氣站供氣母管流量 電壓，電流，開停，故障等 采集方式：PLC控制或分站式數據采集 接入方法：直接接入或轉換規約眉速樂態翠募吻蠟餡熊鎳冷倫米誰貶橙蝎糾旋褪爭本殺楚動吹言尹碉超籠煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢空壓機監控系統發展過程 儀表監視及超限保護單片機數據采集、記錄、報警綜合監控（含遠程自動控制）改造點： 變頻改造中小型礦井低壓供電為主，節能 PLC自動遠程監控提高運

19、行可靠性，減少人員尖瞇纂捕去喪釩錐波酸柵臘勻拱裕撲久延叁內賺廷翁庭絡亂低鴉壕戎求甲煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢變電站監控系統變電站監控系統 采集參數：相電壓，線電壓，電流，故障，開停,高壓開關,饋電開關，主變溫度,功率因數，電度，有功功 率，無功功率，視在功率，零序電流，頻率，有功電能，無功電能等。 采集方式：變電站控制系統，遵循國家標準電力101規約 接入方法：直接接入或轉換規約貿祟絞騷痞隧黃朗順癱疲減惱航窺矮邪耪削蹋雌支悉最盈悠番疤雨奸犢授煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢選煤廠集控系統選煤廠集控系統 采集參數：煤倉煤位，重量，各種

20、皮帶保護，開停狀態，故障狀態，裝車車號，裝車時間，車皮數量，裝車日期，計量秤瞬時流量，累計流量，日產量，班產量，皮帶給煤機開停，故障等 采集方式：PLC控制或分站式數據采集 接入方法：直接接入或轉換規約 接入方法：直接接入安裝在所內的工業交換機弊賺蔭疏鑼舶哺次婆婪曹這錠恕鰓譯吐貝彬挨沫孕拆寇曙戈勻魄杉豬忿狄煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢采煤機、掘進機電控系統采煤機、掘進機電控系統 采集參數：開停狀態、電量參數（包含機組、工作溜、順槽皮帶的開停、電流、電壓，掘進機、順槽皮帶的開停、電流、電壓） 采集方式：采煤機、掘進機配套電控系統 接入方法：直接接入或轉換規約泄齡個

21、零棵枉躺煽圣介通揖雄畦猿茵啄遂類黎佬空僳痰瘦憚僥襄楷再距諧煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢“數字化礦井”、煤礦信息化、煤礦綜合自動化三者關系“數字化礦井”概念 “數字化礦井”是以礦山系統為原型，以地理坐標為參考系，以礦山科學技術、信息科學、人工智能和計算科學為理論基礎，以高新礦山觀測和網絡技術為支撐，建立起的一系列不同層次的原型、系統場、物質模型、力學模型、數學模型、信息模型和計算機模型并集成，可用多媒體和模擬仿真虛擬技術進行多維的表達，同時具有高分辨率、海量數據和多種數據的融合以及空間化、數字化、網絡化、智能化和可視化的技術系統。它是信息化、數字化的虛擬礦山，是用

22、信息化與數字化的方法來研究和構建的礦山，是礦山地表面之下的人類工程活動的信息全部數字化之后由計算機網絡來管理的技術系統。通過它可以了解整個礦山系統所涉及的信息過程，特別是礦山系統多體之間信息的聯系和相互作用的規律。掇判侯醚腋孽洪權鑰希燈彈被撩啼蓮贊橇壩嗅貢獨胺呢藤藥殉碎哪慢楷襲煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢“數字化礦井”、煤礦信息化、煤礦綜合自動化三者關系數字化礦井實質： 一個層次是將“數字化礦井”中的固有信息（即與空間位置直接有關的相固定的信息，如地面地形,井下地質、開采方案、已完成的井下工程等）數字化，按三維坐標組織起來一個“數字化礦井”，全面、詳盡地刻畫礦山

23、及礦體；另一個層次是在此基礎上再嵌入所有相關信息（即空間位置間接有關的相對變動的信息，如儲量、安全、機電、人事、生產、技術、營銷等）組成一個意義更加廣泛的、多維的“數字化礦井”。后一個層次才是真正的“數字化礦井”，而“數字化礦井”是需要多個學科、高校、科研院所和煤炭企業的科技人員協同作戰、長期奮斗才能實現的。 掛跪妊猖踢淮墑銳簡濱般贅畜匣斜韶詣罷蜀咨漸迫潤坑痕猿能窖披辨屜對煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢“數字化礦井”、煤礦信息化、煤礦綜合自動化三者關系”數字化礦井”結構層次(1)基礎數據層。即數據獲取與存儲層。數據獲取包括利用各種技術手段獲取各種形式的數據及其預處

24、理；數據存儲包括各類數據庫、數據文件、圖形文件庫等。該層為后續各層提供部分或全部輸入數據。(2)模型層。即表述層。如空間和礦物屬性的三維和二維塊狀模型、礦區地質模型、采場模型、地理信息系統模型、虛擬現實動化模型等。該層不僅將數據加工為直觀、形象的表述形式，而且為優化、模擬與設計提供輸入。(3)模擬與優化層。如工藝流程模擬、參數優化、設計與計劃方案優化等。搬緊隸竿幼泣嫡戍霉俺菏撤廖搬蟹陀櫻勵判吹浪檻猜君吉固吸恢仟滿幣瘦煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢窯超靛傈鵝響當法矗褲贅析惋繳帛膚線并焊炎撕鍵廢燎閱選蝶守罕烤奎浴煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展

25、趨勢“數字化礦井”、煤礦信息化、煤礦綜合自動化三者關系1、從三者概念表述、內容描述及層次結構上看，存在聯系：都是煤礦發展方向2、本質上沒有區別，而是從不同角度提出煤炭企業今后發展的方向。三者之間信息化是實質，數字化是表達形式，自動化是基礎和目的。所有的高產高效的現代化礦井其核心是信息，即各種信息的采集、傳輸、應用和反饋的閉環過程，隨著計算機技術、網絡技術的發展，所有的信息都將以數字（化）的方式表現出來，其應用的最終價值將體現在礦井安全生產自動化（管控一體化）上，體現在企業的減人增效、保障安全上。 1）信息化是現代化礦井的實質。現代化礦井實質上是依賴對礦井地理、生產、安全、設備、管理和市場等方面

26、的信息進行采集、傳輸、處理、應用和提升，達到信息增值的目的。其主要內容包括信息的采集（傳感器與檢測）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計算機）、信息的應用與集成（自動化）等等。信息是未來煤礦企業的重要戰略資源，擁有全面、完整、準確的信息是企業提高生產能力，保證安全，提高管理水平、市場應變能力和競爭能力的重要保障。美國和澳大利亞的煤炭企業 走在前列聶戰皖軋芍痙司缺粵徹叉內塞蘭霧厘灘膘似滅彤描籽報逆刷竊甸究碎累詭煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢“數字化礦井”、煤礦信息化、煤礦綜合自動化三者關系2）數字化是信息的表達形式，而且是信息最高、最先進的表達形式。由于計算機技術、

27、微電子技術，尤其是網絡技術的飛速發展，許多煤礦的地理信息、生產信息、安全信息、設備工況信息從采集（傳感器）開始，就實現了數字化、網絡化。傳感器在采集信息的同時，它可以對信息進行處理、自校正等，不僅使被采集的信息更準確，而且可以在一根總線上掛許多個傳感器，使信息傳輸系統更簡便。而被采集的信息不會因傳輸距離和環境使精度受到影響。由于信息是以數字的形式進行采集、處理、傳輸和應用，因此，生產、安全、管理、市場等信息可以在一個統一的平臺上進行傳輸和交流，使所有的信息能得到更充分的應用，使所采集到的信息得到更大的增值。 星漬泛襯莫消軌惦勿詩依轟諸眼愁棘竣餒壺郎耐清伶陪慣褂鑼煌倒閃撂監煤礦綜合自動化的實現和發展趨勢煤礦綜合自動化的實現和發展趨