煤矿综合自动化系统平台的设计与实现

张炳辉

(平顶山天安煤业股份有限公司八矿，河南 平顶山 467000）

1 引言

计算机技术与自动化技术的发展，使得煤矿企业的自动化生产和管理成为了可能。但是现在煤矿企业的综合自动化系统并没有得到及时的更新与改进，更重要的是，系统单独存在，例如：排水自动化系统、供电自动化系统等。系统没有进行统一的管理，所以现有的系统多数存在着以下的问题：

1.1 经济资源浪费。经济资源的浪费主要体现在经济投资的浪费和人力资源的浪费。一方面系统单独建设自然会带来通讯线路、机房，控制系统的单独建设，造成了重复投资和资源浪费。另一方面，系统的独立需要专门的人进行管理和维护，白白浪费了人力、物力和财力。

1.2 稳定性与安全性较差。煤矿自动化平台相互独立，各系统之间的信息不能得到有效的整合，造成系统整体的稳定性减低，可靠性和安全性更不能保障。更严重的是，煤矿设备故障并不是由单一系统引起，可能是多个因素共同作用的结果，系统独立不能对故障和隐患做出很好的监测和预报，企业的安全生产也没办法保证。

1.3 信息不能共享。各系统单独存在，各成一体，不能做到良好的信息交流，系统的整体效益自然不能保障。同时，加大了数据统计与分析的难度，不能达到整体分析和监测的目的。

2 煤矿综合自动化系统平台要实现的目标

2.1 实现采矿设备远程集中控制，并对其运行参数进行监控。将设备和生产的运行情况用动画模拟出来显示在人机交互界面上，并能实现故障报警功能。

2.2 将各个子系统整合起来，统一界面进行管理，并能实现对讲通讯、关键部位的实时监控、故障急停等功能。

2.3 建设一个调控与监测中心，能够对子系统及相应的设备进行在线监控，故障报警，并能提供远程协助诊断和维护。

2.4 将在线监测得到的运行数据、工况数据、故障信息上传至地面计算机，计算机建立统一的数据库进行分析。

2.5 实现有害气体和地质变化等隐患条件的监控，并作出准确的预警。

3 煤矿综合自动化系统平台的结构

煤矿综合自动化系统平台由信息传输部分、数据采集部分、集中控制操作部分、语音图像监测显示部分、现场传感器部分、地面中心服务站六部分组成。

3.1 传输部分：煤矿自动化系统平台的信息传输部分主要是用于各个子系统，设备与控制终端，传感器和接受处理部分。各控制中心的计算机之间进行数据信息的传输，一般由隔爆千兆环网交换机和矿用光缆组成。

3.2 数据采集部分：数据采集部分主要是用于对现场工况设备运行情况、生产的工作环境进行采集。数据主要是由相应的传感器进行采集，数据采集进行汇总和整理。数据采集部分主要由矿用显示控制箱和通讯协议转换器完成。

3.3 集中控制操作部分：煤矿自动化系统平台的集中控制操作部主要分为矿上和矿下两部分。包括：采矿设备的集中控制、电力系统的集中控制，给排水的集中控制等等，主要由矿用显示控制箱、矿用显示器、操作键盘，接线箱等设备组成。

3.4 语音图像显示部分：煤矿综合自动化系统的的语音图像显示设备主要用于设备工况的显示，各级系统的运行情况的显示，报警的声音提示，故障的语音帮助等等。主要由隔爆光纤摄像仪、本安扩音装置、急停开关组成。

3.5 现场传感器部分：煤矿综合自动化系统的现场传感器部分主要负责工作现场信息的收集。现场的主要信息包括温度、压力、液位、流量、旋编、倾角、位移等等，根据不同的信息需求布置不同的传感器。

3.6 地面中心服务站：地面中心服务站是煤矿综合自动化系统平台的大脑中枢，负责煤矿企业整体的运作和故障的监测和维护。地面中心服务站主要由工业计算机、相应的集控软件和网络组成。

4 煤矿综合自动化系统平台的设计实现

4.1 子系统的接入

煤矿企业现有的子系统为：智能电气自动化系统、主副井提升自动化系统、排水自动化系统、通风自动化系统、选煤运煤自动化系统、工业电视系统和安全监测系统、井下水泵集控系统等。

由于煤矿企业之前存在单独的自动化系统，为了充分利用现有资源进行子系统的接入，子系统一般可选择PLC接入、上位机或者网络接入的形式。子系统接入后建立网络连接，可以通过OPC通讯或驱动通讯的形式进行接入。

4.2 建设集成监控系统

采用与煤矿生产相适应的系统软件进行建设，要求部分建设和整体建设。部分建设包括每个子系统的建设，在每个子系统上都安装自动化监控系统。整体建设要求数据汇聚整理，最终实现实时监控，动态报表生成，生成趋势分析、图表分析，故障检测与报警等功能。

4.3 建设调度管理系统

调度管理系统包括为管理人员提供相适应的生产调度办公软件。包括调度日志、换岗日志、会议记录等。同时调度管理系统还包括应急指挥系统。应急指挥系统要求明确煤矿管理的各种安全制度，制作维护安全预案，并且能模拟事故发生影响范围，提供逃跑路线等为应急指挥提供有利支持。最后调度管理系统还包括能够进行调度资料的管理，能够进行煤矿安全规程、员工信息、事故信息等的管理，为生产提供全面的信息支持。

5 煤矿综合自动化系统平台的软件结构

煤矿综合自动化系统平台的软件采用iFIX4.0。该软件能够将矿井的系统，生产的控制系统，安全监控系统与自身系统结合起来。系统软件通过I/O驱动，一方面可以通过人机交互将所需要的信息反映到计算机显示器上，另一方面又可以将控制策略和参数下传至机器设备上。

煤矿综合系统平台的软件结构包括数据库、I/O驱动和HMI的设计三部分。

5.1 数据库

数据库是煤矿综合自动化平台的核心部分，其中数据库主要完成历史数据的检索和储存、事故数据的处理和存储、综合数据的运算与处理等任务。各数据库通过内部协议共享数据。

5.2 I/O驱动

煤矿综合自动化系统的软件系统与各设备，各子系统的连接靠的是I/O驱动，是系统交互的桥梁和纽带。

5.3 HMI设计

煤矿综合自动化系统的控制操作窗口即HMI。在进行HMI设计时，画面的层次和布局是需要注意的因素。通过对HMI进行设计，要求软件系统具备以下功能：（1）机器设备的集中控制和仓位控制。（2）实现设备运行参数检测和运行工况模拟显示。（3）显示及报警：控制箱对采集到的信号量进行实时显示。（4）实现采煤机和负荷中心远程诊断和维护。（5）实时在线监测工作面设备部分工况及故障并传输到顺槽计算机和地面计算机。（6）监控有害气体（包括甲烷和一氧化碳）及氧气。（7）操作和故障事件记录到数据库。

6 结语

煤矿自动化子系统的独立存在，严重制约着煤矿企业的发展与进步。煤矿综合自动化系统平台的实现为煤矿企业经济效益的提高、安全生产的实现提供了保障。煤矿自动化系统的设计与实现是主要包括子系统的接入等其他相关系统的建立。煤矿综合自动化系统的建立是复杂的工作也是有意义的工作。本文的介绍希望能给从事相关工作的人员以参考，为我国的煤矿综合自动化技术的研究贡献微薄之力。

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