雁南煤矿矿井综合自动化系统改造

张志强+赵树权

摘 要：本文介绍了神华大雁集团雁南矿矿井综合自动化系统的规划、设计和改造，使雁南矿的自动化各系统实现异构条件下的互联互通与资源共享，构建统一的网络平台、统一的软件平台、统一的管理平台，以安全生产为前提，最大程度地避免重复投资及资源浪费，实现自动化子系统无人或少人值守，并对人员和设备实时管控，达到安全管理的一体化，优化人力资源配置，保障矿井安全高效生产。

关键词：自动化系统；信息化；PLC；系统改造

中图分类号：U66 文献标识码：A

0.前言

神华大雁集团公司雁南煤矿于1993年开工建设，1996年缓建，2003年复工，2005年12月投入生产。矿井可采储量23260.8万吨，设计年生产能力300万吨，服务年限77.5年，是呼伦贝尔地区第一对现代化立井提升矿井。全矿现有职工1066人，实行矿队两级管理，矿机关设有8个职能科室，基层单位设有5个区队。

矿井提升系统中的主井提升机引用德国西玛格、西门子公司生产的世界先进的内装摩擦式矿井提升机，副井提升机采用的是新一代机电一体化数字控制设备。矿井投入生产后，按照建设“两型三化”矿井的工作目标，深化企业管理，科学组织生产，当年达到一期180万吨设计能力。

随着开采工艺的变革，以及矿井提升、通风、運输等环节经过多年的重大技术改造，雁南煤矿安全、生产系统的机电装备水平及监测监控、人员定位系统有了很大的提高，这些子系统已具备自动化接入条件，为建设现代化、智能化的煤矿打下了坚实的基础。目前，从矿井信息化和综合自动化发展来看，距离集团数字矿山建设规划的现代化、智能化矿井的安全生产和综合管理要求还相差很远。主要是现有的矿井生产监控系统和自动化装置自成体系，处于“信息化孤岛”和“自动化孤岛”状态，信息不能共享，需要的光缆、电缆多，维护困难、造价高，无法形成“管控一体化”，矿井综合自动化平台的建立能够有效地解决这些问题。

1.改造方案

综合自动化系统改造内容主要是由工业以太网传输平台、一体化生产控制平台（集团信息公司自主知识产权软件）、安全生产执行系统（集团推广）及矿井各自动化子系统接入和改造接入几部分组成。本文主要阐述各子系统自动化改造完善方案。

（1）工业以太网传输平台

目前井下环网已经建设，只需增加一台核心交换机和地面环网的建设。已建成的管理网络平台采用技术成熟的星型以太网交换结构，骨干采用千兆光纤（1000Mbps）互联，接入层百兆（100Mbps）到桌面，工业以太网和管理网采用网闸进行物理连接，建立可满足日常办公、安全、生产、经营、监测控制等多种应用的高质量信息网络。

（2）一体化生产控制平台

①软件系统

一体化生产控制平台（综合自动化平台）位于神华数字矿山5层架构的L1设备层和L3生产执行系统之间，其监控的范围涵盖矿井生产的采掘、运输、地面生产、通风、供配电、供排水、安全等多个方面，主要完成面向设备的监视与控制。

一体化生产控制平台建成后，将实现以采、掘、机、运、通为核心的多专业数据集成、多手段的设备诊断监测、多维度的生产数据分析，实现各个系统之间的智能联动调用，为生产调度指挥提供运营决策辅助支持。

②数据中心硬件平台

系统硬件平台部署两台数据采集服务器为双机备用，部署两台实时数据库服务器，其核心功能是对来自数据采集服务器数据的存贮和管理，并为信息管理系统、生产过程信息系统提供实时和历史数据；部署1台关系数据库服务器，其数据来自冗余的数据采集服务器，生成历史数据，进行存储，对每个采集点配置历史存储周期；部署1台WEB服务器，工矿图和实时/历史数据通过WEB服务器发布给不同的部门使用、浏览；部署1台网管防病毒服务器，部署两台工程师站和6台操作员站。

（3）矿井自动化各子系统

①主井提升系统监控（接入）

雁南煤矿主井提升电控系统是由一套双CPU热备的西门子S7-400PLC+S7-300I/O通信分站组成。S7-400PLC与S7-300模块通过DP总线通信，监控计算机通过DP卡与PLC进行通信。

此提升系统是一套相对独立、自成体系的系统，具备接入集成条件。只是在此硬件上增加S7-400冗余PLC扩展以太网模块，通过以太网模式接入环网交换机。在软件上需厂家配合提供PLC点表，通过OPC方式接入综合自动化系统。同时，在主井车房配置一台带拾音数字摄像机，实现现场声音、视频采集，实现一体化生产控制平台对主井提升系统的远程监测和控制，达到具备无人值守的条件。

②副井提升系统监控（接入）

副井提升系统电控系统主控制器采用西门子S7-300软冗余模式，通过DP总线实现CPU、IO分站、监控计算机通信。

由于此系统是一套相对独立，自成体系的系统，具备接入集成条件。只是在硬件上增加S7-300冗余PLC扩展以太网模块，通过以太网模式接入环网交换机。软件上需厂家配合提供PLC点表，通过OPC方式接入综合自动化平台。同时，在副井车房配置一台带拾音数字摄像机，实现现场声音、视频采集，可实现一体化生产控制平台对副井提升系统的远程实时监测功能。

③井下排水系统监控（改造）

井下建有中央水泵房和采区水泵房两个泵房，中央水泵房有5台离心泵，采区泵房有3台离心泵。对中央水泵房进行自动化改造后，可实现远程就地对水仓水位实时监测、各阀门及水泵自动开停、各泵电力参数监测等功能，并根据液位情况、用电负荷自动启停、轮换水泵，达到无人值守要求。

中央水泵房配置两台矿用可编程控制器，分别采集传感器及水泵、闸阀信号，通过就地操作台实现就地监控，接入井下环网通过一体化生产控制平台实现远程监控。

④井下供配电系统监控（接入/改造）

井下供电系统由井下中央变电所、采区变电所组成。井下中央变电所高压开关柜与低压开关柜已经进行独立监控，设有独立的监控主机和监控系统。井下采区变电所内置19台高压馈电开关，15台低压馈电开关，4台移动变压器，3台照明综保。在井下中央变电所和采区变电所安装监控通信分站，变电所高压开关柜、高爆开关、馈电开关智能保护器通过RS485接口用屏蔽通信电缆直接并接到本变电所监控通信分站的RS485接口上，各开关智能保护器通过RS485总线与监控通信分站通信。监控通信分站内置以太网交换机通过网线连接本变电所千兆以太网交换机将通信信号传输到以太环网。

在地面调度指挥中心安装监控主机和专业组态软件，组成监控平台，监控主机通过以太网与井下变电所设备通信。通过软件处理，实现对电力系统的遥信、遥测、遥控、遥调和数据统计，生产管理功能。

⑤主扇通风系统监控（接入/改造）

主通風机房配置两台对旋式轴流风机，每台风机有两台电机，每台电机均由一台ABB变频器拖动。通风机配置风速、风温、负压、振动传感器，并接入风机预埋温度传感器，实时监测风机运行状态；对立式风门加装开到位、关到位传感器，对风门位置状态进行监测；在风机房配置plc控制器和就地触摸显示屏，采集各传感器、变频器频率参数、电流、电压参数及风机和风门的开停状态，控制通风机和风门的启停；控制器配置以太网模块，通过光电转换模块就近接入环网交换机；通风机房配置含拾音设备数字摄像机，实现对通风机环境的监测，摄像机通过网线就近接入环网交换机。

通风机监控系统接入后，具备风机、风门、相关安全参数等的远程实时监测和控制功能，能够就地/远程一键启停风机、一键反风、风机自动倒台轮换功能，达到无人值守要求。

⑥压风系统监控（接入/改造）

压风机房配置有4台上海飞和集团提供的FHOG-132F风冷式螺杆压缩机，每台压风机各配置1个风包，通过连接管理及阀门构成整个压风机供风系统。目前不能实现压风机系统的自动控制和自动倒台，也不能实现压风机的远程控制。改造方式如下：

更换主管路进气阀门、出气阀门为电动闸阀，更换排污阀为电磁阀；对气罐加装温压力传感器监测气罐压力，气罐温度采用已有传感器；在空压机配电柜加装低压电力采集模块，实现对各压风机电力参数采集；配置plc控制器和就地触摸显示屏，接入现有各压风机控制器、电力综保、电动阀门、电磁阀及压力、温度传感器，实现对整体空压机监测和控制；控制器配置以太网模块，就近接入环网交换机；压风机房配置一定数量含拾音设备数字摄像机，实现对压风机环境的监测，摄像机通过网线就近接入环网交换机。

压风机监控系统改造接入一体化生产控制系统后，具备压风机、阀门、气罐等远程实时监测和控制功能，能够根据气罐压力自动启停、倒台压风机，达到无人值守目的。

⑦智能灯房监测（接入）

目前，智能矿灯已建成，采用济源华科CLF100WG智能矿灯架及矿灯智能管理系统。由于智能矿灯系统自带计算机监控软件，且日常维护管理均需放置于灯房，因此设计从其上位机进行数据接入。接入方式为：硬件上通过智能矿灯监控系统计算机接入地面环网交换机；软件上需厂家配合，提供相应数据接口（开放数据或提供通用数据对接格式），完成软件及数据对接，集成到综合自动化平台。

2.经济效益

通过综合自动化系统改造后，实现在调度指挥中心集中监测监控井上、下生产安全信息、控制井上、下机电设备，做到部分机电设备无操作工，机电硐室无人值守，达到减人提效的目的。全矿井综合自动化改造完成后可以减少岗位人员20人，按照煤矿每人年6.5万元计算，年节约130万元。

参考文献

[1]郭志博.矿井综合自动化系统在煤矿的建设应用分析[J].内蒙古煤炭经济，2014（5）：48+50.

[2]韩建国.神华智能矿山建设关键技术研发与示范[J].煤炭学报，2016（12）：3181-3189.