煤礦綜合自動(dòng)化監(jiān)控與數(shù)字化礦山建設(shè)

1、- 94 - 郭江濤,楊 娟(煤炭科學(xué)研究總院重慶院,重慶 400037【摘 要】隨著煤炭行業(yè)發(fā)展,建設(shè)數(shù)字化礦山是發(fā)展方向,文章介紹了國(guó)內(nèi)綜合自動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程,組成方式,軟件結(jié)構(gòu),主要硬件設(shè)備。結(jié)合重慶煤科院開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)在桃園煤礦應(yīng)用實(shí)例,列舉了各種子系統(tǒng)的集成方式,應(yīng)用表明,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠促進(jìn)信息共享,保證對(duì)全礦井安全狀況和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?！娟P(guān)鍵詞】數(shù)字化礦山;工業(yè)以太網(wǎng);綜合自動(dòng)化 【中圖分類(lèi)號(hào)】TD76 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1008-1151(200910-0094-02隨著煤礦安全生產(chǎn)新技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用和管理水平的不斷提高,礦井安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控已經(jīng)不只是考慮加快生產(chǎn)

2、過(guò)程中某一環(huán)節(jié)的速度和效率,而是將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程作為一個(gè)整體來(lái)考慮,形成全生產(chǎn)過(guò)程的綜合監(jiān)控1。要形成綜合自動(dòng)化系統(tǒng),不但需要解決系統(tǒng)不兼容問(wèn)題,更重要的是分析各個(gè)子系統(tǒng)信息之間的關(guān)聯(lián),為安全科學(xué)生產(chǎn)提供決策依據(jù)。目前解決該問(wèn)題,大致分為兩大類(lèi):一種采用Wincc,IFIX,組態(tài)王等組態(tài)系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),其對(duì)滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和國(guó)外大工控產(chǎn)品具備良好的支持,國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備基本不提供支持。其分發(fā)費(fèi)用昂貴且在數(shù)據(jù)挖掘,界面展示方面功能比較弱;另一種是以上海寶信軟件為代表自行開(kāi)發(fā),其在數(shù)據(jù)整和挖掘,界面展示,可維護(hù)性,靈活性等方面具備很大優(yōu)勢(shì),但需要編寫(xiě)相關(guān)通信模塊來(lái)適應(yīng)多種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備2。 重慶煤炭研究

3、院與淮北礦務(wù)局聯(lián)合開(kāi)發(fā)煤礦綜合自動(dòng)化監(jiān)控與遠(yuǎn)程集中監(jiān)管系統(tǒng)就是基于光纖環(huán)冗余網(wǎng)的礦井綜合監(jiān)控信息傳輸平臺(tái),在該平臺(tái)上將接入工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及預(yù)留其它綜合監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)(如電網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)、水泵自控系統(tǒng)、軌道衡計(jì)量系統(tǒng)、皮帶集控系統(tǒng)等接口,從而形成綜合信息化數(shù)字化監(jiān)控管理系統(tǒng)。(一綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建設(shè)“數(shù)字化礦井”主要指采用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)井下的機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,將煤礦的環(huán)境安全信息和設(shè)備工況信息統(tǒng)一在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。實(shí)現(xiàn)調(diào)度室實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)為核心,組成全網(wǎng)絡(luò)化、全數(shù)字化、模塊化的新型煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)3。整個(gè)綜合系統(tǒng)劃分為決策層、管理層、應(yīng)用

4、操作層及物理層,使系統(tǒng)模塊化層次分明,任務(wù)明確。整個(gè)綜合系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)實(shí)際需要,任意組合系統(tǒng)功能,各應(yīng)用操作層為相對(duì)獨(dú)立的專(zhuān)業(yè)子系統(tǒng),針對(duì)不同的監(jiān)控對(duì)象。同時(shí)又與上層有著緊密聯(lián)系。物理層傳輸介質(zhì)針對(duì)不同監(jiān)測(cè)控制對(duì)象采用不同的介質(zhì),以最大限度體現(xiàn)其性?xún)r(jià)比。如下井電纜主干宜采用光纖,分支線(xiàn)宜采用其它傳輸介質(zhì);地面如洗選廠(chǎng)過(guò)程控制宜用雙絞線(xiàn)等;物理層介質(zhì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),根據(jù)煤礦實(shí)際情況,采用總線(xiàn)型,以減少所需電纜4。綜合自動(dòng)化監(jiān)控總體結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示: 圖1 (二軟件結(jié)構(gòu) 礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要由三層的體系結(jié)構(gòu) ,包括信息管理層、控制層和設(shè)備層組成。軟件維系著控制層中各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系,同時(shí)又是控制層與

5、信息層之間互聯(lián)的接口,是該層中的關(guān)鍵一環(huán),是控制層的核心。 基于組態(tài)軟件開(kāi)發(fā),采用B/S 方式在服務(wù)器端,組態(tài)軟件主要完成控制過(guò)程圖形界面的組態(tài)以及與子系統(tǒng)之間的通訊,實(shí)現(xiàn)對(duì)子系統(tǒng)的邏輯控制和數(shù)據(jù)采集。同時(shí),組態(tài)軟件通過(guò)數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的互動(dòng)。在客戶(hù)端,采用基于瀏覽器的Web 技術(shù)及組態(tài)軟件本身提供的Web 功能滿(mǎn)足信息層對(duì)各子系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、查詢(xún)及請(qǐng)求,并提供各種圖形、動(dòng)畫(huà)、表格等多種形式的服務(wù)及實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的支持,軟件數(shù)據(jù)流程如下圖2所示:圖2組態(tài)軟件系統(tǒng)通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口(ODBC、OLE-DB、DDE、OPC從各子系統(tǒng)獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后,一方面以圖形

6、方式直觀地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上;另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送【收稿日期】2009-07-03【作者簡(jiǎn)介】郭江濤(1977-,男,陜西人,煤炭科學(xué)研究總院重慶院工程師,從事煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)科研工作。給子系統(tǒng),對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù)。對(duì)要求存儲(chǔ)的采集數(shù)據(jù),通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)連接,存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)及時(shí)將報(bào)警以聲音、圖像的方式通知給操作人員,并記錄報(bào)警的歷史信息到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) ,以備檢索。Web發(fā)布功能依靠最新的Web技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。web技術(shù)具有跨平臺(tái)支持、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)建立Web服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),可以方便的在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的監(jiān)視

7、、查詢(xún)及請(qǐng)求,并提供各種圖形、動(dòng)畫(huà)、表格等多種形式的服務(wù)。(三硬件設(shè)計(jì)及其應(yīng)用由重慶研究院與淮北礦務(wù)局聯(lián)合開(kāi)發(fā)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在桃園煤礦得到很好應(yīng)用,這套系統(tǒng)主要由瓦斯監(jiān)控、電網(wǎng)監(jiān)控、抽放監(jiān)控、水泵控制、皮帶監(jiān)控等子系統(tǒng)構(gòu)成,主要硬件設(shè)備配置及功能簡(jiǎn)要介紹如下:1.環(huán)網(wǎng)平臺(tái)主要功能特點(diǎn):(1采用開(kāi)放式的TCP/IP協(xié)議,兼容能力強(qiáng),并支持CAN/RS485總線(xiàn)等多種信號(hào)接入及轉(zhuǎn)換,可方便接入礦井各種監(jiān)控子系統(tǒng)。(2具有強(qiáng)大的網(wǎng)管功能,如:VLAN劃分、IP地址設(shè)置、優(yōu)先級(jí)控制、電源管理及端口監(jiān)視、流量控制等。(3采用冗余環(huán)網(wǎng)和雙電源工作模式,某個(gè)節(jié)點(diǎn)和線(xiàn)路故障不影響整個(gè)平臺(tái)通訊,自恢復(fù)時(shí)間短。

8、(4傳輸介質(zhì)支持光纖多模、單模、超五類(lèi)雙絞線(xiàn)和普通雙絞線(xiàn),結(jié)構(gòu)靈活。(5完善的網(wǎng)管功能。(6具備冗于通訊鏈路,故障時(shí)自動(dòng)切換通道,實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù)。(7根據(jù)SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障自診斷,系統(tǒng)覆蓋范圍不受距離的局限。2.瓦斯及預(yù)警系統(tǒng):根據(jù)AQ6201要求,桃園煤礦實(shí)現(xiàn)寬帶系統(tǒng)在井下的成功應(yīng)用, 并且實(shí)現(xiàn)瓦斯預(yù)警功能,對(duì)井下瓦斯進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘,形成瓦斯預(yù)警系統(tǒng),在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。3.主風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè):對(duì)主風(fēng)機(jī)電機(jī)的控制;監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承溫度、繞組溫度信號(hào);監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的主軸承溫度;實(shí)時(shí)顯示、記錄所檢測(cè)的各個(gè)溫度值,繪制曲線(xiàn),并提供歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún);根據(jù)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)壓、壓差、溫度信號(hào),計(jì)算負(fù)壓

9、、風(fēng)量,實(shí)時(shí)顯示、繪制曲線(xiàn),并提供歷史數(shù)據(jù)查詢(xún);根據(jù)監(jiān)測(cè)排氣瓦斯?jié)舛?風(fēng)量,計(jì)算瓦斯排出量,實(shí)時(shí)顯示、繪制曲線(xiàn),具有與綜合聯(lián)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)集成平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)功能,數(shù)據(jù)、畫(huà)面遠(yuǎn)傳功能,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息共享功能。4.瓦斯抽放系統(tǒng):在對(duì)抽放泵房的抽放監(jiān)測(cè)建設(shè)中,實(shí)現(xiàn)了就地控制柜的顯示,瓦斯抽放泵起?？刂?中心站實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬圖顯示,供調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握抽放狀態(tài)。5.水泵控制系統(tǒng):可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)水泵控制,也可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵智能優(yōu)化控制。可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位、流量、壓力、真空度、溫度、閘閥開(kāi)度等一系列參數(shù)。PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試,分段運(yùn)行。該程序結(jié)構(gòu)具有清晰、簡(jiǎn)捷、易懂,便于模擬調(diào)試,運(yùn)行速度快

10、等特點(diǎn)。系統(tǒng)根據(jù)水位和壓力控制原則,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作,延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。系統(tǒng)可根據(jù)投入運(yùn)行泵組的位置,自動(dòng)選擇啟動(dòng)就近的真空泵,若在程序設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)不到真空度,便自動(dòng)啟動(dòng)備用真空泵。系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷和供電部門(mén)所規(guī)定的平段、谷段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段,以“避峰填谷”原則確定開(kāi)、停水泵時(shí)間,從而合理地利用電網(wǎng)信息,提高礦井的電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。6.井下膠帶機(jī)運(yùn)輸集控系統(tǒng):主要包括集控自動(dòng)、集控手動(dòng)、就地三種控制方式。集控自動(dòng)方式下,在監(jiān)控主機(jī)或井下綜合操作臺(tái)上對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行控制操作。系統(tǒng)中各設(shè)備按照程序規(guī)定的順序,逆煤流開(kāi)車(chē)、順煤流停車(chē)或強(qiáng)制逆煤流開(kāi)車(chē)。集控手動(dòng)方式下,在監(jiān)控主機(jī)或井下綜

11、合操作臺(tái)上對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行分別控制操作。就地方式下,由司機(jī)在分站上對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制操作,主要用作檢修、調(diào)試用。7.電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng):主要實(shí)現(xiàn)以下主要功能:(1對(duì)開(kāi)關(guān)負(fù)載側(cè)出現(xiàn)的短路故障進(jìn)行定時(shí)限速斷保護(hù);出現(xiàn)的斷續(xù)和持續(xù)過(guò)載進(jìn)行反時(shí)限保護(hù)并報(bào)警。(2對(duì)開(kāi)關(guān)負(fù)載側(cè)使用的屏蔽電纜實(shí)行絕緣監(jiān)視保護(hù)。(3對(duì)開(kāi)關(guān)下屬電網(wǎng)中出現(xiàn)的單相接地故障,進(jìn)行檢漏保護(hù)。(4欠壓保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)。(5能對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行遙控,對(duì)開(kāi)關(guān)的保護(hù)的定值進(jìn)行整定,對(duì)開(kāi)關(guān)的分合閘進(jìn)行控制。(6對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、記錄、處理、統(tǒng)計(jì)計(jì)算和顯示。(7對(duì)電網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、曲線(xiàn)顯示、圖形顯示。(8對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行控制、故障定位和報(bào)警處理。(9對(duì)供電設(shè)

12、備進(jìn)行檢修、停電等管理。(10進(jìn)行報(bào)表打印和系統(tǒng)時(shí)鐘管理。8.工業(yè)電視系統(tǒng):對(duì)井下主要監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視,供調(diào)度室隨時(shí)監(jiān)視原煤運(yùn)輸及選煤機(jī)器工作狀態(tài)。(四結(jié)語(yǔ)重慶煤科院聯(lián)合淮北礦務(wù)局開(kāi)發(fā)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng),將桃園礦安全監(jiān)控、生產(chǎn)監(jiān)控、電力監(jiān)控等主要系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起,為桃園煤礦科學(xué)生產(chǎn)等提供了一個(gè)完整的平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)調(diào)度的統(tǒng)一管理,同時(shí)為自然災(zāi)害的有效預(yù)防、搶險(xiǎn)救災(zāi)的統(tǒng)一調(diào)度指揮、遠(yuǎn)程管理監(jiān)測(cè)提供了有力的支持工具,對(duì)于礦井提高生產(chǎn)產(chǎn)量、減少生產(chǎn)事故、職工安全生產(chǎn)提供了有力保障?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1 羅驅(qū)波,孫彥景,錢(qián)建生.煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)J.礦業(yè)安全與環(huán)保,2008.2 黃嶺松.礦井

13、綜合信息自動(dòng)化系統(tǒng)原理及應(yīng)用J.煤礦機(jī)械,2004.3 錢(qián)建生.礦井多媒體綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究J.中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2003.4 吳麗珍,郝曉弘.基于Ethernet的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成研究與設(shè)計(jì)木J.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2006,9:85-87.(上接第205頁(yè)(三解決中醫(yī)臨床見(jiàn)習(xí)病例不足的主要路徑1.建立典型病例音像數(shù)據(jù)庫(kù)是解決中醫(yī)臨床見(jiàn)習(xí)病例不足的重要途徑。在中醫(yī)臨床見(jiàn)習(xí)過(guò)程中,有時(shí)候要碰到很典型的病例是比較困難的,這就需要帶教老師時(shí)時(shí)處處都要注意典型病例的收集工作。凡是遇到典型的病例,不僅要積極調(diào)整教學(xué)進(jìn)度,及時(shí)開(kāi)展中醫(yī)臨床的見(jiàn)習(xí)帶教工作,而且要通過(guò)各種現(xiàn)代化手段進(jìn)行典型病例的收集,建立典型病例音像數(shù)據(jù)庫(kù),將典型病例的學(xué)生見(jiàn)習(xí)完整過(guò)程通過(guò)數(shù)