矿井自动化平台的设计与研究

摘要：现阶段，我国矿井自动化平台中出现了很多问题，自动化平台的各监控系统之间无法实现信息的共享和集成，无法为煤矿企业决策者和管理人员提供具有时效性的数据支持。目前我国广泛使用的自动化信息平台是OPC数据服务器，这种网络技术可以实现煤矿各系统的信息资源共享。文章主要对矿井自动化平台的设计问题进行了深入研究。

关键词：矿井自动化；自动化平台；监控系统

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0104-02

1 我国矿井自动化建设发展现状分析

随着市场经济的发展，计算机信息技术的改革和创新，应用于煤矿企业的自动化系统有很多，如计算机应用系统、矿井监测系统、数据监控系统、数据维护系统等。但是大多数系统仍存在维护不便和开发性能差等缺陷，这些缺陷在一定程度上造成了矿产资源的浪费。由于煤矿自动化建设的各系统都存在信息化差异，所以各系统之间的运行信息无法得到及时交流，导致自动化系统运行时出现信息孤岛现象。

自动化平台的信息辅助决策和集中管理无法实现，其自动化矿井就无法完成安全运行，如何解决软件的缺陷使其系统数据相联系是现今技术科研工作者要研究的重要问题。现阶段的自动化平台主要通过光纤进行网络数据收集，利用煤矿企业内部的系统网络平台（服务器、浏览器、客户机）等多种模式相结合，进行实时数据访问，供工程管理人员绘制、监测、描述各系统设备的工作状态，以满足煤矿安全生产和宏观调控所需的实际要求。

2 矿井自动化平台系统结构

煤矿企业的矿井自动化平台主要应用的技术有：通信技术、计算机技术、自动控制技术。通过局域网和光纤传输系统，将井下开采工程进展和施工信息传输至地面的控制中心，由工程管理人员对施工设备进行远程操作。挖掘数据、施工设备信息、工程信息、监测信息等各类信息，都在控制中心的监测浏览器中实时显示，网络终端对不同信息进行不同程度运输，当显示数据出现“潜在故障”和工程事故时，控制中心的报警系统会随机发出预警、报警指令，并为管理人员提供合理的决策建议，使施工更加合理、稳定、可靠地运行。矿井自动化平台建设涉及到的工程理论有采矿理论、自动化理论、计算机网络信息工程

学等。

矿井自动化平台系统结构，由地表控制系统和井下生产监控系统组成。监控系统的组成硬件有：监控主机、PLC、工程人员工作站等；软件有：监控系统各职能软件、组态软件、监控软件、数据显示软件、数据分析应用软件等。控制系统的组成硬件有：数据中心（又称实时数据库）、OPC服务器、管理系统、网络信息服务系统等；软件有：OPC设计软件、数据显示软件、组态软件、数据分析应用软件等。

OPC服务器是控制中心的核心数据中心，其主要功能有两个：（1）借助OPC技术实现服务器的子系统连接，并对各子系统的工作数据进行实时采集，完成控制中心对信息数据的管理工作，实时保护工程数据的安全性、稳定性、时效性；（2）各系统网络信息的融合，通过ⅡS来响应外部数据和请求。

3 矿井自动化平台的数据库技术

实时数据库是矿井自动化控制系统的核心软件，是实时数据管理与共享的主要部件。需要具备以下功能：（1）集成现场总线和各控制系统的设备，使数据库提供具有统一性、时效性，为数据管理系统提供一个可靠的数据管理平台；（2）完成施工数据的采集、压缩、存储和管理；（3）信息数据的订阅和查询等功能。

3.1 数据库模型

OPC服务器有三层软件结构：管理层、应用层、接口层，它建立在Windows的应用程序和现场过程控制中心之间的桥梁。工程设备的实时数据信息，通过不同软件编写专用接口函数。OPC服务器是一个嵌入式设备驱动程序，使自动化系统平台具有时效性、开放性、连接性、稳定性。

3.2 RTDB的核心结构设计

实时数据库的核心功能是实现子系统和控制中心的数据连接，为控制中心提供实时决策数据，并对其进行数据分析。RTDB数据结构具有极强的可扩展性和可伸缩性，负责矿井自动化平台控制中心的多个处理系统，如：事故处理系统、设备维修处理系统、工程任务发配系统、故障抢修系统、故障维修系统等，可通过安全、灵活的管道连接模式，将点编辑中心、控制台、官道连接服务台、组态工具管理中心等外围子系统和扩展应用与健壮的运行核心分离。使系统的运行更具可靠性和灵活性。

3.3 OPC数据服务器

OPC服务器是信息自动化平台系统中典型的现场数据源程序，它可以通过OPC端口对各个系统设备的实施数据进行收集，OPC服务端口是由数据储存区、浏览器界面、硬件驱动程序、服务器接口等部分组成的，使系统各部分功能互相协作且有相对独立。

4 矿井自动化管理平台

矿井自动化管理平台应用OPC软件对其系统接口进行规范性设计，使管理平台具有Web浏览功能，通过浏览器显示信息的实时数据、动态图形、启停故障统计、趋势曲线等，实现管理平台对工程信息数据的分级管理。管理人员通过数据报表、故障记录、安全登记等措施保证矿井自动化管理平台的正常运行。矿井自动化管理平台针对煤矿施工特点环境还具备增值管理，矿井自动化系统管理平台结构的具体功能如下：

4.1 施工环境安全性评价

管理平台的区域评价可以通过不同施工环境，建立环境安全评估模型，根据施工环境参数，对其施工危险性进行测评，得出的测评结果具有统计学意义。

4.2 位置定位功能

为防止施工人员在煤矿开采过程中出现危险，管理平台对每个入井工人进行实时跟踪监测和定位，随时掌握工人的井下活动和位置，一旦发生事故，管理人员可以立刻从监视器中显示位置，确定事故现场的详细情况，并根据具体工人数量（被困人数、遇难人数）和遇难环境制定合理的抢修方案。

4.3 在线设备管理功能

矿井自动化平台的设备一般采用在线管理模式，结合设备管理系统、信息管理系统、监测管理系统等反映出的数据信息，宏观调控各施工装置，也可单独使用。

4.4 应急预案管理管理

通常情况下，矿井自动化平台系统都会建立一个针对各种故障的预案库，并定期对其进行完善和修改。施工过程中出现故障或自动化控制系统出现问题时会发出各种提示、预警、报警信号，应急预案管理平台会自动生成故障处理预案，为现场调度指挥人员提供可靠的、安全的、合理的抢修建议。

5 结语

我国矿井信息化和自动化建设发展迅速，目前大多数煤矿企业都相继成立了独立的自动化信息平台。本文通过研究矿井自动化平台的设计发现，监控中心要实现各子系统之间的信息共享和集成，就建立实时数据库，为控制中心提供信息数据支持，以实现矿井的自动化建设。

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作者简介：孔辉（1983—），男，河南人，神华神东煤炭集团有限责任公司技术员，助理工程师，研究方向：自动化技术在矿井中的应用。endprint