雁南煤礦礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造

張志強(qiáng)+趙樹權(quán)

摘 要：本文介紹了神華大雁集團(tuán)雁南礦礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和改造，使雁南礦的自動(dòng)化各系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)條件下的互聯(lián)互通與資源共享，構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、統(tǒng)一的軟件平臺(tái)、統(tǒng)一的管理平臺(tái)，以安全生產(chǎn)為前提，最大程度地避免重復(fù)投資及資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化子系統(tǒng)無人或少人值守，并對(duì)人員和設(shè)備實(shí)時(shí)管控，達(dá)到安全管理的一體化，優(yōu)化人力資源配置，保障礦井安全高效生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化系統(tǒng)；信息化；PLC；系統(tǒng)改造

中圖分類號(hào)：U66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

神華大雁集團(tuán)公司雁南煤礦于1993年開工建設(shè)，1996年緩建，2003年復(fù)工，2005年12月投入生產(chǎn)。礦井可采儲(chǔ)量23260.8萬噸，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力300萬噸，服務(wù)年限77.5年，是呼倫貝爾地區(qū)第一對(duì)現(xiàn)代化立井提升礦井。全礦現(xiàn)有職工1066人，實(shí)行礦隊(duì)兩級(jí)管理，礦機(jī)關(guān)設(shè)有8個(gè)職能科室，基層單位設(shè)有5個(gè)區(qū)隊(duì)。

礦井提升系統(tǒng)中的主井提升機(jī)引用德國(guó)西瑪格、西門子公司生產(chǎn)的世界先進(jìn)的內(nèi)裝摩擦式礦井提升機(jī)，副井提升機(jī)采用的是新一代機(jī)電一體化數(shù)字控制設(shè)備。礦井投入生產(chǎn)后，按照建設(shè)“兩型三化”礦井的工作目標(biāo)，深化企業(yè)管理，科學(xué)組織生產(chǎn)，當(dāng)年達(dá)到一期180萬噸設(shè)計(jì)能力。

隨著開采工藝的變革，以及礦井提升、通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)經(jīng)過多年的重大技術(shù)改造，雁南煤礦安全、生產(chǎn)系統(tǒng)的機(jī)電裝備水平及監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位系統(tǒng)有了很大的提高，這些子系統(tǒng)已具備自動(dòng)化接入條件，為建設(shè)現(xiàn)代化、智能化的煤礦打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，從礦井信息化和綜合自動(dòng)化發(fā)展來看，距離集團(tuán)數(shù)字礦山建設(shè)規(guī)劃的現(xiàn)代化、智能化礦井的安全生產(chǎn)和綜合管理要求還相差很遠(yuǎn)。主要是現(xiàn)有的礦井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和自動(dòng)化裝置自成體系，處于“信息化孤島”和“自動(dòng)化孤島”狀態(tài)，信息不能共享，需要的光纜、電纜多，維護(hù)困難、造價(jià)高，無法形成“管控一體化”，礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)的建立能夠有效地解決這些問題。

1.改造方案

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造內(nèi)容主要是由工業(yè)以太網(wǎng)傳輸平臺(tái)、一體化生產(chǎn)控制平臺(tái)（集團(tuán)信息公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件）、安全生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（集團(tuán)推廣）及礦井各自動(dòng)化子系統(tǒng)接入和改造接入幾部分組成。本文主要闡述各子系統(tǒng)自動(dòng)化改造完善方案。

（1）工業(yè)以太網(wǎng)傳輸平臺(tái)

目前井下環(huán)網(wǎng)已經(jīng)建設(shè)，只需增加一臺(tái)核心交換機(jī)和地面環(huán)網(wǎng)的建設(shè)。已建成的管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用技術(shù)成熟的星型以太網(wǎng)交換結(jié)構(gòu)，骨干采用千兆光纖（1000Mbps）互聯(lián)，接入層百兆（100Mbps）到桌面，工業(yè)以太網(wǎng)和管理網(wǎng)采用網(wǎng)閘進(jìn)行物理連接，建立可滿足日常辦公、安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、監(jiān)測(cè)控制等多種應(yīng)用的高質(zhì)量信息網(wǎng)絡(luò)。

（2）一體化生產(chǎn)控制平臺(tái)

①軟件系統(tǒng)

一體化生產(chǎn)控制平臺(tái)（綜合自動(dòng)化平臺(tái)）位于神華數(shù)字礦山5層架構(gòu)的L1設(shè)備層和L3生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)之間，其監(jiān)控的范圍涵蓋礦井生產(chǎn)的采掘、運(yùn)輸、地面生產(chǎn)、通風(fēng)、供配電、供排水、安全等多個(gè)方面，主要完成面向設(shè)備的監(jiān)視與控制。

一體化生產(chǎn)控制平臺(tái)建成后，將實(shí)現(xiàn)以采、掘、機(jī)、運(yùn)、通為核心的多專業(yè)數(shù)據(jù)集成、多手段的設(shè)備診斷監(jiān)測(cè)、多維度的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的智能聯(lián)動(dòng)調(diào)用，為生產(chǎn)調(diào)度指揮提供運(yùn)營(yíng)決策輔助支持。

②數(shù)據(jù)中心硬件平臺(tái)

系統(tǒng)硬件平臺(tái)部署兩臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器為雙機(jī)備用，部署兩臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，其核心功能是對(duì)來自數(shù)據(jù)采集服務(wù)器數(shù)據(jù)的存貯和管理，并為信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)過程信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)；部署1臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，其數(shù)據(jù)來自冗余的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，生成歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)每個(gè)采集點(diǎn)配置歷史存儲(chǔ)周期；部署1臺(tái)WEB服務(wù)器，工礦圖和實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)通過WEB服務(wù)器發(fā)布給不同的部門使用、瀏覽；部署1臺(tái)網(wǎng)管防病毒服務(wù)器，部署兩臺(tái)工程師站和6臺(tái)操作員站。

（3）礦井自動(dòng)化各子系統(tǒng)

①主井提升系統(tǒng)監(jiān)控（接入）

雁南煤礦主井提升電控系統(tǒng)是由一套雙CPU熱備的西門子S7-400PLC+S7-300I/O通信分站組成。S7-400PLC與S7-300模塊通過DP總線通信，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過DP卡與PLC進(jìn)行通信。

此提升系統(tǒng)是一套相對(duì)獨(dú)立、自成體系的系統(tǒng)，具備接入集成條件。只是在此硬件上增加S7-400冗余PLC擴(kuò)展以太網(wǎng)模塊，通過以太網(wǎng)模式接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。在軟件上需廠家配合提供PLC點(diǎn)表，通過OPC方式接入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí)，在主井車房配置一臺(tái)帶拾音數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)聲音、視頻采集，實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)控制平臺(tái)對(duì)主井提升系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，達(dá)到具備無人值守的條件。

②副井提升系統(tǒng)監(jiān)控（接入）

副井提升系統(tǒng)電控系統(tǒng)主控制器采用西門子S7-300軟冗余模式，通過DP總線實(shí)現(xiàn)CPU、IO分站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信。

由于此系統(tǒng)是一套相對(duì)獨(dú)立，自成體系的系統(tǒng)，具備接入集成條件。只是在硬件上增加S7-300冗余PLC擴(kuò)展以太網(wǎng)模塊，通過以太網(wǎng)模式接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。軟件上需廠家配合提供PLC點(diǎn)表，通過OPC方式接入綜合自動(dòng)化平臺(tái)。同時(shí)，在副井車房配置一臺(tái)帶拾音數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)聲音、視頻采集，可實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)控制平臺(tái)對(duì)副井提升系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。

③井下排水系統(tǒng)監(jiān)控（改造）

井下建有中央水泵房和采區(qū)水泵房?jī)蓚€(gè)泵房，中央水泵房有5臺(tái)離心泵，采區(qū)泵房有3臺(tái)離心泵。對(duì)中央水泵房進(jìn)行自動(dòng)化改造后，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程就地對(duì)水倉(cāng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、各閥門及水泵自動(dòng)開停、各泵電力參數(shù)監(jiān)測(cè)等功能，并根據(jù)液位情況、用電負(fù)荷自動(dòng)啟停、輪換水泵，達(dá)到無人值守要求。

中央水泵房配置兩臺(tái)礦用可編程控制器，分別采集傳感器及水泵、閘閥信號(hào)，通過就地操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)控，接入井下環(huán)網(wǎng)通過一體化生產(chǎn)控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

④井下供配電系統(tǒng)監(jiān)控（接入/改造）

井下供電系統(tǒng)由井下中央變電所、采區(qū)變電所組成。井下中央變電所高壓開關(guān)柜與低壓開關(guān)柜已經(jīng)進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控，設(shè)有獨(dú)立的監(jiān)控主機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)。井下采區(qū)變電所內(nèi)置19臺(tái)高壓饋電開關(guān)，15臺(tái)低壓饋電開關(guān)，4臺(tái)移動(dòng)變壓器，3臺(tái)照明綜保。在井下中央變電所和采區(qū)變電所安裝監(jiān)控通信分站，變電所高壓開關(guān)柜、高爆開關(guān)、饋電開關(guān)智能保護(hù)器通過RS485接口用屏蔽通信電纜直接并接到本變電所監(jiān)控通信分站的RS485接口上，各開關(guān)智能保護(hù)器通過RS485總線與監(jiān)控通信分站通信。監(jiān)控通信分站內(nèi)置以太網(wǎng)交換機(jī)通過網(wǎng)線連接本變電所千兆以太網(wǎng)交換機(jī)將通信信號(hào)傳輸?shù)揭蕴h(huán)網(wǎng)。

在地面調(diào)度指揮中心安裝監(jiān)控主機(jī)和專業(yè)組態(tài)軟件，組成監(jiān)控平臺(tái)，監(jiān)控主機(jī)通過以太網(wǎng)與井下變電所設(shè)備通信。通過軟件處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)管理功能。

⑤主扇通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控（接入/改造）

主通風(fēng)機(jī)房配置兩臺(tái)對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)有兩臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)均由一臺(tái)ABB變頻器拖動(dòng)。通風(fēng)機(jī)配置風(fēng)速、風(fēng)溫、負(fù)壓、振動(dòng)傳感器，并接入風(fēng)機(jī)預(yù)埋溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；對(duì)立式風(fēng)門加裝開到位、關(guān)到位傳感器，對(duì)風(fēng)門位置狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在風(fēng)機(jī)房配置plc控制器和就地觸摸顯示屏，采集各傳感器、變頻器頻率參數(shù)、電流、電壓參數(shù)及風(fēng)機(jī)和風(fēng)門的開停狀態(tài)，控制通風(fēng)機(jī)和風(fēng)門的啟停；控制器配置以太網(wǎng)模塊，通過光電轉(zhuǎn)換模塊就近接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)；通風(fēng)機(jī)房配置含拾音設(shè)備數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，攝像機(jī)通過網(wǎng)線就近接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接入后，具備風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、相關(guān)安全參數(shù)等的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制功能，能夠就地/遠(yuǎn)程一鍵啟停風(fēng)機(jī)、一鍵反風(fēng)、風(fēng)機(jī)自動(dòng)倒臺(tái)輪換功能，達(dá)到無人值守要求。

⑥壓風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控（接入/改造）

壓風(fēng)機(jī)房配置有4臺(tái)上海飛和集團(tuán)提供的FHOG-132F風(fēng)冷式螺桿壓縮機(jī)，每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)各配置1個(gè)風(fēng)包，通過連接管理及閥門構(gòu)成整個(gè)壓風(fēng)機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)。目前不能實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制和自動(dòng)倒臺(tái)，也不能實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制。改造方式如下：

更換主管路進(jìn)氣閥門、出氣閥門為電動(dòng)閘閥，更換排污閥為電磁閥；對(duì)氣罐加裝溫壓力傳感器監(jiān)測(cè)氣罐壓力，氣罐溫度采用已有傳感器；在空壓機(jī)配電柜加裝低壓電力采集模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)各壓風(fēng)機(jī)電力參數(shù)采集；配置plc控制器和就地觸摸顯示屏，接入現(xiàn)有各壓風(fēng)機(jī)控制器、電力綜保、電動(dòng)閥門、電磁閥及壓力、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體空壓機(jī)監(jiān)測(cè)和控制；控制器配置以太網(wǎng)模塊，就近接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)；壓風(fēng)機(jī)房配置一定數(shù)量含拾音設(shè)備數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓風(fēng)機(jī)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，攝像機(jī)通過網(wǎng)線就近接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造接入一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)后，具備壓風(fēng)機(jī)、閥門、氣罐等遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制功能，能夠根據(jù)氣罐壓力自動(dòng)啟停、倒臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，達(dá)到無人值守目的。

⑦智能燈房監(jiān)測(cè)（接入）

目前，智能礦燈已建成，采用濟(jì)源華科CLF100WG智能礦燈架及礦燈智能管理系統(tǒng)。由于智能礦燈系統(tǒng)自帶計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，且日常維護(hù)管理均需放置于燈房，因此設(shè)計(jì)從其上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接入。接入方式為：硬件上通過智能礦燈監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)接入地面環(huán)網(wǎng)交換機(jī)；軟件上需廠家配合，提供相應(yīng)數(shù)據(jù)接口（開放數(shù)據(jù)或提供通用數(shù)據(jù)對(duì)接格式），完成軟件及數(shù)據(jù)對(duì)接，集成到綜合自動(dòng)化平臺(tái)。

2.經(jīng)濟(jì)效益

通過綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)在調(diào)度指揮中心集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控井上、下生產(chǎn)安全信息、控制井上、下機(jī)電設(shè)備，做到部分機(jī)電設(shè)備無操作工，機(jī)電硐室無人值守，達(dá)到減人提效的目的。全礦井綜合自動(dòng)化改造完成后可以減少崗位人員20人，按照煤礦每人年6.5萬元計(jì)算，年節(jié)約130萬元。

參考文獻(xiàn)

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