基于礦山安全生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控與調(diào)度指揮系統(tǒng)的設(shè)計

胡 冰

（本鋼板材股份有限公司采購中心，遼寧 本溪 117000）

基于礦山安全生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控與調(diào)度指揮系統(tǒng)的設(shè)計

胡 冰

（本鋼板材股份有限公司采購中心，遼寧 本溪 117000）

礦山安全生產(chǎn)綜合信息化核心技術(shù)是集成化的數(shù)據(jù)管理、集成化的通信、集成化的編程組態(tài)和現(xiàn)場控制設(shè)備的自動化、網(wǎng)絡(luò)化，這些都是煤礦安全生產(chǎn)綜合信息化的內(nèi)容。其實(shí)質(zhì)是依賴對礦區(qū)地理、生產(chǎn)、安全、設(shè)備、管理等方面的信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、應(yīng)用和提升，達(dá)到信息增值的目的。在此基礎(chǔ)上采用實(shí)時以太網(wǎng)技術(shù)，在礦區(qū)建立實(shí)時工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，爭取實(shí)現(xiàn)今后部分系統(tǒng)的無人值守，實(shí)現(xiàn)對全礦安全、生產(chǎn)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測與控制。通過支持實(shí)時以太網(wǎng)技術(shù)的千兆工業(yè)以太網(wǎng)真正在礦山實(shí)現(xiàn)管控一體化。

礦山安全；實(shí)時監(jiān)測；以太網(wǎng)技術(shù)；綜合自動化

礦山安全生產(chǎn)的實(shí)時監(jiān)控是保障礦山生產(chǎn)、防止事故發(fā)生的關(guān)鍵，將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于礦山的安全監(jiān)控系統(tǒng)，是礦山安全管理必不可少的基本手段，能夠有效地保證礦山的安全生產(chǎn)［1］，從單臺計算機(jī)的實(shí)時監(jiān)控到多級計算機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，以分布式、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的系統(tǒng)，在各種礦山企業(yè)中都有應(yīng)用［2-4］。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，將人的控制和對物的控制結(jié)合起來，構(gòu)成礦山人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，將災(zāi)變信息的監(jiān)測和減災(zāi)控災(zāi)措施有機(jī)地結(jié)合起來，動態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營的全過程，以高效、安全、綠色開采為目標(biāo)，保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長。

1　實(shí)時監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)總體概述

1.1數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)和硬件設(shè)施組建內(nèi)容

針對礦山安全管理重點(diǎn)，如圖1所示，建立礦山預(yù)警和調(diào)度指揮系統(tǒng)，在三維可視化平臺上，實(shí)時采集、分析和管理關(guān)系礦山安全的人、機(jī)、環(huán)境進(jìn)行實(shí)時三維數(shù)字化測控，以通信技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以數(shù)據(jù)挖掘、三維空間分析和虛擬仿真技術(shù)為手段，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理、監(jiān)測預(yù)警、輔助決策、應(yīng)急救援指揮級模擬演練等可視化、自動化，形成多種業(yè)務(wù)歸并于同一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用平臺，系統(tǒng)主要由以下幾個方面組成：

圖1　數(shù)字化礦山關(guān)系系統(tǒng)和硬件組建整體架構(gòu)圖

1）建設(shè)礦山安全生產(chǎn)在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測監(jiān)控井下人員與機(jī)車位置、重點(diǎn)工作區(qū)域、通風(fēng)、排水、溫度、有害氣體等重大危險源實(shí)施監(jiān)測、分析和預(yù)警，通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)傳輸和實(shí)時調(diào)度指揮，達(dá)到事前預(yù)防，提前控制。

2）建設(shè)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，主要生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)自動化控制。主要實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)排水自動化控制系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和有害氣體抽放監(jiān)控系統(tǒng)，避免人為操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動控制。

3）建立礦山數(shù)據(jù)庫，對礦山多源數(shù)據(jù)集成與共享，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和快速提取，對礦山采礦和安全等不同應(yīng)用需求進(jìn)行模擬分析和決策。

4）建立三維可視化平臺，通過三維建模和虛擬仿真技術(shù)，重現(xiàn)采掘生產(chǎn)環(huán)境，有效集成礦山采掘生產(chǎn)輔助決策系統(tǒng)、在線監(jiān)測監(jiān)控與自動化系統(tǒng)、安全生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，在三維可視化平臺上實(shí)時進(jìn)行礦山安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控、分析決策和調(diào)度指揮。

5）建設(shè)智能化服務(wù)，通過生產(chǎn)經(jīng)營決策平臺提供智能化工具和綜合決策支持，最大限度地降低腦力勞動強(qiáng)度，避免人為決策失誤。通過數(shù)字化再造使整個礦山具有自我分析能力和決策能力，使礦山的人、機(jī)、環(huán)境處在高度協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體中運(yùn)行。

1.2數(shù)字化礦山軟件系統(tǒng)總體概述

本系統(tǒng)圍繞監(jiān)控人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)以及事故預(yù)警等方面的內(nèi)容建立平臺［5］，從整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以，本系統(tǒng)將劃分為9個功能區(qū)：①分布式設(shè)備數(shù)據(jù)采集區(qū)域，包含多個區(qū)域；②廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；③網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)區(qū)；④實(shí)時數(shù)據(jù)處理區(qū)；⑤數(shù)據(jù)存儲區(qū)；⑥應(yīng)用功能區(qū)；⑦安全防護(hù)區(qū)；⑧數(shù)據(jù)備份區(qū)；⑨畫面展現(xiàn)區(qū)。

在各個站庫安裝及配置一臺數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)和一臺工業(yè)隔離設(shè)備，其中數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)或串口等通信方式將各個站庫的硬件設(shè)備（如PLC，板卡，儀表等）采集到數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)通過自身的另外一個網(wǎng)口將數(shù)據(jù)實(shí)時的發(fā)送到工業(yè)隔離裝置，工業(yè)隔離裝置收到數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，剝離TCP/IP協(xié)議，將原始數(shù)據(jù)單向傳輸?shù)焦I(yè)隔離裝置的另外一側(cè)，工業(yè)隔離裝置再對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行加密壓縮，并通過Internet將加密壓縮后的數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端指揮中心的通信服務(wù)器，通信服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)包后，通過專有的解碼程序?qū)?shù)據(jù)包解壓縮及解碼。將還原后的數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，由實(shí)時數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔存儲。應(yīng)用服務(wù)器將匯集到中心數(shù)據(jù)進(jìn)行二次加工及計算，回寫數(shù)據(jù)存儲區(qū)保存起來。開發(fā)出來的畫面及報表等將通過Web方式及指揮中心大屏幕展現(xiàn)給決策者。

圖2　礦山安全生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控與調(diào)度指揮軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，可用性，在中心系統(tǒng)的建設(shè)中，考慮構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)冗余提高底層通信的穩(wěn)定性，構(gòu)建冗余的通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器提高系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)防火墻和病毒防火墻提高系統(tǒng)的抗風(fēng)險能力。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)備份設(shè)備NAS，可大大降低意外事故帶來的數(shù)據(jù)丟失損失。

2　系統(tǒng)功能設(shè)計

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對礦山采選生產(chǎn)流程和主要的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

2.1動態(tài)監(jiān)測

系統(tǒng)生產(chǎn)動態(tài)信息平臺采用Web方式，通過軟件提供支持，實(shí)現(xiàn)展示頁面數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過統(tǒng)一門戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全性控制。對各個生產(chǎn)流程中的重點(diǎn)部位的報警點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)配置，以滿足在用戶在工藝流程圖上及時了解裝置報警信息。在流程圖內(nèi)，當(dāng)工藝參數(shù)的值超過正常范圍時會顯示紅框報警，如圖3所示。

圖3　報警例圖

流程圖中的數(shù)據(jù)按周期動態(tài)刷新，若系統(tǒng)與DCS的通信不正?；騻€別數(shù)據(jù)采集錯誤，工藝參數(shù)值會顯示“BAD”或“IO Timeout”。生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時展示區(qū)域通過彈出式窗口方式展現(xiàn)，該區(qū)域用來實(shí)時展示礦山的主要生產(chǎn)裝置的工藝參數(shù)。改變該區(qū)域的展示內(nèi)容，可以通過單擊相關(guān)導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)或單擊展示頁面中的切換按鈕來完成。通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)軟件，可以完成工藝流程圖的繪制與修改、工藝參數(shù)的設(shè)定與修改、設(shè)備參數(shù)的設(shè)定與修改、數(shù)據(jù)點(diǎn)的建立、添加與修改等功能。

2.2應(yīng)用功能設(shè)計

在實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)全部建設(shè)完成后，需要實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控。要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)必須建立完整的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)對所有裝置生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)的自動采集、存儲；以組態(tài)軟件為平臺基礎(chǔ)，在管理層與控制層之間建立了一個橋梁，將具有重大價值的過程數(shù)據(jù)實(shí)時地呈現(xiàn)在企業(yè)管理層面前，對生產(chǎn)過程進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分析，及時的響應(yīng)、快速地決策，達(dá)到改進(jìn)生產(chǎn)能力、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。系統(tǒng)建成后具有如下功能：①數(shù)據(jù)采集功能是采集的數(shù)據(jù)信息包含 DCS數(shù)據(jù)包括的：瞬時值，設(shè)定值，反饋值等主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；②流程圖展示功能是以圖形方式實(shí)時顯示企業(yè)現(xiàn)場工藝流程狀態(tài)，涵蓋流量、溫度、壓力、液位等參數(shù)信息。同時集成了流程圖導(dǎo)航、報警點(diǎn)展示及歷史數(shù)據(jù)鉆取分析、工藝點(diǎn)歷史信息鉆取分析、重要工藝參數(shù)匯總等功能，既滿足了用戶對生產(chǎn)現(xiàn)場情況的監(jiān)控需求，又滿足了用戶對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析、研究、決策的需求。生產(chǎn)管理、調(diào)度和車間工藝管理人員可以通過Web瀏覽器訪問數(shù)據(jù)平臺的用戶操作界面，對全廠的生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)視和分析。

2.3數(shù)據(jù)趨勢分析

數(shù)據(jù)趨勢分析是一個圖形化的數(shù)據(jù)分析功能，可以方便的觀察數(shù)據(jù)庫中的歷史點(diǎn)在任意一個時刻的狀態(tài)，方便的查詢某個位號的歷史趨勢曲線，分析某一液位點(diǎn)、溫度點(diǎn)、壓力點(diǎn)、流量等的運(yùn)行情況。其功能是以曲線的方式展示實(shí)時數(shù)據(jù)，方便生產(chǎn)管理人員掌握過去生產(chǎn)的變化趨勢。同時通過單點(diǎn)趨勢展示，對于開發(fā)的所有展示界面，即時顯示某個數(shù)據(jù)點(diǎn)的歷史趨勢以及歷史數(shù)據(jù)。

2.4數(shù)據(jù)報警

該功能可以自動記錄系統(tǒng)狀態(tài)變化、操作過程等重要事件，一旦發(fā)生事故，可就此作為分析事故原因的依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)事故追憶，提供基礎(chǔ)資料。系統(tǒng)提供了完備的報警機(jī)制，如高報、高高報、低報、低低報、偏差、變化率、延時、壞點(diǎn)、錄入超時報警功能，提供報警確認(rèn)、報警匯總、報警歷史查詢等功能。在運(yùn)行時自動記錄系統(tǒng)狀態(tài)變化、操作過程等重要事件，一旦發(fā)生事故，可就此作為分析事故原因的依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)事故追憶，提供基礎(chǔ)資料。報警和事件記錄可以存放關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，便于分析、查詢和統(tǒng)計。

2.5生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表

系統(tǒng)采用的報表功能強(qiáng)大，基于Excel制作，PI客戶端軟件作為插件集成到Excel中，利用Excel的自身功能可以實(shí)現(xiàn)按行列分頁、固定表頭、批量打印等功能；可以完成時報、班報、月報、季報、年報等復(fù)雜報表。采用B/S架構(gòu)，用戶可以方便地通過IE進(jìn)行報表的查看，模版的建立和修改，在報表格式、內(nèi)容需要變化時，用戶可以通過增減報表的行或列，簡單配置即可順利完成修改，維護(hù)簡便。

3　結(jié)論

礦山安全生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控與調(diào)度指揮系統(tǒng)的設(shè)計為今后通過實(shí)時高速多媒體寬帶以及自動控制平臺形成企業(yè)綜合信息化平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鋪墊。同時系統(tǒng)建成后，設(shè)備穩(wěn)定，可靠傳輸，系統(tǒng)安全，三網(wǎng)合一，達(dá)到監(jiān)、管、控一體化的目的。

［1］ 王成鋼， 朱申紅， 周盛世. 地理信息系統(tǒng)在礦山安全監(jiān)測及管理中的應(yīng)用［J］. 煤礦安全， 2000（4）：19-22.

［2］ 劉志寒， 姚萌. 煤礦安全實(shí)時監(jiān)測與控制信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］. 工礦自動化， 2005（2）： 4-6.

［3］ 羅霄. 礦井監(jiān)測系統(tǒng)軟件的研究［J］. 太原理工大學(xué)學(xué)報， 2001（1）： 48-50.

［4］ 張申， 丁恩杰， 趙小虎， 等. 數(shù)字礦山及其兩大基礎(chǔ)平臺建設(shè)［J］. 煤炭學(xué)報， 2007， 32（9）： 997-1001.

［5］ 鄭向群， 趙政， 劉東生. 基于數(shù)據(jù)倉庫的土壤環(huán)境監(jiān)測綜合挖掘模型構(gòu)架［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2008（8）：162-168.

城軌車輛的混合動力供電系統(tǒng)

近日，國家知識產(chǎn)權(quán)局公布專利“城軌車輛的混合動力供電系統(tǒng)”，申請人為中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司。本發(fā)明提供一種城軌車輛的混合動力供電系統(tǒng)，在設(shè)置電能傳輸組件的區(qū)域采用基站電源作為動力電源，在沒有設(shè)置電能傳輸組件的區(qū)域，采用電容作為動力電源，實(shí)現(xiàn)了非接觸式電能傳輸技術(shù)與電容的混合動力，電源和負(fù)載之間通過非機(jī)械連接的方式傳輸電能，并能在不方便鋪設(shè)電能傳輸設(shè)備的無電區(qū)為車輛提供穩(wěn)定的動力，使車輛的供電連續(xù)，保證車輛的運(yùn)行。

同時，由于完全使用電能和電磁能為車輛提供動力，因此本實(shí)施例提供的城軌車輛的混合動力供電系統(tǒng)，既可以在正常的環(huán)境下工作，也可以在易燃易爆等特殊環(huán)境下工作，并且在工作過程中不會產(chǎn)生對環(huán)境造成污染的廢氣，節(jié)能環(huán)保。

Design of Real Time Monitoring and Dispatching Command System based on Mine Safety Production

Hu Bing
（Benxi Steel Plate Co.， Ltd， Procurement Center， Benxi， Liaoning 117000）

Mine safe production comprehensive informatization core technology is the integration of data management， integration of communication， integrated programming configuration and field control equipment automation， network， these are the contents of the comprehensive information of coal mine safety production. The essence of which is dependent on geography， the mining production， safety，equipment， management of information collection， transmission， processing， application and promotion，achieve the goal of information value. Based on the real-time Ethernet technology in the mining area to establish real-time industrial Ethernet ring network， to strive for the next part of the system is unattended，implementation of mineral sheers security， remote centralized monitoring and control of production. By supporting real-time gigabit Ethernet technology industrial Ethernet in mine to achieve real control integration.

mine safety； real-time monitoring； ethernet technique； integrated automation

胡 冰（1983-），男，遼寧省本溪市人，碩士研究生，工程師，研究方向：智能檢測技術(shù)。