煤矿综合自动化系统的研究.pdf

第 9期 2 0 1 0年 9月 工矿 自 动 化 I nd u s t r y a nd M i n e Au t omat i o n NO ． 9 Se p ． 2 0 1 0 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 9 0 1 5 1 一O 4 煤矿综合自动化系统的研究 吴义祥 龙 口矿 业 集 团经 济运行 处 ， 山东 龙 口 2 6 5 7 0 0 摘 要 以龙 口矿 业 集 团建设 的煤矿 综合 自动化 系统 为例 ， 详 细介 绍 了该 系统 的硬 件 、 软 件 结构 及 井 下胶 带 、 井下供 电、 井下 电机 车运 输 、 压 风机 、 主 通风 机 、 主 副 井提 升 、 井 下排 水 、 矿 井安 全 监 测 、 人 员定 位 监 测 等 各子 系统 的接入 方 法 ， 并简要 介 绍 了煤矿 综合 自动 化辅 助 系统 的功 能 。实际应 用表 明 ， 该 系统 实现 了在 煤矿 地 面集控 中心 对各 予 系统 的开停 控制 ， 提 高 了矿 井的生 产效 率 。 关 键词 煤矿 ；综合 自动化 ；工业 以太 网 ；接 入 方 法 中图分 类号 T D6 7 文献标 识 码 B 0 ． 引言 几 年来 煤炭 工业 的发 展 证 明 ， 建设 以 自动 化 、 信 息 化为 标 志的新 型现 代 化矿井 已成 为煤 炭 企业 提 高 矿 井安 全程 度 ， 实 现 高产 高效 ， 增强 核 心竞 争力 的必 然途径 。因此 ， 龙 口矿 业 集 团 在 各 矿 井 大力 建 设 了 煤 矿综 合 自动化 系统 ， 从 而提 高 了矿井 的生 产 效率 、 经济效 益 、 安全 程度 。 1 煤 矿 综合 自动化 系统 实现 的 主要 目标 煤 矿 综 合 自动 化 系 统 作 为煤 矿 自动 化 总平 台 ， 实现 了在 地面对 煤 矿井 上下 诸多设 备 的可 靠控 制 。 1 采用 光纤 组建 了煤 矿 井下 工 业 以太 网并形 成环 网 ， 全矿井 下胶 带 、 轨道 、 供 电 、 排 水 、 通 风 、 矿井 提升 、 选 煤等 自动 控 制 子 系统 均 以现 场 总 线 等 形式 就 近接人 工业 以太 环 网[ ， 同时 ， 采用 O P C及 组 态 软件等技术接入软件平台 ， 形成全矿井 自动控制信 息传输 及 处理 的总 集 成 平 台 ， 基 于 该 平 台 实 现 了在 地面 集 控 中心 对 井下 胶带 、 供 电 、 排 水 、 轨 道 、 通风 、 压风 、 提 升 、 选 煤 等 设 备 的 远 程 开 停 控 制 和 在 线 监 测 ， 井下 诸多 环节 和 岗位实 现 了无人 值守 ， 大 大减 少 了井下 现场 人员 ， 提高 了矿 井安 全水 平 。 2 煤 矿安 全 监 控 、 人 员 定 位 等 监 测 监 控 系 统 在地面接人煤矿 自动化平 台， 实 现 矿井 自动化信 息 、 安全生产监测信息 的集成 、 共享 和 We b发布等 收 稿 日期 2 0 l 0 0 6 2 4 作者简介 吴义祥 1 9 6 5 一 ， 男 ， 山东平 度人 ， 高 级工程 师， 工学 硕士 ， 现任龙u矿业集 团经济 运行处 副处 长， 已发 表 文章 1 O多篇 。 E ma i l wuy i x i a n g1 t ． n e t 功能 ， 实 现 了对井 下所 有掘 进头 、 工作 面 的瓦斯 自动 检测 和超 限 自动断 电 、 告警 ， 实 现 了对 井下 所有 重要 地点 的风速 、 温度 、 风 门 、 局 扇开 停 的 自动 监测 ， 实 现 了对 井下 人员 分布 情 况的在 线监 测 和统计 。 3 建立 了矿井 自动化监控 中心 ， 具有大屏幕 显示 功 能 ， 控 制功 能 ， 数 据 统 计 汇 总 功 能 ， 网 络功 能 等 ， 操作员站之问具备相互冗余功能。 4 建 立 了矿 井 工 业 电视 监 视 系统 ， 将 井 下 和 地面各主要地点摄像机 的信号传输到地面视频服务 器 ， 在集 控 中心显 示 和切换 图像 ， 为地 面远 程控 制提 供 了必备 的监 视手 段 。 5 建立了矿井移动通信 系统 ， 实现 了井下 现 场 与集控 中心 的清 晰通 话 ， 为地 面远 程 控 制 提 供 了 畅通 的联络 手段 。 6 完成了煤矿综合 自动化系统与煤矿管理网 络 安全对 接 ， 将煤 矿井 下 现场 的 自动化信 息 、 安全监 测信息 、 井下视频 与管理信息系统联通 ， 通过 We b 等方式实现了各类信息在全公司的资源共享。 2煤 矿综 合 自动化 系统 的组 成 煤 矿 综 合 自动 化 系统 采 用 3层 管 理 层 、 控 制 层 、 设 备层 架构 体 系 ， 主要 由硬 件 平 台 、 软 件 平 台 、 各 个接 人 系统组 成 ] ， 其 网络结 构如 图 1所示 。 2 ． 1 硬 件 平 台 数据传输网采用光缆冗余环形工业 以太网， 实 现集成传输功能 ， 可提高系统可靠性 。 地 面集 控 中心采 取双 机互 备 的方 式设置 各子 系 统工 作站 、 数据 库 服 务 器 、 管 控服 务器 等 ， 分 别 接 人 工业以太网核心交换机 。网络中的所有设备均支持 S NMP网管 。 1 5 2 工矿 自动化 2 0 1 0年 9月 舅环 网 交 换 机 ； 一 环 网 光 缆 ； 现 场 总 线 图 1 煤矿综合 自动化系统网络结构 整个控 制 网络为 独 立 的监 控信 息传 输 网络 ， 只 煤 矿综 合 自动 化 系 统 的开 发 平 台为 微 软 公 司 通过 硬件 防火 墙 与管 理 信息 网联 接 ， 保 证 系 统 的 安 V i s u a l S t u d i o． NE T， 监控 软件 组态 软件 或定 制 开 全。在管理信息 网内配置 We b服务器 ， 用于提供 发 基 于网络平 台运行 ， 以网络操作系统 Wi n d o ws We b 应用发布， 使管理信息网内的客户端能够浏览 2 0 0 3 S e r v e r为运 行 环境 ， 以关 系 数 据库 如 MS 到综合 自动化系统的相关信息数据 。 s QL S e r v e r 、 DB 2 、 O r a c l e 等 为数据库支撑。 2 ． 2 软 件平 台 与各 子系统 的软件 接 口主要采用 O P C接 口； 对 煤矿 综合 自动化 系 统采 用 3层 网络体 系 结构 于 不 具 备 OP C 接 口 的 子 系 统 ， 也 采 用 D D E、 浏览 器 客 户端 、 应 用 逻辑 服 务器 、 数据 库 服 务器 ，T D C 0M、 0D B C或 F TP接 口方式 。 如图 2所示。 软件功能 对各子系统进行信息协议交换、 综合 We b服务器 i 黾 ． 数 据 的 用 户 聂 i 』 采集模块 i F J x实时数据库 『 f F i数F I融X O L口E 囊 黧粪 I X 0P C 数据接口 S Q L S e r v e r 数据库 标准 i F I X客户 具 c } 其 它 不 萎 翥 篥 呻 接口的控制系统、 一 一 图 2 煤矿综合 自动化系统软件架构 分析、 分类处理 ， We b浏览 实时动态图形、 实时数 据表格 、 故障报警 、 趋势 曲线等 ， 数据分级管理 ， 事 件记 录 ， 报表 打 印 ， 安全认 证 。 2 ． 3各接入 子 系统 煤 矿井下 胶带 、 井 下 供 电 、 井下 电机 车运 输 、 压 风 机 、 主通风机 、 主 副井 提 升 、 井 下排水 、 矿井安全 监 测 、 人 员定 位 监 测 等 控 制 子 系统 的下 位机 ， P L C 等 现场 控制设 备挂 接在 环 网交换 机 上 ， 设 在地 面 的 管 控服 务 器 通 过 OP C 软 件 接 口 与 各 就 地 控 制 机 P L C 进行 数据 交 换 ， 获 取现 场 各个 点 的信 息 并 存 储 到实 时数据库 巾 ， 设 在 地 面集 控 中心 的操控 工 作 站 与管控 服务器 进 行数 据 交 互并 可 发 布控 制 命令 ， 从而实 现对 各子 系统 现场 设备 的 远程 控制 和监 测l 3 j ， 同 时 ， 所 有 监 测 监 控 信 息 均 实 现 了 网上 共 享 可通 过 I E浏览 功能 。 日 表 报 2 0 1 0年 第 9期 吴 义祥 煤矿 综合 自动化 系统 的研 究 1 5 3 1 井下 胶带 集控 系统 该 系 统 的各 胶带 就地 控 制机 P L C 通过 R S 4 8 5 接 口就近 接人井 下 工 业 以太 环 网 交换 机 ， 设 在地 面 的管控 服 务器通 过 P C软 件 接 口与 各 就 地 控 制机 P I C 进行 数 据 交 换 ， 获 取 现 场 各个 点 的信 息 并 存 储 至 实时 数据库 中 ， 设 在 地 面 集 控 中心 的 胶 带操 控 工作 站与 管控 服务 器进行 数 据交 互并 可发 布控 制命 令 ， 从 而 实现 对 多条 胶 带 的集 中 控 制 和 监 测 ， 以及 顺 、 逆 煤 流程序 控制 和胶 带运 输 系统 的优化 控 制 。 控 制 信号 电 动 机 开停 、 制 动 闸控 制 、 给煤 机 控 制 、 预 告控 制 、 后 方 胶带 机 的联锁 等 。 监 测 信号 各胶 带机 的保 护信 号 打滑 、 超 速 、 堆 煤 、 烟 雾 、 跑 偏 、 急 停 闭锁 、 温度 、 洒水 、 纵 撕 信 号 、 张 力下 降保 护等 、 电动机 开停 状态 、 给 煤机状 态 、 前方 设备 的联 锁等 。 2 井下 供 电集控 系 统 该 系统 的各变 电所 就地 监控 分 站通过 以太 网接 口就 近接 入井 下环 网交 换 机 ， 设 在 地 面 的 管 控 服 务 器通 过 OP C软件 接 口与各 就 地 监 控 分 站 进 行 数 据 交换 ， 获 取现场 各 个 点 的信 息 并 存 储 至 实 时 数 据 库 中 ， 设 在 地面集 控 中心 的供 电操 控 工 作 站 与 管 控 服 务器 进行 数据 交互 并 可 发 布 控 制 命 令 ， 从 而 实 现 对 各个 变 电所设 备 的集 中控 制和监 测 l_ 4 ] 。 控制 信号 变 电所 高 、 低 压设 备 的开关 。 监测 信号 实 时采集 、 计 算 开关设 备 的开 关状 态 及运 行参 数 电压 、 电 流 、 有 功 功 率 、 无 功 功 率 、 功 率 因数 等 ； 当线 路 出 现欠 压 、 过 压 、 过 流 等故 障 时 ， 可 迅速 产 生相应 的报 警输 出。 3 井 下 电机车 运输 集控 系统 该 系统 的井 下 电机 车 运输 就地 监控 分站 通过 以 太 网接 口就 近接 人井 下 环 网交 换 机 ， 设 在 地 面 的管 控 服务 器通 过 OP C软 件 接 口与 就地 监 控 分 站 进 行 数据交换， 获取现场各个点的信息并存储至实时数 据 库 中 ， 设在 地 面集 控 中心 的 机 车运 输 操 控 工 作 站 与管控服务器进行数据交互并可发布控制命令 ， 从 而实现对井下电机车运输轨道 道岔的集 中控 制和 监 测 。 控 制信 号 统 控 统 计 控 制 、 进 控 进 路 控 制 、 遥 控 电动转 辙机 单机 正反 控 制 、 区解 区段 解 锁 、 强 制 强 制 开放进 路 、 就地 等 。 监测信 号 列 车位 置 、 车 号 、 运 行方 向 ， 列 车 运行 速 度 、 车皮 数 以及 信 号机状 态 ， 道 岔位 置和 区段 占锁 等运 行 状态 信息 。 4 压 风机 集控 系统 该 系统 的压 风机 房就 地控 制机 P I C 通 过 以太 网接 口就近 接入 井 下 环 网交 换 机 ， 管 控 服 务 器 通 过 OP C软件 接 口与就地 控 制 机 P L C 进 行 数 据交 换 ， 获取 现 场各个 点 的 信 息并 存 储 至 实 时 数据 库 中 ， 设 在地 面 集控 中心 的压 风机 操控 工作 站与 管控 服务器 进行 数 据交 互并 可 发 布控 制 命 令 ， 从 而 实 现 对 压 风 机及 高 低 压配 电设 备 的集 中控制 和监测 。 控 制信 号 压 风机 开停 、 高 低 压配 电设 备 的开 关 等 。 监 测信 号 压 风机 压力 、 温 度 、 电流 、 运行 工况 和 在线 设 备性 能等 参数 ， 高 低 压 配 电及 MC C系统 。 5 主通 风机集 控 系统 该 系统 的通 风机 房就 地控 制机 P I C 通 过 以太 网接 口就近 接入 井 下 环 网交 换 机 ， 管 控 服 务 器 通 过 OP C软件 接 口与就 地 控制 机 P L C 进 行 数 据 交换 ， 获 取现 场各 个点 的 信 息并 存 储 至实 时 数据 库 中 ， 设 在 地面 集控 中心 的通 风机 操控 工作 站 与管控 服务 器 进 行数 据交 互 ， 从 而 实 现 对 通 风 机及 其 配 电设 备 的 在 线监 测 。 监 测信 号 通 风 机负压 、 风 速 、 温度 、 运行 工况 和 电压 、 电流 、 功率 、 效 率等参 数 ， 高 低 压 配 电设备 状 态 等 。 6 主 、 副井提 升集 控 系统 该 系统 的主 、 副井 提 升 房 就 地 控 制 机 P L C 通 过 以太 网接 口就 近 接 入 井 下环 网交 换 机 ， 管 控 服 务 器 通过 O P C软 件 接 口与 就地 控 制 机 P L C 进 行 数 据交换 ， 获取现场各个点 的信息并存储至实时数据 库 中 ， 设 在 地 面集控 中心 的提 升 机 操控 工 作 站 与 管 控 服务 器进 行数 据 交互 ， 从而 实现 对 主 、 副井 提 升机 及 其配 电设 备 的在 线监测 。 监 测信 号 提 升机提 升位 置 、 电动 机 电压 、 电流 、 有功 功率 、 无功 功 率 、 功 率 因 数 和 电量 等 参 数 ， 配 电 设 备状 态 等 。 7 井下排水集控系统 该 系 统 的井 下 水泵 房就 地控 制机 P L C 可根 据 水位监 测 信号 自动 开停 水泵 ， 同时 ， 通 过 以太 网接 口 就近 接入 井下 环 网交 换 机 ， 设 在 地 面 的管 控 服 务 器 通过 P C软件 接 口与 就 地 控 制 机 P L C 进 行 数 据 交换 ， 获取现场各个点的信息并存储至实时数据库 中 ， 设 在 地面集 控 中心 的水 泵 操 控 工 作 站 与管 控 服 1 5 4 工 矿 自动 化 2 0 1 0年 9月 务器 进行数 据交互 并 可 发 布控 制 命令 ， 从 而 实 现对 井 下水泵及 配 电设 备 的在 线监 测及集 中控制 。 控制信 号 各水 泵房水 泵 的开停 。 监测信 号 水泵 电动机 的开停 状态 、 电流 、 温度 、 电动 闸阀开度 、 真空 度 、 流 量 、 润 滑压力 等参 数 。 8 安 全监控 系统 、 人 员定位 系统 安 全监控 系统与人 员定 位系统 已集成 为一个 系 统 ， 该 系统的地 面监 控 主机 通 过 以太 网接 口接 人 环 网的 中心 交换机 ， 管控 服务器 通过 F TP软件 接 口从 监 控主机 获取数据 ， 从 而实现对 安全监 控系统 、 人员 定位系统各类信息的接人 。 监测信号 矿井各类安全信息 瓦斯浓度 、 风速、 负压 、 温度、 一氧化碳浓度及风门等环境参数 ， 煤仓 煤 位 、 水 仓 的水 位及 主 要机 电设 备 开停 等 生产 工 况 参 数等 。 3煤矿 综合 自动化辅 助 系统 为可 靠 地实 现煤 矿 综合 自动化 控制 ， 在 建 设综 合 自动化 系统硬 、 软件平 台的 同时 ， 必须 建立煤 矿综 合 自动化的辅助系统 ， 包括井下移动通信系统、 工业 电视系 统 、 集控 中心机 房及 大屏 幕显示 系统 、 不 间断 电源系统 UP S 及 接地 系 统 等 ， 用于 保 证 自动 化 远 程 控制 的安全性 、 可靠性 。 3 ． 1 井下移动通 信 系统 煤 矿 目前 一般 都 使用 了调度 交 换机 ， 主要用 于 全矿井 上下各 部 门和生产 区队及辅 助 区队 日常安 全 生产通信联 系和调度 。煤 矿综 合 自动化系统建 成 后 ， 有线 调度交 换机 已不 能满 足及 时巡检联 络 ， 处 理 设 备事故 的需要 ， 为确保 系统 的正常运 转 ， 集 控 中心 需要 与现场 移动 电话进行 通信联 系 。煤 矿井 下移 动 通信主要采用 WI F I系统 、 小灵通系统或漏泄通信 系统 ， 由交换设备、 控制设备 、 基站 或漏泄天线 、 手 机等组成 。在煤矿井下及地面工业广场建设多个基 站 或敷设漏泄电缆 ， 实现对井上下无线信号的全 覆 盖 ， 在所 有地点 都 可 以清 晰 通话 ， 同时 ， 移 动 通信 系统 与有线 调度系统 实现联 网， 也可 以实现一体 化 ， 达到 有 、 无线 电话通信 的互 连互通 。 3 ． 2 工 业 电视 系统 工业 电视 系统可直 观地监 视各重 要生产 环节 和 设备 ， 是煤 矿集 中远 程 控 制必 备 的 辅助 手段 。该 系 统 主要 由现 场 的防爆 摄像 机 、 传输 光缆 、 流媒体 平 台 等组成 ， 可实 现网上共 享 可通过 I E浏览 功能 。 3 ． 3集控 中心机 房 集控中心机房的环境满足计算机等各种微电子 设备 和 工作人 员对 温 度 、 湿 度 、 电磁 场 强 度 、 噪音 干 扰 等要求 。其工 程 主 要包 括 建 筑装 修 工程 、 电气 工 程 含接地 、 空 调工程 、 设备 监控工 程 、 安 全工程 门 禁 、 消 防工程等 部分 。 3 ． 4 大屏 幕显 示 系统 煤矿综合 自动化集控中心 配套 D L P大屏幕投 影拼接 系统 ， 并在 两侧配 备多 台电视组 成 电视 墙 ， 在 上面 配备 条 形单 色 I E D显 示 屏 。通 过 该 系统可 以 对煤 矿综 合 自动化 系 统 的各 种 视频 图像信 号 、 网络 信号、 计算机图形信息进行多画面显示和分析 ， 能够 直观 、 清 晰地显示 各方 面信 息 ， 便 于及时做 出判断 和 处理 ， 实现实时监控和集 中调度的目的。 3 ． 5 不 间 断 电 源 系统 该系统主要用于给集控 中心机房计算机、 服务 器 等重 要设备 提供 不间 断的 、 稳 定 的电力供应 ， 以确 保 市 电中断 事故停 电 时 ， 使负 载维持 正常工作 ， 且 保证煤矿综合 自动化的软、 硬件不受损坏 。 3 ． 6接地 、 防雷 系统 该 系统 根据 国家有 关 标准 、 规 定 及现 场实 际情 况建设 ， 用于避免各种电信、 计算机等电子设备遭受 雷 击 、 强 电冲击等危 害 ， 并保 证 人身 、 数 据 的安 全 。 4 结语 煤 矿综 合 自动 化 系统 在 地 面远 程 控 制 井 下设 备 ， 实现现 场无人 值守 ， 不仅 减人提 效 ， 也是 煤矿 “ 无 人为安 ” 思 想 的体 现 ， 对煤 矿安 全生产 的发展 具有重 大 意义 。龙 口矿业 集 团 在北 皂 煤 矿 、 梁家 煤 矿建 立 的综合 自动化 系统 ， 实 现 了在煤 矿 地 面控 制 中心对 井 下胶 带运 输 、 轨 道运 输 、 供 电 、 排水 、 压 风 、 地 面选 煤 设 备 的 开 停 控 制， 减 少 井 下 现 场 作 业 人 员 4 0 0多人 ， 取得 了较好 的经 济效益 和社会效 益 。 参 考 文献 [ 1 ] 陆铮 ， 汪丛笑． 工业以太网在全矿井综合 自动化系统 中 的应用E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 6 3 3 1 - 3 3 ． [ 2 ] 储璐． 浅谈煤矿综 合 自动化 系统架构 及实施 E J ] ． 山东 煤 炭 科 技 ， 2 0 0 8 6 1 3 2 1 3 3 ． E 3 ] 张敏 ， 于宅 申． 煤 矿综合 自动 化监控 系统 设计及 应用 E J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 0 8 ， 2 7 2 3 7 3 9 ． E 4 ] 黄益庄． 变电所综合 自动化 系统[ M] ． 北 京 中国 电力 出 版 社 ， 2 0 0 0 ．