礦井綜合自動化和智能化的探討

陳素玲 姚 義 周保飛

隨著我國煤炭工業(yè)的發(fā)展和開采技術(shù)、開采裝備及機電設(shè)備等水平的不斷提高,人們對煤礦生產(chǎn)綜合自動化和智能化的需求越來越迫切,要求也越來越高。經(jīng)過多年的實踐活動,綜合自動化和智能化在煤礦的安全生產(chǎn)過程中所承擔(dān)的分量越來越重,因此,當(dāng)前我國煤炭行業(yè)的綜合自動化和智能化正處在一個普遍建設(shè)和全面提高的發(fā)展階段。那么對于一個生產(chǎn)礦井,其綜合自動化和智能化具體是哪些內(nèi)容,什么標(biāo)準(zhǔn)、水平,詳細功能又是怎樣。這些問題,就我們目前使用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和手冊等均沒有給出一個詳細的回答,因此很值得我們研究與探討。

1 礦井綜合自動化

一個礦井的運營可以分為兩大部分:生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng),其生產(chǎn)系統(tǒng)又可按地理位置分為井下和地面,亦可按工藝流程分為掘、采、運和輔助系統(tǒng),輔助系統(tǒng)一般有通(壓)風(fēng)、排水、提升、供電、保溫、灑水等。當(dāng)前無論是生產(chǎn)主系統(tǒng)還是輔助系統(tǒng),一般均配置各自的自動化系統(tǒng)。這些自動化系統(tǒng)都是圍繞它們各自生產(chǎn)系統(tǒng)的功能和要求而設(shè)置,即大部分的自動化系統(tǒng)是一個縱向的控制及管理系統(tǒng),即它們是以星形的運行方式存在于一個生產(chǎn)礦井中,星的中心是礦井的地面調(diào)度中心。這樣,對于任何一個自動化系統(tǒng),就形成了一種縱向的管理方式。當(dāng)前有一些礦井和自動化設(shè)備公司正研究和探索各自動化系統(tǒng)間的橫向組合與融合,比如通過工業(yè)環(huán)網(wǎng),將井下多個自動化系統(tǒng)進行整合,然后集中上傳于調(diào)度中心,在調(diào)度中心各系統(tǒng)的顯示、操控和數(shù)據(jù)儲存仍是分別進行,這種方式只解決了井上井下的信息統(tǒng)一傳輸問題,在信息源和信息終端使用者仍是一種分散的使用方式,即使所有系統(tǒng)都集中到C-S(客戶端—服務(wù)器)的 Web(網(wǎng)頁瀏覽器)模式,但也是多種界面,多臺數(shù)據(jù)服務(wù)器形式,因此只是外部的綜合,并沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息內(nèi)在的一體化和綜合化。

通常,在一個生產(chǎn)礦井中,涉及生產(chǎn)安全系統(tǒng)的有:1)電力監(jiān)控系統(tǒng):包括地面35 kV,10 kV變電站;井下中央變電所、采區(qū)變電所;2)井下主、輔運輸監(jiān)控系統(tǒng);3)液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng);4)綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng);5)主井運輸監(jiān)控系統(tǒng);6)副井運輸監(jiān)控系統(tǒng);7)鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng);8)地面輔助運輸系統(tǒng)或選煤廠。

涉及礦井環(huán)境安全的系統(tǒng)有:1)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng);2)瓦斯抽放監(jiān)測系統(tǒng);3)通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng);4)礦用人員安全監(jiān)測系統(tǒng);5)大屏幕顯示系統(tǒng);6)工業(yè)電視系統(tǒng);7)通信系統(tǒng)。

以上兩種類型的自動化或監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在礦井的生產(chǎn)過程中均具有相當(dāng)重要的作用,但相對來說,如果涉及生產(chǎn)安全的自動化系統(tǒng)發(fā)生了故障,只是對礦井的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益有影響,而涉及人身安全和礦井環(huán)境安全的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)如果發(fā)生了故障,那產(chǎn)生的后果將是不可估量的,因此必須從技術(shù)措施和行政管理上保證這些系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和可靠。

對于涉及生產(chǎn)安全系統(tǒng)的自動化系統(tǒng),大都是基于PLC和CAN總線的自動化控制系統(tǒng),因此在數(shù)據(jù)源端可以將其進行整合,在數(shù)據(jù)的終端,可以將數(shù)據(jù)庫,操控軟件,使用界面等進行統(tǒng)一,這樣就可以實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自動化的綜合功能。要想實現(xiàn)這樣的綜合功能,必須考慮:1)各生產(chǎn)自動化系統(tǒng)提供方與研制方必須公開他們各自的內(nèi)核程序;2)礦井的自動化系統(tǒng)集成商要有較高的集成能力,當(dāng)然作為使用方和出資方也必須清楚的提出相應(yīng)要求。從礦井各自動化系統(tǒng)建設(shè)的初始,就朝著綜合化的方向努力,最終才能真正實現(xiàn)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合自動化,才能給決策者提供及時、全面的數(shù)據(jù)信息,從而做出正確的分析與決策。

對于涉及礦井環(huán)境安全的各監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),其工作原理有基于PLC的,有基于以太網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的,也有基于CAN總線的,同樣將各系統(tǒng)整合到以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一平臺,實現(xiàn)信息的傳輸管理和應(yīng)用。整合到以太網(wǎng)平臺的好處是,下級設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)還是各自獨立運行,這樣既可以互不干擾,又可以信息共享,即使一套系統(tǒng)發(fā)生故障,也不會影響其他系統(tǒng)的正常使用。對于這種高級平臺的系統(tǒng)整合,需要集成商和應(yīng)用方共同研究制定信息共享方案,共同決定送于網(wǎng)絡(luò)平臺的主要數(shù)據(jù)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)、觸發(fā)數(shù)據(jù)等內(nèi)容,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無縫銜接,以使網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)揮其更大的作用。

2 礦井智能化

我國目前為止,礦井智能化對大家來說還僅僅是一個名詞而已。但建筑智能化和智能化建筑在我國已經(jīng)是一個方興未艾的產(chǎn)業(yè),所以我們可以參考建筑智能化的內(nèi)容來探討礦井智能化。

首先我們來看03X801-1建筑智能化系統(tǒng)集成設(shè)計圖集中對建筑智能化的相關(guān)描述:“隨著現(xiàn)代通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、自動控制等技術(shù)的發(fā)展,建筑智能化系統(tǒng)逐漸增加,監(jiān)控對象眾多,內(nèi)容廣泛。為了實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間信息共享、相互協(xié)調(diào)、互控和聯(lián)動功能,綜合管理需要將各個分離的系統(tǒng)有機地集成在一個相互關(guān)聯(lián),統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中,這種解決方案就是系統(tǒng)集成。系統(tǒng)集成實現(xiàn)的關(guān)鍵在于解決各系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和互操作性,這就需要解決各系統(tǒng)之間的接口、協(xié)議、系統(tǒng)平臺、應(yīng)用軟件等問題?！蓖瑯釉诘V井智能化中,各生產(chǎn)、輔助系統(tǒng)、環(huán)境安全監(jiān)測的自動化系統(tǒng)內(nèi)容亦不少,而且接口形式、通信協(xié)議、操作平臺、應(yīng)用軟件各種各樣,所以在礦井智能化系統(tǒng)集成中,關(guān)鍵也是解決各系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和互操作性,從而才能在礦井的調(diào)度中心形成一個相互關(guān)聯(lián),統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的調(diào)度指揮系統(tǒng)。

只有將礦井生產(chǎn)和經(jīng)營管理活動中的所有自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了有機的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)且可以互聯(lián)互控,才可以稱其為智能化礦井。但在一個大型的井工礦井中,將所有的自動化系統(tǒng)都集成到一個綜合系統(tǒng)中是不合理和不可行的,因此可以按照一定的原則,將其劃分為1個～2個集成系統(tǒng),如前面所述,可將涉及生產(chǎn)系統(tǒng)各自動化集成到一個綜合系統(tǒng),將涉及環(huán)境安全和人員監(jiān)測的,集成到另外一個綜合系統(tǒng);也可以按照礦井生產(chǎn)工藝流程的關(guān)系來劃分,比如將綜采工作面、主運輸(提升)、地面生產(chǎn)系統(tǒng)等集成到一起,將通風(fēng)、瓦斯監(jiān)測、供電、排水等集成在一起,將人員定位、無線通信、工業(yè)電視等綜合集成。當(dāng)?shù)V井實現(xiàn)了智能化管理后,一方面,各系統(tǒng)可以互聯(lián)互控,自動運行,從而達到減員提效的目的;另一方面,對操作人員的工作更加簡潔、省時省力,對管理者和決策者得到的信息會更全面、更及時,更有利于做出正確判斷,從而正確的去指揮和調(diào)度生產(chǎn)活動或救災(zāi)行為等。

3 結(jié)語

自動化是基礎(chǔ),智能化是目標(biāo)。沒有成熟、先進、可靠的各工況自動化系統(tǒng),智能化也就無從談起,更不可能安全可靠運行。但“智能化”和“自動化”的區(qū)別又是顯而易見的,自動化主要是指各生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的獨立自動化,綜合自動化是指將各自動化系統(tǒng)進行初步的整合,實現(xiàn)統(tǒng)一的傳輸和管理,而智能化更強調(diào)的是各系統(tǒng)間的互聯(lián)互控,有機協(xié)調(diào),統(tǒng)一集成等。

[1]GB 50215-2005,煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范[S].

[2]03X801-1,建筑智能化系統(tǒng)集成設(shè)計圖集[S].