浅谈矿井综合自动化系统在煤矿的设计与应用

韩晓江

【摘 要】矿山电力综合自动化系统将井下电网保护、控制、监视、测量、故障分析等功能集合在一起，减少停电时间、面积，使调度员根据监视情况，煤矿电力网络自动化系统是当前煤矿供电系统的主要发展方向。通过实践应用，完全实现了井下电力参数测控的现代化，保证了井下电网的安全使用，同时为煤矿井下变电所的无人值守化打下了一个坚实的基础。

【关键词】矿井电力；综合自动化；系统结构

21世纪煤矿开采技术最为显著的特点，是计算机技术的全面应用和其功能的最大发挥，并将主宰矿山。计算机技术能够使规划、信息、控制和监测等不同部门融为一体，从而使煤矿整个系统发生根本性的变化。煤矿电力网络自动化系统是当前煤矿供电系统的主要发展方向，井下电力设备实现自动化监测、监控，对保证井下供配电设备正常运行，确保供电系统安全意义重大。它将井下电网保护、控制、监视、测量、故障分析等功能集合在一起，目的是提高供电可靠性和供电质量，减少停电时间、面积，使调度员根据监视情况，在地面控制中心通过遥控、遥调等实现明智、必要的操作。煤矿电力网络自动化系统是当前煤矿供电系统的主要发展方向。

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。

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 600bit/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.自动化系统的实现

2.1子系统的接入

在硬件方面，采用三种方式：直接与子系统PLC控制器联接；直接与子系统控制器联接；与子系统控制主机联接。在软件方面：OPC协议接入方式；WEB接入方式；MODBUS协接入方式；PROFIBUS协议接入方式。

2.2建成系统情况

控制器和设备监控站所采集信息的实时传送；选用2台主备冗余的服务器作为网络数据采集服务器，将采集到的实时信息储存到实时历史数据库服务器，同时数据服务器可将重要的数据记录实时的发布；自动化系统网络平台通过网御安全“隔离”网闸设备和应用安全策略，在保证安全的前提下与企业信息管理网络进行了互联。

整个系统采用框架体系，环网交换机采用统一的标准接口，各个子系统可以动态加载到整个集成平台；各个系统间通过环网平台可完成信息的交换，实现了系统联动和信息的共享；完全解决了子系统间由于相互独立所造成的信息孤岛，达到了信息的全方位共享和融合。

综合自动化系统的建成，在矿井调度中心实现了对矿井综采工作面、顺槽胶带、主运输系统、锅炉房集控系统、辅助运输系统、通风机房、井下主变电所、井下主排水泵房、污水处理、洗煤厂系统等系统的远程监测监控，部分子系统实现了无人值守。调度人员和领导能够在调度室直观、快捷的了解生产一线情况，掌握重要设备的实时工况；同时能够在办公室企业网络调出工业网络平台的实时数据，随时掌握生产动态。通过对大量数据的采集、分析、挖掘、加工和处理，实现了管理人员对矿井生产的动态综合分析和管理。环型以太网的建立，使得技术人员方便的利用工业网络实现远程数据维护，极大提高了技术人员对各子系统的远程维护水平。

3.实施全矿井综合自动化系统需注意的问题

（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1000M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。

4.结语

煤矿综合自动化系统的建设，形成了统一的传输网络平台和统一的数据库平台，建立了一个具有安全运行、数据可靠、可扩展软件架构的生产管理平台，是整个矿井数字化、信息化建设过程中实现数据采集、数据整合、过程控制、数据发布的关键层。为实现工业网络和管理信息网络数据无缝连接，提供了统一的数据发布平台，为实现企业的智能决策管理打下基础，提高了企业的管理水平和竞争能力。 [科]

【参考文献】

[1]陆铮.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）.

[2]赵小虎，张申，谭得健.基于矿山综合自动化的网络结构分析[J].煤炭科学技术，2004（8）.

[3]朱文军，盛邦清.煤矿自动化控制系统整台的研究与应用[J].煤炭技术，2006（8）.