基于物聯(lián)網(wǎng)煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)研究

趙明光

（云南省興云煤礦，云南 曲靖 650041）

根據(jù)煤礦產(chǎn)業(yè)“管控一體化”的需求，生產(chǎn)管理和過程控制都是自動化控制。而且這個控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是覆蓋整個礦井內(nèi)的一種系統(tǒng)，不僅僅能夠?qū)崟r監(jiān)控保障安全施工，還能夠保證采礦的生產(chǎn)效率，從而進(jìn)一步提升設(shè)施和設(shè)備的利用率。改變煤礦企業(yè)的管理方式，讓綜合自動化的控制系統(tǒng)覆蓋采礦和礦井的管理。煤礦自動化控制系統(tǒng)保證煤礦正常生產(chǎn)，而且安全程度是非常高的。

1 煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)研究和設(shè)計目標(biāo)

（1）進(jìn)一步提高煤礦的生產(chǎn)效率和管理水平，直接把系統(tǒng)得到的信息輸送給管理人員。對礦井進(jìn)行實時監(jiān)控，監(jiān)控煤礦井上和井下這兩個區(qū)域的生產(chǎn)信息。并且把這些信息有效地整合起來，以便以后能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。此外，還可以把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)起來，以便以后進(jìn)行評價和改進(jìn)方面的業(yè)務(wù)管理。

（2）實時了解煤礦設(shè)備的工作狀態(tài)，監(jiān)控安全生產(chǎn)的數(shù)據(jù)參數(shù)。而且還可以從總系統(tǒng)對礦井內(nèi)分布的子系統(tǒng)直接下達(dá)命令，對這些子系統(tǒng)直接進(jìn)行控制。煤礦和企業(yè)管理者之間的信息是互通的，通過互聯(lián)網(wǎng)實時進(jìn)行信息方面的交換。這樣有利于出現(xiàn)任何問題后及時解決，方便處理。

（3）每個煤礦開采的地區(qū)所在，覆蓋全自動化控制系統(tǒng)后，直接進(jìn)行調(diào)度中心的建立。這個調(diào)度中心主要對礦井內(nèi)各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和設(shè)備管理，進(jìn)一步實現(xiàn)了整個礦井的自動化控制和管理。通過控制系統(tǒng)面向生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，可以大大增加煤礦開采的安全系數(shù)。

（4）煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)的最大優(yōu)勢就是安全穩(wěn)定，通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)去控制系統(tǒng)實現(xiàn)礦井的開采。實現(xiàn)各地煤礦企業(yè)的現(xiàn)代化管理和現(xiàn)代化生產(chǎn)，并且逐步地去完善礦井開采和生產(chǎn)過程的管理。不僅能夠確保煤礦企業(yè)產(chǎn)生一定的收益，還能夠慢慢努力減少投資成本和開采的成本。

2 煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)優(yōu)勢分析

（1）系統(tǒng)管理比較集中。這個系統(tǒng)直接減少煤礦生產(chǎn)人員的配備，利用系統(tǒng)進(jìn)行管理。進(jìn)一步提高生產(chǎn)經(jīng)營的效率，從根本上實現(xiàn)“減員增產(chǎn)”的作用。讓礦井成為一個安全系統(tǒng)高且生產(chǎn)量高的礦井，過程控制和生產(chǎn)管理無縫對接，優(yōu)化礦井的管理和生產(chǎn)形式?？傁到y(tǒng)直接掌握全礦井人員的出勤情況和開采區(qū)井下的情況，生產(chǎn)管理人員可以直接在線進(jìn)行這些人員的管理?？梢韵到y(tǒng)監(jiān)控開采區(qū)井下的情況，如果有氣體產(chǎn)生任何變化情況，可以及時地采取應(yīng)對措施。保證安全，避免事故的發(fā)生。

（2）系統(tǒng)信息比較集中。系統(tǒng)主要以安全生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)化為中心，去監(jiān)測煤礦的實時信息。把這些實時信息和數(shù)據(jù)上傳給領(lǐng)導(dǎo)或者管理者，不同設(shè)備和人員間都可以實現(xiàn)這些信息的共享。建立數(shù)據(jù)倉庫，把煤礦運行的參數(shù)儲存起來。基于之后管理者查詢數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行綜合的評價，這些信息作為生產(chǎn)決策和規(guī)劃的依據(jù)。

（3）系統(tǒng)測控比較集中。整個礦井的生產(chǎn)和管理都在一個調(diào)度中心就行測控，處理大量的信息和數(shù)據(jù)。對煤礦開采設(shè)備是否穩(wěn)定運行進(jìn)行實時監(jiān)測，不同設(shè)備之間也可以同時聯(lián)合工作進(jìn)行開采工作。監(jiān)測煤礦井內(nèi)地下環(huán)境，可以及時發(fā)出安全預(yù)警。

3 煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各個系統(tǒng)

整個控制系統(tǒng)層層等級，同時，又實現(xiàn)了信息的傳遞和交流。整個結(jié)構(gòu)主要分內(nèi)信息層、控制層以及設(shè)備層。信息層只有一個系統(tǒng)存在，那就在最中心的組成部分控制管理系統(tǒng)。控制層有四個設(shè)備控制，分別是——配電控制、通風(fēng)機控制、輸送機控制和排水控制。而設(shè)備層的設(shè)備相對來說比較多一些，主要有排水泵、提升機、計量儀表、檢測儀表等。接下來，筆者在本文進(jìn)行詳細(xì)的分析，關(guān)于這三個層次的結(jié)構(gòu)。

（1）信息層及詳細(xì)分析研究。信息層主要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳達(dá)信息，使用的網(wǎng)絡(luò)為ETHEMET 網(wǎng)絡(luò)。這個控制系統(tǒng)是把調(diào)度中心的總系統(tǒng)跟礦井分布的各個子系統(tǒng)連接起來，進(jìn)而全面控制整個生產(chǎn)的過程?？刂葡到y(tǒng)使用的是工業(yè)以太網(wǎng)，通過以太網(wǎng)實時收集工作信息以及相關(guān)的設(shè)備數(shù)據(jù)等，而且可以分析工作狀態(tài)和情況去調(diào)節(jié)生產(chǎn)計劃，讓生產(chǎn)計劃靈活地根據(jù)實際進(jìn)行調(diào)整，靈活地進(jìn)行生產(chǎn)管理。出現(xiàn)任何問題后，可以及時地給出解決方案?？刂葡到y(tǒng)還負(fù)責(zé)礦井內(nèi)生產(chǎn)配備的開關(guān)控制，按照生產(chǎn)流程和計劃去進(jìn)行控制。是最重要的信息處理和計劃中心，就算實際開采過程中出現(xiàn)任何問題也可以及時地查看并給出詳細(xì)方案。整個自動化控制系統(tǒng)是一個非?，F(xiàn)代化的信息平臺，把各個系統(tǒng)如工業(yè)控制設(shè)備、自動化控制軟件等連接起來，可以讓煤礦企業(yè)管理人員進(jìn)行系統(tǒng)的管理。煤礦開采的作業(yè)環(huán)境非常惡劣，而且氣體狀況隨時可能發(fā)生變化產(chǎn)生安全事故。所以，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)是至關(guān)重要的，整個系統(tǒng)利用信息化技術(shù)去監(jiān)測和生產(chǎn)。

（2）控制層及詳細(xì)分析研究。控制層在這個系統(tǒng)中處于中間部分，起到的也是“承上啟下”的作用。讓不同的控制系統(tǒng)之間的信息和數(shù)據(jù)交換，并且使用PLC 進(jìn)行控制：①控制系統(tǒng)中的配電控制。配電控制也是通過以太網(wǎng)進(jìn)行控制，自動對變配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。保證各個單元用電的穩(wěn)定性，會進(jìn)行輸入和輸出電流的檢測。保證煤礦設(shè)備運行時電壓電流穩(wěn)定，平穩(wěn)進(jìn)行開采工作。在人機控制界面，可以進(jìn)行遙控控制、檢修控制以及監(jiān)測電流運行中的數(shù)據(jù)參數(shù)。防止電壓或者電流輸出過大引起事故，并且還會監(jiān)測電路的數(shù)據(jù)參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)會自動把這些運行數(shù)據(jù)生成記錄，生成系統(tǒng)的統(tǒng)計圖表。以便以后進(jìn)行維修時進(jìn)行參考，有利于及時排查錯誤。②控制系統(tǒng)中的通風(fēng)機控制。通風(fēng)機控制采用的是電控系統(tǒng)，有一個主控臺。利用高壓換向電制動切換柜、高壓饋電開關(guān)柜、可控制動力制動電源柜進(jìn)行控制，這樣的控制比較安全高效一些。通風(fēng)機的作用非常關(guān)鍵，在礦井下方設(shè)備進(jìn)行開采工作時，通風(fēng)機能夠稀釋和排除井下有害氣體、礦塵，同時，調(diào)節(jié)井下氣候條件。③控制系統(tǒng)中的輸送機控制。輸送機控制主要負(fù)責(zé)各個主運輸設(shè)備的控制，主要有四個控制設(shè)備。有煤工作面輸送機、井下上倉輸送機、主斜井輸送機、原煤帶輸送機等。輸送機設(shè)備開始運行后，使用AC 回路通，提升信號后去判斷開車方向。檢查制動油泵是否正常，再啟動電機。當(dāng)力矩達(dá)到15%后要松閘，給定速度要達(dá)到曲軌速度。再進(jìn)去曲軌1，到減速點自動減速后進(jìn)入曲軌2。最后，終點停車，實現(xiàn)全制動過程。④控制系統(tǒng)中的排水控制。排空控制系統(tǒng)分為兩個控制點，一個控制點是主排水系統(tǒng)，另一個控制點是變電所控制系統(tǒng)。變電所是專門為主排水供電的，為排水系統(tǒng)提供動力。主排水系統(tǒng)靠排水泵進(jìn)行運轉(zhuǎn)，主要把礦井涌水及時地排到地面，為井下創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，確保開采工作安全進(jìn)行。通過排水泵和管路把水從涌水點排到盤區(qū)水倉，再通過盤區(qū)水倉的固定排水設(shè)備把水排到主水倉，最后，由主水倉排水設(shè)備把水排到地面。此外，自動化控制系統(tǒng)還在排水設(shè)備處安裝了壓力傳感器，可以采集真實的排水?dāng)?shù)據(jù)。在主水倉也安裝了相應(yīng)的配備，測量水位計劃排水。及時地根據(jù)數(shù)位來控制排水設(shè)備的工作，而且還有相關(guān)的備用方案。

（3）設(shè)備層及詳細(xì)分析研究。這一環(huán)節(jié)主要是現(xiàn)場總線，是整個自動化控制系統(tǒng)的最末端。把相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備根對應(yīng)的PLC 控制器相連接起來，以使I/O 控制能夠正常監(jiān)測。連接數(shù)據(jù)后，從設(shè)備層把信息從控制層再發(fā)送到信息層。各個環(huán)節(jié)層層關(guān)聯(lián)運行，設(shè)備層也就是收集信息的基礎(chǔ)。

4 煤礦自動化控制系統(tǒng)中的生產(chǎn)管理系統(tǒng)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)跟控制系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)相互聯(lián)系，這個子系統(tǒng)主要對煤礦開采和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。收集完成這些信息后，進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計以及后期分析和評估。煤礦企業(yè)管理者也會查看生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以便統(tǒng)一進(jìn)行生產(chǎn)計劃方面的調(diào)度。實時掌控礦井下生產(chǎn)進(jìn)度，進(jìn)一步實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)自動化、現(xiàn)代化以及生產(chǎn)智能化。這樣煤礦企業(yè)的管理也就把碎片整合起來，實現(xiàn)信息管理化，全面地提升煤礦企業(yè)的管理水平，實現(xiàn)現(xiàn)代化的煤礦生產(chǎn)。

5 結(jié)語

在本文筆者研究關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)背景下，對于煤礦綜合自動化控制系統(tǒng)的相關(guān)分析。主要是希望煤礦生產(chǎn)可以更加安全和穩(wěn)定，能在一定程度上實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。提高煤礦企業(yè)對于礦井的生產(chǎn)管理和過程的控制水平，對于一些問題進(jìn)行超前監(jiān)控，避免安全隱患。讓礦井的開采數(shù)量增加，增強煤礦企業(yè)的生產(chǎn)水平；同時，還能有效提升我國煤礦企業(yè)“管控一體化”水平。