礦井綜合自動化和信息化平臺的設(shè)計

【摘要】由于煤礦開采的特殊環(huán)境，容易發(fā)生事故，高產(chǎn)高效的對煤礦生產(chǎn)過程和全礦井生產(chǎn)安全環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控、監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息綜合利用等方面的網(wǎng)絡(luò)化、自動化和智能化則是煤炭行業(yè)發(fā)展必須要面對的問題。文中提出建設(shè)數(shù)字化礦井，構(gòu)架涵蓋煤礦企業(yè)經(jīng)營管理、安全監(jiān)控、生產(chǎn)控制、設(shè)備監(jiān)控，以礦井綜合自動化信息化平臺為主體，以礦用光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場總線等技術(shù)共同構(gòu)建的礦井綜合自動化監(jiān)測監(jiān)控信息平臺工程。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化礦井安全監(jiān)控綜合自動化信息化平臺以太環(huán)網(wǎng)

煤炭企業(yè)生產(chǎn)中傳統(tǒng)的自動控制是各PLC間沒有相互通訊，各自單獨(dú)工作，對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的情況不能與其他設(shè)備做出統(tǒng)一協(xié)調(diào)的調(diào)整，設(shè)備間的不兼容給技術(shù)人員增加了工作量和技術(shù)難度，維護(hù)工作費(fèi)時費(fèi)力。

一、系統(tǒng)總體技術(shù)設(shè)計

1.1礦井綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計要求

硬件設(shè)備選型符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。用于爆炸環(huán)境的設(shè)備，均通過國家煤安認(rèn)證中心認(rèn)定的檢測機(jī)構(gòu)的防爆檢驗(yàn)，取得“防爆合格證”及煤礦安全標(biāo)志證書。

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）信息管理層。信息管理層包括網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、視頻服務(wù)器和個人計算機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備、相關(guān)的管理軟件，網(wǎng)絡(luò)由基于TCP/IP的Ethernet組成，Ethernet貫穿于全礦各管理職能部門。（2）控制層。控制層包括信息層和控制層網(wǎng)關(guān)設(shè)備、信息中心的中央控制站、傳輸網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制分站、現(xiàn)場操作員站等組成。（3）設(shè)備層。設(shè)備控制層是由各個專業(yè)的生產(chǎn)過程監(jiān)測、監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成，完成煤炭生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的過程監(jiān)測及自動化控制。該層主要功能是實(shí)現(xiàn)對人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)、井下運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)等主要設(shè)備的控制與監(jiān)測。

1.3系統(tǒng)功能

（1）實(shí)現(xiàn)對安全生產(chǎn)系統(tǒng)的集中監(jiān)控。系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的集中監(jiān)控系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心可實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中各個子系統(tǒng)的集中監(jiān)控。利用工控組態(tài)冗余系統(tǒng)，各工作站功能相同，可用于對系統(tǒng)中各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測與控制，實(shí)際使用時可互為備用。（2）顯示功能。能實(shí)時顯示各膠帶機(jī)、風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、泵房、變電所、工作面等相關(guān)設(shè)施及所有信息狀況；當(dāng)被測參數(shù)超限、保護(hù)動作及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)改變后出語音、文字告警提示。（3）控制功能。具有遠(yuǎn)程啟動、停止、復(fù)位和測試功能，并可進(jìn)行地面遠(yuǎn)程編程、故障（保護(hù)）屏蔽及控制方式轉(zhuǎn)換、振動給煤機(jī)點(diǎn)動操作等功能控制。（4）故障自診斷功能?？蓽?zhǔn)確判斷故障類型、位置并能進(jìn)行圖像和語音提示以及打印輸出。（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計、匯總。對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，滿足報表統(tǒng)計、曲線圖、柱狀圖顯示并能打印輸出。（6）網(wǎng)絡(luò)功能。與其它集控系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)并納入全礦計算機(jī)局域網(wǎng)，供礦井信息中心、礦領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)部門隨時掌握井下各系統(tǒng)工作情況。（7）掉電保護(hù)。為防止系統(tǒng)突然斷電造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失以及控制失控，采用后備電源供電，保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。

二、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)平臺設(shè)計

2.1網(wǎng)絡(luò)平臺整體設(shè)計

系統(tǒng)采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、光纖通信和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，在環(huán)境惡劣、人員設(shè)備分散、有特殊安裝要求的礦區(qū)構(gòu)建一個符合要求的地面、井下千兆互聯(lián)環(huán)網(wǎng)與地面生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)網(wǎng)，形成一個礦井綜合控制和監(jiān)控的傳輸平臺。網(wǎng)絡(luò)的核心采用開放型標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP協(xié)議，支持環(huán)形冗余，鏈路聚集，提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的接入接口。

2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃

本方案設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫窃谡{(diào)度中心布置兩臺赫思曼生產(chǎn)的MACH4002-24G-L3P支持三層動態(tài)路由功能的核心交換機(jī)，每臺提供至少8個1000M光口，用于駁接環(huán)網(wǎng)；提供至少8個1000M電口，提供16個百兆電口用于駁接視頻服務(wù)器、全局工業(yè)控制網(wǎng)平臺交換機(jī)、各種服務(wù)器、上位機(jī)、操作站、工程師站等。

2.3平臺軟件特點(diǎn)

系統(tǒng)軟件平臺是系統(tǒng)穩(wěn)定和與其他系統(tǒng)互聯(lián)的重要保障，其具有以下特點(diǎn)：（1）標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議。系統(tǒng)采用的接口協(xié)議，均是在自控、以太網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)應(yīng)用方面標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的采用為與綜合自動化其他系統(tǒng)地互聯(lián)、互通奠定了基礎(chǔ)。（2）可擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計，功能的變更和子系統(tǒng)的添加不會影響整個系統(tǒng)地架構(gòu)。同時運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)整合數(shù)據(jù)，在為自身提供數(shù)據(jù)訪問的基礎(chǔ)上，也為ERP、OA等信息應(yīng)用系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，為后期的數(shù)據(jù)分析奠定了基礎(chǔ)。（3）客戶端零配置。系統(tǒng)支持B/S結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)極大地簡化了客戶機(jī)的工作，基本實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)零配置，使得維護(hù)工作只需要在服務(wù)器上進(jìn)行，所以本系統(tǒng)易于管理和維護(hù)。

三、結(jié)語

設(shè)計煤礦綜合自動化信息化系統(tǒng)集成平臺，可實(shí)現(xiàn)安全、生產(chǎn)、管理各環(huán)節(jié)參數(shù)的接入與匯總處理，并實(shí)現(xiàn)智能化控制方案，對現(xiàn)場子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。調(diào)度中心采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)共享機(jī)制，各級間可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展的無縫連接，調(diào)度信息處理平臺形成可將各類安全、生產(chǎn)、管理系統(tǒng)接入的中樞機(jī)構(gòu)，并通過提供規(guī)范化的接口成為各種智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)。