矿井综合自动化和智能化的探讨

陈素玲 姚 义 周保飞

随着我国煤炭工业的发展和开采技术、开采装备及机电设备等水平的不断提高,人们对煤矿生产综合自动化和智能化的需求越来越迫切,要求也越来越高。经过多年的实践活动,综合自动化和智能化在煤矿的安全生产过程中所承担的分量越来越重,因此,当前我国煤炭行业的综合自动化和智能化正处在一个普遍建设和全面提高的发展阶段。那么对于一个生产矿井,其综合自动化和智能化具体是哪些内容,什么标准、水平,详细功能又是怎样。这些问题,就我们目前使用的规范、标准和手册等均没有给出一个详细的回答,因此很值得我们研究与探讨。

1 矿井综合自动化

一个矿井的运营可以分为两大部分:生产系统和管理系统,其生产系统又可按地理位置分为井下和地面,亦可按工艺流程分为掘、采、运和辅助系统,辅助系统一般有通(压)风、排水、提升、供电、保温、洒水等。当前无论是生产主系统还是辅助系统,一般均配置各自的自动化系统。这些自动化系统都是围绕它们各自生产系统的功能和要求而设置,即大部分的自动化系统是一个纵向的控制及管理系统,即它们是以星形的运行方式存在于一个生产矿井中,星的中心是矿井的地面调度中心。这样,对于任何一个自动化系统,就形成了一种纵向的管理方式。当前有一些矿井和自动化设备公司正研究和探索各自动化系统间的横向组合与融合,比如通过工业环网,将井下多个自动化系统进行整合,然后集中上传于调度中心,在调度中心各系统的显示、操控和数据储存仍是分别进行,这种方式只解决了井上井下的信息统一传输问题,在信息源和信息终端使用者仍是一种分散的使用方式,即使所有系统都集中到C-S(客户端—服务器)的 Web(网页浏览器)模式,但也是多种界面,多台数据服务器形式,因此只是外部的综合,并没有实现数据信息内在的一体化和综合化。

通常,在一个生产矿井中,涉及生产安全系统的有:1)电力监控系统:包括地面35 kV,10 kV变电站;井下中央变电所、采区变电所;2)井下主、辅运输监控系统;3)液压支架压力监测系统;4)综采工作面监控系统;5)主井运输监控系统;6)副井运输监控系统;7)锅炉房监控系统;8)地面辅助运输系统或选煤厂。

涉及矿井环境安全的系统有:1)安全监测监控系统;2)瓦斯抽放监测系统;3)通风机监控系统;4)矿用人员安全监测系统;5)大屏幕显示系统;6)工业电视系统;7)通信系统。

以上两种类型的自动化或监测监控系统在矿井的生产过程中均具有相当重要的作用,但相对来说,如果涉及生产安全的自动化系统发生了故障,只是对矿井的产量和经济效益有影响,而涉及人身安全和矿井环境安全的监测监控系统如果发生了故障,那产生的后果将是不可估量的,因此必须从技术措施和行政管理上保证这些系统运行的稳定和可靠。

对于涉及生产安全系统的自动化系统,大都是基于PLC和CAN总线的自动化控制系统,因此在数据源端可以将其进行整合,在数据的终端,可以将数据库,操控软件,使用界面等进行统一,这样就可以实现生产系统自动化的综合功能。要想实现这样的综合功能,必须考虑:1)各生产自动化系统提供方与研制方必须公开他们各自的内核程序;2)矿井的自动化系统集成商要有较高的集成能力,当然作为使用方和出资方也必须清楚的提出相应要求。从矿井各自动化系统建设的初始,就朝着综合化的方向努力,最终才能真正实现矿井生产系统的综合自动化,才能给决策者提供及时、全面的数据信息,从而做出正确的分析与决策。

对于涉及矿井环境安全的各监测监控系统,其工作原理有基于PLC的,有基于以太网络控制系统的,也有基于CAN总线的,同样将各系统整合到以太网标准的统一平台,实现信息的传输管理和应用。整合到以太网平台的好处是,下级设备层网络还是各自独立运行,这样既可以互不干扰,又可以信息共享,即使一套系统发生故障,也不会影响其他系统的正常使用。对于这种高级平台的系统整合,需要集成商和应用方共同研究制定信息共享方案,共同决定送于网络平台的主要数据、关键数据、触发数据等内容,从而实现数据信息的无缝衔接,以使网络平台发挥其更大的作用。

2 矿井智能化

我国目前为止,矿井智能化对大家来说还仅仅是一个名词而已。但建筑智能化和智能化建筑在我国已经是一个方兴未艾的产业,所以我们可以参考建筑智能化的内容来探讨矿井智能化。

首先我们来看03X801-1建筑智能化系统集成设计图集中对建筑智能化的相关描述:“随着现代通信、计算机网络、自动控制等技术的发展,建筑智能化系统逐渐增加,监控对象众多,内容广泛。为了实现各个系统之间信息共享、相互协调、互控和联动功能,综合管理需要将各个分离的系统有机地集成在一个相互关联,统一和协调的系统之中,这种解决方案就是系统集成。系统集成实现的关键在于解决各系统之间的互联性和互操作性,这就需要解决各系统之间的接口、协议、系统平台、应用软件等问题。”同样在矿井智能化中,各生产、辅助系统、环境安全监测的自动化系统内容亦不少,而且接口形式、通信协议、操作平台、应用软件各种各样,所以在矿井智能化系统集成中,关键也是解决各系统之间的互联性和互操作性,从而才能在矿井的调度中心形成一个相互关联,统一和协调的调度指挥系统。

只有将矿井生产和经营管理活动中的所有自动化系统实现了有机的统一、协调且可以互联互控,才可以称其为智能化矿井。但在一个大型的井工矿井中,将所有的自动化系统都集成到一个综合系统中是不合理和不可行的,因此可以按照一定的原则,将其划分为1个～2个集成系统,如前面所述,可将涉及生产系统各自动化集成到一个综合系统,将涉及环境安全和人员监测的,集成到另外一个综合系统;也可以按照矿井生产工艺流程的关系来划分,比如将综采工作面、主运输(提升)、地面生产系统等集成到一起,将通风、瓦斯监测、供电、排水等集成在一起,将人员定位、无线通信、工业电视等综合集成。当矿井实现了智能化管理后,一方面,各系统可以互联互控,自动运行,从而达到减员提效的目的;另一方面,对操作人员的工作更加简洁、省时省力,对管理者和决策者得到的信息会更全面、更及时,更有利于做出正确判断,从而正确的去指挥和调度生产活动或救灾行为等。

3 结语

自动化是基础,智能化是目标。没有成熟、先进、可靠的各工况自动化系统,智能化也就无从谈起,更不可能安全可靠运行。但“智能化”和“自动化”的区别又是显而易见的,自动化主要是指各生产系统和生产辅助系统的独立自动化,综合自动化是指将各自动化系统进行初步的整合,实现统一的传输和管理,而智能化更强调的是各系统间的互联互控,有机协调,统一集成等。

[1]GB 50215-2005,煤炭工业矿井设计规范[S].

[2]03X801-1,建筑智能化系统集成设计图集[S].