煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張炳輝

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦，河南 平頂山 467000）

1 引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，使得煤礦企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)和管理成為了可能。但是現(xiàn)在煤礦企業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)并沒有得到及時(shí)的更新與改進(jìn)，更重要的是，系統(tǒng)單獨(dú)存在，例如：排水自動(dòng)化系統(tǒng)、供電自動(dòng)化系統(tǒng)等。系統(tǒng)沒有進(jìn)行統(tǒng)一的管理，所以現(xiàn)有的系統(tǒng)多數(shù)存在著以下的問題：

1.1 經(jīng)濟(jì)資源浪費(fèi)。經(jīng)濟(jì)資源的浪費(fèi)主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)投資的浪費(fèi)和人力資源的浪費(fèi)。一方面系統(tǒng)單獨(dú)建設(shè)自然會(huì)帶來通訊線路、機(jī)房，控制系統(tǒng)的單獨(dú)建設(shè)，造成了重復(fù)投資和資源浪費(fèi)。另一方面，系統(tǒng)的獨(dú)立需要專門的人進(jìn)行管理和維護(hù)，白白浪費(fèi)了人力、物力和財(cái)力。

1.2 穩(wěn)定性與安全性較差。煤礦自動(dòng)化平臺(tái)相互獨(dú)立，各系統(tǒng)之間的信息不能得到有效的整合，造成系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性減低，可靠性和安全性更不能保障。更嚴(yán)重的是，煤礦設(shè)備故障并不是由單一系統(tǒng)引起，可能是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果，系統(tǒng)獨(dú)立不能對(duì)故障和隱患做出很好的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，企業(yè)的安全生產(chǎn)也沒辦法保證。

1.3 信息不能共享。各系統(tǒng)單獨(dú)存在，各成一體，不能做到良好的信息交流，系統(tǒng)的整體效益自然不能保障。同時(shí)，加大了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的難度，不能達(dá)到整體分析和監(jiān)測(cè)的目的。

2 煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

2.1 實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)備遠(yuǎn)程集中控制，并對(duì)其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。將設(shè)備和生產(chǎn)的運(yùn)行情況用動(dòng)畫模擬出來顯示在人機(jī)交互界面上，并能實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能。

2.2 將各個(gè)子系統(tǒng)整合起來，統(tǒng)一界面進(jìn)行管理，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)講通訊、關(guān)鍵部位的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障急停等功能。

2.3 建設(shè)一個(gè)調(diào)控與監(jiān)測(cè)中心，能夠?qū)ψ酉到y(tǒng)及相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，故障報(bào)警，并能提供遠(yuǎn)程協(xié)助診斷和維護(hù)。

2.4 將在線監(jiān)測(cè)得到的運(yùn)行數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、故障信息上傳至地面計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析。

2.5 實(shí)現(xiàn)有害氣體和地質(zhì)變化等隱患條件的監(jiān)控，并作出準(zhǔn)確的預(yù)警。

3 煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)由信息傳輸部分、數(shù)據(jù)采集部分、集中控制操作部分、語音圖像監(jiān)測(cè)顯示部分、現(xiàn)場(chǎng)傳感器部分、地面中心服務(wù)站六部分組成。

3.1 傳輸部分：煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的信息傳輸部分主要是用于各個(gè)子系統(tǒng)，設(shè)備與控制終端，傳感器和接受處理部分。各控制中心的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸，一般由隔爆千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)和礦用光纜組成。

3.2 數(shù)據(jù)采集部分：數(shù)據(jù)采集部分主要是用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況設(shè)備運(yùn)行情況、生產(chǎn)的工作環(huán)境進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)主要是由相應(yīng)的傳感器進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集進(jìn)行匯總和整理。數(shù)據(jù)采集部分主要由礦用顯示控制箱和通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成。

3.3 集中控制操作部分：煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的集中控制操作部主要分為礦上和礦下兩部分。包括：采礦設(shè)備的集中控制、電力系統(tǒng)的集中控制，給排水的集中控制等等，主要由礦用顯示控制箱、礦用顯示器、操作鍵盤，接線箱等設(shè)備組成。

3.4 語音圖像顯示部分：煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的的語音圖像顯示設(shè)備主要用于設(shè)備工況的顯示，各級(jí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況的顯示，報(bào)警的聲音提示，故障的語音幫助等等。主要由隔爆光纖攝像儀、本安擴(kuò)音裝置、急停開關(guān)組成。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)傳感器部分：煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)傳感器部分主要負(fù)責(zé)工作現(xiàn)場(chǎng)信息的收集?，F(xiàn)場(chǎng)的主要信息包括溫度、壓力、液位、流量、旋編、傾角、位移等等，根據(jù)不同的信息需求布置不同的傳感器。

3.6 地面中心服務(wù)站：地面中心服務(wù)站是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的大腦中樞，負(fù)責(zé)煤礦企業(yè)整體的運(yùn)作和故障的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。地面中心服務(wù)站主要由工業(yè)計(jì)算機(jī)、相應(yīng)的集控軟件和網(wǎng)絡(luò)組成。

4 煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

4.1 子系統(tǒng)的接入

煤礦企業(yè)現(xiàn)有的子系統(tǒng)為：智能電氣自動(dòng)化系統(tǒng)、主副井提升自動(dòng)化系統(tǒng)、排水自動(dòng)化系統(tǒng)、通風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)、選煤運(yùn)煤自動(dòng)化系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、井下水泵集控系統(tǒng)等。

由于煤礦企業(yè)之前存在單獨(dú)的自動(dòng)化系統(tǒng)，為了充分利用現(xiàn)有資源進(jìn)行子系統(tǒng)的接入，子系統(tǒng)一般可選擇PLC接入、上位機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)接入的形式。子系統(tǒng)接入后建立網(wǎng)絡(luò)連接，可以通過OPC通訊或驅(qū)動(dòng)通訊的形式進(jìn)行接入。

4.2 建設(shè)集成監(jiān)控系統(tǒng)

采用與煤礦生產(chǎn)相適應(yīng)的系統(tǒng)軟件進(jìn)行建設(shè)，要求部分建設(shè)和整體建設(shè)。部分建設(shè)包括每個(gè)子系統(tǒng)的建設(shè)，在每個(gè)子系統(tǒng)上都安裝自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。整體建設(shè)要求數(shù)據(jù)匯聚整理，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，動(dòng)態(tài)報(bào)表生成，生成趨勢(shì)分析、圖表分析，故障檢測(cè)與報(bào)警等功能。

4.3 建設(shè)調(diào)度管理系統(tǒng)

調(diào)度管理系統(tǒng)包括為管理人員提供相適應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)度辦公軟件。包括調(diào)度日志、換崗日志、會(huì)議記錄等。同時(shí)調(diào)度管理系統(tǒng)還包括應(yīng)急指揮系統(tǒng)。應(yīng)急指揮系統(tǒng)要求明確煤礦管理的各種安全制度，制作維護(hù)安全預(yù)案，并且能模擬事故發(fā)生影響范圍，提供逃跑路線等為應(yīng)急指揮提供有利支持。最后調(diào)度管理系統(tǒng)還包括能夠進(jìn)行調(diào)度資料的管理，能夠進(jìn)行煤礦安全規(guī)程、員工信息、事故信息等的管理，為生產(chǎn)提供全面的信息支持。

5 煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)

煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的軟件采用iFIX4.0。該軟件能夠?qū)⒌V井的系統(tǒng)，生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)與自身系統(tǒng)結(jié)合起來。系統(tǒng)軟件通過I/O驅(qū)動(dòng)，一方面可以通過人機(jī)交互將所需要的信息反映到計(jì)算機(jī)顯示器上，另一方面又可以將控制策略和參數(shù)下傳至機(jī)器設(shè)備上。

煤礦綜合系統(tǒng)平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)庫、I/O驅(qū)動(dòng)和HMI的設(shè)計(jì)三部分。

5.1 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)的核心部分，其中數(shù)據(jù)庫主要完成歷史數(shù)據(jù)的檢索和儲(chǔ)存、事故數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)、綜合數(shù)據(jù)的運(yùn)算與處理等任務(wù)。各數(shù)據(jù)庫通過內(nèi)部協(xié)議共享數(shù)據(jù)。

5.2 I/O驅(qū)動(dòng)

煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)與各設(shè)備，各子系統(tǒng)的連接靠的是I/O驅(qū)動(dòng)，是系統(tǒng)交互的橋梁和紐帶。

5.3 HMI設(shè)計(jì)

煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的控制操作窗口即HMI。在進(jìn)行HMI設(shè)計(jì)時(shí)，畫面的層次和布局是需要注意的因素。通過對(duì)HMI進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求軟件系統(tǒng)具備以下功能：（1）機(jī)器設(shè)備的集中控制和倉位控制。（2）實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)和運(yùn)行工況模擬顯示。（3）顯示及報(bào)警：控制箱對(duì)采集到的信號(hào)量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。（4）實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)和負(fù)荷中心遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。（5）實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)工作面設(shè)備部分工況及故障并傳輸?shù)巾槻塾?jì)算機(jī)和地面計(jì)算機(jī)。（6）監(jiān)控有害氣體（包括甲烷和一氧化碳）及氧氣。（7）操作和故障事件記錄到數(shù)據(jù)庫。

6 結(jié)語

煤礦自動(dòng)化子系統(tǒng)的獨(dú)立存在，嚴(yán)重制約著煤礦企業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)為煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高、安全生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供了保障。煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是主要包括子系統(tǒng)的接入等其他相關(guān)系統(tǒng)的建立。煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建立是復(fù)雜的工作也是有意義的工作。本文的介紹希望能給從事相關(guān)工作的人員以參考，為我國的煤礦綜合自動(dòng)化技術(shù)的研究貢獻(xiàn)微薄之力。

[1]馬月川，鄭晟.煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械工程自動(dòng)化，2010(5):130-132

[2]謝濤，朱俊平.基于工業(yè)以太網(wǎng)的煤礦綜合自動(dòng)化平臺(tái)[J].煤炭科技，2012(1):73-75

[3]吳麗珍，郝曉弘.基于Ethemet的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2006(9):85-87.

[4]張劍鋒.全集成自動(dòng)化在煤礦中的應(yīng)用[J].河北煤炭，2004(4):26-27.