我国煤矿自动化现状及发展趋势.pdf

第 9期 2 0 1 0年 9月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a n d M i ne Aut o ma t i on No ． 9 S e p ．2 0 1 0 J ’ ●I●I l l ◆I I ●| ●Il l ●I●H I ◆I●I●I ●I●I◆●●II●●I◆I I ◆●I◆Il l ◆I●⋯ ●1 第 2 0届 全 国煤矿 自动化与信 息化 学术会议 论 文选编 专 ． l l Ⅲ 1 l l Ⅲ ◆_ _ ◆ ⋯ ◆ 1 ◆ ◆ ◆ 文章 编号 1 6 7 1 --2 5 1 X 2 0 1 0 0 9 --0 1 2 6 --0 4 我国煤矿自动化现状及发展趋势 谭 得健 中国矿业 大学 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 摘要 根据先进的煤矿 自动化产品的特点，分析 了我国煤矿 自动化产品存在的问题 ， 指 出了建立具有 统 一 网络 平 台的煤 矿综合 自动 化 系统是 我 国煤 矿 自动化 与信 息化 的发展 趋势 ；介 绍 了我 国煤 矿 综合 自动化 系统 的现有基 础及其 在建设 中主要 涉及 的方 面 ， 给 出 了基 于工 业 以太 网和基 于现 场 总 线的 煤矿 综合 自动化 系统 的 网络 平 台结 构及特 点 ， 以及 实施煤矿 综合 自动化 系统 需要 注意的 问题 。 关 键词 煤矿 ；自动化 ； 信 息化 ；网络 平 台 ； 工 业 以太网 ； 现 场 总线 中图分类 号 T D6 7 文献标识 码 B S t a t u s o f Au t o ma t i o n o f Co a l M i n e a nd I t s De v e l op i n g Tr e n d i n Ch i n a 4 N De a n Ch i na Uni v e r s i t y o f M i ni n g a n d Te c h no l o gy，Xu z h ou 2 2 1 0 0 8，Chi n a Ab s t r a c t Ac c or d i n g t o c ha r a c t e r i s t i c s of a ut oma t i o n p r od uc t s o f c oa l m i ne，t he p a pe r a na l y z e d e xi s t i n g pr o bl e m s o f a ut oma t i o n p r od u c t s o f c o a l mi ne i n Chi n a a n d i n d i c a t e d t h a t bu i l d i ng i nt e g r a t e d a u t o ma t i o n s y s t e m wi t h u ni f i e d ne t wo r k pl a t f o r m i s a de v e l o p i ng t r e n d o f a ut oma t i o n a n d i n f o r m a t i z a t i on o f c o a l mi n e i n Chi n a． I t i nt r o d uc e d c u r r e n t ba s i s o f i nt e gr a t e d a u t o ma t i o n s y s t e m o f c o a l m i ne i n Ch i n a a n d ma i n i n v ol v i n g a s pe c t s i n i t s b u i l di ng，g a v e s t r u c t ur e a n d c ha r a c t e r i s t i c s o f n e t wo r k p l a t f or m b a s e d o n i n du s t r y Et h e r n e t a n d f i e l d bu s e s a n d p r ob l e ms t h a t s h ou l d b e n o t i c e d i n i mp l e me n t i ng i nt e gr a t e d au t oma t i o n s y s t e m o f c o a l m i n e． Ke y wo r d sc o a l mi n e，a ut o m a t i o n，i nf o r ma t i z a t i o n，n e t wo r k p l a t f o r m ，i nd us t r y Et he r n e t ，f i e l d bu s 0引言 随着计算机、 通信和 自动化技术的飞速发展 ， 使 得煤矿 自动化产 品得 到更 广 泛 的应 用 和 提高 ， 它 为 信息化矿山奠定 了良好的基础。 先进 采煤 国从 采煤 1 - 作 面 、 掘进工 作 面 ， 到井 下 主煤流运 输及辅 助运输 ， 到矿 井提 升及井下 供 电、 排 水等装置 ， 均具有建立在微处理器基础上 的监控 和 保护 系统 ， 使煤 矿 的机 电一 体化 设 备 、 性 能 、 可靠 性 和功能 得到大 幅度提 高 。 先进 的煤 矿 自动化 产 品的共 同特 点 收稿 日期 2 0 1 0 ～0 6 2 4 作者简介 谭得 健 1 9 3 8一 ， 男 ， 教 授， 博 士 研究生 导 师， 现 为 中国煤炭协会煤矿 自动化专业委员会名誉 主任 ， 主要从事煤矿综 合 自动化和数字矿山的研究 。 1 都具有 以计算 机 包括单 片机 、 P L C或嵌入 式 计算机 和 多种传 感 器组 成 的工 况监 测 和控 制 系 统 ， 对设备 各部分 工况参 数进 行连续 监控及保 护 ， 其 中一 些参数 直接显 示在显 示屏 上 。 2 通信联网功能。现代机电一体化产 品已不 是 一个“ 自动化 孤岛 ” ， 都具 有通信 联 网的优 良性 能 ， 一 般在计算机 或 P L C 上 设置通 信接 口或专用的 通信模块 ， 可以通过双芯屏蔽通信线或光纤与其它 设备 连接 ， 实现信 息交互 、 联 动和集 中控制 。 3 多种先进 的传 感器 。传 感器是 自动化产 品 的重要组 成部 分 ， 是机 电一体 化 产 品获 取 外部 信 息 的触角 ， 其 性 能 好 坏 直 接 影 响 到 产 品 的 质 量 和 可 靠性。 目前 ， 矿 用 传感 器 把 敏感 元 件 与变送 电路 多以单片机为核心 等做在一起 ， 在完成参数测量 的同时， 可以对数据进行处理 、 运算 ， 求出未知数， 提 2 0 1 0年 第 9期 谭 得健 我 国煤矿 自动 化现 状及 发展 趋 势 1 2 7 高了传感器智能化的程度。 4 产 品 的智能 化 。 当今 有 一些 煤 矿 自动化 产 品采 用 的微处 理 器 功 能越 来 越 强 大 ， 处 理 信 息 的速 度 和能力 越 来 越 强 ， 因 此 ， 智 能 化 的 功 能 也越 来 越 多。例如数字交交变频同步电动机提升机控制系统 可 实现 矢量 控制 ； 电牵 引 采 煤 机 可 以 实 现记 忆 割 煤 和 负载 控制 等 。 2 1 世纪人类已进入信息 时代 ， 信息时代 的 自动 化技 术 已体 现 出智能 化 、 网络 化 、 多功 能化 和多 学科 成 果集 成 等 特 点 。我 国 煤 矿 自动 化 技 术 产 品 在 2 0世纪末 得 到迅速 发展 ， 煤 矿 的 每个 环 节基 本 上 都 有 机 电一体 化技 术 的 应 用 ， 但 总 体 而 言 我 国煤 矿 自 动 化产 品 还是 比较 落后 的 。因 此 ， 有 必 要 大 力 发展 我 国煤 矿 自动化 、 信 息化水 平 。 1 发展 我 国煤 矿 自动化产 品的几 点 思考 1 作 为 自动 化 的 核 心 装 置 计 算 机 或 P L C ， 运算 、 存 贮越来 越 强大 ， 而 体积 和 功耗 越 来越 小 ， 因而更 适合 工作 空 间狭 小 的煤 矿 机 电 一 体 化 产 品 。因此 ， 在设 计煤 矿机 电 一体 化产 品时 ， 应选 用 功 能强 大的 P L C或嵌 入式 计算 机 。 2 新 开 发 的 煤 矿 自动 化 产 品 应 具 有 通 信 功 能 ， 而 且所 选 设 计 的通 信 模 块 要 有 很 好 的 开 放性 和高 可靠 性 ， 便 于 与控 制 网络连 接 。 3 提高 现 有 产 品 的质 量 和可 靠 性 ， 进 一 步 扩 展其 功能 。 4 尽管我 国已有不少煤矿 自动化 的产 品， 但 品种 繁杂 ， 标准 不 统 一 。应 提 高 我 国机 电一 体 化 产 品标 准化 、 规 范化 、 通用 化 和系列 化 的程度 。 5 提 高煤 矿 自动 化 产 品智 能 化 水 平 ， 能 判 断 机 电设备 和周 围环境 的状 态 ， 使 设 备 能 自动 工 作 在 最优 的状 况下 ， 同时 能快 速地 对 所 采 集 的参 数 进 行 分析 ， 对 故 障进行 诊 断 ， 以至对 故 障进行 预测 。 6 重 视 矿用传 感 器 的研究 和 开 发工 作 ， 在 进一 步 提 高 矿 用 传 感 器 的 可 靠 性 和使 用 寿 命 的 同 时 ， 要 特 别 注意传 感 器 的数 字 化 、 集 成 化 、 智 能 化 和 多维 化 ， 使矿 用传 感 器 在 井 下 恶 劣 的环 境 下 能 准 确 测量 被测 信 号 ， 并 具 有 白校 正 、 自诊 断 、 状 态 识 别 和 自我调节 等 功能 。 7 要 关 注 新技 术 的发 展 ， 将 那 些 适 于 井 下 环 境 的新技 术 ， 例如 光 纤 、 红 外 、 雷 达 等用 于煤 矿 机 电 一 体 化 产 品 中。 目前 我 国多数 煤 矿 自动化 设备 和各 种子 系 统都 是 独立 运行 ， 不 能实 现信 息共 享和 网络 自由浏览 ， 存 在“ 自动化孤岛” 和“ 信息孤 岛” 现象， 限制了已获得 信息 发挥 更大作 用 ， 同时投 资大 ， 维 护 工作 量 大 。因 此 ， 建 立具 有统 一 网 络平 台 的煤 矿 综 合 自动 化 系统 成为 当前 发展 的趋 势 。 实现 整个 矿井 综合 信息 化必 须采 用多 种现 代化 信息 与 自动化 技术 ， 建 立基 于 网络 的大 型 开 放 的分 布式 控制 系统 ， 形 成全 矿井 监测 、 控制 、 管理 一体 化 ， 实现 全矿 井 生产各 环节 的过 程 控 制 自动化 ， 生产 综 合调 度指 挥 和业务 运 转 网络 化 ， 行 政 办公 无 纸高 效 化 ， 达到 减员 增效 、 降低 成 本 ， 提 高 矿 井 整体 安全 和 生产 水平 的 目的 。 1 ． 1 我 国煤矿 综合 自动化 系统现有 基础 1 矿 井 综 合 自动 化 网 络 平 台 已 有 成 功 的 应 用 ； 2 能用于矿井综合 自动化系统的各种数据库 也有 成 功应 用 ； 3 具 有计 算机 控制 及通 信 功 能 的矿用 机 电设 备 、 监测 装 置 日趋 成熟 。 因此 ， 在我 国实施 煤矿 信 息化 、 自动 化 的条 件 已 基本 成 熟 。 1 ． 2 我 国煤矿 综合 自动 化 系统 建设 我 国煤 矿 综 合 自动 化 系 统 建 设 主要 涉 及 以 下 6个 方面 1 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 。 2 煤矿 生产 过程 监控 、 全 矿井 生 产 安全 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 。 3 各种 检测 仪器 仪 表 、 传 感 器 、 自动 化设 备 的 网络化 、 智 能化 及其 在 恶 劣 生 产 环 境 中 的安 全 可 靠 应用 。 4 图像 监视 和传 输 的数字 化 。 5 煤矿企业管理信息化及 电子商务系统 。 6 渗透 到 生 产 、 安 全 与 经 营各 个 层 面 的 基 于 信息 融合 技术 的决 策支 持 系统 。 以上 各个 方 面相互 交错 、 相辅 相成 ， 构成 一 个较 为完整的煤矿信息化结构体系。 2煤 矿综 合 自动化 系统 网络 平 台[ 3 统一传输 网络平台和统一软件及数据仓库平台 是从 硬件 结 构 和 软件 配 置 上 保 证 信 息 化 矿 山 中 的 各子 系统 模块 具有 统 一 的传 输 模 式 、 统 一 的数 据 表 达形 式 、 统 一 的数 据 处 理 格 式 和 统 一 的 数 据 管 理 方式 。 1 2 8 工矿 自动 化 2 O 1 0年 9月 2 ． 1 煤矿 综合 自动 化 系统对 网络平 台的要 求 1 网络具 有 良好 的可靠性 ； 2 网络具 有 良好 的冗余性 ； 3 各 子系 统 与 网络 平 台形成 透 明传 输 ， 并 能 方便地上 、 下 网络 ， 相互 构成 联系 ； 4 各 子系统 内部应 能形成 各 自的逻 辑 网 ； 5 有 限制 网络 流量 的能力 ； 6 丰 富的 网管功 能 ； 7 最大 限度地使 用 网络 资源 。 1 工 业 以太 网 以太 网是 目前 应 用最 为 广泛 的计 算 机 网络 ， 工 业 以太 网是 为工业应 用专 门设计 ， 是一种 国际标 准 、 开放 的网络 ， 其 数 据传 输 率 高 ， 实时 性好 ， 是今 后 发 展 的方 向 。基 于以太 网的煤 矿综合 自动化 系统 网络 平 台如 图 1 所示 。 成 we b 升 监霾 亲 统 井 霪 纂 输 工 l 冗余服务 器 毛 籀 蟊 薹r 冗余 服务器2 地 面 霹 翠 l Ii ／ 井 上 主 余嘲 KJ D1 5 A 耨 KJJ102 ． KDY3 站 采 噩 l 井 下 电 所 图 1 基于以太网的煤矿综合 自动化系统网络平 台 2 工业 现场 总线 工业现场总线是一种专门用于工业监测与控制 的网络 ， 其 实时性 强 ， 安 全 可靠 ， 传 输 速率 和 开放 性 大大 高于 目前 国内的 煤 矿安 全 生 产监 控 系统 ， 特 点 是工作 稳定性 好 ， 技术 成 熟 ； 网络 节点 就是 控 制 器 ， 投 资少 ； 能满足煤 矿安 全 、 生 产监测监 控 的需 求 。基 于工业现 场总线 的煤矿综 合 自动化 系统 网络 平 台如 图 2所示 。 工业 电视监控系统 璃 鬟l_lIII_圉 ．曼． 鬓 戮 曼 齿 ／ 、、／ 、●● ] 视频 服务器 L AN 授权P C 授权P C 通风系统 一t 束簧琴统 压风系统 地面Co n t r o l n c t 环 艘⋯ l 中 央 泵 房 J j J j 鎏 塑 唣 一 3实施煤 矿综 合 自动化 系统 需 注意的 问题 1 网络 的选择 基 于工 业现场 总线 的煤矿 综合 自动化 系统适用 于 中小型 矿 井 或 自动 化 水 平 较 低 的矿 井 。系 统 可 靠 ， 价 格较低 ， 开放 性稍 差 ， 不 能三 网合一 。 基 于 工 业 以太 网 的煤 矿 综 合 自动化 系统 选 择 1 0 0 0 M工 业 以太 网比较 合适 ， 价 格相 差 不 大 ， 有 发 展 空 间 ， 可实 施 三 网合 一 ， 是 目前 多 数 矿 井 选 择 的 方案 。 2 网络结 构 的选择 环形 网络具有 冗余 功能 ， 可靠性 高 ， 是 目前工业 界普遍采用的方式 ； 星形网络一般不具有冗余性， 多 用于分支系统 ； 总线形网络可靠性低 ， 不用于综合 自 动化 系统 。 目前 普遍 采用 环形 与星形相 结合 及以太 环 网与现 场总线 相结 合 的网络结构 。 3 煤矿综合 自动化系统建设是一个庞大、 复 杂 的系统 工程 ， 因此 ， 系统 在 实施 之 前 ， 应 作一 个 整 体规划和设计， 然后再分步按设计要求实施 ， 避免造 成子 系统无 法接人 或重复 投资 现象 。 4 煤矿 综合 自动 化系统 是我 国煤 矿继 综采 机 械化 之后 又一次 重大 革命 。它涉 及到 的不仅是 采用 先进 的信 息化 、 自动化 技术 ， 而且 也需要对 煤矿 管理 模式作重大改变 ， 否则先进技术无法发挥更大的作 用 。因此 ， 这 项工 作 一定 要 矿 井 的 主要 负责 同志 亲 自挂 帅 ， 促进 系统 的顺利 建设 和很好 应用 。 第 9期 2 O 1 0年 9月 工矿 自 动化 I n dus t r y a n d M i n e Aut o ma t i on NO ． 9 S e p ．2 01 0 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 I X 2 0 1 0 0 9 0 1 2 9 0 4 煤炭产量远程监测与防作弊技术 予 J 、 继 平 中国矿业 大 学 北 京 ，北京1 0 0 0 8 3 摘 要 介绍 了煤 炭产 量远 程监 测 系统 的监 测信 息远 程 传输 通信 协议及 数 据格 式 、 监 测信 息 处理 方法与 性 能要 求 ， 以及基 于有 功功 率监 测 、 基 于 图像 监 测和 计量 装 置工作 状 态监测 的 防作弊 方 法 。该 煤炭 产量 远程监 测与 防作 弊技 术 已被 MT1 0 8 2 -- 2 0 0 8煤 炭 产 量远 程 监 测 系统通 用技 术 要 求 和 MT1 0 8 0 -- 2 0 0 8煤 炭 产 量 远 程监 测 系统使 用与 管理规 范 采纳 ， 这 两项 行 业标 准现 已颁布 实施 。 关键 词 煤 炭 产量 ； 远 程监 测 ；防作弊 ；通信 协议 ； 数 据 格 式 中 图分类 号 T D 6 7 6 文献标 识码 B Re mo t e M o n i t o r i n g o f Co a l Pr o du c t i o n a n d I t s An t i t a mpe r i n g Te c h n o l o g y S UN J i - p i n g Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y B e i j i n g ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t The p a pe r i n t r od uc e d c o mm u ni c a t i o n p r ot oc ol a nd d a t a f or ma t of r e mot e t r a n s mi s s i on of 收 稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 4 作者简介 孙继平 1 9 5 8 一 ， 男 ， 山西 翼城 人 ， 教 授 ， 博士 ， 博士 研 究生导师 ， 中国矿业大学 北京 副校长 ， 2 0多年 来一直 从事 煤矿 安全生产 监控 与通信 、 安全生产信息化及煤矿 电气安全方面 的教学 、 研 究和实践工作 ， 已发表文 章 1 0 0余篇 ， 出版著作及教材 1 0部 。 5 应 注 意 基 础 和子 系 统 的建 设 包 括 机 械 设 备和 控制 系统 ， 避 免造 成 头脑发 达 ， 四肢 不全 ， 系统 无法 发挥 作用 的 现象 。煤矿 综合 自动化 系统 的基 础 是有 可靠 的底 层 设 备 自动 化 ， 但 目前 有 的设 备 自 动化 程度 还不 高 ， 有 的 矿井 对 底 层 设 备 自动 化 还 重 视不 够 。要使 煤 矿综 合 自动 化 系统 充 分 发 挥 作 用 ， 必需 把底 层设 备 的 自动化搞 好 。 6 要 注 意全 局 优 化 和 局 部 优 化 的关 系 ， 局 部 要服 从 全局 ， 一个 封 闭 的 子 系 统会 影 响整 个 系 统 的 优化 。 7 应 根据 各 个 矿 井 的情 况 、 目标 及 对 系 统 功 能 的需求 和价 格选 择合 适 的方 案 。 8 应 注 意软 件 建 设 ， 煤 矿 综 合 自动 化 系 统 不 同于单 机 自动化 。单机 自动化 的好 坏 主要取 决 于硬 件设 备 ， 而煤 矿综 合 自动化 系统 应用 的好 坏 ， 软件 选 择 、 编程 将起 到很 大作 用 。 4 结语 近 几年来 ， 矿 用传 感器 的种 类 和数 量增 加 ， 能够 检测到更多的机 电设备和周围环境信息 ， 增加 了煤 矿机 电一 体化 产 品 的 功能 ， 使 其 性 能 更 加 优 越 。因 此 ， 煤 矿综 合 自动化 在我 国发 展 十分迅 猛 ， 国 内外 不 少搞 I T 的企业 也 十分 关 注 和参 与 了我 国煤 矿 综 合 自动化 的建 设 ， 多 种 网络 平 台 已在 一些 矿 井 得 到 成 功应 用 。但 是 ， 目前 国内 尚没 有一 个矿 井全 面 、 完 整 地实 现 了全矿 井综 合 自动 化 ， 所 有 系 统都 共 用 一 个 网络平 台 。可 以说 煤矿综 合 自动 化系 统 的建 设还 有 许 多 问题 有待 于研 究 和解 决 。信 息化 煤矿是 煤矿 未 来 的发展 方 向 ， 是 一个不 断 提高 和深化 的过 程 。 参 考 文 献 [ 1 ] 谭得健 ， 郝榕 ， 马立建 ， 等． 国 内外煤 矿 自动 化现状 及 我 国煤矿 自动 化发 展对 策E J ] ． 煤矿 自动 化 ， 1 9 9 5 1 l 一 5 ． E 2 ] 丁娟 ， 徐跃通 ， 杨燕杰 ， 等． 数 字矿 山⋯中国煤矿信息 化 的必然选择 E J ] ． 矿山机械 ， 2 0 0 7 1 1 4 ， 1 O 一 1 3 ． r- 3 3 张刚 ， 孙 亚军． 国 内外 煤矿 综合 自动化 系统 网络 平 台 比较分析 [ J ] ． 山东煤炭科 技 ， 2 0 0 9 6 1 1 2 1 1 4 ．