顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案

顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案（精选4篇）

篇1：顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案

顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案

摘要

煤炭作为基本能源对国家经济有着极其重要的作用。国内煤矿生产普遍效率低下、安全系数不高，顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案采用信息网络技术，建立1000M光纤网络连接，实现远程监控，提高生产效率，减少安全隐患。顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案采用1000M光纤单环以太网进行通讯，使数据快速可靠传输，生产效率大大提高，安全性能大大改善。

关键词：矿井，综合自动化控制系统，网络技术，光纤，远程监控，生产效率，安全性能

Gu Qiao Mine Integrated Automation Control Systems Plan for Ground of Mine System Control

Han Lei Electronic Sciencen & Technical College Measurement & Control 2002

Tutor:Professor of Ma Xiushui

Anhui Hefei 230039

ABSTRACT Coal as the basic energy sources is important with the economics.The domestic coal mine production universal efficiency is low, and the safety coefficient is not high，Gu qiao pit integrated automation control systems ground of mine system control programe uses the information network technology, establishes 1000M optical fibers networks connection ,implements the long-distance monitoring，it can enhance the production efficiency, and reduce security hidden danger.Gu qiao pit integrated automation control systems ground of mine system control programe use 1000M optical fibers internet to communicate, making the transmission quick and reliable, enhancing the production efficiency, greatly Improving the safety reliability. 作者简介：

导师介绍：马修水（1963—），安徽庐江人，安徽大学测量与控制工程系教授，硕士生导师。课题来源：顾桥煤矿矿井综合自动化控制系统预研项目。Keywords: Mine pit，Synthesis automation control system，Network technology，optical fibers

long-distance monitoring，production efficiency，safety reliability

第一章

引言

第一节

煤矿综合自动化意义及发展现状

能源是国民经济的基础,我国一次性能源70%以上来自于煤炭,95%以上的煤炭产量来自于矿工开采矿井。用信息化改造包括煤炭在内的18个传统行业是国家经贸委提出的我国信息化的重点。

煤炭行业是最具传统色彩的行业之一。煤炭行业的信息化改造就是用信息技术改造煤炭行业的生产、经营模式，实现从矿山勘探、矿山规划设计、矿山开拓建设、煤矿生产过程、矿山经营决策的数字化、信息化。矿产资源信息和矿山设计、矿井建设及开采过程的数字化、可视化。支撑技术为GIS、AutoCAD、虚拟现实及数据库等。

建设高产高效现代化矿井是当今世界煤炭生产发展的主流。建设高产高效矿井必须走集约化生产道路，在效率、单产、技术水平、科学管理、安全生产、经营调度等方面我国的煤炭产业正在赶上世界先进水平。

煤矿生产是一个系统工程。工作面开采的煤炭需通过一定的运输系统将煤从井下运输到地面，许多煤矿的运输距离在10公里以上，运输系统的监测监控对煤矿生产也起着至关重要的作用。煤矿井下正常生产还需要有供电、供水、排水、通风、供压等系统。为保证煤矿安全生产，还要对矿山压力、瓦斯、一氧化碳及煤尘浓度等进行监测。

煤矿生产战线长，范围广，各生产与保障环节之间既相互独立，又紧密联系。此外，煤矿生产环境比较恶劣，存在冒顶、瓦斯和煤尘爆炸、腐蚀性气体、水患等灾害的可能，而且灾害发生的随机性强，对安全生产威胁很大。煤矿生产中各种大小事故随时可能发生，有些是局部的，有些则会影响全局。因此，对煤矿生产中的各个生产与保障环节的主要参数进行各种各样的监测和控制是煤矿正常、安全生产的重要保障。只有实现全矿井乃至在全矿区实现综合自动化，才能确保煤矿安全、高效地生产。以先进的网络技术、多媒体技术、数字视频技术、通讯技术、软件技术等采集、处理生产、安全、经营等信息，改造传统单一功能的生产、安全调度指挥势在必行。其中包括：

（1）煤矿生产过程监控、全矿井生产安全环境监测、生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化。支撑技术为统一的传输网络、各种监测与控制技术、信息处理技 术、数据库、专家系统等。

（2）检测仪器仪表、自动化设备在恶劣生产环境中的创新应用与网络化监测与控制。支撑技术为各种传感与测量技术、通信与网络技术、集成电路等。

（3）企业办公自动化及电子政务系统。支撑技术为网络技术、数据库、现代企业管理等。

（4）基于信息融合技术渗透到生产与经营各个层面的决策支持系统。支撑技术为现代信息处理与融合技术、智能专家系统、现代企业管理等。

（5）矿区信息网络系统建设等。

矿山综合自动化又是煤炭行业信息化的重中之重。利用光纤通信技术和工业以太网技术，建立井上/下的符合防爆条件1Gbps高速网络平台(千兆网)。利用该高速网络平台同时传输井下的图像、语音、监测监控信息，同时利用该高速网络平台传输协议的开放性，可以为现有各种监测监控系统提供友好的接入接口。矿井综合自动化网络平台将为煤矿综合自动化提供信息化高速公路。为矿业集团公司实现管控一体化打下良好的基础。

第二节 煤矿自动化的发展现状

随着技术进步，采、掘、运、提等设备实现了单机自动化。计算机监测监控系统得以迅速推广，但技术水平不高，还存在着许多问题。

（1）国内外煤矿安全生产监测监控网络传输系统的研究现状: 第一代产品：60年代初空分制，如法国CTT63/40煤矿环境监测系统。

第二代产品：70年代初的频分制，如西门子公司的TST系统和F+H公司的TF200。第三代产品：76年时分制系统，如英国的MINOS,美国的SCADA煤矿监控系统。第四代产品：80年代以分布式微机系统为基础的煤矿监控系统。如美国MSA公司的DA6400系统。

第五代产品：2000年引进的HIMASS系统。

前我国煤矿使用的计算机监控系统有数十种，各种监控系统都不具有开放性，更不能实现相互操作。缺乏统一的通信及信息交换标准，网络结构不规范。

（2）国内生产的安全生产监测监控系统多为封闭系统，系统中使用的通信协议和信息交换标准都是由厂商自己制定的，严格保密，互不兼容，与其它系统联网很困难，难以做到数据共享。网络结构和通信模式多样，极不规范。每种系统都需要建立自己的通信网络，造成重复投资，通信资源利用低下。现场设备（传感器、执行设备等）多采用200-1000Hz、1-5mA等模拟信号进行传输，个别设备（如提升机）内采用了现场总线。

在工业过程监控及其它自动化领域中，除了4-20mA模拟传输外，已广泛使用现场总线和工业以太网技术。我国煤矿中，除了4~20mA模拟传输外，已广泛使用现场总线和工业以太网技术。我国煤矿中，已开始采用进口的基于现场总线和工业以太网的自动化系统陕西大柳塔矿、宁夏羊场湾煤矿的综合自动化系统采用了罗克韦尔公司的产品，它的信息传输网络为现场总线国际标准IEC 61158的第2类现场总线-Control Net和Ethernet/IP现场总线。

（3）现有网络数据传输交换速度慢

井下干线采用计算机异步传输方式：多数为基带或FSK、PSK调制方式，一般监测系统网络传输速率都在4800bps以下，不仅不能用于传输多路信息，甚至原有系统的扩容也很难实现。

（a）视频监视：采用独立的工业电视系统。语音通信基本上都是独立系统。（b）用软件设计理念陈旧，开放性差。（c）以纵向集成代替横向集成。

（d）系统智能化程度不高，所采集的信息量少，利用率低。

第三节 煤矿自动化的发展方向

（1）系统的集成度高度化，控制、决策、故障诊断功能的集成化，系统的管控一体化； 结构集散化，网络结构的分布分散化；

（2）系统的开放化和网络化：接口/协议开放化、通用化；传输方式网络化，采用工业以太网＋工业现场总线相结合的模式。将现场总线和工业以太网用于煤矿井下，可以改变目前煤矿监控系统传输技术相对落后的局面，促进系统的开放性、互操作性。嵌入式计算机技术的发展给工业以太网、多媒体技术在井下的应用创造了充分的条件；

（3）系统的智能化，设备信息处理控制智能化；（4）应用软件组态化、向Web浏览发展；

系统向综合自动化方向发展。利用真三维GIS和VR技术，为矿产资源评估、矿井规划、开拓设计、生产安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具。煤矿开采的主要场所是在地下，矿层、围岩、井巷工程的关系纵横交错，设备、风流、水流、电流、物流、人流的状况都与矿井地下真三维空间位置有关，有的甚至还随时间变化。由于施工条件复杂、工程造价高，任何工程设计与施工不当都会对矿山企业造成巨大的经济损失或人员伤亡。矿山信息化需要表现地下的岩层、矿层、断层的空间分布状况，以及设备、物 流、风流、人员、工程等随时间变化的空间运动轨迹。真三维GIS能够很好的表达矿山这些复杂的地下三维关系。真三维GIS平台是构建数字矿山和提高矿山信息化水平的核心技术。根据VR技术硬件和系统软件的最新发展，结合矿井开采的具体需求，构建煤矿巷道和地层实体的虚拟环境，以实现对决策管理的可视化、科学化。以地形图和煤层底板等高线图为基础，构建它们的几何模型；构建与几何模型、基础分析结果、决策模型相关的可视化、虚拟现实化的模拟模型和算法，如对地层的操作和削面的任意切割。

第二章

本课题来源及主要内容

第一节 信息管理层技术要求

2．1．1 网络功能概述

顾桥矿井综合自动化控制系统信息管理网（以下简称信息网）由淮南矿业集团信息公司按照集团公司统一的构架进行配置，由顾桥矿井通信站与集团公司通信中心建立1000M光纤联接。信息网主要覆盖矿行政办公楼共计十层，此外，矿副总以上领导办公室及业务科室设置信息系统显示终端，初定为30台，实现1000M到桌面。主要实现财务、销售、采购、人力等终端与集团公司总部相应系统的通信，以及对整个煤炭生产的实时情况调度监视和查询。

从网络架构上信息网必须是一套相对独立的网络，与综合自动化控制网、工业电视网是物理隔离的，但同时设计时也必须考虑在一定的安全架够下允许信息网对综合自动化控制网的访问。用户无授权时任何从外部对矿井网络的访问不可以进入设备层。信息网采用独立的网络交换机组成局域网，配置相应的防火墙、防毒墙及防病毒产品实现与外界的安全通讯。为保证公司矿井有关财务、销售、采购等重要应用信息系统的安全，同时应考虑部署一定的安全措施以防止外部人员的非法入侵。2．1．2．网络设计原则

（1）统一性：投标方应首先考虑信息网必须按照淮南矿业集团信息中心的统一的构架进行配置，遵循矿业集团的统一标准和要求。

（2）开放性：投标方所选用的网络设备及协议必须遵照国际标准的规范，具有良好的操作性、可移植性及升级性：以适应网络技术和矿井发展的需要。

（3）可靠性：1）自动化系统三层网络(信息管理层、综合自动化层、设备控制层)均 要求达到局部出现故障点不影响整个网络及其它子系统的正常运行，且便于故障的查找、排除及日常维护工作的进行。2）投标方所选用的网络产品（硬、软件）必须是在实际中得到成功应用的国内外知名产品；3）网络设备必须具备在线切换功能，避免设备停机造成网络长时间中断；4）在网络拓扑设计时，应考虑核心交换机采用双机热备式； 5）采用UPS供电方式并对UPS系统具有监视功能，对雷击采取有效的防护措施。6）网管软件具备网络分析功能（如交换机掉电、断线远程自动报警功能等）。7）投标方对网络的设计必须结合矿井的实际情况（矿井自动化整体功能、行政功能划分、各车间、采场的实际位置、布局以及设备控制层的结构等），在网络拓扑结构、设备设置、软件包选型等方面充分考虑上述因素。在交换机、服务器的选型上应考虑所有设备具备冗余的光口/电口及双电源，便于调试及今后网络正常运行时的故障查询及排除。

（4）安全性：必须设置防火墙、防毒墙；必须安装网络版防病毒软件（建议使用网络安全管理系统，具有IP地址管理、客户端管理及远程监控、网络设备管理等功能）；必须设立完备的身份认证及操作权限机制；必须设置系统快速恢复机制；必须具备远程维护能力；必须保证信息网与自动化控制网的物理隔离，但同时也保证两网间信息通信的安全。2．1．3．网络配置及性能要求

网络拓扑结构如图2-1

附:顾桥矿工业自动化网络信息层拓扑结构图防病毒服务器OA服务器报表服务器Web服务器数据库服务器InterNet接入工业控制层Data GeneralData GeneralCISCOYSTEMS核心交换机CISCOYSTEMS核心交换机Data General防火墙防毒墙二楼楼层交换机防火墙集团公司二楼楼层交换机二楼楼层交换机二楼楼层交换机终端用户群六楼楼层交换机六楼楼层交换机六楼楼层交换机六楼楼层交换机图2-1 网络拓扑结构

2．1．4．综合信息管理系统功能要求 基于矿业集团目前的管理模式，规划建立集团级统一的供应、工程、销售、计划、安全、资产、人力、工程、财务、行政组织管理系统。矿级信息平台重点在现场、生产技术管理，建立矿井三维可视化信息平台，集成采、掘、机、运、通专业系统的生产调度管理系统。

客户机与服务器的联接采用B/S方式，初定30台终端可以通过WEB方式浏览矿井各类信息，同时系统应能根据矿井安全、生产的实际需要，主要完成以下功能：

（1）实现实时数据库与应用数据库的无缝连接，实现现场模拟状态、状况实时显示。（2）具备OA的基本功能。

（3）根据需要自动生成矿井各类报表。（4）根据需要生成、输出各类数据。（5）形成矿井电子档案室并具备查询功能。（6）形成矿井电子设备管理库并具有设备管理功能。（7）实现生产调度管理功能。

第二节 综合自动化系统技术要求

2．2．1综合自动化系统拓扑结构图如图2-2所示。

顾桥矿井调度指挥中心各种监控功能LCD屏操作站30台顾桥煤矿综合屏工业电视子系统X1辅助子系统X4人员跟踪子系统X2原煤外运子系统X2辅助运输子系统X5通风子系统X4原煤子系统X8电力调度子系统X4工程师维护站X1Ethernet信息设备间视频服务器大屏控制器网络打印机X2网络打印机X21#服务器I/O主/备服务器2#服务器I/O主/备服务器3#服务器I/O主/备服务器应用/数据库服务器主备硬盘录像机彩色喷墨打印机激光打印机磁盘阵列信息管理层防火墙核心交换机核心交换机MACH 3005MACH 3005井上主井MS4128-5副井MS4128-5井下中央变电所井下-665变电所洗煤厂MS4128-5MS4128-5锅炉房单环双接点网北一(11-2)采区变电所北一(13-1)采区变电所抽风机MS4128-5110k变电所MS4128-5矿井水处理系统日用消防水泵房MS4128-5MS4128-5备用图2-2

2．2．2 软件功能概述

综合自动化系统要求具有高效、可靠，高度集成化、智能化的一体化监控软件系统特点，该一体化监控软件平台是集数据通信、处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体的综合数据应用软件系统，能在各种情况下准确、可靠、迅速地做出反应，及时处理、协调各系统工作，达到实时、合理监控的目的。一体化监控软件系统是在一体化监控管理上真正实现了系统的高度集成，它应包括授权管理系统、GIS（地理信息系统）、视频监控系统、大屏幕显示系统、紧急电话处理系统、设备监控系统、UPS监测系统以及预案报警联动系统的支持，使用RFID（Radio Frequency Identification射频识别）技术的矿用人员安全检测系统。

第三节 工业电视系统技术要求

2．3．1 系统技术要求

8（1）摄像仪采用低照度（﹤0．02lux）长寿命固定的CCD摄像器件。（2）为确保图像质量，采用抗干扰能力强、传输距离远的光纤传输图象信号。（3）根据实际情况采用数字信号和模拟信号混合方式。2．3．2 矿井光纤工业电视系统概述

根据矿井实际情况，井下、地面40套（暂定）摄像仪，采用数字传输图像信号及模拟传输图象信号混合方式，井下通过100兆环网进行传输，井下100兆环网设置三台Hirschmann的交换机，在地面设置工业电视操作站，对整个系统进行管理和控制。

井下、地面共计安装40套摄像仪。其中24套井下摄像仪为矿用本安型摄像仪，地面安装16套摄像仪，其中8套全方位彩色摄像仪，可以完成上、下、左、右、推远、拉近、焦距+、焦距-、光圈大、光圈小、雨刷、加热、风扇的控制，镜头采用15倍镜头。余下的地面8套固定彩色摄像仪采用自动光圈镜头。2．3．3 矿井工业电视应满足下列要求

（1）《煤矿安全规程》（2）《煤矿设计规范》（3）《智能调度室装备规范》

（4）《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》GB 3836.4-83（5）《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB 3836.1-83（6）《矿用一般型电气设备》GB 12173-90（7）《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT 209-90（8）《工业电视系统工程设计规范》GBJ 115-87

第四节 顾桥煤矿调度中心和信息中心机房构成

顾桥煤矿调度中心和信息中心机房构成如图2-3所示。

图2-3

第三章 井上的1000M光纤单环以太网方案

根据《顾桥矿综合自动化系统集成系统设计方案技术规格书》的要求，综合自动化控制网按区域、节点数量、规模划分为2个子环网，即井下子环网、井上子环网，随着矿井的发展，将增设南区井下子环网（将来规划）。矿井综合自动化系统的设备控制层将采用工业级别光纤单环环网方案，网络传输速率为1000Mbps。本系统通过相应的软件，硬件设置能够往上向信息管理层提供无缝的数据连接，同时更主要的是能够往下把矿井的设备控制层的各子系统连接到此平台上，通过该系统能够对各个子系统发布控制命令，监视设备运行状态以及参数。

顾桥煤矿井上1000M光纤单环以太网的网络拓扑结构如图2-4所示：

图2-4井上以太网的网络拓扑结构图

以上是根据物理位置和功能区域初步规划的顾桥煤矿井上1000M光纤单环以太网的光缆初步方向，按数字0-20顺序，顺时针分配，构成一个环。环上所有节点均采用HIRSCHMANN的MS4218工业以太网交换机上的2个1000M的以太网端口，首尾相接连接成环。MS4218工业以太网交换机上共有4个1000M的以太网端口，因此，可以支持下面的拓扑结构：

⑴ 连接成环只用去MS4218工业以太网交换机上的2个1000M的以太网端口，可以多余2个1000M的以太网端口。

⑵利用其中一个节点上多余的1000M的以太网端口，分别连接到信息中心的2台MACH3005以太网交换机上，使井上的1000M光纤双环冗余以太网和综合自动化层连接。

⑶连接到现场生产设备的端口，均为10/100M自适应端口。

⑷基于网络交换机柜安装和维护上的原因，把网络交换机柜的初步位置安排在各个变配电站内。

⑸要求同一节点上的2台网络交换机的电源应该是独立的分别的两路，追求高可靠性的场合，要求有不间断电源系统UPS。

第四章 现场总线选择

我国的煤矿监控系统互不兼容的现状制约了煤矿自动化程度的提高，现场总线技术、工业以太网技术和嵌入式计算机技术的迅猛发展使得研制新一代煤矿监控系统的条件已经成熟。

综上所述，随着控制技术、计算机技术、和通讯网络技术的不断发展和完善，现场总线控制系统逐渐成熟起来，并打有取代DCS之势。目前，现场总线的种类很多，有LONWORKS总线、CAN 总线、HARRT 总线、PROFIBUS总线、FF总线，这些总线各具特色，通过国内市场占有情况及技术经济比较，在各矿区现场根据具体设备选择LONWORKS总线、PROFIBUS总 线技术通讯。无论采取什么形式通讯，都必须保证现场数据与以太网可靠传输数据。

LONWORKS采用LONTALK通讯协议，它完全符合ISO定义的开放系统互联（OSI）七层协议模型，可以很方便地与其它OSI标准网络相互连接。LONWORKS在组网时支持各种各样的网络拓扑结构（如总线型、环型、树型等）以及通讯介质（如双绞线、同轴电缆等），在设计和安装网络时非常方便。

PROFIBUS总线通讯协议，也完全符合ISO定义的开放系统互联（OSI）七层协议模型，可以很方便地与其它OSI标准网络相互连接。此外，对于数据采集传感器要求较灵活，既可以是数字传感器，也可以是模拟式传感器，对目前的技术经济情况下，有较大的灵活性。

第五章 DLP大屏幕显示系统方案

根据《顾桥矿综合自动化系统集成系统设计方案技术规格书》的要求以及通过同用户的多次技术交流的情况，就调度大屏幕系统项目，本着先进、可靠、实用、性价比最优的原则，大屏幕系统主要由投影子系统、控制子系统、视频服务器、监视器显示墙、LED显示屏等部分组成。

（1）影子系统选用12台67英寸三菱一体化投影机 拼接规模：3（行）×4（列）型 号：MD-67MX 单屏尺寸：1361mm(宽)×1021mm(高)显示面积：5444mm×3063mm 显示分辨率：4069×2304（2）控制子系统选用智能拼接控制器XWALL for NT（以下简称XWALL）

通过以上系统，用户的主站系统、MIS网系统、图像监控系统的种种应用通过网络方式、RGB直通方式、视频方式友好的显示在大屏幕上，实现调度指挥的现代化。

和同类系统相比，本投标方案具有以下显著优势： A硬件优势：

三菱投影机1300：1的对比度，大大提高了图像的色彩清晰度。三菱投影机采用脉冲整流电路大大改善了灯泡闪烁。三菱投影机采用的超短焦镜头大大降低了箱体厚度，使得整个箱体厚度为820mm。一体化箱体的无包边屏幕设计使得超细拼缝成为可能，物理拼缝达到1mm以下。三菱投影机独有的数字CSC(Color Space Control)色域补正电路，保证了多屏拼接 色彩的一致性。三菱投影机12bit调频脉冲/伽玛校正电路使投影机具有更加精细的色彩再现能力。三菱投影机采用全密闭的防尘光学机芯，彻底改变灰尘附着带来的画面缺陷。投影机采用专利技术的非球面镜光学镜头结构，提高了光的投射率，提高了亮度，彻底解决了太阳效应。

B软件优势：

控制软件Xwall完全汉化，界面友好，操作简单，功能强大，保证了系统的最大开放性，能够更好的为用户服务。Windows 2003/NT平台下独有的多鼠标功能：支持同时连接多个调度操作终端，在大屏幕上可同时显示多达8个不同颜色的鼠标，以区别不同的调度员（用户），实现远程操作。Windows 2003平台下独有的远程显示功能，能够将用户的主站系统、MIS网系统、图像监控系统的各种应用通过网络方式、RGB直通方式、视频方式友好的显示在大屏幕上。

图2-5是以2×2规模的DLP系统为例，说明系统的结构。

图2-5 C系统功能：

由大屏幕系统图可以看出，4台MD-67MX一体化投影单元组成一个大面积、高分辨率的显示平台，可以将主产系统、MIS网系统、图像监控系统的各种应用通过网络方式、RGB直通方式、视频方式友好的显示在大屏幕上。具体实现方式如下：

⑴从系统结构总图看到，2路RGB信号、多路网络信号、4路视频信号直接接入XWALL智能软件拼接控制器，实现了视频窗口、多路网络信号窗口、4路视频信号在大屏幕上的同 时显示，任意一个窗口可以在大屏幕上的任意位置进行任意的缩放、移动、漫游、全屏显示。

⑵通过RS232连接的控制终端，可以对大屏幕及外围设备的各种参数进行调整、设置。如开、关机，亮度、颜色等。

⑶通过Xwallmouse软件模块实现了在大屏幕上可以同时显示8个不同颜色的鼠标，真正实现了多个用户同时操作控制大屏幕的任何应用窗口，这一功能对本生产管理控制调度中心的调度操作人员非常有用。这是其他厂家目前无法实现的功能。

⑷通过字幕叠加软件模块实现了在大屏幕上的任意位置滚动、静止显示任意字体、任意大小的欢迎标语、通知，这也是其他厂家目前无法实现的功能。

视频服务器采用2台HP Proliant DL580G2机架式服务器。监视器显示墙采用飞利浦29’VGA接口显示器40台组成，以DLP大屏幕两边各20台的方式分布。LED显示屏规格为0.3m×14.52m（含边框），用于走马灯方式滚动文字显示。

第六章 通用技术描述

千兆以太网交换机是井上系统的关键设备之一，本文以POWER MICE千兆以太网交换机为例对此系统作简要介绍。

属于MICE系列交换机，具备上述MICE交换机的所有特性。世界上第一台卡规式千兆以太网交换机。符合IEEE 802.3的ETHERNET/快速ETHERNET/千兆ETHERNET标准。5个集成于备板的插槽，2个可以扩展的插槽，通过介质模块可以应用28个端口，其中包括4个千兆端口。（光缆接口或电缆接口）本次方案的井上井下超级冗余环双环网主体部分由POWER MICE组成。

第一节 交换机 MS4128-5 描述

MICE，模块化，带网管功能的以太网交换机，支持 10Mbps/100Mbps/1000Mbps以太网接口。端口类型和数量通过配置介质模块最多可以达到28个端口，4个10/100/1000BASE光口（SFP模块选择）或4个10/100/1000BASE-TX电口，以及24个快速以太网端口。网络拓扑支持总线，星形拓扑，环形结构（Hiper-Ring超级冗余环，RSTP快速生成树）。网络管理。串口管理，基于WEB的网管，SNMP V1/V2/V3,HiVision网络管理。诊断功能

LED显示（电源，连接状态，数据，100Mbps，自动协商，全双工，故障，冗余管理器，组环端口，LED测试）线路检测，2个继电器报警信号输出，RMON监测（统计、历史、报警、事件），端口镜像。

配置方法

CLI（命令行设计），TELNET,BootP,DHCP,DHCP Option 82,HiDiscovery,自动配置器（ACA21-USB接口）。

安全性

SNMP V3（SSH,SSL），安全性设计，ACL，认证（802.1x）。其他服务

Qos 4个队列，端口优先级（IEEE802.1D/p），VLAN（802.1Q），组播控制（IGMP Snooping/Querier，GMRP），广播限制，控制流（802.3x），SNTP（简单网络时间协议）。

冗余功能

HIPER-Ring（超级冗余环），RSTP（快速生成树），冗余环间耦合，Dual Homing，冗余DC24V电源，冗余报警信号输出，动态/静态链路聚合（多达7个trunk，每个trunk允许8个端口，LACP）。

电源：24V DC/15W 工作温度：0-60摄氏度

IEC 60068-2-27冲击：15g，11ms duration,18 shocks IEC 60068-2-6 振动：1mm，2-13.2Hz，90min；0.7g,13.2Hz-100Hz，90min；3.5mm，3Hz-9Hz，10cycles，1 octave/min.；1g，9Hz-150Hz,10 cycles，1 octave/min 认证：cUL 508(E175531),cUL 1604 Class1 Div2(E203960),cUL 60950(E168643)Germanischer Lloyd(43 109-02 HH)

第二节 千兆以太网模块MM4-4TX/SFP 描述

MICE4128-5上使用的千兆以太网模块 端口类型和数量

4个10/100/1000BASE光口（需要配置SFP模块）或4个 15 10/100/1000BASE-TX电口，自动交叉，自动协商，自动极性转换，TX和SFP任意组合，1SFP屏蔽1TX，最多4个端口。

诊断功能

LED显示（电源，连接状态，数据，100Mbps，自动协商，全双工，组环端口）。电源：通过MICE底板供电。工作温度：0-60℃

IEC 60068-2-27冲击：15g,11 ms duration,18 shocks IEC 60068-2-6 振动：1mm，2-13.2Hz，90min.；0.7g,13.2Hz-100Hz，90min.；3.5mm，3Hz-9Hz，10cycles，1 octave/min.；1g，9Hz-150Hz，10 cycles,1 octave/min 认证：cUL 508(E175531),cUL 1604 Class1 Div2(E203960),cUL 60950(E168643)Germanischer Lloyd(43 109-02 HH)

第三节 光纤介质模块 M-SFP-LX/LC 描述

通过千兆以太网模块 MM4-4TX/SFP使用的SFP光纤模块 端口类型和数量

1个千兆LC光纤连接器 工作温度：0-60摄氏度 光纤技术参数：

单模光纤，SM，9/125um，20Km。

IEC 60068-2-27冲击：15g,11 ms duration,18 shocks IEC 60068-2-6 振动：1mm，2-13.2Hz,90min.；0.7g，13.2Hz-100Hz，90min.；3.5mm，3Hz-9Hz，10cycles,1 octave/min.；1g，9Hz-150Hz，10 cycles,1 octave/min 认证：cUL 508(E175531),cUL 1604 Class1 Div2(E203960),cUL 60950(E168643)

参考文献

[1] 赖寿洪.微型计算机控制技术.北京：机械工业出版社，1996 [2] 黄步全.分散控制系统在工业过程中的应用.北京：北京石化出版社，1994 16 [3] 杨廷善，周莉.计算机和测控系统总线手册.北京：人民邮电出版社，1993 [4] 胡寿松，王执全，胡维礼等.最优控制理论与系统.南京：东南大学出版社，1995 [5] 李增智.计算机网络原理.西安：西安交通大学出版社，1999.2 [6] 汤子瀛.计算机操作系统.西安：西安电子科大出版社，1999 [7] 邵裕森.过程控制及仪表（修订版）.上海：上海交通大学出版社，1995 [8] 沈兰荪.数据采集技术.合肥：中国科技大学出版社，1990 [9] 王建仁.计算机软件知识与开发技术.西安：西安交通大学出版社，1996.10 [10] David M.kroenke,施伯乐译.数据库处理.北京：电子工业出版社，1998.7

致谢

本论文是在我的导师马修水教授的悉心指导下完成的，从课题的选择，资料的收集，进度的安排以及论文的写作整个过程中都得到了马老师不厌其烦的帮助和指导。感谢马老师对我的关心和教诲，感谢马老师提供丰富的实践机会和良好的实践条件。马老师严谨求实的作风，谦虚待人的风格，给我深刻的印象，是我今后生活和学习的榜样。

感谢我的父母家人，以及所有关心我和支持我的同学和朋友，是他们的支持，关心和帮助使我顺利完成本科学业。

篇2：顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案

钱家营煤矿矿井综合自动化系统始建于2005年5月,几年来系统运行基本稳定,但是随着该矿工业视频点的增多及相关安全、生产子系统的建立,现有系统已不能满足需要,存在如下问题:

(1) 综合自动化平台软件部分目前仅以信息集成为主,偏重对信息的采集、整理,提供决策依据,未能实现对涉及到煤矿安全和生产的相关子系统的远程集中监测监控及对信息进行综合处理后实现安全和生产的自动化子系统的联合监测监控,即形成系统充分融合+系统联合监测监控+信息分析处理及发布模式;

(2) 综合自动化平台硬件部分采用的服务器硬件配置落后,且未设置数据采集集群服务器及存储磁盘阵列柜等,相应的网络安全设备配置不齐全,无法承担综合自动化平台系统快速、稳定、可靠运行的任务;

(3) 目前对综合自动化系统的应用仅局限于在调度指挥中心实现集中调度监测,未设置集中监控,无法实现智能调度、集中监控、调控分离的管理运行模式;

(4) 综合自动化主干网络采用是的百兆单环单网的结构,不符合集团公司综合自动化建设总体规划对双环双网双冗余结构的要求,且百兆带宽无法满足多网合一对网络带宽的要求;目前仅有2个井下环网接点,无法实现井下系统及设备的就近接入;

(5) 井上下工业电视摄像头目前采用模拟传输方式,1个摄像点占用1芯光纤,占用光缆资源过多,不符合集团公司综合自动化建设总体规划中对多网合一及资源总体规划重复利用的要求;

(6) 已实现系统自动化的子系统目前基本为就地集中控制,未能实现远程集中监控,需配置专门的值班人员和维护人员,维护量大,无法达到“有人巡视、无人值守”的目的。例如:胶带运输系统、水泵系统、选煤厂集控系统等;

(7) 系统自动化子系统无法纳入综合自动化系统中,需进行自动化改造。例如:东西风井扇风机系统、井上下电力监控系统、压风机系统等都没纳入综合自动化系统。

鉴于以上现状,对钱家营煤矿综合自动化系统进行了改造,改造后的综合自动化系统可使钱家营煤矿实现“有人巡视、无人值守”,最大限度减少下井人员,提高了生产效率。并对该矿节能降耗起到了一定的作用[1]。

1 综合自动化系统改造原则

(1) 实现对涉及矿井生产和安全的各系统智能调度、集中监控,在物理上要进行必要的调控分离;

(2) 对于各生产和安全系统配置统一的巡检和维护人员,实现系统的无人值守;

(3) 实现五融合:

网络融合:多网融合采用统一的数据传输主干道;采用多环双网双冗余增加网络传输的可靠性[2];

系统融合:建立子系统之间的联系,体现系统之间的联动、相互渗透;

软件融合:统一软件开发平台、开发工具、数据接口、通信协议;

功能融合:融合系统间的功能,便于操作、查询、决策;

数据融合:建立统一的数据仓库中心、合理的数据结构,实现数据共享。

(4) 充分利用现有的资源条件,将现有的系统进行自动化改造,无缝融入到综合自动化系统中;

(5) 努力做到技术上先进,有一定的前瞻性;经济上可行,避免盲目追求先进造成浪费。

2 综合自动化系统改造实施

2.1 综合自动化环网升级为GEPON

利用已有的百兆环网交换机作为支线交换机,并尽可能地利用地面及井筒的原有光缆资源;采用GEPON(千兆无源光纤网络)技术对现有网络进行升级改造,采用多环双网双冗余的网络架构,使传输速率达到1 000 M。根据接入系统及设备的分布特点,合理设置节点,为系统远程集中监测监控提供畅通无阻的高速传输通道,实现多网融合[3,4]。

GEPON由光纤网络终端(OLT)、矿用光网络终端 (ONT)、无源光纤分配器(POS)3个部分组成。GEPON 光纤环网冗余结构通过建立一个环状的光纤以太网结构来实现网络冗余,减少网络单点故障,增强整个通信网络在突发情况下的生存能力。如图1所示,地面采用双OLT设备,由于每个OLT设备向ONT设备提供4个千兆以太网光纤端口,其具有二层/三层交换和光纤端口冗余功能,通过单环网交叉接入OLT设备完成单环网间冗余,保证环网传输的可靠性。

钱家营煤矿地域分布较广,现场控制点的数量多且相对分散,且规划的工业电视系统为IP数字工业电视。因此,自动化控制环网按区域、节点数量、规模可划分为三环(加支线分支)双网双设备的网络结构。

地面环网设5个ONT网络终端:主副井、选煤厂、110 kV变电所、压风机房、胶带队。东西风井、锅炉房、选煤厂配电室等其它站点以支线方式就近接入ONT网络终端;

井下东翼环网设5个ONT网络终端:-600中央水泵房、一石门变电所、付石门变电所、二石门变电所、四采上部变电所。三石门变电所、三采平石门变电所、四采下部变电所、十一采变电所等其它站点以支线方式接入ONT网路终端;

井下西翼环网设5个ONT网络终端:-850中央水泵房、西翼变电所、五川变电所、付六变电所、正六变电所。

自动化控制环网按照网络节点与网络应用不同,分为中央网络与接入GEPON环网的主环网2个部分。

中央网络核心设备与同机房的环网接入设备互连,以保证不同环网之间的数据传输。中央网络设置于中央设备监控机房,用于提供接入环网的上联,以及大量服务器的接入。同时,中央网络通过安全措施与信息管理网互联。中央网络设置一台Cisco 的C3750G交换机作为中央网络核心交换机,通过与OLT线路终端连接将环网数据进行汇聚。

主环网采用当今技术领先的GEPON每个独立环网中的网络节点配置1台高性能的网络终端,所有的网络终端通过光纤环网一一对应互连并最终连接至位于中央机房的2台OLT线路终端,形成一个三环冗余网络。

OLT设备有2种线路冗余方式,一种是在机内安装环形冗余控制器,其可以实现10～20 ms的冗余控制,当用户需要快速冗余恢复结构时可以采用这种方式;另一种是软件切换千兆光以太网端口进行冗余,4个千兆光以太网口,2个工作,2个备用,当工作端口线路出现故障,几秒钟内自动切换到备用线路。

在中央机房及调控中心的各个服务器、工作站等设备可直接通过快速以太网卡直接与中央监控室的核心交换机的快速以太网端口(RJ45)相连,提供10 /100 /1 000 M的端口速率。

现场的各个PLC或其它设备则直接通过双绞线与现场就近的网络终端的快速以太网端口(RJ45)相连,并也提供10 /100 M的端口速率。

采用GEPON专用网络管理软件对网络设备进行统一管理。

2.2 调控中心及机房升级改造

钱家营煤矿调控中心及机房升级改造设计内容主要包括智能调度中心、集中监控中心、中心机房、综合自动化平台硬件[5]。

(1) 智能调度中心

建立统一的智能调度中心,对原有的资源进行利用、改造,进行各工位的职能及功能划分。智能调度中心布置如图2所示。

(2) 集中监控中心

建立统一的集中监控中心。将原有场地改造成集中监控中心,布置2排控制台、10个工位,每个工位配置1套操作站和1部联系电话。集中控制中心布置如图3所示。

(3) 机房

对现有的中心机房进行面积扩展,建设为一个高标准的现代化中心机房,主要从环境、电源、布线及防雷等方面考虑,配置统一的服务器网络机柜及KVM,并布置机房维护工作区域。

(4) 综合自动化平台硬件

为能保障综合自动化平台软件系统稳定可靠地运行,对钱家营煤矿现有的硬件设备进行规划和升级,根据改造后综合自动化平台的B/C/S混合架构,建立的硬件结构如图4所示。

为进一步加强网络安全,在信息网络和工业网络采用双层隔离技术——网闸+防火墙,完成信息网络和控制网络之间的隔离,如图5所示。

2.3 综合自动化调控中心软件平台建设

综合自动化系统软件以操作系统WindowsServer 2008为运行环境,以关系数据库SQL Server 2008 为数据库支撑,其由综合自动化平台软件、数据采集软件、实时Web服务器软件、监测引擎、控制引擎、扩展功能模块等组成。

为在集中监控中心能对各子系统实现远程集中监控,在地面中心控制室配置iFIX的C/S模式,iFIX SCADA数据采集服务器通过GEPON环网与各子系统的下位机等设备通信,采集相关数据。数据采集服务器与综合自动化平台软件级联,将采集到的数据送至软件平台进行综合处理,并采用iFIX客户端方式配置控制操作终端,实现对各子系统的远程集中监控操作。

综合自动化管理软件是建立在综合数据平台基础之上,通过对统一的数据仓库提取数据后再进行多方面的分析,如经济分析、设备优化分析、区域环境分析、设备寿命分析、通风安全分析等。经过对矿井机电设备数据分析,使全矿设备电能负荷、机械损耗最优化;经过对矿井机电、安全数据分析,使矿井人员分配最优化,减少生产不必要的环节,用自动控制代替手动操作;经过对矿井机电、安全数据分析,使矿井生产管理流程化,提高了生产效率,减少了生产中的间接环节,促进了生产的连续性、管理的实时性和直观性[6],如图6所示。

3 结语

通过利用GEPON技术、数据库技术、网络安全技术,钱家营煤矿的综合自动化系统的改造在注重信息采集和处理的同时,也注重对信息进行综合处理及生产和安全自动化系统的联合监测监控,真正实现了“五融合”,达到了调控分离,具备了无人值守的条件,为钱家营煤矿减人提效、节能降耗、人本安全做出了应有的贡献;同时该矿综合自动化系统的改造成功应用已成为开滦集团下属其它矿井类似项目新建或升级改造主要效仿对象,具有一定的推广价值。

参考文献

[1]钱建生,李鹏,顾军,等.基于防爆工业以太网的煤矿综合自动化系统[J].中国煤炭,2006(3):29-31.

[2]钱建生,赵培培,李鹏,等.工业以太网交换技术在煤矿中应用[J].煤炭科学技术,2005(4):11-14.

[3]陈荣光,闫晓峰,李娟.矿用GEPON系统的研究与实现[J].工矿自动化,2008(5):44-47.

[4]王婧,李斌.无源光网络(PON)技术研究[J].通信与信息技术,2008(3):60-65.

[5]崔柳,李真.论煤炭企业的信息化[D].上海:中国科学院上海冶金研究所,2005:41-43.

篇3：顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案

【关键词】矿井电力；综合自动化；系统结构

21世纪煤矿开采技术最为显著的特点，是计算机技术的全面应用和其功能的最大发挥，并将主宰矿山。计算机技术能够使规划、信息、控制和监测等不同部门融为一体，从而使煤矿整个系统发生根本性的变化。煤矿电力网络自动化系统是当前煤矿供电系统的主要发展方向，井下电力设备实现自动化监测、监控，对保证井下供配电设备正常运行，确保供电系统安全意义重大。它将井下电网保护、控制、监视、测量、故障分析等功能集合在一起，目的是提高供电可靠性和供电质量，减少停电时间、面积，使调度员根据监视情况，在地面控制中心通过遥控、遥调等实现明智、必要的操作。煤矿电力网络自动化系统是当前煤矿供电系统的主要发展方向。

1.我国煤矿自动化的发展历程

我国煤矿自动化系统起源于20世纪60年代，当时根据国家综合部署，集合全国煤矿行业的电子、电控方面技术骨干，成立了一家煤矿行业唯一的专业自动化研究所。

20世纪70年代，老式继电器退休，取而代之的是晶体管和逻辑电路，这大幅度缩小了控制器体积，改善了控制功能，变得更加安全可靠。

1980年开始，煤矿行业的科研单位不断增多，我国自主开发了KJ90、KJ95、KJ4/KJ2000与KJG2000等监控系统，还借鉴引进了美国、澳大利亚等先进国家的先进技术。至此煤矿的自动化控制和检测系统才真正应用到实践中。

1990年后，计算机技术进一步发展，形成了专用的独立的监控系统，以单片机为核心控制单元，内部的信息输入以模拟形式、FSK形式、基带形式等简单的调制方式为主，传输电缆为矿用屏蔽电缆，传输速率在600～9 600bit/s之间。这些系统大部分还是独立工作，很少有系统间信息的交换，每个系统的维护使用部门也不都一样。

进入21世纪后，以工业以太网为代表的信息网络技术迅速发展，煤矿各个专用的独立监控系统间的信息可以通过高速信息网实现快速的传输，两两之间的传输逐渐转变为总线传输方式，比如CAN总线、RS485、RS232等，并被广泛应用。随着技术的不断进步，煤矿的绝大部分矿井实现了煤矿生产、煤矿安全、矿用电力等监控系统，并通过高速监控网络整合形成综合的监控系统，由局部生产环节的自动化系统迈向矿井综合自动化的新方向。

2.自动化系统的实现

2.1子系统的接入

在硬件方面，采用三种方式：直接与子系统PLC控制器联接；直接与子系统控制器联接；与子系统控制主机联接。在软件方面：OPC协议接入方式；WEB接入方式；MODBUS协接入方式；PROFIBUS协议接入方式。

2.2建成系统情况

控制器和设备监控站所采集信息的实时传送；选用2台主备冗余的服务器作为网络数据采集服务器，将采集到的实时信息储存到实时历史数据库服务器，同时数据服务器可将重要的数据记录实时的发布；自动化系统网络平台通过网御安全“隔离”网闸设备和应用安全策略，在保证安全的前提下与企业信息管理网络进行了互联。

整个系统采用框架体系，环网交换机采用统一的标准接口，各个子系统可以动态加载到整个集成平台；各个系统间通过环网平台可完成信息的交换，实现了系统联动和信息的共享；完全解决了子系统间由于相互独立所造成的信息孤岛，达到了信息的全方位共享和融合。

综合自动化系统的建成，在矿井调度中心实现了对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、锅炉房集控系统、辅助运输系统、通风机房、井下主变电所、井下主排水泵房、污水处理、洗煤厂系统等系统的远程监测监控，部分子系统实现了无人值守。调度人员和领导能够在调度室直观、快捷的了解生产一线情况，掌握重要设备的实时工况；同时能够在办公室企业网络调出工业网络平台的实时数据，随时掌握生产动态。通过对大量数据的采集、分析、挖掘、加工和处理，实现了管理人员对矿井生产的动态综合分析和管理。环型以太网的建立，使得技术人员方便的利用工业网络实现远程数据维护，极大提高了技术人员对各子系统的远程维护水平。

3.实施全矿井综合自动化系统需注意的问题

（1）网络的选择。中小型矿井或自动化水平不高的矿井，可以选择基于工业总线的全矿井综合自动化系统，该系统价格低，系统可靠，不足之处是开放性稍差，无法三网合一；大型矿井或自动化水平达到较高程度的矿井，可以选用1000M工业以太网的全矿井综合自动化系统，价格适中，发展空间大，可以实施三网合一，是现在很多矿井的首选方案。

（2）网络结构的选择。全矿井自动化的组网方式可以是星形、环形、双环冗余等，不同组网方式其功能和可靠性都不一样，可适用于不同规模的矿井。其中星形网络一般不具有冗余功能，可以适用于分支系统；环形网络具有冗余功能，可靠性很高，得到业界的广泛采用；双环冗型可靠性不高，不太适合综合自动化系统。

（3）全矿井综合自动化系统是一个集技术、管理、经济于一体的复杂而庞大的系统工程。因此，在实施全矿井综合自动化之前，要做好详实全面的整体性设计与规划，不仅要采用先进的自动化技术，更要选用具有先进理念和管理才能的领导人员，统一指挥规划，按设计要求实施好每一步，尽量避免重复投资现象，节省人力和财力。

（4）全矿井综合自动化系统是一个整体，它的运行需要坚实的基础（可靠的底层设备自动化）和完善的子系统建设，必须做到部分与整体共发展，最大限度地发挥其作用。目前存在的问题之一是有的矿井对底层设备自动化重视程度不够，需要增强建设。同时注意整体和局部的优化关系，局部应服从全局。

（5）注意自动化系统中的软件建设。软件好坏的选择可以影响到自动化系统的正常实施。综合自动化信息的集成与加工，都需要软件的支持。系统软件采用组态化设计，将矿井环境监控子系统、各生产环节自动控制子系统以及系统自身完全整合。

4.结语

煤矿综合自动化系统的建设，形成了统一的传输网络平台和统一的数据库平台，建立了一个具有安全运行、数据可靠、可扩展软件架构的生产管理平台，是整个矿井数字化、信息化建设过程中实现数据采集、数据整合、过程控制、数据发布的关键层。为实现工业网络和管理信息网络数据无缝连接，提供了统一的数据发布平台，为实现企业的智能决策管理打下基础，提高了企业的管理水平和竞争能力。 [科]

【参考文献】

[1]陆铮.工业以太网在全矿井综合自动化系统中的应用[J].工矿自动化，2006（3）.

[2]赵小虎，张申，谭得健.基于矿山综合自动化的网络结构分析[J].煤炭科学技术，2004（8）.

篇4：顾桥矿井综合自动化控制系统井上系统控制方案

随着现代科学技术的不断发展, 煤矿开采经历了由最原始的人力开采逐渐过渡到机械化开采、由机械化发展到当今的自动化、打造数字矿山的过程。作为煤矿企业管理生产活动的指挥中枢——生产调度, 也必将随着自动化、信息化程度的不断提高, 由传统的调度方式转变为现代化的生产调度指挥中心, 利用计算机网络技术建设自动化、信息化系统, 将大量的生产信息汇集到调度中心, 使调度中心直观、迅速、有效地判断生产过程中存在的问题, 准确地下达调度指令, 保证矿井生产秩序的正常进行, 提高工作效率, 增加企业活力, 为企业取得更大的竞争力。因此, 梁宝寺能源有限责任公司大力发展、积极推进矿井安全生产综合自动化系统的建设, 建立了现代化的、覆盖矿井安全生产系统的综合自动化系统, 实现了煤炭生产的综合调度和生产过程自动化。

1 矿井安全生产综合自动化系统的组成及功能

矿井安全生产综合自动化系统建设完成后能够使煤矿井上下各生产环节的生产工况信息在异构条件下联通与共享, 使不同功能的应用系统联系起来, 协调有序地运行, 使各自独立的监控系统信息整合在一起实现共享;系统平台建设完成后能够对全矿井安全、生产的主要环节进行实时监测、监视和必要的控制, 实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化, 为矿井安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害提供有效手段, 为企业信息化的应用和发展奠定基础, 实现“三网合一”。

矿井安全生产综合自动化系统网络结构如图1所示。

建设矿井安全生产综合自动化系统可使煤矿实现如下功能:

(1) 生产的信息化促进全矿的管理信息化, 大量的安全生产监测数据是管理信息化的基础, 通过对监测数据进行转换、整理、挖掘, 管理系统对全矿的安全生产状况进行综合性动态分析, 为领导科学决策提供依据。

(2) 综合自动化信息系统与管理信息系统有机结合, 可加强企业内部协作与通信, 提高生产和管理效率, 增强企业的市场竞争力, 使煤矿企业的信息化进程实质性地跨上一个新台阶。

(3) 使管理人员从繁杂的手工事务性劳动中解脱出来, 以便从事更高水平的管理工作。

(4) 实现对网络的集中管理, 对网络上的各种设备进行监控和处理, 为网络的正常运行提供保障。

(5) 能够有效的实现生产、安全管理和综合查询等功能, 使其成为一个综合性的信息化网络。

整个地综合自动化系统在煤矿生产过程中具有实时性、可靠性、开放性、易于管理和维护、安全性的特性。

2 矿井安全生产综合自动化系统的实现

矿井安全生产综合自动化系统以TCP/IP和Web技术为基础, 以开放性、网络化为特征, 立足于Web和Infarnet (面向控制设备的现场总线及工业控制网络) +Intranet (实时数据库和人机操作界面) +Internet (远程人机交互) 一体化, 实现企业管控数据流之间的无缝连接, 从而使管控一体化解决方案变得简捷和现实可行。系统结构如图2所示。

各子系统的设计与实现分述于下。

2.1 副井提升机控制子系统

该系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。接入内容:提升系统参数监测。

该系统实现了在网络终端 (调度室和相关部门或领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测副井的运行参数, 如快上、快下、慢上、慢下、急停、电枢电流、实际速度、电动机平均温度、罐笼速度、主轴温度、天轮温度、电动机温度、过卷、停车点等的功能。

2.2 主井提升机监控子系统

该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。接入内容:装卸载控制部分。

该子系统提供的功能:实时数据分类显示、当前故障/报警显示、故障报警显示、综合查询、系统图、历史曲线、报表统计等。

该子系统实现了在网络终端 (调度室和相关单位或领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测主井装卸载系统的运行参数、煤仓煤位、机斗位置、运行速率、装煤重量、给煤机运行情况、提升勾数等的功能。

2.3 通风机监测子系统

该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用FTP接口方式。接入内容:通风机的在线参数信息。

目前, 该子系统能够实时监测风机的振动、电动机及轴承温度/负压、电动机电压/电流/功率/效率/温度等参数, 没有上位机。将上位机挂接在环网上, 可通过上位机软件采用FTP方式将各个点的信息取到管控服务器。该子系统实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测风机的振动、风机轴承温度/负压/风量、电机电压/电流/功率/效率温度等参数的功能。

2.4 压风机自动控制子系统

原有系统:每台风机采用了一套PLC对温度、风压、电流等进行数据采集, 完成风机的自动闭锁等功能。集控部分通过一套PLC对3台压风机信息集成和闭锁控制。

该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。

在压风机房建设具有上位机的独立DCS系统, 压风机上位机就地接入环网。通过上位机软件, 采用OPC方式可将各个点的信息取到管控服务器。该子系统实现了在网络终端 (调度室和相关单位或领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测风机开停、温度、电流、风压等参数的功能, 还可通过权限远程控制压风机的启停, 实现岗点的无人值守。

2.5 矿井安全监控监测子系统

该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用TDCOM接口方式。

接入内容:矿井安全监控监测参数。原采用百兆环网传输安全监测系统数据不变, 地面安全监测主机和地面中心千兆环网交换机相连接, 平台管控服务器通过TDCOM软件接口从安全监测主机获取数据, 以实现在调度室或领导办公室对安全监测系统的监测。

2.6 井下胶带监控子系统

原有系统已具备胶带就地控制机。

子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。

接入内容:胶带集中控制。

井下胶带监控子系统的各胶带控制机 (PLC) 通过所支持的RS485接口就近接入环网交换机, 设在调度中心的胶带主控机与各胶带控制机 (PLC) 进行数据交互。管控服务器通过OPC软件接口从胶带主控机获取数据并可发布命令。该子系统实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测胶带的开停、电流、闭锁开关状况、跑偏等的功能, 并在调度中心通过权限可远程控制胶带的启停。

2.7 井下110 kV电力监控子系统

子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。

接入内容:各变电所改造后的开关信息。

井下各变电所系统的监控主站或分站通过所支持的快速以太网接口就近接入千兆环网交换机, 设在调度中心的电力监测主机与环网各区域的电力主站或分站进行数据交互。管控服务器通过OPC软件接口从电力监测主控机获取数据, 实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 采用浏览器及多种方式 (图形、表格) 监测开关柜的电流、电压、功率等的功能, 还可通过权限远程控制电力开关的分合闸。

2.8 井下主排水子系统

原有系统:井下主排水有5台水泵, 无自动控制系统。

子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。

接入内容:排水泵的控制信息。

井下主排水子系统控制机通过所支持的快速以太网口就近接入环网交换机, 管控服务器通过OPC软件接口从主控机获取数据, 实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 采用浏览器及多种方式 (图形、表格) 监测水泵电动机的开停状态、电动机电流/温度、电动闸阀开度、真空度、流量、润滑压力等的功能, 并可在调度中心通过权限远程控制水泵的启停, 逐步实现无人值守。

2.9 工业电视系统

接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用IE链接接口方式。

工业电视系统采用数字式工业电视, 地面摄像机通过单路数字视频服务器接入环网;井下本安摄像机分别采用单路视频服务器、4路视频服务器接入环网。调度中心采用流媒体平台, 工业电视流媒体服务器挂在信息层网络中, 安全生产综合自动化平台通过视频服务器的IE链接实现接入。

2.10 大屏幕可视化系统

大屏幕采用VTRON (威创) 品牌的DLP投影系统, 选用60英寸3×2 (列×行) 布置在中心调度室。大屏幕多屏处理器挂在控制层网络上, 通过主控软件控制大屏幕;两侧为18台TCL 29'监视器, 最终在调度中心实现部分生产过程可视化。

2.11 人员定位管理系统

接入方式:硬件采用以太网络, 软件通过FTP接口方式上传, 并采用IE链接方式接入。

该子系统的监控分站通过所支持的RS485接口就近接入千兆环网交换机, 设在调度中心的2台人员定位监控主备机与环网各区域的人员定位分站进行数据交互。管控服务器通过FTP接口软件从人员定位的主控机获取数据, 以实现在调度室和相关单位或领导办公室对井下所有人员信息的监测功能。

3 结语

综合自动化系统的建立不仅仅是现代化煤矿的标志, 从本质上它将计算机网络与煤矿生产的各个方面根据不同的需要巧妙地结合起来, 以可视化、系统化的方式直观地反映在调度中心或领导办公室的计算机上, 改变了以前煤矿生产中繁杂的信息汇总渠道, 大大提高了工作效率, 促进了安全生产管理的现代化程度, 加快了技术进步, 巩固了现代化煤矿企业的管理水平, 带动了企业各项工作的创新与发展。梁宝寺能源有限责任公司建立的现代化、覆盖矿井安全生产系统的综合自动化系统, 实现了煤炭生产的综合调度和生产过程自动化。

参考文献

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