浅谈煤矿综合自动化控制系统构成与实现

【摘 要】同美国、澳大利亚等国家相比，我国煤矿行业生产效率偏低，吨煤死亡率偏高，为了有效提高煤炭生产率，改善劳动生产条件，相继引用了煤矿综合自动化控制系统，它能够通过工业以太网实现全矿井生产系统、通风系统、排水系统、提升系统、供电系统与地面管理系统的集中控制，因而能从技术与管理上显著改善煤矿企业运行效率并取得较好的综合效应。作为煤矿行业研究的重要课题之一，煤矿综合自动化控制系统也是本文讨论的重点，笔者从系统特点、系统构成与了系统实现三方面进行了阐述，对实现煤矿的自动化生产具有重要意义。

【关键词】综合自动化控制系统；煤矿企业；系统构成

前言

煤炭在我国能源结构中所占的主体地位将仍然持续于未来大半个世纪，但我国90%的煤炭都以井工开采为主，生产隐患多，生产效率低，生产成本高，各种矿井事故（如瓦斯突出与爆炸事故、矿井突水事故、机电事故、顶板事故等）层出不穷，因此，有必要研究新型技术逐渐代替部分人力的作用。随着计算机技术的快速发展，自动化控制技术逐渐被运用到各个行业与领域中，基于现代化管理与安全监测系统的需要，在煤矿行业中安装采用综合自动化控制系统已成必然趋势。自该项技术在煤矿应用一二年以来，显著提高了矿井生产效率与安全系数，因此，大力发展自动化控制技术是新型现代化矿山企业建设与实现安全高产高效的必然途径。以下笔者将从煤矿综合自动化控制系统特点、构成与实现三方面进行详细阐述。

1 煤矿综合自动化控制系统的特点

煤矿综合自动化控制系统作为煤矿自动化总平台，实现了在地面对煤矿井上下诸多设备的可靠控制。

（1）采用光纤组建了煤矿井下工业以太网并形成环网，全矿井下胶带、轨道、供电、排水、通风、矿井提升、选煤等自动控制子系统均以现场总线等形式就近接入工业以太环网，同时，采用OPC及组态软件等技术接入软件平台，形成全矿井自动控制信息传输及处理的总集成平台，基于该平台实现了在地面集控中心对井下胶带、供电、排水、轨道、通风、压风、提升、选煤等设备的远程开停控制和在线监测，井下诸多环节和岗位实现了无人值守，大大减少了井下现场人员，提高了矿井安全水平。

（2）煤矿安全监控、人员定位等监测监控系统在地面接入煤矿自动化平台，实现了矿井自动化信息、安全生产监测信息的集成、共享和Web发布等功能，实现了对井下所有掘进头、工作面的瓦斯自动检测和超限自动断电、告警，实现了对井下所有重要地点的风速、温度、风门、局扇开停的自动监测，实现了对井下人员分布情况的在线监测和统计。

（3）建立了矿井自动化监控中心，具有大屏幕显示功能，控制功能，数据统计汇总功能，网络功能等，操作员站之间具备相互冗余功能。

（4）建立了矿井工业电视监视系统，将井下和地面各主要地点摄像机的信号传输到地面视频服务器，在集控中心显示和切换图像，为地面远程控制提供了必备的监视手段。

（5）建立了矿井移动通信系统，实现了井下现场与集控中心的清晰通话，为地面远程控制提供了畅通的联络手段。

（6）完成了煤矿综合自动化控制系统与煤矿管理网络安全对接，将煤矿井下现场的自动化信息、安全监测信息、井下视频与管理信息系统联通，通过Web等方式实现了各类信息在全公司的资源共享。

2 煤矿综合自动化控制系统构成与网络架构

2.1 煤矿综合自动化控制系统构成

矿山综合自动化系统以矿用千兆冗余工业以太环网为通讯平台，采用3层网络结构，将数据、视频、音频、通讯一条线路同网传输，基于VLAN、IGMP等工业以太网技术，通过优化资源配置，合理分配各系统的资源和带宽，确保重要数据的实时性和可靠性及各种情况下通信的畅通。通过光纤通信为骨干通信平台，将主井提升子系统、选煤厂控制系统、井下人员定位系统、带式输送机监控系统、井下供电无人值守系统、电力调度子系统等统一集成在一个骨干光纤软件平台上，构成一个统一的煤矿综合自动化信息管理平台。

2.2 煤矿综合自动化控制系统网络架构

煤矿综合自动化控制系统的主干通信网络使用千兆环型工业以太网，使用核心交换机将井上信息管理平台与井下各类自动控制系统互连，骨干网提供工业以太网接口，保证整个系统具有良好的可扩展性，骨干网一旦出现故障，可以迅速自适应恢复通信，保证整个系统的稳定性与可靠性。煤矿综合自动化控制系统的网络系统由井下网络和井上网络2部分构成，网络均为环型拓扑结构，2部分网络使用核心交换机完成互联。全矿骨干网络使用1000M工业以太网构建，为全矿各子系统提供方便灵活的工业以太网接口，地面、井下子系统均可以方便接入。

图1 煤矿综合自动化控制系统结构

煤矿综合自动化控制系统井上部分由核心交换机和以太环网组成，以太网使用千兆带宽，保证系统通信的稳定性与安全性，其他子系统接入附近的交换机，主网络通过地面网关交换机接入调度指挥控制中心网络。井下控制网络通过环形工业千兆太环网，构成井下生产过程控制自动化的统一软件平台。煤矿综合自动化控制系统结构图如1所示。

3 煤矿综合自动化子系统软件功能的实现

煤矿综合自动化控制系统使用统一的平台集成了电力调度子系统、压风机子系统、锅炉房子系统、中央回风井通风机子系统、副井提升子系统、井下带式输送机集中控制系统、考勤、人员定位和无线通讯系统等不同功能子系统。不同的子系统软件的实现主要采用组态软件完成，组态软件根据现场情况进行快速二次开发，真实模拟现场动画效果，有效处理数据。例如煤矿综合自动化控制系统中的井下主排水系统的监控软件需要实现水泵的在线监测和自动化控制。能对水泵的各项运行工况参数在线实时监测、统计和显示，通过智能专家系统使水泵始终处于高效的运行状态，通过故障参数进行分析预警，防止事故，控制操作程序，防止误操作，同时可根据操作员指令或预定控制程序，按要求自动完成水泵的定时启动、定水位启动、自动切换启动、智能经济运行等操作，自动控制分时运行、削峰填谷，即可现场操作控制，也可远程操作控制，实现水泵的高效经济运行和现场无人值守运行。通过组态软件可以快速高效的实现上述功能，利用组态软件设计的井下主排水系统监控界面形象直观，具体界面如图2所示。

图2 井下主排水系统监控界面

4 结语

煤矿综合自动化控制系统在地面远程控制井下设备，实现现场无人值守，不仅减人提效，也是煤矿“无人为安”思想的体现，对煤矿安全生产的发展具有重大意义。通过在煤矿建立综合自动化控制系统，可以实现在煤矿地面控制中心对井下胶带运输、轨道运输、供电、排水、压风、地面选煤设备的开停控制，并减少井下现场作业人员数量，从而可取得较好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[2]唐宝国.煤矿综合自动化及机电技术[J].信息系统工程，2014（06）.

[3]储璐.浅谈煤矿综合自动化系统架构及实施[J].山东煤炭科技，2008（12）.