全矿井综合自动化系统的发展探析

仇 磊 刘颜福

（山东坤升控股有限公司，山东 淄博255067）

0 引言

近年来，计算机技术、通信技术和自动化技术在中国发展迅猛，随之煤矿的自动化系统得到进一步升级，自动化产品得到更广泛应用，这为信息化、数字化矿山奠定了扎实的基础。这些年的煤矿工业的发展实践证明，建立以信息化、自动化为标志的新型矿井已是煤炭企业实现增产高效、提高矿井安全、增强核心竞争力的必选路径。文章根据国外先进的最新的综合自动化系统（如美国Honey well公司的HI MASS系统）来分析我国全矿井综合自动化系统的现状与发展。

1 我国煤矿自动化的发展历程

我国煤矿自动化系统起源于20世纪60年代，当时根据国家综合部署，集合全国煤矿行业的电子、电控方面技术骨干，成立了一家煤矿行业唯一的专业自动化研究所。但当时条件艰苦，器件短缺，煤矿自动化只停留在简单的开停和闭锁控制，而且控制器体积庞大、可行性和安全性都差。20世纪70年代，老式继电器退休，取而代之的是晶体管和逻辑电路，这大幅度缩小了控制器体积，改善了控制功能，变得更加安全可靠。

1980年开始，煤矿行业的科研单位不断增多，我国自主开发了KJ90、KJ95、KJ4／KJ2000与KJG2000等监控系统，还借鉴引进了美国、澳大利亚等先进国家的先进技术。至此煤矿的自动化控制和检测系统才真正应用到实践中。

1990年后，计算机技术进一步发展，形成了专用的独立的监控系统，以单片机为核心控制单元，内部的信息输入以模拟形式、FSK形式、基带形式等简单的调制方式为主，传输电缆为矿用屏蔽电缆，传输速率在600～9 600 bit／s之间。这些系统大部分还是独立工作，很少有系统间信息的交换，每个系统的维护使用部门也不都一样。

进入21世纪后，以工业以太网为代表的信息网络技术迅速发展，煤矿各个专用的独立监控系统间的信息可以通过高速信息网实现快速的传输，两两之间的传输逐渐转变为总线传输方式，比如CAN总线、RS485、RS232等，并被广泛应用。随着技术的不断进步，煤矿的绝大部分矿井实现了煤矿生产、煤矿安全、矿用电力等监控系统，并通过高速监控网络整合形成综合的监控系统，由局部生产环节的自动化系统迈向矿井综合自动化的新方向。

2 全矿井综合自动化系统的结构分析

现代矿井都是信息化、数字化矿井，矿井综合自动化主要是指利用现代计算机与网络技术对矿井内的机电设备实现自动化控制，将煤矿的设备工况信息与环境安全信息统一展示在一个网络平台上，实现全矿井的检测、控制和管理一体化。通过发挥网络大型开放式分布控制系统的优势，衔接矿井生产各个环节，实现过程控制自动化、业务运转网络化，生产综合调度指挥网络化。对于煤矿的生产安全与运营情况实现实时远程监督，保证其顺利进行。全矿井综合自动化的体系结构示意图如图1所示。

图1 全矿井综合自动化体系结构示意图

全矿井综合自动化系统主要分为3层：信息层、控制层、设备层。从空间分布看，生产控制层涉及范围广泛，从地面上的各个专业调度室，直到井下的石门硐室。在井下部分，网络传输介质可以是光缆，节点设备均为嵌入式，可以是某个区域的信息采集控制站，可以是某个子系统的主控制机，也可以是协议转换器。生产控制器层就是一个汇总平台，将不同的监控单元或系统产生的不同标准信息进行加工，达到资源共享的效果，最大限度地优化信息资源利用率。其主要功能是实现对井下各安全参数的监测和对采区工作面采煤机械、提升机、运输机、通风机、水泵以及地面选煤厂、供配电等主要设备的控制与监测。

3 全矿井综合自动化系统实现的主要目标

全矿井自动化系统是煤矿自动化发展的新高点，是一个总平台，主要目标是实现地上对矿井下诸多设备的有效控制。

（1）采用光线组建全矿井下的工业以太网并形成环网。全矿井下的轨道、排水、供电、矿井提升、通风、胶带、选煤等自动控制子系统通过总线传输方式，全部接入工业以太环网，利用OPC及组态软件等技术再接入软件平台，形成全矿井自动控制信息传输及处理的总集成平台。该平台可以远程开停控制和在线监测上述设备，实现无人值守，节省大量人力资源，且提高了矿井的安全性。（2）煤矿的人员定位、安全控制等监控系统可以接入全矿井自动化平台，实现安全生产监测信息、人员信息的集成、共享等功能，实现对井下人员分布情况的在线监测和统计；实现对矿井下所有掘进头、工作面的瓦斯自动检测；实现对井下所有重要地点的风速、温度、风门开停的自动监测。（3）建立了矿井移动通信系统，可以进行井下现场与集控中心的清晰通话，实现对矿井通信情况的畅通无阻的地面远程监控。（4）建立了矿井工业电视监视系统，将井下和地面各主要地点摄像机的信号传输到地面视频服务器，在集控中心显示和切换图像，为地面远程控制提供必备的监视手段。

4 实施全矿井综合自动化系统需注意的问题

省人力和财力。（4）全矿井综合自动化系统是一个整体，它的运行需要坚实的基础（可靠的底层设备自动化）和完善的子系统建设，必须做到部分与整体共发展，最大限度地发挥其作用。目前存在的问题之一是有的矿井对底层设备自动化重视程度不够，需要增强建设。同时注意整体和局部的优化关系，局部应服从全局。（5）注意自动化系统中的软件建设。软件好坏的选择可以影响到自动化系统的正常实施。综合自动化信息的集成与加工，都需要软件的支持。系统软件采用组态化设计，将矿井环境监控子系统、各生产环节自动控制子系统以及系统自身完全整合。

（1）网络的选择。中小型矿井或自动化水平不高的矿井，可以选择基于工业总线的全矿井综合自动化系统，该系统价格低，系统可靠，不足之处是开放性稍差，无法三网合一；大型矿井或自动化水平达到较高程度的矿井，可以选用1 000 M工业以太网的全矿井综合自动化系统，价格适中，发展空间大，可以实施三网合一，是现在很多矿井的首选方案。（2）网络结构的选择。全矿井自动化的组网方式可以是星形、环形、双环冗余等，不同组网方式其功能和可靠性都不一样，可适用于不同规模的矿井。其中星形网络一般不具有冗余功能，可以适用于分支系统；环形网络具有冗余功能，可靠性很高，得到业界的广泛采用；双环冗型可靠性不高，不太适合综合自动化系统。（3）全矿井综合自动化系统是一个集技术、管理、经济于一体的复杂而庞大的系统工程。因此，在实施全矿井综合自动化之前，要做好详实全面的整体性设计与规划，不仅要采用先进的自动化技术，更要选用具有先进理念和管理才能的领导人员，统一指挥规划，按设计要求实施好每一步，尽量避免重复投资现象，节

5 结语

总之，全矿井综合自动化系统运用先进的信息化、自动化技术，通过在地面远程控制井下设备，以信息化技术改造和提升了传统煤炭行业，节省了人力资源，提高了生产效率，真正实现煤矿安全生产，意义重大，真正构建起一个平安的“数字化矿山”。

［1］陆铮，汪丛笑．工业以太网在全矿井综合自动化系统中的应用［J］．工矿自动化，2006（3）