煤礦綜合自動化系統設計研究

摘要：目前大部分煤礦建立了多種自動化系統，這些系統是在不同的階段相繼建設起來的，很難對整個系統工程進行自動化管理，因此建立一套完善的煤礦綜合自動化系統是非常有必要的，它不僅能夠對礦山進行統一的自動化管理，通過有效合理地整合現有資源來獲取更大的效益，還能夠保障煤礦的安全生產。

關鍵詞：煤礦開采技術；綜合自動化系統；自動化管理；安全生產；煤礦企業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD67 文章編號：1009-2374（2015）25-0016-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.008

隨著信息化技術的迅速發展，計算機技術已經廣泛運用到各個行業和領域，對于目前的煤礦開采技術來說，計算機技術的全面運用是其最為顯著的特點，它能夠使規劃、信息、控制以及監測等不同的部門職能統一在一起，形成一個整體的系統。由于煤礦生產環境的復雜化和多樣性，易于造成事故的發生，因此基于煤礦發展的需求來說，煤礦綜合自動化系統的建設是必不可少的。

1 煤礦自動化與信息化的現狀

隨著網絡信息技術的發展，煤礦的安全生產以及信息化和自動化的實現是我國煤礦發展的主要需求，如今已經有越來越多的礦井在投入建設或者已經建設了綜合自動化的管理系統，雖然取得了一些成就，但也存在著很大的問題，目前在煤礦的檢測控制以及管理方面存在著一系列的問題和缺陷：

第一，一些煤礦的自動化系統管理不夠集中，各個部門的信息之間不能互通，從而造成了資源浪費的現象，由于煤礦的自動化子系統處于相對獨立的狀態，因此造成了各個子系統之間不能夠有效地進行協調和配合，致使每一個生產環節不能很好地銜接，進一步降低了煤礦生產的效率。

第二，由于部分煤礦信息化與系統化建設不健全導致材料的嚴重浪費，通訊線路之間出現重復投資建設的現象，這大大增加了投資建設的費用，而且造成了整個系統龐大的維護量，維修起來不僅困難，還耗費了大量的資金。

第三，各個系統之間都要建設相對應的管理制度，并且要設置相對應的管理崗位和管理人員，各個系統還需要配備相關的維修人員、值守人員和巡檢人員等，這導致了人力資源和管理資源的浪費。

第四，由于信息系統的單一，因此很難對礦山的整體進行統一的管理，再加上各個系統間無法實現網絡資源的有效共享，無法實現統一的檢測和調度，這些在一定程度上大大影響了生產力水平的提高，不能使各種資源進行有效的整合，從而不能發揮出其工作效率和最大限度地創造經濟效益與社會效益。

2 煤礦綜合自動化系統實現的目標以及其效益價值

2.1 煤礦綜合自動化系統實現的主要目標

2.1.1 建設全礦井能夠自動控制信息傳輸以及及時處理信息的總集成的系統平臺，在平臺的建立下實現在地面的集控中心對井下的排水、供電、軌道、通風、壓風、選煤等設備的遠程監測和控制，最大限度地實現井下以及其他崗位無人值守的狀態，減少工作人員的工作量提高工作效率，確保礦井的安全。

2.1.2 建立全面的監測監控系統，在地面接入煤礦的自動化平臺，實施煤礦的安全監控以及各個工作人員的定位等，從而使礦井的自動化信息和安全生產監測信息達到集中和共享的狀態，對井下所有重要地點的溫度、風速、風門以及局扇開停進行全自動的監測，此外對于井下工作人員的分布情況也進行在線的監測和統計。

2.1.3 建立礦井的電視監控系統，通過視頻的監控系統把井下的攝像機信號以及地面的重要地點的信號傳輸到地面的視頻服務器上，在集控中心進行圖像的切換和顯示，保障了地面的遠程控制。

2.1.4 建立全面的礦井移動通信系統，使井下的工作人員能夠與集控中心清晰地通話，進一步加強各個部門和各個系統之間的聯系，為地面的遠程控制提供便利暢通的通訊手段。

2.1.5 建立統一的網絡傳輸平臺以及數據處理平臺，完成煤礦的綜合自動化系統與管理網絡的無縫安全對接，把煤礦井下現場的安全監控信息、井下的視頻監控信息、自動化信息以及管理信息系統有效地連接起來，實現各個部門、各個系統的各類信息在整個公司的互通和共享。

2.2 煤礦綜合自動化系統的效益分析

煤礦綜合自動化系統的建設所能創造的效益價值包括安全效益、投資效益、管理效益以及生產效益四個方面：

2.2.1 安全效益。建設煤礦綜合自動化的系統，可以通過建立系統全面的地面監控系統，進一步全方位地實時監控井下工作人員的工作情況和工作狀態，以確保井下工作人員的工作效率和人身安全。另外，能夠使數據達到互通和共享，通過報警聯動來減少礦井事故造成的人員傷亡和經濟損失。

2.2.2 投資效益。通過煤礦綜合自動化系統的設計和建設可以減少傳輸設備和傳輸線纜的重復投資建設，也能節省一部分維修資金，節省軟件開發和數據庫以及組態軟件的重復投資建設，建設一個數據平臺和監控平臺以及傳輸平臺為一體的綜合性自動化的系統，達到一次性的投資和管理，進而實現長期的受益。

2.2.3 管理效益。為了使煤礦企業在進行煤礦生產時能夠有效地進行整體的管理和調度，必須要建設一個管理和監測融為一體的煤礦綜合自動化的系統，這樣一來就可以不斷提高煤礦集中管理的效率，為煤礦企業提供了一個可靠安全又高效的管理平臺。

2.2.4 生產效益。煤礦綜合自動化系統的建設，可以在設備出現故障的時候，能更有效地進行判斷和分析，從而盡量減少停機事故的發生，延長設備的使用壽命，減少在進行人工操作時造成的操作失誤，此外還可以解決運輸上的管理和調度問題，進一步提高運輸的工作效率。

3 煤礦綜合自動化系統設計遵循的原則

煤礦綜合自動化系統的建設需要滿足全面性、計劃性、準確性、及時性、預見性、務實性、靈活性等特性，在進行煤礦的綜合自動化系統設計的過程中要遵循以下五個方面的原則，才能使整個建設更加合理有效和完整：

3.1 人機能夠協調配合完成工作的原則

煤礦的綜合自動化系統平臺的建設需要達到一種在網絡出現任何故障的情況下都能夠自動報警的狀態，并且能夠有效地完成數據的自動采集，從而使整體的管理以及監測的工作效率都能夠提高。

3.2 通過信息資源的有效整合實現綜合管理的原則

各個部門之間應該有效的實現信息的互通和共享，不能沒有溝通和銜接，各自為政，達到既沒有多余無用的信息，又要保持信息的全面和豐富，在安全保密的前提下使每一個部門的工作人員都能夠很容易得到自己所需要的信息。

3.3 兼顧分步實施與統一規劃的原則

在建設煤礦綜合自動化系統的體系時，要同時兼顧分步實施與統一規劃，進行任務計劃的分配時，從總體的目標出發，然后把建設的任務逐步的向下傳達，任務傳達完之后在具體實施任務的時候，要遵循從高到低、從下往上的原則，也就是首先要根據底層部門的實際情況，逐步往中層和高層邁進，一步步地最終完成目標計劃。這樣不僅可以使整個規劃建設協調一致，不產生不必要的沖突和矛盾，還可以保證信息來源的有效性和信息處理時的依據性。

3.4 兼容并蓄的原則

應該把各類子系統的功能都融合到煤礦的綜合自動化系統的平臺中，在充分發揮各個子系統功能的基礎上實現集中有效的調度與監控。

3.5 相對穩定與適應變化結合的原則

由于信息技術的不斷更新和發展，煤礦產業很容易面臨技術與管理的革新，為了更快適應新形勢的變化，煤礦的自動化系統隨時會進行調整和改造，因此在這種情況下，要盡量從長遠的利益和目標出發，不斷完善和穩定系統的建設，使系統在生命周期內不用頻繁的改造和更換，進而達到能夠穩定有效的使用。

4 煤礦綜合自動化系統的整體架構

煤礦綜合自動化系統主要是以1000M的工業以太網作為網絡支撐，它主要分為內網和外網兩層：內網主要是為了防止病毒或者黑客的入侵等，進而接入各個子系統和控制層；外網主要是為了方便公司內部的管理人員以及行政人員進行遠程的管理和監控，它的組成主要就是信

息網。煤礦綜合自動化系統的架構是由四個層次組成的：

4.1 接入層

它主要是為了實現與各個子系統的有效接入，把系統智能的控制設備和各個子系統通過接口或者其他的工業總線有效接入1000M工業以太網，數字視頻監控系統則通過網絡接口實現與1000M以太網的接入。

4.2 數據的收集處理層

它主要是為了實現對各個子系統之間的數據收集和處理，各個子系統把系統的數據上傳到數據收集處理層，然后再經過一定的處理之后形成一個統一的數據格式，接著再上傳到統一的數據平臺，最后是把統一之后的數據上傳到統一的網絡傳輸平臺。這樣一來就能夠方便上層系統隨時的顯示、調用和處理。

4.3 控制層

控制層是一個開放性的網絡，它連接了整個操作監控站的計算機以及其他的智能控制單元，是整個煤礦綜合自動化系統的中間層。它主要是實現對各個子系統的控制和監視，控制層的設備為了能夠防止井下出現安全事故的發生，適應井下的特殊工作環境，選用專門的具有煤礦防爆合格證和煤礦安全標志的設備，而且還采用了先進的智能控制設備，具有高技術、高可靠性的特性。為了減少網絡的單點，進而增強通訊網絡在出現突發狀況時具備的生存能力，現場要采用放射式的冗余網絡，

通過建立一個環狀的光纖以太網結構來實現網絡冗余。

4.4 信息層

所謂的信息層主要采用的是工業以太網的技術把服務器、人機接口和網關通過Web服務器連接到整個管理信息系統平臺上，從而實現對公司內部各個系統信息的管理和現場數據的采集。這種技術適應了當今信息技術的發展，有效地避免了由于黑客或者病毒的侵入而造成的網絡系統癱瘓的問題，能夠通過圖形、圖像、聲音以及數據等不同的方式來為管理人員提供決策的依據，方便他們進行各類報表的查詢，提供了一個安全的生產信息。

5 煤礦綜合自動化系統的輔助系統

5.1 通訊系統

通訊系統對于其時效性和即時性的要求非常高，它在整個煤礦安全生產的調度過程中起著不可替代的重要作用，通訊系統主要分為無線的通訊系統和有線的通訊系統，最終的目的都是為了保障在任何情況和任何狀態下都盡量能夠有效地運行通訊系統，進行實時的聯系。

5.1.1 無線的通訊系統。無線通訊系統的建立為工作人員在進行煤礦生產時遇到突發狀況時可以有效地進行應急救援提供了前提和基礎，也保障了生產的調度和安全監控的有效實施，它主要是由礦井光纖網絡構成了系統主干傳輸平臺，用有線主干以及無線終端相結合的無線通信網絡來全權覆蓋煤礦井下的全部地點，包括地面上相關的重要部分，有效地實現了人員之間及時的語音通訊和人員之間的管理。無線的通訊系統主要是由電源、語音網關、管理主機、礦用網絡交換機、礦用無線通信基站等組成的，可以為各類的工作人員和監測人員實施定位，還可以實現井上以及井下的無線通信。

5.1.2 有線的通訊系統。有線通訊系統的建立主要是因為考慮到無線的通訊系統會受到來自不同方面的干擾，抗干擾的能力比較差，從而造成通訊信號的混亂，因此才需要建立有線的通訊系統。有線通訊系統主要是為了實現在無線通訊系統受到強大的干擾而不能正常的進行工作時，代替無線通訊系統完成井下的部分單機與地面之間的通話、井下某個地點與調度室之間的通話、井下的工作人員與地面工作人員間的通話、幾個工作人員同時的通話以及在出現突發狀況時工作人員的緊急呼叫。有線通訊系統主要是由位于地面的主交換機與井下以及地面各地點的電話單機組成，各個地點的電話單機通過現場的總線連接到主交換機中。

5.2 工業電視系統

工業電視系統是煤礦實現自動化信息化遠程監控的一個輔助系統，它可以直觀地對現場的重要的設備以及工作環節和生產環節進行有效的監視，工業電視系統是由現場的傳輸光纜、防爆攝像機等組成的，可以有效地實現網上的資源共享。

5.3 大屏幕顯示系統

通過設置大屏幕的顯示系統從而對煤礦綜合自動化系統的各種圖像以及視頻等進行多畫面、高清晰的顯示和分析，配備多臺電視組成電視墻，可以通過這些進一步清晰直觀地看到各種信息的展示，不僅可以實現實時監控和集中調度，還可以使工作人員及時地做出判斷和處理。

5.4 不間斷的電源系統

不間斷的電源系統對于整個煤礦生產也是非常重要的，它主要是為煤礦生產的重要環節和計算機服務器等重要設備提供不間斷的電源支持，在出現大面積停電的時候，可以有效地應對這種突發狀況，使整個系統能夠保持正常的工作，而且還保證煤礦綜合自動化系統不會因為突然的停電事故而造成損壞。

5.5 集控中心機房

集控中心機房主要是包括空調的工程、電氣工程以及安全工程、消防工程與設備監控工程等部分，它的環境不僅是為了滿足工作人員對溫度、濕度以及噪音干擾等

的需求，還為了滿足計算機等各種微電子設備的需求。

5.6 接地防雷系統

接地防雷系統是為了避免由于巨大的電流以及雷擊對電信和各種計算機設備造成的危害，它是必須根據國家的相關規定和合理的標準以及現場的一些實際情況來進行建設的，是為了最大限度地保障工作人員和相關設備的安全。

6 結語

煤礦綜合自動化系統建設是煤礦企業發展的趨勢，也是必然要求，我們應加快煤礦管理系統和檢測系統的綜合自動化和信息化的建設，為了保障煤礦的生產安全，為了能給煤礦的各項經營與管理提供高效便捷的信息服務渠道，我們應該結合當今信息技術的發展和創新的理念，進一步總結以往的經驗和教訓，取其精華，去其糟粕，不斷完善和提高煤礦行業信息化的水平，實現有穩定可靠的性能、快速準確的應用以及先進實用、功能齊全的綜合自動化集成系統，在大力保障煤礦安全生產的前提下創造更多的經濟效益和社會效益。

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作者簡介：劉會軍（1974-），男，湖北鄂州人，神華新疆能源有限責任公司工程師，研究方向：電氣自動化。

（責任編輯：周 瓊）