基于物联网的煤矿综合自动化控制系统

尹瑞光

（煤科集团沈阳研究院有限公司 辽宁省抚顺市 113122）

随着人们对资源的不断研发利用，世界上的各种各样的资源储备大量消耗，使得社会各界开始逐渐了解到经济发展不能依靠能源，需要迈向可持续发展道路。我国经济可持续发展提出减少能源消耗，生态环保的原则。

煤矿综合自动化控制系统，基于高质量、高效能、高规范的目的，同时根据信息网络建设整体规划的准则完成了相应的网络规划设计。由1990年开始，以网络为基础的应用信息科技获得了巨大的成就，使得企业的管理手段发生了转变，利用现有技术不断提升工作效率。目前在煤矿综合自动化控制系统依靠现代互联网科技对整个生产过程中强化管理并且对生产的每道工序进行控制，保证实现生产过程中的无缝衔接。就目前发展现状来看，煤炭行业在实际生产中会应用多项控制技术，并且实现快速发展，充分展示了现代技术的实际价值。实际生产利用逻辑控制器保证可编程，并且在各个控制系统内都配备了以太网通讯模块，能够有效保障信息通讯的平稳。针对煤矿综合自动化控制，一般要对其中一个工序开展控制以提升生产效率。所以各大煤矿公司都通过新的信息科技研发设计了煤矿综合自动化控制系统，有效加强煤矿生产的安全性，并基于物联网的发展情况开展了有关技术应用的研究。

1 煤矿综合自动化目的

煤炭井下采矿生产的工序比较复杂，做好日常开采运输还需要在过程中及时清洁、保证安全等，整个生产过程中还需要配备相关设施保证整个开采工作顺利完成。设施开发得到的煤炭通过运送机运送到井底煤仓，然后一起通过主井升降机运送到路面。煤矿综合自动化控制系统基于企业生产时的SCADA 的设计，在发展过程中充分发挥以太网SCADA 模式作用，实现自动化生产，保证开采工作正常运行并且提升效率、保证安全。

煤矿综合自动化控制系统的综合设计目的为：

（1）煤矿综合自动化利用中央控制室完成生产步骤全自动化，从而实现降耗增效的目标。系统对生产整个过程进行控制，控制成本投入，提高生产时的安全性能。

（2）通过矿场已有的生产资源，根据现代控制技术，基于安全平稳和成本控制原则，有效降低煤矿开采资金投入。

（3）在现代化发展过程中加强管理，让煤炭行业控制系统与之相适应。

（4）系统内部根据实际情况利用控制层给信息层提供辅助帮助，煤矿行业发展利用煤矿综合自动化控制系统向现代化过渡，并且在新型管理模式应用中实现生产环节的升级改造。

（5）煤矿综合自动化控制系统可以实现远程操控，方便日常对系统进行维护。

煤矿综合自动化控制系统想在作业层可以实现自动化的采矿和输送。利用建设煤矿综合自动化控制系统在煤矿中落实矿井生产自动化。利用对煤炭生产的各部分系统的实时自动控制，综合自动化系统可以实时的对生产资料进行采集、统计、研究、归纳和储存，健全了生产总过程的监管，以保证煤矿企业的收益。

2 煤矿综合自动化控制系统综合构造

想要确保煤矿综合自动化控制系统的时效性，确保所有层级间完成相互关联，在整个系统运行中保持稳定状态确保控制信息安全才能实现网络系统构建。

煤矿综合自动化控制系统实践应用要求系统网路构造为三级构造，包括：信息层、控制层和设施层。

首先是煤矿综合自动化控制系统信息层依托以太网并且基于煤矿业务发展实际情况，对整个过程的信息进行收集处理。所有的系统依照生产的实践状况可以巧妙地协调生产规划，下发命令控制生产设施工作，满足煤矿生产业务程序标准，制定合适的处理规划解决实际问题。其次是控制层通过工业以太网实现控制设施与工业监控设施之间的连接。利用控制层的设施可以完成单设施/多设施协同控制，以及完成实时智能控制。最后是设施层。这一层承担基础网络通讯功能，基于煤矿综合自动化控制系统的安全稳定性原则，尽量的缩减系统规划建设资金投入。

根据以上内容可以发现，煤矿综合自动化控制系统通过设施层关联以及承担实现信息传递，在控制层和信息层信息实现传输和反馈，整个过程中煤矿自动化控制技术利用以太网成为网络中的主管，优化整个网络内部的信息，实现网络信息自动化，是主体公司丰富的层次异构生产企业网络构建的一项内容。

煤矿综合自动化控制网络在应用过程中需要依托以太网、控制网和设备网，三种网络共同作用下连接成一个开放的整体，组成工业生产网络。

首先是信息层，煤矿综合自动化控制系统利用信息层进行数据处理，并且进行后续的决定任务，利用以太网技术让信息层实现系统控制，加强对生产中所应用的各项设备、网关进行控制，并且与人机端口以及自动化控制软件共同关联起来，基于整个系统实现对生产实践活动的控制。但是在生产中需要考虑现场环境的影响，煤矿综合自动化控制系统需要实施现场通讯，加强环境控制才能保持稳定，同时在目前工业网络快速发展普及，煤矿行业发展综合自动化控制系统利用工业以太网搭建信息平台，日常应用需要考虑系统的维修和系统使用中的更新换代问题。信息层采用因特内网络，利用这一网络，这一系统能够把煤矿生产控制平台与井下生产平台的计算机相互连接，并且在生产实践中直接把平台与井下作业控制板块的PLC 连接，基于此实现对整个生产系统的直接控制。

其次是控制层，作为煤矿综合自动化控制系统整体的中间也发挥着重要作用，承担解决控制处理器运算的功能。控制层的作用重点主要是对控制器之间的信息交替进行控制，集中把控统一管理，在控制层让系统控制处理设备正常发挥作用，通过煤矿综合自动化控制系统及时输入有效信息，实现信息的融合，在有效整合之后实现对每个接口的控制并且及时更换信息。在控制层发挥煤矿综合自动化控制系统真正价值需要严格按照国家相关的工业规范，相关设施设备需要利用PLC 进行控制，从整个流程的具体细节上控制生产环节。除此之外，煤矿开采井下作业也必须按照规范操作，相关设施设备贴有标识，设备必须满足生产条件，控制层也是利用工业以太网通过控制器的PLC进行自动化管理，特殊系统需要远程操控，利用现场总控网络连接使用。煤矿全面自动化控制系统的所有子系统主控PLC 通讯终端依照煤矿开采工业要求，尽可能确保数据运送安全。所有的子系统主控PLC 也需要发挥重要作用，除了基本的采集底层生产资料，还需要及时采集互动，实际对设备进行控制测试需要利用以太网通信模块。想要构建一个高性能、高可靠性的煤矿综合自动化控制系统，要求所有的控制子系统开展全面的设计。

最后是设备层，煤矿综合自动化控制系统的设备是其整体控制系统最基础部分。煤矿综合自动化控制系统在设备层发挥作用主要是进行控制和生产资料通讯。利用控制I/O 模块，能够直接把基础生产设备与相应的生产PLC 控制器进行直接联系。为了实现控制器之间点之间的信息替换利用煤矿全自动化控制系统的I/O 控制，电力监控、MCC 马达控制、变频器等是煤矿综合自动化控制系统所特有的，系统内部连线贯通，让煤矿综合自动化控制系统各个子系统能够收到现场设施数据。

3 煤矿综合自动化控制系统设计

3.1 运输机控制

煤矿综合自动化控制系统的重点运送设施是采用采煤工作面输送顺槽带式输送设备、石门和井下上仓带式输送机、主斜井带输送机等设施构成。不包括连采机挖掘工作面能够伸缩带式运输机，主井带式运输机应用变频/CST 调速系统，另外的带式运输机都是用了液体黏性软起动设备和带式运输机保护系统。矿井内部控制利用PLC 以主输送带式运输机作为载体实现对整个系统的综合控制，配备监控计算机，使用逆煤流延时控制输送，所有的控制设施间可以互相联系，出现异常或者由于配备设备启停就会输送异常警报。

（1）系统构造。作为煤矿自动控制系统的主干网需要利用因特内/IP 控制网络，设置了生产控制站和各个管理站，分别作为生产指挥中心的各个控制站。系统网络核心是树枝型构造，使得控制站都能够给予工业以太网进行关联。控制分站基于系统实现转换发展成双绞线电缆网络，网络中连接子系统内部控制器和相关模块，通过CPU 利用I/O 和设施网络完成现场设施控制和信息搜集。

（2）主井驱动机房主站，主要承担主井带式运输机和主井驱动机房的高低压配电，作为控制核心对所有生产输送进行控制，并且其任务是对系统里别的控制部分的信号管理和设施关闭。主井驱动机房作为主站会配备相应的配电控制平台，保证日常正常运转配备S7 型号核心控制器。

（3）井下带式输送机控制分站，分站控制需要在开采位置的槽部，煤矿井变电站中也有一部分井下带式输送机控制分站，具体实践利用传输机实现远控和控制，配备S7 型号核心控制器搜集和控制信息，模块连接网络利用工业以太网。

3.2 变配电控制系统

系统在地面实现控制采用36KV 变电站综合自动化系统一起控制，利用以太网连接煤矿综合自动化控制系统。其控制系统里包含：

（1）电力控制系统可以进行遥控、柜控和维修，基于其基本特性和手段保证电力供应的平稳性；

（2）电力控制系统对每个配电柜使用情况进行监控；

（3）通过电力控制系统监控可以收集高压回电的电气数值；

（4）电力控制系统的电器数值要开展储存，可以搜寻历史使用状况，以及得到相应的电流/电压使用统计资料；

（5）同步实现电力控制体系和煤矿整体自动化管控系统的管控，双重作用加强控制率和系统的反应速度。

3.3 主排水监管系统

煤矿开采生产中，需要保证主排水泵房的排水泵组电机的稳定性，这样不仅关系到生产还对作业安全有重要影响。因此排水泵主在生产过程里要采用对应的变电所针对性供电。井下设置自动控制装置，实现智能化管理。基于研究实践，加大对井下排水泵的排水出口管路的控制需要在合适的位置安装控制阀门。并且，基于系统控制需要在专门的排水总出水管要设置专门的压力和流和量传感设施，实现系统综合控制，不仅可以对排水资料进行收集，与此同时通过专门设定保持仓位配备，实时动态监控系统内部水舱水位。

煤矿生产实现综合自动化控制，利用工业级防爆PLC 进行监控实现综合自动化排水控制，监控过程中确保控制装置的安全性。一旦注水泵出现相应的事故，系统会自动开启备用水泵。

煤矿综合自动化排水控制系统里面想要减少系统的能源消耗，排水控制系统在设计过程里选择了功耗较低的中压气液两用射流控制设备。

煤矿综合自动化控制系统采用S7 控制器来成为排水控制的控制器。这一处理器的耗能较低、稳定性强，可以有效达成信息搜集和控制功能。

排水控制系统的总的控制部分要安放在矿井井下中央变电站。这一控制点是极其关键的双合一控制站。并且此控制点在作用中会与井下排水泵连接成为整体共同进行排水控制，构建起井下中央变电所控制系统。

3.4 通风机控制

煤矿综合自动化控制系统保证整体控制需求设定有效的通风机控制。煤矿综合自动化控制系统里，为了保障对井下通风机开展遥控、遥测和遥信控制实践性。不仅需要在矿井通风机房设置煤矿专业控制装置，并且要开展冗余设计。

3.5 生产管理

煤矿综合自动化控制系统利用统一控制完成对生产程序的全自动化控制，这里面，加强生产管理，利用生产控制子系统强化生产控制和生产管理。煤矿企业在生产实践利用控制系统实现现代化生产，远程操作实现生产协同调度。生产管理系统可以实施开展生产信息的搜集、统计和研究，健全生产的综合程序的控制和管理。

3.6 结论

以上分析的煤矿综合自动化控制系统基于确保生产安全性和稳定性的设计指导原则。在设计的时候，把现代广泛使用的先进技术的自动化控制计划融入煤矿生产程序里。根据现场实践，选取满足煤矿行业需要的工业化控制产品，建设网络生产环境。充分发挥煤矿综合自动化控制系统的价值，提升相关人员的专业认识，进而提升生产过程中的效率并且保证安全性。利用系统加强生产管理，对隐藏危害事先发出信号，保证设备安全运行。

4 总结

利用对煤矿综合自动化控制系统的有效管理，能够减少企业生产工作的资金投入，缩减对应的工作人员劳动量和工作强度，能够有效完成煤矿相应的开采、运输等设施的控制，能够保证煤矿综合自动化系统在矿井生产运行中发挥积极作用，其运行的安全性和可靠性使其具备优秀的推广意义。