煤礦綜合自動化系統平臺的設計與實現

張炳輝

(平頂山天安煤業股份有限公司八礦，河南 平頂山 467000）

1 引言

計算機技術與自動化技術的發展，使得煤礦企業的自動化生產和管理成為了可能。但是現在煤礦企業的綜合自動化系統并沒有得到及時的更新與改進，更重要的是，系統單獨存在，例如：排水自動化系統、供電自動化系統等。系統沒有進行統一的管理，所以現有的系統多數存在著以下的問題：

1.1 經濟資源浪費。經濟資源的浪費主要體現在經濟投資的浪費和人力資源的浪費。一方面系統單獨建設自然會帶來通訊線路、機房，控制系統的單獨建設，造成了重復投資和資源浪費。另一方面，系統的獨立需要專門的人進行管理和維護，白白浪費了人力、物力和財力。

1.2 穩定性與安全性較差。煤礦自動化平臺相互獨立，各系統之間的信息不能得到有效的整合，造成系統整體的穩定性減低，可靠性和安全性更不能保障。更嚴重的是，煤礦設備故障并不是由單一系統引起，可能是多個因素共同作用的結果，系統獨立不能對故障和隱患做出很好的監測和預報，企業的安全生產也沒辦法保證。

1.3 信息不能共享。各系統單獨存在，各成一體，不能做到良好的信息交流，系統的整體效益自然不能保障。同時，加大了數據統計與分析的難度，不能達到整體分析和監測的目的。

2 煤礦綜合自動化系統平臺要實現的目標

2.1 實現采礦設備遠程集中控制，并對其運行參數進行監控。將設備和生產的運行情況用動畫模擬出來顯示在人機交互界面上，并能實現故障報警功能。

2.2 將各個子系統整合起來，統一界面進行管理，并能實現對講通訊、關鍵部位的實時監控、故障急停等功能。

2.3 建設一個調控與監測中心，能夠對子系統及相應的設備進行在線監控，故障報警，并能提供遠程協助診斷和維護。

2.4 將在線監測得到的運行數據、工況數據、故障信息上傳至地面計算機，計算機建立統一的數據庫進行分析。

2.5 實現有害氣體和地質變化等隱患條件的監控，并作出準確的預警。

3 煤礦綜合自動化系統平臺的結構

煤礦綜合自動化系統平臺由信息傳輸部分、數據采集部分、集中控制操作部分、語音圖像監測顯示部分、現場傳感器部分、地面中心服務站六部分組成。

3.1 傳輸部分：煤礦自動化系統平臺的信息傳輸部分主要是用于各個子系統，設備與控制終端，傳感器和接受處理部分。各控制中心的計算機之間進行數據信息的傳輸，一般由隔爆千兆環網交換機和礦用光纜組成。

3.2 數據采集部分：數據采集部分主要是用于對現場工況設備運行情況、生產的工作環境進行采集。數據主要是由相應的傳感器進行采集，數據采集進行匯總和整理。數據采集部分主要由礦用顯示控制箱和通訊協議轉換器完成。

3.3 集中控制操作部分：煤礦自動化系統平臺的集中控制操作部主要分為礦上和礦下兩部分。包括：采礦設備的集中控制、電力系統的集中控制，給排水的集中控制等等，主要由礦用顯示控制箱、礦用顯示器、操作鍵盤，接線箱等設備組成。

3.4 語音圖像顯示部分：煤礦綜合自動化系統的的語音圖像顯示設備主要用于設備工況的顯示，各級系統的運行情況的顯示，報警的聲音提示，故障的語音幫助等等。主要由隔爆光纖攝像儀、本安擴音裝置、急停開關組成。

3.5 現場傳感器部分：煤礦綜合自動化系統的現場傳感器部分主要負責工作現場信息的收集。現場的主要信息包括溫度、壓力、液位、流量、旋編、傾角、位移等等，根據不同的信息需求布置不同的傳感器。

3.6 地面中心服務站：地面中心服務站是煤礦綜合自動化系統平臺的大腦中樞，負責煤礦企業整體的運作和故障的監測和維護。地面中心服務站主要由工業計算機、相應的集控軟件和網絡組成。

4 煤礦綜合自動化系統平臺的設計實現

4.1 子系統的接入

煤礦企業現有的子系統為：智能電氣自動化系統、主副井提升自動化系統、排水自動化系統、通風自動化系統、選煤運煤自動化系統、工業電視系統和安全監測系統、井下水泵集控系統等。

由于煤礦企業之前存在單獨的自動化系統，為了充分利用現有資源進行子系統的接入，子系統一般可選擇PLC接入、上位機或者網絡接入的形式。子系統接入后建立網絡連接，可以通過OPC通訊或驅動通訊的形式進行接入。

4.2 建設集成監控系統

采用與煤礦生產相適應的系統軟件進行建設，要求部分建設和整體建設。部分建設包括每個子系統的建設，在每個子系統上都安裝自動化監控系統。整體建設要求數據匯聚整理，最終實現實時監控，動態報表生成，生成趨勢分析、圖表分析，故障檢測與報警等功能。

4.3 建設調度管理系統

調度管理系統包括為管理人員提供相適應的生產調度辦公軟件。包括調度日志、換崗日志、會議記錄等。同時調度管理系統還包括應急指揮系統。應急指揮系統要求明確煤礦管理的各種安全制度，制作維護安全預案，并且能模擬事故發生影響范圍，提供逃跑路線等為應急指揮提供有利支持。最后調度管理系統還包括能夠進行調度資料的管理，能夠進行煤礦安全規程、員工信息、事故信息等的管理，為生產提供全面的信息支持。

5 煤礦綜合自動化系統平臺的軟件結構

煤礦綜合自動化系統平臺的軟件采用iFIX4.0。該軟件能夠將礦井的系統，生產的控制系統，安全監控系統與自身系統結合起來。系統軟件通過I/O驅動，一方面可以通過人機交互將所需要的信息反映到計算機顯示器上，另一方面又可以將控制策略和參數下傳至機器設備上。

煤礦綜合系統平臺的軟件結構包括數據庫、I/O驅動和HMI的設計三部分。

5.1 數據庫

數據庫是煤礦綜合自動化平臺的核心部分，其中數據庫主要完成歷史數據的檢索和儲存、事故數據的處理和存儲、綜合數據的運算與處理等任務。各數據庫通過內部協議共享數據。

5.2 I/O驅動

煤礦綜合自動化系統的軟件系統與各設備，各子系統的連接靠的是I/O驅動，是系統交互的橋梁和紐帶。

5.3 HMI設計

煤礦綜合自動化系統的控制操作窗口即HMI。在進行HMI設計時，畫面的層次和布局是需要注意的因素。通過對HMI進行設計，要求軟件系統具備以下功能：（1）機器設備的集中控制和倉位控制。（2）實現設備運行參數檢測和運行工況模擬顯示。（3）顯示及報警：控制箱對采集到的信號量進行實時顯示。（4）實現采煤機和負荷中心遠程診斷和維護。（5）實時在線監測工作面設備部分工況及故障并傳輸到順槽計算機和地面計算機。（6）監控有害氣體（包括甲烷和一氧化碳）及氧氣。（7）操作和故障事件記錄到數據庫。

6 結語

煤礦自動化子系統的獨立存在，嚴重制約著煤礦企業的發展與進步。煤礦綜合自動化系統平臺的實現為煤礦企業經濟效益的提高、安全生產的實現提供了保障。煤礦自動化系統的設計與實現是主要包括子系統的接入等其他相關系統的建立。煤礦綜合自動化系統的建立是復雜的工作也是有意義的工作。本文的介紹希望能給從事相關工作的人員以參考，為我國的煤礦綜合自動化技術的研究貢獻微薄之力。

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