煤矿自动化控制系统

　　一、煤矿自动化控制系统

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　　煤矿综合自动化系统由应用层、网络层、现场设备层的三结构构成。

　　应用层：采用统一的数据平台和登录界面，用户可以进行各子系统间互访。

　　网络层：主干网络采用千兆冗余工业以太环网，保证网络通讯的高带宽和可靠性，能接入工业控制、视频、音频、通讯等各种系统，现场采用百兆工业以太环网和多种矿用本安型现场工业总线，确保用户可兼容接入各种监控系统和设备;

　　现场设备层：由各种总线通讯分站、无线通讯分站、监控装置、智能仪表和传感器组成。

　　多数煤矿已经或即将建设多种自动化系统，如：提升自动化系统、排水自动化系统、主运自动化系统、通风自动化系统、供电自动化系统、选煤自动化系统、工业电视系统和安全监测系统等。这些系统大多是在不同阶段建设，通讯线路重复投资、重复建设;整体可靠性差，不利于煤矿安全生产;各种系统自成体系，需要专门、独立的值班和维护人员;各种系统自成一体，信息不能互通，不能发挥自动化系统的综合效益;系统维护量大，维修、维护困难。

　　因此，为了从系统工程的角度整体上对矿山进行统一的自动化管理，防止"信息孤岛"现象，有效整合各种资源和发挥自动化集成的*大效益，需建立统一的煤矿自动化控制系统。

　　二、系统目标

　　1、采用实时以太网技术，在井上下建立实时工业以太环网，真正做到井下无人值守，实现对全矿安全、生产的远程集中监测与控制。

　　2、通过支持实时以太网技术的千兆工业以太网真正在煤矿实现管控一体化。

　　3、通过实时高速多媒体宽带自动控制及综合信息平台，实现数字化矿井。

　　总之，系统建成后，设备稳定，传输可靠，系统安全，实现三网合一(电信网、广播电视网、互联网)，达到监、管、控一体化及减员增效的目的，建成本质安全型的数字化矿井。

　　三、系统功能

　　1.在物理上和逻辑上都要考虑到网络信道的冗余，确保网络通路的安全和无单点故障。

　　2.当系统某一子系统的通讯或元器件出现故障时，不能影响其他子系统的通讯和整个网络的传输性能。

　　3.硬件设备选型须符合有关国家标准和行业标准，并通过国家技术监督局认定的检测机构的型式检验。用于爆炸环境的设备，还必须通过国家技术监督局认定的检测机构的防爆检验，并取得"防爆合格证"。下井设备还应取得国家煤矿安全局的"煤矿安全标志"。

　　4.对于井下部分的系统和网络部件要充分考虑满足防爆、防尘、抗高温潮湿和电磁干扰的要求，必须经过煤安认证。地面系统要考虑防雷和抗电磁干扰等。

　　5.系统在集控中心能及时、准确地采集各个子系统的生产工况、生产和安全参数，并以画面和图表的形式表现出来，同时可以根据生产和调度的要求起、停现场的设备。

　　6.系统可靠性高、稳定性强。人机界面友好，操作简单，维护方便。

　　7.充分考虑先进性、实用性和兼容性，做到扩展容易，升级方便，并能做到异构子网的互连。

　　8.实时数据显示：实时显示各监测点的当前状态或数值。可分类显示或全部显示。

　　9.当设备故障或模拟量超限时，监控子系统与自动化平台同步显示故障设备名称、报警测点名称及数值，并将故障信息和报警信息存入数据库，供以后统计分析。

　　10.在服务器中建立综合历史数据库，定时将监测数据写入数据库，为今后的统计分析提供参考。

　　11.充分考虑系统和数据的安全性。系统应具有较强的身份认证机制、完善全面的日志、数据备份和病毒防护功能。

　　四、系统设计

　　4.1网络传输平台

　　1.通过1000兆工业以太网交换机，能够将地面井下的数据信号、图像信号、音频信号统一传输到调度中心，实现三网合一。

　　2.通过在地面井下关键地点，设置工业以太网交换机，能够就近将附近的PLC等自动化设备接入到交换机上。

　　3.通过多台工业以太网交换机，在地面井下形成一个工业以太网的环网，提供标准的TCP/IP传输服务，以替代以前的传输通道。

　　4.要求网络延时小，传输性能稳定可靠，环网的故障恢复时间<300ms。

　　5.考虑到要接入大量数字视频摄像头，网上数据流量较大，采用实时通讯技术，为实时控制数据在千兆环网上提供专用传输通道，在传输时与TCP/IP数据相比具有优先性。

　　6.采用工业级设备，保证系统的可靠性。

　　7.网络平台无单点故障，系统故障时可自动切换，保障可靠传输。

　　4.2集成监控平台

　　1.系统容量：系统输入/输出点位能够满足可采集无限个监控点;巡检周期符合行业规定。

　　2.高可用性和冗余功能：组态软件采用Client/Server架构，在调度中心设立两台互为冗余服务器，数据集中存储在两台服务器上，两台服务器间自动实现数据的同步，并互为热备，当某台服务器故障时，另一台自动接替，以防止数据丢失或控制失控。

　　3.具有友好的操控界面，丰富的全汉字的图形组态，可实现复杂漂亮的图形画面，并支持动化技术、图形缩放技术、多级窗口技术，各种数据、曲线、各种仪表盘等的实时显示，并能方便地进行多画面切换;当设备故障或模拟量超限时，监控子系统与自动化平台 同步显示故障设备名称、报警测点名称及数值，并将故障信息和报警信息存入数据库，供以后统计分析。

　　4.显示功能：系统在调度中心能实时、准确地采集各个子系统的数据，并以画面和图表的形式表现出来，在任何一个操作站上，操作人员根据授权可以监视各子自动化系统的设备运行情况，同时可以根据生产和调度的要求控制现场的设备。

　　5.打印功能：能实时或按时间段打印各子系统相关设备的运行参数和运行状态，如开停状态、故障类型、故障发生时间等。

　　6.实时数据管理界面的功能：生成实时数据库，实时数据库在线监测、实时数据库的在线修改。系统具有编辑态、置数态和运行态三个状态，在编辑态下可修改系统的一些静态和统计数据，在置数态下可对一些动态数据进行修改，在运行态下只能对实时数据进行监视。

　　7.报表曲线功能：系统提供自由制作报表的工具、报表编译器，它是图文合一的报表组态工具，有丰富的编辑手段，可生成各种图文并茂的图形报表。报表包括日报、周报、旬报、月报、季报、年报。曲线画面形象地显示了作为时间函数顺序数据，可显示历史、当前和将来的变化趋势，即历史趋势曲线。实时曲线画面只反映画面显示时刻一定时间间隔的实时数据的变化趋势，历史趋势曲线画面则反映给定某个时间段的实时数据变化趋势。通过报表、曲线将矿井的各个主要参数连续的记录，以曲线的方式记录并保存，以便以后的查询，调用管理。

　　8.历史事件记录功能：按时间顺序，将各个历史动作的顺序、时间记录下来，供事后分析用。

　　9.事故追忆功能：在某传感器输出超过预警门限时，把系统中的主要参数记录下来，供事后分析用。时间段长度可由系统维护人员在系统数据库中修改，事故前追忆点数和事故后延续点数也可在参数中修改。

　　10.控制功能：控制软件实现的控制具有远程启动、停止、复位和测试功能，并具有可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式 转换等功能。

　　11.故障自诊断功能：应具有强大的系统自诊断功能与故障报警功能，可准确判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示以及打印输出，易于管理与维护;

　　12.系统维护和可扩展性：在工程师站上可以进行组态编程，同时兼做网管工作站，当系统监控需求变化时可以很方便的自行调整。同时，应为将来新上的自动化系统留下接口，可以方便地组态和集成。

　　4.3系统接入平台

　　1.硬件接入：支持PLC接入方式、子网络接入方式、上位机接入方式、扩展接入方式。

　　2.软件接入：支持驱动接入方式、OPC接入方式。

　　下图为OPC通讯方式的拓扑图：

　　4.4 MES扩展平台

　　综合自动化PCS层能够把现场采集的设备数据和生产数据提供给生产执行MES层，这些数据经过MES层加工处理后，可以对设备效能进行分析，以便优化生产过程。同时对工程项目、生产调度和生产作业进行管理，实现报警联动和应急预案。

　　五、性能参数

　　5.1工业以太网

　　l 通讯速率10M/100M/1000Mbps 自适应传输

　　l 冗余环网故障恢复时间：<300ms

　　l 冗余24V 供电，无需风扇

　　l 0 to 60°C 环境温度

　　l 工作时相对湿度< 95%

　　l 平均无故障时间MTBF超过10年

　　l 防护等级IP20

　　5.2 SCADA软件

　　l 可采集无限数据点

　　l 采集点的时间分辨率1ms

　　l 采集速度100ms

　　六、经济效益

　　1、投资：

　　节省传输通道(光纤、通讯设备等)的重复投资费用和维护费用;节省数据库、组态软件、软件开发等重复投资费用;搭建传输平台、数据平台和监控平台，一次投资，长期受益;

　　2、安全：

　　在地面集中监测监控，井下减员，减少井下人员伤亡的可能性;改善工作环境，提高安全系数，保障职工人身安全;数据共享，报警联动，减少由于矿井灾难所造成的损失;

　　3、人员：

　　实现无人值守和定期巡检，有效降低人员成本，减员增效;实现设备自动控制，减少工人劳动强度;减少岗位用工，提高全员效率;

　　4、生产：

　　减少人工操作失误，延长设备使用寿命;提高对设备的故障分析和判断能力，减少停机事故;加强对运输的调度和管理，提高运输能力;

　　5、管理：

　　为矿井自动化系统提供一个高速、安全、可靠的管理平台;提高整体集成水平，发挥自动化系统的综合管理效益;实现煤矿管控一体化，提高煤矿的安全生产管理调度水平。

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