礦井自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究

摘要：現(xiàn)階段，我國(guó)礦井自動(dòng)化平臺(tái)中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，自動(dòng)化平臺(tái)的各監(jiān)控系統(tǒng)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的共享和集成，無(wú)法為煤礦企業(yè)決策者和管理人員提供具有時(shí)效性的數(shù)據(jù)支持。目前我國(guó)廣泛使用的自動(dòng)化信息平臺(tái)是OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器，這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤礦各系統(tǒng)的信息資源共享。文章主要對(duì)礦井自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：礦井自動(dòng)化；自動(dòng)化平臺(tái)；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）01-0104-02

1 我國(guó)礦井自動(dòng)化建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的改革和創(chuàng)新，應(yīng)用于煤礦企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)有很多，如計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)維護(hù)系統(tǒng)等。但是大多數(shù)系統(tǒng)仍存在維護(hù)不便和開(kāi)發(fā)性能差等缺陷，這些缺陷在一定程度上造成了礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)。由于煤礦自動(dòng)化建設(shè)的各系統(tǒng)都存在信息化差異，所以各系統(tǒng)之間的運(yùn)行信息無(wú)法得到及時(shí)交流，導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)信息孤島現(xiàn)象。

自動(dòng)化平臺(tái)的信息輔助決策和集中管理無(wú)法實(shí)現(xiàn)，其自動(dòng)化礦井就無(wú)法完成安全運(yùn)行，如何解決軟件的缺陷使其系統(tǒng)數(shù)據(jù)相聯(lián)系是現(xiàn)今技術(shù)科研工作者要研究的重要問(wèn)題?，F(xiàn)階段的自動(dòng)化平臺(tái)主要通過(guò)光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集，利用煤礦企業(yè)內(nèi)部的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（服務(wù)器、瀏覽器、客戶機(jī)）等多種模式相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問(wèn)，供工程管理人員繪制、監(jiān)測(cè)、描述各系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，以滿足煤礦安全生產(chǎn)和宏觀調(diào)控所需的實(shí)際要求。

2 礦井自動(dòng)化平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦企業(yè)的礦井自動(dòng)化平臺(tái)主要應(yīng)用的技術(shù)有：通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)。通過(guò)局域網(wǎng)和光纖傳輸系統(tǒng)，將井下開(kāi)采工程進(jìn)展和施工信息傳輸至地面的控制中心，由工程管理人員對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。挖掘數(shù)據(jù)、施工設(shè)備信息、工程信息、監(jiān)測(cè)信息等各類信息，都在控制中心的監(jiān)測(cè)瀏覽器中實(shí)時(shí)顯示，網(wǎng)絡(luò)終端對(duì)不同信息進(jìn)行不同程度運(yùn)輸，當(dāng)顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)“潛在故障”和工程事故時(shí)，控制中心的報(bào)警系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)發(fā)出預(yù)警、報(bào)警指令，并為管理人員提供合理的決策建議，使施工更加合理、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。礦井自動(dòng)化平臺(tái)建設(shè)涉及到的工程理論有采礦理論、自動(dòng)化理論、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息工程

學(xué)等。

礦井自動(dòng)化平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由地表控制系統(tǒng)和井下生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)組成。監(jiān)控系統(tǒng)的組成硬件有：監(jiān)控主機(jī)、PLC、工程人員工作站等；軟件有：監(jiān)控系統(tǒng)各職能軟件、組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)顯示軟件、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用軟件等?？刂葡到y(tǒng)的組成硬件有：數(shù)據(jù)中心（又稱實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)）、OPC服務(wù)器、管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系統(tǒng)等；軟件有：OPC設(shè)計(jì)軟件、數(shù)據(jù)顯示軟件、組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用軟件等。

OPC服務(wù)器是控制中心的核心數(shù)據(jù)中心，其主要功能有兩個(gè)：（1）借助OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的子系統(tǒng)連接，并對(duì)各子系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，完成控制中心對(duì)信息數(shù)據(jù)的管理工作，實(shí)時(shí)保護(hù)工程數(shù)據(jù)的安全性、穩(wěn)定性、時(shí)效性；（2）各系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息的融合，通過(guò)ⅡS來(lái)響應(yīng)外部數(shù)據(jù)和請(qǐng)求。

3 礦井自動(dòng)化平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是礦井自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心軟件，是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理與共享的主要部件。需要具備以下功能：（1）集成現(xiàn)場(chǎng)總線和各控制系統(tǒng)的設(shè)備，使數(shù)據(jù)庫(kù)提供具有統(tǒng)一性、時(shí)效性，為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；（2）完成施工數(shù)據(jù)的采集、壓縮、存儲(chǔ)和管理；（3）信息數(shù)據(jù)的訂閱和查詢等功能。

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)模型

OPC服務(wù)器有三層軟件結(jié)構(gòu)：管理層、應(yīng)用層、接口層，它建立在Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制中心之間的橋梁。工程設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)不同軟件編寫(xiě)專用接口函數(shù)。OPC服務(wù)器是一個(gè)嵌入式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，使自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)具有時(shí)效性、開(kāi)放性、連接性、穩(wěn)定性。

3.2 RTDB的核心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的核心功能是實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)和控制中心的數(shù)據(jù)連接，為控制中心提供實(shí)時(shí)決策數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。RTDB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可伸縮性，負(fù)責(zé)礦井自動(dòng)化平臺(tái)控制中心的多個(gè)處理系統(tǒng)，如：事故處理系統(tǒng)、設(shè)備維修處理系統(tǒng)、工程任務(wù)發(fā)配系統(tǒng)、故障搶修系統(tǒng)、故障維修系統(tǒng)等，可通過(guò)安全、靈活的管道連接模式，將點(diǎn)編輯中心、控制臺(tái)、官道連接服務(wù)臺(tái)、組態(tài)工具管理中心等外圍子系統(tǒng)和擴(kuò)展應(yīng)用與健壯的運(yùn)行核心分離。使系統(tǒng)的運(yùn)行更具可靠性和靈活性。

3.3 OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器

OPC服務(wù)器是信息自動(dòng)化平臺(tái)系統(tǒng)中典型的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)源程序，它可以通過(guò)OPC端口對(duì)各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)施數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，OPC服務(wù)端口是由數(shù)據(jù)儲(chǔ)存區(qū)、瀏覽器界面、硬件驅(qū)動(dòng)程序、服務(wù)器接口等部分組成的，使系統(tǒng)各部分功能互相協(xié)作且有相對(duì)獨(dú)立。

4 礦井自動(dòng)化管理平臺(tái)

礦井自動(dòng)化管理平臺(tái)應(yīng)用OPC軟件對(duì)其系統(tǒng)接口進(jìn)行規(guī)范性設(shè)計(jì)，使管理平臺(tái)具有Web瀏覽功能，通過(guò)瀏覽器顯示信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)圖形、啟停故障統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)曲線等，實(shí)現(xiàn)管理平臺(tái)對(duì)工程信息數(shù)據(jù)的分級(jí)管理。管理人員通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表、故障記錄、安全登記等措施保證礦井自動(dòng)化管理平臺(tái)的正常運(yùn)行。礦井自動(dòng)化管理平臺(tái)針對(duì)煤礦施工特點(diǎn)環(huán)境還具備增值管理，礦井自動(dòng)化系統(tǒng)管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)的具體功能如下：

4.1 施工環(huán)境安全性評(píng)價(jià)

管理平臺(tái)的區(qū)域評(píng)價(jià)可以通過(guò)不同施工環(huán)境，建立環(huán)境安全評(píng)估模型，根據(jù)施工環(huán)境參數(shù)，對(duì)其施工危險(xiǎn)性進(jìn)行測(cè)評(píng)，得出的測(cè)評(píng)結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4.2 位置定位功能

為防止施工人員在煤礦開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)，管理平臺(tái)對(duì)每個(gè)入井工人進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)和定位，隨時(shí)掌握工人的井下活動(dòng)和位置，一旦發(fā)生事故，管理人員可以立刻從監(jiān)視器中顯示位置，確定事故現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)情況，并根據(jù)具體工人數(shù)量（被困人數(shù)、遇難人數(shù)）和遇難環(huán)境制定合理的搶修方案。

4.3 在線設(shè)備管理功能

礦井自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)備一般采用在線管理模式，結(jié)合設(shè)備管理系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)等反映出的數(shù)據(jù)信息，宏觀調(diào)控各施工裝置，也可單獨(dú)使用。

4.4 應(yīng)急預(yù)案管理管理

通常情況下，礦井自動(dòng)化平臺(tái)系統(tǒng)都會(huì)建立一個(gè)針對(duì)各種故障的預(yù)案庫(kù)，并定期對(duì)其進(jìn)行完善和修改。施工過(guò)程中出現(xiàn)故障或自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)發(fā)出各種提示、預(yù)警、報(bào)警信號(hào)，應(yīng)急預(yù)案管理平臺(tái)會(huì)自動(dòng)生成故障處理預(yù)案，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度指揮人員提供可靠的、安全的、合理的搶修建議。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)礦井信息化和自動(dòng)化建設(shè)發(fā)展迅速，目前大多數(shù)煤礦企業(yè)都相繼成立了獨(dú)立的自動(dòng)化信息平臺(tái)。本文通過(guò)研究礦井自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，監(jiān)控中心要實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息共享和集成，就建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為控制中心提供信息數(shù)據(jù)支持，以實(shí)現(xiàn)礦井的自動(dòng)化建設(shè)。

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作者簡(jiǎn)介：孔輝（1983—），男，河南人，神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)員，助理工程師，研究方向：自動(dòng)化技術(shù)在礦井中的應(yīng)用。endprint