礦山綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究及實(shí)踐

劉鵬南

（山東黃金礦業(yè)（萊西）有限公司，山東 青島 266000）

為了更好的展示綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，本文以山東黃金萊西公司為例介紹礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)內(nèi)容，使生產(chǎn)工作的運(yùn)輸、供電、通風(fēng)、排水等能力得到顯著的提高。礦井生產(chǎn)包含的內(nèi)容眾多，所以在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間會(huì)根據(jù)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作要求確定鏟裝、運(yùn)輸、開采、排水、供電專業(yè)等諸多系統(tǒng)，以往礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)沒有合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，使監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩者相互獨(dú)立，無法合理的整合信息，為解決相應(yīng)問題對(duì)礦產(chǎn)生產(chǎn)工作效率形成的影響，打造科學(xué)的通信管理架構(gòu)，通過綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提高礦山產(chǎn)的整體工作水平。

1 礦山綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

礦井生產(chǎn)工作因?yàn)楣ぷ鞯囟苇h(huán)境惡劣對(duì)生產(chǎn)作業(yè)形成不少的影響，為保證各項(xiàng)工作順利進(jìn)行，有必要加強(qiáng)對(duì)各環(huán)節(jié)工作系統(tǒng)的掌管力度，這也是礦山綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，解決傳統(tǒng)各子系統(tǒng)信息無法相互兼容的短板。目前，在通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)相繼出現(xiàn)的背景下，為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)保障，在各類設(shè)備逐漸完善的基礎(chǔ)上，為設(shè)備與相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用在礦山綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供可能。構(gòu)建滿足各類工作進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，面對(duì)各類系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，從而讓語音、視頻、文字等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，在數(shù)據(jù)合理應(yīng)用下為控制生產(chǎn)工作的進(jìn)行提供指導(dǎo)，保證工作可以順利開展，讓工作人員在安全的環(huán)境下工作，通過各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的科學(xué)管控，高效的完成生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，讓礦井生產(chǎn)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2 礦山綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的組成內(nèi)容

2.1 礦井千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

本文所舉的山東黃金萊西公司綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，將千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為各系統(tǒng)合理管控的基礎(chǔ)，在此期間應(yīng)用很多新興技術(shù)，比如控制領(lǐng)域技術(shù)以及通信技術(shù)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的管控，可以解決就地控制事故隱患，還可以合理的將各設(shè)備連接在一起，解決傳統(tǒng)設(shè)備脫節(jié)無法快速發(fā)揮工作效能的問題[2]。

目前，礦山生產(chǎn)需要打造具備良好信息統(tǒng)籌能力的自動(dòng)化控制平臺(tái)，在統(tǒng)一先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，合理配置系統(tǒng)參數(shù)，讓信息安全、可靠的傳輸，實(shí)現(xiàn)信息共享，指導(dǎo)礦山生產(chǎn)工作進(jìn)行，在此期間提高工作的效率。礦山作業(yè)環(huán)境非常惡劣，以往工作管控方式不科學(xué)，致使工作人員無法快速發(fā)現(xiàn)安全隱患，最終釀成安全事故，不僅會(huì)縮減企業(yè)在礦井生產(chǎn)的效益，還會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全造成巨大的威脅[3]。

使用自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)，在此期間可以通過技術(shù)驅(qū)動(dòng)，使礦井工作環(huán)境數(shù)據(jù)得到合理應(yīng)用，在環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)下使信號(hào)可以在0.3s內(nèi)快速恢復(fù)，提高礦井自動(dòng)化綜合系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。操作網(wǎng)站可以根據(jù)平臺(tái)接收的各類子系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成工作信息的分析，通過主控裝置發(fā)送指令，在整個(gè)過程中完成信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、控制等工作。在各類接口組件、WAP服務(wù)器、軟件與交換設(shè)備作用下，使信息實(shí)現(xiàn)共享，在局域網(wǎng)內(nèi)快速完成數(shù)據(jù)交換工作，在一體化自動(dòng)系統(tǒng)下高效的完成各項(xiàng)工作。

2.2 信集閉自動(dòng)化控制系統(tǒng)

在信集閉自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，考慮礦石鏟裝、運(yùn)輸與卸載等作業(yè)，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間必須以此作為考量要素，分析生產(chǎn)作業(yè)全流程，工作人員負(fù)責(zé)的工作任務(wù)，由于井下巷道眾多，交叉點(diǎn)非常繁雜，容易因?yàn)榈刭|(zhì)條件復(fù)雜、運(yùn)輸條件惡劣等因素，使安全管理工作難以有效開展。因此，設(shè)計(jì)信集閉控制系統(tǒng)需要保證列車進(jìn)入、電動(dòng)道岔位置、信號(hào)機(jī)顯示三者存在區(qū)間閉塞關(guān)系，且具備連鎖性。在人為故障或設(shè)備損壞的情況下依然可以完成對(duì)工作地段的監(jiān)管，防止事故發(fā)生，在自動(dòng)調(diào)車期間實(shí)現(xiàn)礦石車的調(diào)控工作，信集閉自動(dòng)化控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)工作方式不同，不在停車板動(dòng)道岔，在工作行為得到合理刪減的前提下，大幅度提高機(jī)車運(yùn)行效率，加快礦車周轉(zhuǎn)速度，在此期間通過減少啟動(dòng)次數(shù)、頻繁停機(jī)次數(shù)以及機(jī)車頻繁啟動(dòng)形成的各類故障事件，使礦井生產(chǎn)可以高效推進(jìn)。

目前，信集閉自動(dòng)化控制系統(tǒng)在礦井生產(chǎn)中的工作效果非常顯著，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，為-500m巷道生產(chǎn)運(yùn)輸工作安全進(jìn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障，還可以在系統(tǒng)監(jiān)管下降低工作人員的勞動(dòng)壓力，提高運(yùn)輸效率。信集閉自動(dòng)化控制系統(tǒng)在當(dāng)下礦井生產(chǎn)中，是一種工作效果非常好的機(jī)車控制系統(tǒng)，工作單位應(yīng)該根據(jù)工作需求以及技術(shù)發(fā)展情況，不斷優(yōu)化系統(tǒng)，看到其在未來具備的發(fā)展?jié)摿?，加?qiáng)對(duì)其的研究程度。

2.3 井下無人值守變電所系統(tǒng)

生產(chǎn)工作必須根據(jù)礦井安全生產(chǎn)與自動(dòng)化建設(shè)方面的要求，確定生產(chǎn)工作相應(yīng)的設(shè)備。35Kv變電站以及其他裝置均應(yīng)該根據(jù)礦山生產(chǎn)的實(shí)際情況，結(jié)合工作要求進(jìn)行自動(dòng)化改造。

通過設(shè)備對(duì)礦井工作區(qū)域進(jìn)行無死角的監(jiān)管，通過自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)無人值守，由此可以掌握監(jiān)測(cè)區(qū)域的情況，還可以防止人為因素引發(fā)安全事故。

井下無人值守變電所在設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)根據(jù)工作區(qū)域的情況分為井上低壓變電所與井下中央高壓變電所，應(yīng)該根據(jù)井下各設(shè)備的供電需求合理設(shè)計(jì)組態(tài)界面，對(duì)變電所運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全過程監(jiān)管，由此在控制中心完成監(jiān)管工作。通過分閘、合閘的操作，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性，組態(tài)界面可以展示報(bào)警歷史操作記錄等方面信息，通過井下無人值守并結(jié)合設(shè)備監(jiān)測(cè)得到的信息，模擬三相電壓，為工作更好開展提供重要參數(shù)。

2.4 礦井?dāng)?shù)字化圖像監(jiān)視系統(tǒng)

萊西公司在自動(dòng)化改造期間，分析傳統(tǒng)工業(yè)電視組網(wǎng)模式在工作中存在的種種問題，合理的設(shè)計(jì)系統(tǒng)改造方案，目前必須保證視頻信號(hào)可以無阻礙傳輸，因此采用總線方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井生產(chǎn)與其他環(huán)節(jié)工作的進(jìn)行情況。工作圖像信息可以由調(diào)度中心的大屏幕或是電視墻定點(diǎn)播放，由此完成對(duì)生產(chǎn)工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還會(huì)對(duì)重要信息進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。礦井?dāng)?shù)字化圖像監(jiān)視系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到數(shù)據(jù)信息收集需求，引入識(shí)別技術(shù)以及圖像技術(shù)，相應(yīng)技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化改良可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵地點(diǎn)警工作，系統(tǒng)擴(kuò)容異常便捷且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)過程中可以有效的削減生產(chǎn)作業(yè)所用的人力資源，節(jié)省大量的投資成本。

3 礦山綜合自動(dòng)化系統(tǒng)特征

井下生產(chǎn)工作存在較高的危險(xiǎn)性，為了在相應(yīng)條件下實(shí)現(xiàn)安全、高效的采掘作業(yè)，必須加強(qiáng)對(duì)工作區(qū)域的監(jiān)管，本文以山東黃金萊西公司為例，根據(jù)地區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，搭建千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在相應(yīng)平臺(tái)下建設(shè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，由此可以實(shí)現(xiàn)超深開采工作，使礦山建設(shè)在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的輔助下安全、高效進(jìn)行。在系統(tǒng)中采用圖像差分法與網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)互輔互助的方式，完成工作區(qū)域檢測(cè)，在網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)的加持下對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行科學(xué)的管控，一旦發(fā)現(xiàn)工作區(qū)段存在故障隱患便會(huì)快速報(bào)警，由此可以解決異常情況生產(chǎn)作業(yè)形成的安全威脅。使用光纖通信技術(shù)使綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字化水平得以提高，建立適合應(yīng)用在礦山建設(shè)中的數(shù)字化系統(tǒng)，完善技術(shù)體系內(nèi)容，保證采集工作可以高效進(jìn)行。

4 礦山綜合自動(dòng)化系統(tǒng)效益分析

礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的目的是提高礦井生產(chǎn)工作效率，通過系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)，可以通過掌握的井下各作業(yè)面的產(chǎn)信息，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)面環(huán)境等情況進(jìn)行合理監(jiān)測(cè)，在礦井生產(chǎn)作業(yè)期間快速發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，使工作人員可以快速掌握相關(guān)信息并進(jìn)行預(yù)防，由此創(chuàng)建安全的礦井生產(chǎn)環(huán)境，使工作安全、可靠的進(jìn)行，由粗獷式的管控變?yōu)榫?xì)化管理，生產(chǎn)工作也由傳統(tǒng)體力勞動(dòng)向腦力勞動(dòng)過渡。此一變化會(huì)瞬間提升產(chǎn)作業(yè)團(tuán)隊(duì)的整體技術(shù)水平，有利于業(yè)社會(huì)地位的提升。

5 結(jié)語

礦山生產(chǎn)在較大的難度，無法使各自動(dòng)化制系統(tǒng)良好的運(yùn)行由此會(huì)產(chǎn)生信息孤島，為了使礦山生產(chǎn)可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，當(dāng)下針對(duì)礦山產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，考量工作需求提出綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，建立綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，使各子系統(tǒng)可以相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)信息共享。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用在礦山產(chǎn)過程中已經(jīng)獲得良好的效果，當(dāng)下還需要根據(jù)現(xiàn)有工作收集到的信息，對(duì)礦井生產(chǎn)工作進(jìn)行合理的監(jiān)管，需要統(tǒng)一控制安全生產(chǎn)調(diào)度層、過程控制層與其他管理層，改變礦山粗放的管控模式，通過數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)倉庫的建立，分析生產(chǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，提高礦山生產(chǎn)的安全性。