矿井自动化与信息化的研究

卫文慧

（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

1 系统简介

矿井自动化与信息化系统包括电网在线监测子系统、主排水自动控制子系统、瓦斯监控子系统、变频自动控制子系统、综采在线监测子系统、无线通讯子系统、安全生产监控子系统、工业电视监控子系统、皮带运输监控子系统、人力资源管理子系统、计算机管理子系统、办公自动化子系统、领导决策管理子系统等。

根据矿井生产、地理、安全、设备、管理、市场和系统的安全性、扩展化、可管理性原则等，本文设计了一套自动化与信息化系统，可实现对矿井的生产设备进行控制和监测，可以实时、连续监测各种地理、安全、设备等信息数据，减少井下作业的人数，提高工作效率，还可以提高煤矿的安全和管理水平，有效的将监测监控、人员管理、安全生产等各系统有效的融合到一起，并通过软件分析处理在计算机进行显示，实现矿井生产设备的正常运行和灾害的预警及处理。

系统的基本功能：将各子系统进行实时监控，对环境参数、设备状态、故障诊断进行分析，并将数据上传至计算机，以画面和图表的形式表现出来，实现监测与控制。对各子系统进行合理的调整，降低煤矿企业的人力、物力成本，使各子系统在健康的状态下运行，实现管控一体化。当子系统和设备出现故障或通信中断时，能够保障整个网络的正常传输和安全。设备故障或监测点超限时，各子系统和监控平台应显示故障设备名称、报警点及数值，并将报警信息存入数据库，供统计分析和查询，建立历史数据库，实时存储数据，为统计分析提供依据，实现矿井的自动化与信息化。

2 系统硬件结构设计

系统硬件由管理应用层、网络层、设备层三层结构构成。管理应用层利用设备层提供的数据信息，使煤矿企业各个部门能够不受位置的限制，监测系统里的各种数据，为企业提供数据的支持，实现数据的实时监测和全矿安全生产的信息化管理，由于涉及煤矿的安全生产过程，因此需要采用用户身份认证等安全技术，管理应用层主要设备包括服务器、交换机等；网络层通过以太网，采集服务器和整个子系统的数据信息，并向设备层的控制器发送控制指令，完成各种控制、参数的监测、报警和趋势分析，网络层设备主要由服务器、数据库、交换机等设备组成；设备层采用现场总线，通过底层信息的实时传递从网络层中获取数据，采用以太网进行通讯，保证各子系统的实时性、安全性和可操作性，现场设备层由分站、传感器、控制装置、智能仪表、控制柜等组成。

3 系统软件结构设计

系统软件由数据处理与采集软件、系统配置软件、历史查询软件、图形编辑与处理软件、实时监测软件和数据上传软件等组成，软件采用浏览器、应用程序服务器和数据库服务器三层体系结构，实现整个系统的运行实时监测、控制与信息共享。集成平台和待集成系统选用同一组态软件，可以实现数据的无缝接入，在人机界面上，提供专业的图形库供用户在制作工艺流程图时使用，软件开放性、实时性、可操作性强，数据接入灵活，将不同技术层次和技术途径的系统之间进行数据交换，建立统一的安全报警信息管理平台，将安全、生产、管理中需要报警的信息（如超限报警、异常报警、设备运行故障、违章作业等信息）进行集中管理，并作相应的分析处理。在数据通讯方面采用动态链接库及多线程技术，实现实时响应及前后台监测数据的无缝链接，具有矢量化组态图显示功能，可随时显示监测数据、图形、曲线和报警点等数值，形成分析决策支持系统。

4 数据传输平台设计

数据传输平台要求：主干网速率：1000Mbps，传输方式：工业以太网，通讯模式：多主并发，通讯协议；TCP/IP，支持全双工/半双工，支持光纤冗余环网工作模式，冗余恢复时间短。由于各子系统所用设备和通信技术不同，为达到系统的自动有效控制，选择工业以太网TCP/IP 技术作为系统的通信标准，其通用性和兼容性强，其他总线结构方式均通过总线端口转换为工业以太网信息包，以满足系统良好的扩展性，为了保证数据的实时性和可靠性，各子系统内部采用现场总线方式通信，实现数据的共享，各子系统现场设备采集的数据经现场总线传输到控制器，然后通过以太网接口上传到工业以太网进行传输，采用不间断电源来保证网络节点设备的供电安全，整个数据传输平台采用交换机的环间耦合技术。

5 数据采集设计

本系统具有将各子系统数据进行实时的采集和处理，系统提供统一的数据接口，将管理系统和各子系统有机的联系，实现控制现场和系统的连接。采用标准的接口，系统支持环境参数监测、设备运行监测、安全监测监控、电视监控、人员定位管理、电网参数监测等各种子系统的软件适配，实现各子系统设备与数据采集服务器之间的物理链路连接，并对交互信息内容进行具体描述。系统初建时可根据需求和条件先建最急需的平台，然后分期增加各种子系统及不断升级，最后建成一个完善的自动化与信息化系统。

结语

矿井自动化与信息化系统把井上与井下的各子系统的数据及画面统一到综合自动化平台，实现了全矿井的数据采集、处理和共享，对煤矿实现人员监控、环境监控、设备监控，将整个矿井的生产信息集成化管理，为生产调度、决策指挥、矿井预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段。

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