全礦井綜合自動化系統的發展探析

仇 磊 劉顏福

（山東坤升控股有限公司，山東 淄博255067）

0 引言

近年來，計算機技術、通信技術和自動化技術在中國發展迅猛，隨之煤礦的自動化系統得到進一步升級，自動化產品得到更廣泛應用，這為信息化、數字化礦山奠定了扎實的基礎。這些年的煤礦工業的發展實踐證明，建立以信息化、自動化為標志的新型礦井已是煤炭企業實現增產高效、提高礦井安全、增強核心競爭力的必選路徑。文章根據國外先進的最新的綜合自動化系統（如美國Honey well公司的HI MASS系統）來分析我國全礦井綜合自動化系統的現狀與發展。

1 我國煤礦自動化的發展歷程

我國煤礦自動化系統起源于20世紀60年代，當時根據國家綜合部署，集合全國煤礦行業的電子、電控方面技術骨干，成立了一家煤礦行業唯一的專業自動化研究所。但當時條件艱苦，器件短缺，煤礦自動化只停留在簡單的開停和閉鎖控制，而且控制器體積龐大、可行性和安全性都差。20世紀70年代，老式繼電器退休，取而代之的是晶體管和邏輯電路，這大幅度縮小了控制器體積，改善了控制功能，變得更加安全可靠。

1980年開始，煤礦行業的科研單位不斷增多，我國自主開發了KJ90、KJ95、KJ4／KJ2000與KJG2000等監控系統，還借鑒引進了美國、澳大利亞等先進國家的先進技術。至此煤礦的自動化控制和檢測系統才真正應用到實踐中。

1990年后，計算機技術進一步發展，形成了專用的獨立的監控系統，以單片機為核心控制單元，內部的信息輸入以模擬形式、FSK形式、基帶形式等簡單的調制方式為主，傳輸電纜為礦用屏蔽電纜，傳輸速率在600～9 600 bit／s之間。這些系統大部分還是獨立工作，很少有系統間信息的交換，每個系統的維護使用部門也不都一樣。

進入21世紀后，以工業以太網為代表的信息網絡技術迅速發展，煤礦各個專用的獨立監控系統間的信息可以通過高速信息網實現快速的傳輸，兩兩之間的傳輸逐漸轉變為總線傳輸方式，比如CAN總線、RS485、RS232等，并被廣泛應用。隨著技術的不斷進步，煤礦的絕大部分礦井實現了煤礦生產、煤礦安全、礦用電力等監控系統，并通過高速監控網絡整合形成綜合的監控系統，由局部生產環節的自動化系統邁向礦井綜合自動化的新方向。

2 全礦井綜合自動化系統的結構分析

現代礦井都是信息化、數字化礦井，礦井綜合自動化主要是指利用現代計算機與網絡技術對礦井內的機電設備實現自動化控制，將煤礦的設備工況信息與環境安全信息統一展示在一個網絡平臺上，實現全礦井的檢測、控制和管理一體化。通過發揮網絡大型開放式分布控制系統的優勢，銜接礦井生產各個環節，實現過程控制自動化、業務運轉網絡化，生產綜合調度指揮網絡化。對于煤礦的生產安全與運營情況實現實時遠程監督，保證其順利進行。全礦井綜合自動化的體系結構示意圖如圖1所示。

圖1 全礦井綜合自動化體系結構示意圖

全礦井綜合自動化系統主要分為3層：信息層、控制層、設備層。從空間分布看，生產控制層涉及范圍廣泛，從地面上的各個專業調度室，直到井下的石門硐室。在井下部分，網絡傳輸介質可以是光纜，節點設備均為嵌入式，可以是某個區域的信息采集控制站，可以是某個子系統的主控制機，也可以是協議轉換器。生產控制器層就是一個匯總平臺，將不同的監控單元或系統產生的不同標準信息進行加工，達到資源共享的效果，最大限度地優化信息資源利用率。其主要功能是實現對井下各安全參數的監測和對采區工作面采煤機械、提升機、運輸機、通風機、水泵以及地面選煤廠、供配電等主要設備的控制與監測。

3 全礦井綜合自動化系統實現的主要目標

全礦井自動化系統是煤礦自動化發展的新高點，是一個總平臺，主要目標是實現地上對礦井下諸多設備的有效控制。

（1）采用光線組建全礦井下的工業以太網并形成環網。全礦井下的軌道、排水、供電、礦井提升、通風、膠帶、選煤等自動控制子系統通過總線傳輸方式，全部接入工業以太環網，利用OPC及組態軟件等技術再接入軟件平臺，形成全礦井自動控制信息傳輸及處理的總集成平臺。該平臺可以遠程開停控制和在線監測上述設備，實現無人值守，節省大量人力資源，且提高了礦井的安全性。（2）煤礦的人員定位、安全控制等監控系統可以接入全礦井自動化平臺，實現安全生產監測信息、人員信息的集成、共享等功能，實現對井下人員分布情況的在線監測和統計；實現對礦井下所有掘進頭、工作面的瓦斯自動檢測；實現對井下所有重要地點的風速、溫度、風門開停的自動監測。（3）建立了礦井移動通信系統，可以進行井下現場與集控中心的清晰通話，實現對礦井通信情況的暢通無阻的地面遠程監控。（4）建立了礦井工業電視監視系統，將井下和地面各主要地點攝像機的信號傳輸到地面視頻服務器，在集控中心顯示和切換圖像，為地面遠程控制提供必備的監視手段。

4 實施全礦井綜合自動化系統需注意的問題

省人力和財力。（4）全礦井綜合自動化系統是一個整體，它的運行需要堅實的基礎（可靠的底層設備自動化）和完善的子系統建設，必須做到部分與整體共發展，最大限度地發揮其作用。目前存在的問題之一是有的礦井對底層設備自動化重視程度不夠，需要增強建設。同時注意整體和局部的優化關系，局部應服從全局。（5）注意自動化系統中的軟件建設。軟件好壞的選擇可以影響到自動化系統的正常實施。綜合自動化信息的集成與加工，都需要軟件的支持。系統軟件采用組態化設計，將礦井環境監控子系統、各生產環節自動控制子系統以及系統自身完全整合。

（1）網絡的選擇。中小型礦井或自動化水平不高的礦井，可以選擇基于工業總線的全礦井綜合自動化系統，該系統價格低，系統可靠，不足之處是開放性稍差，無法三網合一；大型礦井或自動化水平達到較高程度的礦井，可以選用1 000 M工業以太網的全礦井綜合自動化系統，價格適中，發展空間大，可以實施三網合一，是現在很多礦井的首選方案。（2）網絡結構的選擇。全礦井自動化的組網方式可以是星形、環形、雙環冗余等，不同組網方式其功能和可靠性都不一樣，可適用于不同規模的礦井。其中星形網絡一般不具有冗余功能，可以適用于分支系統；環形網絡具有冗余功能，可靠性很高，得到業界的廣泛采用；雙環冗型可靠性不高，不太適合綜合自動化系統。（3）全礦井綜合自動化系統是一個集技術、管理、經濟于一體的復雜而龐大的系統工程。因此，在實施全礦井綜合自動化之前，要做好詳實全面的整體性設計與規劃，不僅要采用先進的自動化技術，更要選用具有先進理念和管理才能的領導人員，統一指揮規劃，按設計要求實施好每一步，盡量避免重復投資現象，節

5 結語

總之，全礦井綜合自動化系統運用先進的信息化、自動化技術，通過在地面遠程控制井下設備，以信息化技術改造和提升了傳統煤炭行業，節省了人力資源，提高了生產效率，真正實現煤礦安全生產，意義重大，真正構建起一個平安的“數字化礦山”。

［1］陸錚，汪叢笑．工業以太網在全礦井綜合自動化系統中的應用［J］．工礦自動化，2006（3）