基于物联网煤矿综合自动化控制系统研究.pdf

177 中国设备工程 2020.05 （上） 中国 设备 工程Engineering hina CPlant 根据煤矿产业“管控一体化”的需求，生产管理 和过程控制都是自动化控制。而且这个控制的网络系统 是覆盖整个矿井内的一种系统，不仅仅能够实时监控保 障安全施工，还能够保证采矿的生产效率，从而进一步 提升设施和设备的利用率。改变煤矿企业的管理方式， 让综合自动化的控制系统覆盖采矿和矿井的管理。煤矿 自动化控制系统保证煤矿正常生产，而且安全程度是非 常高的。 1 煤矿综合自动化控制系统研究和设计目标 （1）进一步提高煤矿的生产效率和管理水平，直 接把系统得到的信息输送给管理人员。对矿井进行实时 监控，监控煤矿井上和井下这两个区域的生产信息。并 且把这些信息有效地整合起来，以便以后能够进行数据 分析。此外，还可以把业务数据进行关联起来，以便以 后进行评价和改进方面的业务管理。 （2）实时了解煤矿设备的工作状态，监控安全生 产的数据参数。而且还可以从总系统对矿井内分布的子 系统直接下达命令，对这些子系统直接进行控制。煤矿 和企业管理者之间的信息是互通的，通过互联网实时进 行信息方面的交换。这样有利于出现任何问题后及时解 决，方便处理。 （3）每个煤矿开采的地区所在，覆盖全自动化控 制系统后，直接进行调度中心的建立。这个调度中心主 要对矿井内各子系统进行监控和设备管理，进一步实现 了整个矿井的自动化控制和管理。通过控制系统面向生 产过程进行监控，可以大大增加煤矿开采的安全系数。 （4）煤矿综合自动化控制系统的最大优势就是安 全稳定，通过利用物联网技术去控制系统实现矿井的开 采。实现各地煤矿企业的现代化管理和现代化生产，并 且逐步地去完善矿井开采和生产过程的管理。不仅能够 确保煤矿企业产生一定的收益，还能够慢慢努力减少投 资成本和开采的成本。 基于物联网煤矿综合自动化控制系统研究 赵明光 （云南省兴云煤矿，云南 曲靖 650041） 摘要改变煤矿企业的管理方式，让综合自动化的控制系统覆盖采矿和矿井的管理，是大势所趋。煤矿综合自动化控 制系统研究的目的是由于人工进行煤矿下井采矿的效率较低，无论是设备控制水平还是生产水平，都急需改进。研究煤矿 综合自动化控制系统是基于互联网背景下的趋势，煤矿采集全过程就是全方位的生产和管理自动化。 关键词物联网；煤矿；自动化控制 中图分类号TD67；TP391 文献标识码A 文章编号1671-0711（2020）05（上）-0177-02 2 煤矿综合自动化控制系统优势分析 （1）系统管理比较集中。这个系统直接减少煤矿 生产人员的配备，利用系统进行管理。进一步提高生产 经营的效率，从根本上实现“减员增产”的作用。让矿 井成为一个安全系统高且生产量高的矿井，过程控制和 生产管理无缝对接，优化矿井的管理和生产形式。总系 统直接掌握全矿井人员的出勤情况和开采区井下的情 况，生产管理人员可以直接在线进行这些人员的管理。 可以系统监控开采区井下的情况，如果有气体产生任何 变化情况，可以及时地采取应对措施。保证安全，避免 事故的发生。 （2）系统信息比较集中。系统主要以安全生产信 息网络化为中心，去监测煤矿的实时信息。把这些实时 信息和数据上传给领导或者管理者，不同设备和人员间 都可以实现这些信息的共享。建立数据仓库，把煤矿运 行的参数储存起来。基于之后管理者查询数据，对生产 状态进行综合的评价，这些信息作为生产决策和规划的 依据。 （3）系统测控比较集中。整个矿井的生产和管理 都在一个调度中心就行测控，处理大量的信息和数据。 对煤矿开采设备是否稳定运行进行实时监测，不同设备 之间也可以同时联合工作进行开采工作。监测煤矿井内 地下环境，可以及时发出安全预警。 3 煤矿综合自动化控制系统结构及各个系统 整个控制系统层层等级，同时，又实现了信息的传 递和交流。整个结构主要分内信息层、控制层以及设备 层。信息层只有一个系统存在，那就在最中心的组成部 分控制管理系统。控制层有四个设备控制，分别是 配电控制、通风机控制、输送机控制和排水控制。而设 备层的设备相对来说比较多一些，主要有排水泵、提升 机、计量仪表、检测仪表等。接下来，笔者在本文进行 178 研究与探索 Research and Exploration 工程技术与创新 中国设备工程 2020.05 上 详细的分析，关于这三个层次的结构。 （1）信息层及详细分析研究。信息层主要通过 网络进行传达信息，使用的网络为 ETHEMET 网络。 这个控制系统是把调度中心的总系统跟矿井分布的各 个子系统连接起来，进而全面控制整个生产的过程。 控制系统使用的是工业以太网，通过以太网实时收集 工作信息以及相关的设备数据等，而且可以分析工作 状态和情况去调节生产计划，让生产计划灵活地根据 实际进行调整，灵活地进行生产管理。出现任何问题 后，可以及时地给出解决方案。控制系统还负责矿井 内生产配备的开关控制，按照生产流程和计划去进行 控制。是最重要的信息处理和计划中心，就算实际开 采过程中出现任何问题也可以及时地查看并给出详细 方案。整个自动化控制系统是一个非常现代化的信息 平台，把各个系统如工业控制设备、自动化控制软件 等连接起来，可以让煤矿企业管理人员进行系统的管 理。煤矿开采的作业环境非常恶劣，而且气体状况随 时可能发生变化产生安全事故。所以，工业自动化控 制系统是至关重要的，整个系统利用信息化技术去监 测和生产。 （2）控制层及详细分析研究。控制层在这个系统 中处于中间部分，起到的也是“承上启下”的作用。 让不同的控制系统之间的信息和数据交换，并且使用 PLC 进行控制①控制系统中的配电控制。配电控制 也是通过以太网进行控制，自动对变配电系统进行监 控。保证各个单元用电的稳定性，会进行输入和输出 电流的检测。保证煤矿设备运行时电压电流稳定，平 稳进行开采工作。在人机控制界面，可以进行遥控控 制、检修控制以及监测电流运行中的数据参数。防止 电压或者电流输出过大引起事故，并且还会监测电路 的数据参数。控制系统会自动把这些运行数据生成记 录，生成系统的统计图表。以便以后进行维修时进行 参考，有利于及时排查错误。②控制系统中的通风机 控制。通风机控制采用的是电控系统，有一个主控台。 利用高压换向电制动切换柜、高压馈电开关柜、可控 制动力制动电源柜进行控制，这样的控制比较安全高 效一些。通风机的作用非常关键，在矿井下方设备进 行开采工作时， 通风机能够稀释和排除井下有害气体、 矿尘，同时，调节井下气候条件。③控制系统中的输 送机控制。输送机控制主要负责各个主运输设备的控 制，主要有四个控制设备。有煤工作面输送机、井下 上仓输送机、主斜井输送机、原煤带输送机等。输送 机设备开始运行后，使用 AC 回路通，提升信号后去 判断开车方向。检查制动油泵是否正常，再启动电机。 当力矩达到 15 后要松闸，给定速度要达到曲轨速度。 再进去曲轨 1，到减速点自动减速后进入曲轨 2。最后， 终点停车， 实现全制动过程。 ④控制系统中的排水控制。 排空控制系统分为两个控制点，一个控制点是主排水 系统，另一个控制点是变电所控制系统。变电所是专 门为主排水供电的，为排水系统提供动力。主排水系 统靠排水泵进行运转，主要把矿井涌水及时地排到地 面，为井下创造良好的工作环境，确保开采工作安全 进行。 通过排水泵和管路把水从涌水点排到盘区水仓， 再通过盘区水仓的固定排水设备把水排到主水仓，最 后，由主水仓排水设备把水排到地面。此外，自动化 控制系统还在排水设备处安装了压力传感器，可以采 集真实的排水数据。在主水仓也安装了相应的配备， 测量水位计划排水。及时地根据数位来控制排水设备 的工作，而且还有相关的备用方案。 （3）设备层及详细分析研究。这一环节主要是现 场总线，是整个自动化控制系统的最末端。把相关的生 产设备根对应的 PLC 控制器相连接起来，以使 I/O 控 制能够正常监测。连接数据后，从设备层把信息从控制 层再发送到信息层。各个环节层层关联运行，设备层也 就是收集信息的基础。 4 煤矿自动化控制系统中的生产管理系统 生产管理系统跟控制系统的各个子系统相互联 系， 这个子系统主要对煤矿开采和生产数据进行管理。 收集完成这些信息后，进行相关的统计以及后期分析 和评估。煤矿企业管理者也会查看生产管理系统，以 便统一进行生产计划方面的调度。实时掌控矿井下生 产进度，进一步实现煤矿生产自动化、现代化以及生 产智能化。 这样煤矿企业的管理也就把碎片整合起来， 实现信息管理化，全面地提升煤矿企业的管理水平， 实现现代化的煤矿生产。 5 结语 在本文笔者研究关于物联网背景下，对于煤矿综 合自动化控制系统的相关分析。主要是希望煤矿生产可 以更加安全和稳定，能在一定程度上实现可持续发展。 提高煤矿企业对于矿井的生产管理和过程的控制水平， 对于一些问题进行超前监控，避免安全隐患。让矿井的 开采数量增加，增强煤矿企业的生产水平；同时，还能 有效提升我国煤矿企业“管控一体化”水平。 参考文献 [1] 刘东 . 基于物联网的煤矿安全监控系统设计 [D]. 中北大学， 2019.（9）156-168. [2] 刘瑞祥 . 基于物联网的煤矿井下监测网络平台关键技术研究 [D]. 中国矿业大学（北京），2018.（11）69. [3]盛彬. 基于物联网的煤矿综合自动化方案的实现[J]. 通讯世界， 2019（103-4.