礦井自動化與信息化的研究

衛文慧

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037）

1 系統簡介

礦井自動化與信息化系統包括電網在線監測子系統、主排水自動控制子系統、瓦斯監控子系統、變頻自動控制子系統、綜采在線監測子系統、無線通訊子系統、安全生產監控子系統、工業電視監控子系統、皮帶運輸監控子系統、人力資源管理子系統、計算機管理子系統、辦公自動化子系統、領導決策管理子系統等。

根據礦井生產、地理、安全、設備、管理、市場和系統的安全性、擴展化、可管理性原則等，本文設計了一套自動化與信息化系統，可實現對礦井的生產設備進行控制和監測，可以實時、連續監測各種地理、安全、設備等信息數據，減少井下作業的人數，提高工作效率，還可以提高煤礦的安全和管理水平，有效的將監測監控、人員管理、安全生產等各系統有效的融合到一起，并通過軟件分析處理在計算機進行顯示，實現礦井生產設備的正常運行和災害的預警及處理。

系統的基本功能：將各子系統進行實時監控，對環境參數、設備狀態、故障診斷進行分析，并將數據上傳至計算機，以畫面和圖表的形式表現出來，實現監測與控制。對各子系統進行合理的調整，降低煤礦企業的人力、物力成本，使各子系統在健康的狀態下運行，實現管控一體化。當子系統和設備出現故障或通信中斷時，能夠保障整個網絡的正常傳輸和安全。設備故障或監測點超限時，各子系統和監控平臺應顯示故障設備名稱、報警點及數值，并將報警信息存入數據庫，供統計分析和查詢，建立歷史數據庫，實時存儲數據，為統計分析提供依據，實現礦井的自動化與信息化。

2 系統硬件結構設計

系統硬件由管理應用層、網絡層、設備層三層結構構成。管理應用層利用設備層提供的數據信息，使煤礦企業各個部門能夠不受位置的限制，監測系統里的各種數據，為企業提供數據的支持，實現數據的實時監測和全礦安全生產的信息化管理，由于涉及煤礦的安全生產過程，因此需要采用用戶身份認證等安全技術，管理應用層主要設備包括服務器、交換機等；網絡層通過以太網，采集服務器和整個子系統的數據信息，并向設備層的控制器發送控制指令，完成各種控制、參數的監測、報警和趨勢分析，網絡層設備主要由服務器、數據庫、交換機等設備組成；設備層采用現場總線，通過底層信息的實時傳遞從網絡層中獲取數據，采用以太網進行通訊，保證各子系統的實時性、安全性和可操作性，現場設備層由分站、傳感器、控制裝置、智能儀表、控制柜等組成。

3 系統軟件結構設計

系統軟件由數據處理與采集軟件、系統配置軟件、歷史查詢軟件、圖形編輯與處理軟件、實時監測軟件和數據上傳軟件等組成，軟件采用瀏覽器、應用程序服務器和數據庫服務器三層體系結構，實現整個系統的運行實時監測、控制與信息共享。集成平臺和待集成系統選用同一組態軟件，可以實現數據的無縫接入，在人機界面上，提供專業的圖形庫供用戶在制作工藝流程圖時使用，軟件開放性、實時性、可操作性強，數據接入靈活，將不同技術層次和技術途徑的系統之間進行數據交換，建立統一的安全報警信息管理平臺，將安全、生產、管理中需要報警的信息（如超限報警、異常報警、設備運行故障、違章作業等信息）進行集中管理，并作相應的分析處理。在數據通訊方面采用動態鏈接庫及多線程技術，實現實時響應及前后臺監測數據的無縫鏈接，具有矢量化組態圖顯示功能，可隨時顯示監測數據、圖形、曲線和報警點等數值，形成分析決策支持系統。

4 數據傳輸平臺設計

數據傳輸平臺要求：主干網速率：1000Mbps，傳輸方式：工業以太網，通訊模式：多主并發，通訊協議；TCP/IP，支持全雙工/半雙工，支持光纖冗余環網工作模式，冗余恢復時間短。由于各子系統所用設備和通信技術不同，為達到系統的自動有效控制，選擇工業以太網TCP/IP 技術作為系統的通信標準，其通用性和兼容性強，其他總線結構方式均通過總線端口轉換為工業以太網信息包，以滿足系統良好的擴展性，為了保證數據的實時性和可靠性，各子系統內部采用現場總線方式通信，實現數據的共享，各子系統現場設備采集的數據經現場總線傳輸到控制器，然后通過以太網接口上傳到工業以太網進行傳輸，采用不間斷電源來保證網絡節點設備的供電安全，整個數據傳輸平臺采用交換機的環間耦合技術。

5 數據采集設計

本系統具有將各子系統數據進行實時的采集和處理，系統提供統一的數據接口，將管理系統和各子系統有機的聯系，實現控制現場和系統的連接。采用標準的接口，系統支持環境參數監測、設備運行監測、安全監測監控、電視監控、人員定位管理、電網參數監測等各種子系統的軟件適配，實現各子系統設備與數據采集服務器之間的物理鏈路連接，并對交互信息內容進行具體描述。系統初建時可根據需求和條件先建最急需的平臺，然后分期增加各種子系統及不斷升級，最后建成一個完善的自動化與信息化系統。

結語

礦井自動化與信息化系統把井上與井下的各子系統的數據及畫面統一到綜合自動化平臺，實現了全礦井的數據采集、處理和共享，對煤礦實現人員監控、環境監控、設備監控，將整個礦井的生產信息集成化管理，為生產調度、決策指揮、礦井預防和處理各類突發事故和自然災害提供有效手段。

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