礦井綜合自動化和信息化平臺的設計

【摘要】由于煤礦開采的特殊環境，容易發生事故，高產高效的對煤礦生產過程和全礦井生產安全環境進行監控、監測，并實現生產過程信息綜合利用等方面的網絡化、自動化和智能化則是煤炭行業發展必須要面對的問題。文中提出建設數字化礦井，構架涵蓋煤礦企業經營管理、安全監控、生產控制、設備監控，以礦井綜合自動化信息化平臺為主體，以礦用光纖工業以太環網和工業現場總線等技術共同構建的礦井綜合自動化監測監控信息平臺工程。

【關鍵詞】數字化礦井安全監控綜合自動化信息化平臺以太環網

煤炭企業生產中傳統的自動控制是各PLC間沒有相互通訊，各自單獨工作，對生產過程中出現的情況不能與其他設備做出統一協調的調整，設備間的不兼容給技術人員增加了工作量和技術難度，維護工作費時費力。

一、系統總體技術設計

1.1礦井綜合自動化系統設計要求

硬件設備選型符合有關國家標準。用于爆炸環境的設備，均通過國家煤安認證中心認定的檢測機構的防爆檢驗，取得“防爆合格證”及煤礦安全標志證書。

1.2系統結構設計

（1）信息管理層。信息管理層包括網絡管理服務器、數據庫服務器、WEB服務器、視頻服務器和個人計算機、工業以太網設備、相關的管理軟件，網絡由基于TCP/IP的Ethernet組成，Ethernet貫穿于全礦各管理職能部門。（2）控制層。控制層包括信息層和控制層網關設備、信息中心的中央控制站、傳輸網絡、現場控制分站、現場操作員站等組成。（3）設備層。設備控制層是由各個專業的生產過程監測、監控子系統構成，完成煤炭生產各個環節的過程監測及自動化控制。該層主要功能是實現對人員定位系統、安全監測系統、風機在線監控系統、井下運輸信集閉系統等主要設備的控制與監測。

1.3系統功能

（1）實現對安全生產系統的集中監控。系統是基于網絡的集中監控系統，在網絡數據中心可實現對網絡中各個子系統的集中監控。利用工控組態冗余系統，各工作站功能相同，可用于對系統中各子系統進行監測與控制，實際使用時可互為備用。（2）顯示功能。能實時顯示各膠帶機、風機、提升機、泵房、變電所、工作面等相關設施及所有信息狀況；當被測參數超限、保護動作及設備運行狀態改變后出語音、文字告警提示。（3）控制功能。具有遠程啟動、停止、復位和測試功能，并可進行地面遠程編程、故障（保護）屏蔽及控制方式轉換、振動給煤機點動操作等功能控制。（4）故障自診斷功能。可準確判斷故障類型、位置并能進行圖像和語音提示以及打印輸出。（5）數據統計、匯總。對數據進行綜合處理，滿足報表統計、曲線圖、柱狀圖顯示并能打印輸出。（6）網絡功能。與其它集控系統組成網絡并納入全礦計算機局域網，供礦井信息中心、礦領導及有關部門隨時掌握井下各系統工作情況。（7）掉電保護。為防止系統突然斷電造成系統數據的丟失以及控制失控，采用后備電源供電，保證系統不間斷運行。

二、工業以太環網平臺設計

2.1網絡平臺整體設計

系統采用計算機網絡、光纖通信和工業以太網技術，在環境惡劣、人員設備分散、有特殊安裝要求的礦區構建一個符合要求的地面、井下千兆互聯環網與地面生產經營環網，形成一個礦井綜合控制和監控的傳輸平臺。網絡的核心采用開放型標準的以太網技術和TCP/IP協議，支持環形冗余，鏈路聚集，提供統一標準化的接入接口。

2.2網絡拓撲規劃

本方案設計的網絡拓撲是在調度中心布置兩臺赫思曼生產的MACH4002-24G-L3P支持三層動態路由功能的核心交換機，每臺提供至少8個1000M光口，用于駁接環網；提供至少8個1000M電口，提供16個百兆電口用于駁接視頻服務器、全局工業控制網平臺交換機、各種服務器、上位機、操作站、工程師站等。

2.3平臺軟件特點

系統軟件平臺是系統穩定和與其他系統互聯的重要保障，其具有以下特點：（1）標準的接口協議。系統采用的接口協議，均是在自控、以太網絡、計算機應用方面標準協議，標準協議的采用為與綜合自動化其他系統地互聯、互通奠定了基礎。（2）可擴展性強。系統采用模塊化的設計，功能的變更和子系統的添加不會影響整個系統地架構。同時運用數據庫技術整合數據，在為自身提供數據訪問的基礎上，也為ERP、OA等信息應用系統提供了數據依據，為后期的數據分析奠定了基礎。（3）客戶端零配置。系統支持B/S結構，該結構極大地簡化了客戶機的工作，基本實現客戶機零配置，使得維護工作只需要在服務器上進行，所以本系統易于管理和維護。

三、結語

設計煤礦綜合自動化信息化系統集成平臺，可實現安全、生產、管理各環節參數的接入與匯總處理，并實現智能化控制方案，對現場子系統進行調控。調度中心采用標準化數據共享機制，各級間可實現功能擴展的無縫連接，調度信息處理平臺形成可將各類安全、生產、管理系統接入的中樞機構，并通過提供規范化的接口成為各種智能化應用的基礎。