矿井自动化监控集成系统

安全文化网 www.anquan.com.cn

新汶矿业集团公司华丰煤矿 王才

摘要：自动化系统平合与各类子系统如安全监控系统、工业电视系统、提升控制系统、选煤厂集控系统、矿井电力监控系统、水泵控制系统、主扇监控系统、压风机房监控系统等组成监控网，管控中心为监控网的服务器，并将各子系统的信息进行综合后处理。
关键词：自动化集成系统 功能要求 结构特点
    华丰煤矿自动化系统原有安全监测系统、-450及－750中央泵房排水监控系统、工业电视系统、矿井地面供电及－450、-750中央配电所自动化监控系统、主运自动化监控系统、大巷信集闭系统。
    目前这些监测、监控系统都处于相互独立的状态，每套自动化系统井上、下均有独立的通讯线路，造成通讯线路大量重复投资，维修、维护困难，信息不能互通。因此，需要建立统一的综合自动化系统，使煤矿并下的安全信息、设备的工况信息和控制信息在一个统一的平台上传输。
1 确定自动化集成系统目标及方案
1.1设计目标
    对井下各控制子系统发布控制命令，并能监视各子系统内设备的运行状态以及生产和安全参数；井上与集团公司广域网相连，实现华丰矿与公司之间信息的及时交换。
    建立一个生产调度中心集中控制和监视，井下各系统的控制实现无人值守，仅有巡检工进行巡视和维护，巡检工可以就地紧停现场设备，根据现场情况向地面调度中心汇报需要起停哪些设备，但设备的起停是由调度员根据总体情况来确定和操作，实现全矿管控一体化。
    能够把井下的光纤摄像仪通过工业以太网传输到井上调度中心，整合传输通道。
    系统随着矿井建设整体规划分步实施，并能随着技术的发展方便升级。
1.2系统功能要求
    自动化系统平台与各类子系统如安全监控系统、工业电视系统、提升控制系统、选煤厂集控系统、矿井电力监控系统、水泵控制系统、主扇监控系统、压风机房监控系统等组成监控网，管控中心为监控网的服务器，并将各子系统的信息进行综合后处理。管控中心负责将实时、历史及综合分析后的信息提供给信息系统中的客户，并接受客户对各子系统的操作请求。具体功能要求如下：
   （1）在物理上和逻辑上都要考虑到网络信道的冗余，确保网络的安全。
   （2）当系统某一子系统的通讯或元器件出现故障时，不能影响其它子系统的通讯和整个网络的传输性能。
   （3）对系统井下部分和网络部件要充分考虑防爆、防尘、抗高温潮湿和电磁干扰的要求。地面系统充分考虑防雷和抗电磁干扰的设置。
   （4）系统在调度中心能及时、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。
   （5）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。
   （6）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。
   （7）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人数据库，供以后统计分析。
   （8）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。
   （9）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。人机界面友好，操作简单，维护方便。
1.3系统结构特点
   （1）环网冗余技术。设计方案采用了环网冗余技术，提供了矿井自动化系统的可靠性。在物理上和逻辑上考虑到传输信道、管控服务器、调度主机、供电电源的冗余，确保传输通路、数据服务、监控工作站、供电电源的安全可靠。网络交换机采用工业以太网交换机，有双电源冗余输人。
   （2）异构系统的互联互通。设计方案分别在网络级和串口级提供了多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子系统的接人，实现最大限度的信息共享奋它能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品，实现各系统间互操作，并将各系统数据集成。
   （3）先进的体系结构。设计方案采用B/S模式设计三层网络体系结构，便于及时、准确地采集各个子系统的工况、生产和安全参数，方便管理层实时查询、分析和决策。
   （4）实时信息数据集成。以信息集成平台为核心，将实时数据流在企业统一信息平台上集成起来，同时，针对统一信息平台开发各种综合应用，形成集成化、网络化应用。各种图形、图像、报表信息都可以通过Web的方式在任何一台终端统一浏览，统一界面。
   （5）统一的数据仓库。在集成化的数据管理中，数据一旦被输人，整个系统中都可以使用。提高了工程效率，降低了工程的实施难度。
   （6）集成化的编程组态。实现了从设计、编程、硬件组态、测试到操作诊断和远程维护的全过程组态应用。所有的部件都可以有一个软件进行组态，采用统一化的用户图形界面和面向对象的设计，使用起来轻松自如；采用模块化的设计，使用户根据需要进行选择；采用统一的数据库，保证了符号和变量在项目中的一致性，便于维护和提高效率。
2 监控集成系统的建设
    综合自动化整合系统一期主要整合自动化系统。
   （1）在传输平台上，采用西门子的工业光纤以太环网技术，敷设13km矿用阻燃光缆，在井下－750调度站、-750泵房、－450泵房，井上主运车房共设立四个接人节点，安装六台西门子SCALANCEX－4004兆交换机与调度中心构成冗余的千兆环网。
   （2）洗煤厂通过光端机连接到主运车房的交换机上，地面供电新站通过光端机连接到调度中心的交换机上。
   （3）井下－750主运PLC通过矿用本安型数据光端机与-750调度站交换机相连，井下－326主运PLC通过矿用本安型数据光端机与－450泵房交换机相连，地面主运PLC通过屏蔽网线直接接入西门子交换机网口上，－450大巷信集闭系统通过矿用本安型数据光端机与－450泵房交换机相连。
   （4）主运系统已经安装的高频通过视频分配器分出后进入视频服务器转换为数字图像后接入交换机进入工业以太网，新增摄像仪采用矿用防爆型网络摄像仪在各地点就近接入交换机。
   （5）在软件集成上，采用西门子先进的WinCC组态软件，通过一致的软件界面，实现对各类自动系统的综合、集中监测与监控。
   （6）该系统提供的扩展接口，便于将来其它系统的接入和集成。
3 社会经济效益分析
   （1）经济效益。节省了大量传输线路和维护费用，今后新上的工业电视及音频通讯，无需每个系统、每个摄像仪都要自地面向井下敷设通讯线路，节约投资。
   （2）社会安全效益。提高整合集成的管理效益使矿井各类信息联通与共享，各自动化子系统实现统一管控，使信息资源和设备资源能充分发挥作用。
    实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的网络化、信息化、科学化，提高矿井劳动效率及现代化管理水平。
    由于各自动化系统信息共享，WINCC系统开发的紧急预案在发生紧急情况下，保证了各系统的联动和信息的综合利用，为领导决策提供了可靠的依据。
    华丰煤矿井下应用千兆工业以太网，千兆交换机下井，为煤矿开创了先例，为煤矿信息化、数字化衷展积累了丰富的经验。

作者简介：王才 男，1972年12月生，毕业子山东师范大学，助理工程师。

安全文化网 www.anquan.com.cn