煤礦自動化系統(tǒng)建設

1、煤礦自動化系統(tǒng)建設 第一章系統(tǒng)概述 煤礦全礦井自動化監(jiān)控系統(tǒng)由地面控制中心、 井下監(jiān)控站、現(xiàn) 場分站、網(wǎng)絡信息傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信接口設備和礦井工業(yè)閉 路電視系統(tǒng)等組成。煤礦全礦井自動化系統(tǒng)采用過程知識系 統(tǒng)，具有高先進性、高穩(wěn)定性和可靠性。 自動化控制水平要求 如下： 1 1） 總體要求：對生產監(jiān)控系統(tǒng)范圍內的各子系統(tǒng)設備能夠在 生產控制中心進行集中監(jiān)視和控制，實現(xiàn)全礦集中控制； 2 2） 井下要求：除掘進頭外的所有電氣設備均能在地面控制中 心進行控制和監(jiān)視。 井下各子系統(tǒng)的控制均實現(xiàn)無人值守， 僅 有巡檢工進行巡視和維護； 3 3） 地面要求：自動化水平與企業(yè)的管理有密切關系，考慮到 煤礦及

2、煤礦周圍的社區(qū)情況，故煤礦自動化系統(tǒng)除主扇風機、 矸石山外，均實現(xiàn)無人值守， 僅有巡檢工進行巡視和維護。但 對主扇風機等控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)集中監(jiān)視。 第二章 礦井自動化系統(tǒng)平臺 隨著現(xiàn)代煤礦采集工業(yè)中計算機自動化技術的廣泛應用， 以及 無人化礦井采集的概念的逐步推廣，煤礦采集安全作業(yè)的需 要，擁有實時高效可靠， 高度集成化、智能化的中央監(jiān)控系統(tǒng) 平臺越來越成為當代煤礦采集控制管理中心， 進行生產管理的 重要工具。一套良好的中央監(jiān)控系統(tǒng)平臺，是集數(shù)據(jù)通信、處 理、采集、控制、協(xié)調、綜合智能判斷、圖文顯示為一體的綜 合數(shù)據(jù)應用軟件系統(tǒng)，能在各種情況下準確、 可靠、迅捷地作 出反應，及時處理，協(xié)調各系

3、統(tǒng)工作，達到實時、合理監(jiān)控的 目的。我公司在充分利用國內、 國外監(jiān)控一體化指揮平臺技術 基礎上，開發(fā)具有 集中管理，分散控制；監(jiān)控全面，使用方 便”特點的過程知識平臺軟件，由于系統(tǒng)是基于先進的平臺軟 件技術開發(fā)，從技術，設計，開發(fā)，維護等各個方面保證系統(tǒng) 的先進性，是一套符合現(xiàn)代煤礦生產集中控制的軟件系統(tǒng)。 中央監(jiān)控系統(tǒng)平臺，在中央監(jiān)控管理上從真正意義上實現(xiàn)了系 統(tǒng)的高度集成。它能實現(xiàn)包括 CCTVCCTV 視頻監(jiān)控系統(tǒng)，排水設 備監(jiān)控系統(tǒng)、安全生產設備監(jiān)控系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，緊急電 話系統(tǒng)，大屏幕顯示系統(tǒng)，電力監(jiān)控系統(tǒng)，選煤廠系統(tǒng)，報表 系統(tǒng)以及聯(lián)動預案調度系統(tǒng)的支持。 原有設計的中央控制集

4、成 系統(tǒng)中各個相互獨立的子系統(tǒng)， 通過工業(yè)以太網(wǎng)技術， 被有機 的整合在一起，所有的監(jiān)控管理操作， 都可在一臺工作站上完 成，這擺脫了以往其他煤炭采集管理系統(tǒng)中各子系統(tǒng)中獨成一 體的，需要分別操作控制的模式， 管理人員不必再在各個子系 統(tǒng)控制主機間來回奔波， 這大大提高了工作效率， 降低了勞動 強度，提高了設備利用率，降低運營成本。 1 1集中控制過程軟件平臺 監(jiān)控系統(tǒng)是基于高性能的 Windows Windows 20002000 操作系統(tǒng)設計。系統(tǒng) 的所有組件完全集成為一體。系統(tǒng)采用前沿開放性技術，如 Windows Windows 20002000，以太網(wǎng)，ODBCODBC，Advanc

5、eDDEAdvanceDDE，VB VB 和過程控 制的 OLEOLE（ OPCOPC）以及基于標準 IntelIntel 處理器的高性能計算機 硬件等，為用戶提供經濟的，使用方便，功能完善的系統(tǒng)。 2 2操作員界面 系統(tǒng)的人機界面（HMIHMI）采用最流行的界面組態(tài)技術， 將所有的 人機界面，應用數(shù)據(jù)和商務數(shù)據(jù)完整地集成在基于 WEBWEB 的體 系結構中，使用 HTMLHTML 作為用戶顯示畫面格式，無需通過麻 煩的程序插件，用戶可通過安全的操作員站環(huán)境或 MicrosoftMicrosoft 的 IEIE 瀏覽器來顯示和操控過程顯示畫面。 3 3體系結構概述 整個礦井監(jiān)控處理自動化網(wǎng)絡監(jiān)

6、控區(qū)域分為井上控制部 分和井下控制部分，井上控制部分主要是對地面水泵控制系 統(tǒng)、地面電力調度系統(tǒng)、地面消防系統(tǒng)、主井提升系統(tǒng)、副井 提升系統(tǒng)、地面監(jiān)視系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、主井通風系統(tǒng)及辦 公等方面的控制聯(lián)網(wǎng)。井下控制部分包括： 井下排水、井下 運輸、人員監(jiān)控、井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)、井下輔助系統(tǒng)、井下變 電。井上、井下網(wǎng)絡系統(tǒng)采用 100M100M 或者 1000M1000M 光纖冗余工 業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)將各個控制部分連接起來， 可以通過路由和防火墻 與公網(wǎng)連接。根據(jù)具體需要可以組成一個或多個光纖冗余環(huán)。 所有工業(yè)網(wǎng)絡交換機和光纖環(huán)網(wǎng)共同匯集到指揮中心的交換 機上，然后通過服務器進行管理。 整個系統(tǒng)平臺分

7、為信息層、控制層和設備層三層結構。其 中信息層為礦地面已有的局域網(wǎng)， 控制層采用高速工業(yè)以太環(huán) 網(wǎng)，設備層采用現(xiàn)場總線， 保證了現(xiàn)場子系統(tǒng)的實時性和可靠 性。 第三章礦井自動化系統(tǒng)結構組成 1.1.統(tǒng)組成 煤礦自動化系統(tǒng)是一個龐大的煤礦安全生產監(jiān)測與控制的系 統(tǒng)，根據(jù)礦井的實際特點和系統(tǒng)功能不同， 煤礦自動化系統(tǒng)由 以下子系統(tǒng)組成。 1 1） 安全監(jiān)控系統(tǒng) 2 2） 井下中央泵房排水監(jiān)控系統(tǒng) 3 3） 通風機監(jiān)控系統(tǒng) 4 4） 瓦斯抽放站監(jiān)控系統(tǒng) 5 5） 注氮防滅火監(jiān)控系統(tǒng) 6 6） 礦用人員安全檢測系統(tǒng) 7 7） 采煤工作面自動化系統(tǒng) 工作面自動化監(jiān)控子系統(tǒng) 8 8） 井下膠帶運輸監(jiān)控子系

8、統(tǒng) 9 9） 井下變電所監(jiān)控系統(tǒng) 1010） 鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng) 1111） 選煤廠系統(tǒng) 1212） 井下降溫監(jiān)控系統(tǒng) 1313） 礦井水處理監(jiān)控系統(tǒng) 1414） 壓風機監(jiān)控系統(tǒng) 1515） 礦井工業(yè)電視系統(tǒng) 1616） DLPDLP 顯示系統(tǒng) 2 2礦井自動化系統(tǒng)結構 煤礦自動化整體網(wǎng)絡采用光纖環(huán)網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)結構， 從控制中 心的各個服務器、操作站， 到工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控站， 全部采用工 業(yè)以太網(wǎng)，確保自動化系統(tǒng)主干網(wǎng)絡的實時高速和穩(wěn)定可靠。 3 3安全監(jiān)控系統(tǒng) 安全監(jiān)控系統(tǒng)作為整個全礦井綜合信息系統(tǒng)的一部分， 主要用 來監(jiān)測井上、下的各測點的環(huán)境參數(shù)。 在一些重要的地點安裝 傳感器后，一些環(huán)境參數(shù)

9、可以直接在地面中心站及網(wǎng)絡工作站 上反映出來，減少了井下有關的檢查和值班人員， 幫助領導和 調度員及時掌握安全生產情況，發(fā)現(xiàn)安全隱患時及時通知有關 人員處理，使值班人員能夠及時了解工作面的有安全環(huán)境參數(shù) 的變化情況，對于存在的隱患能夠迅速作出處理決策， 避免可 能發(fā)生的事故。因此整個系統(tǒng)在保障安全， 提高生產效率等方 面將發(fā)揮重要作用。 1 1） 總回風巷的瓦斯、負壓、風速、風門位置檢測。 2 2） 綜采工作面回風順槽：瓦斯、風速、溫度、一氧化碳、風 門位置檢測，當瓦斯超限時斷開綜采工作面中全部非本質安全 型電器設備。 3 3） 綜采工作面運輸順槽：采煤機、轉載機、破碎機、乳化泵、 噴霧泵開停

10、狀態(tài)。 4 4） 綜掘工作面：綜掘機、轉載機、破碎機、局扇開停狀態(tài)、 瓦斯、風筒開關的檢測， 在瓦斯超限及風筒無風時， 斷開工作 面進風巷內全部非本質安全型電器設備。 5 5） 所有監(jiān)測、監(jiān)控信息應傳輸至地面礦井調度監(jiān)控中心，系 統(tǒng)可與安全管理綜合調度系統(tǒng)無縫連接。 4 4井下中央泵房排水監(jiān)控子系統(tǒng) 系統(tǒng)以最先進的 PLCPLC 控制器為核心，模塊化設計，現(xiàn)場快速安 裝，操作維護簡單，技術先進 ，性能可靠，通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng) 平臺可實現(xiàn)水泵房的地面遠程監(jiān)控。 該監(jiān)控系統(tǒng)用于煤礦井下水泵房的集中分布控制； 采用集中控制器與分布式遠程 I/OI/O，對水泵房設備運行實行在 線監(jiān)控，自動、手動控制水泵

11、的啟停及電動閘閥的開、關及開 度，并具有自診斷功能，實現(xiàn)水泵房的無人值守； 監(jiān)控系統(tǒng)通過 10Mbps10Mbps 高速 ProfibusProfibus 工業(yè)控制網(wǎng)并入目前世 界最先進的 100M100M 工業(yè)冗余容錯高速主干網(wǎng)， 實現(xiàn)水泵監(jiān)控子 系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享； 水泵房現(xiàn)場以計算機圖形界面結合現(xiàn)場操作， 最大程度簡化操 作與狀態(tài)顯示； 根據(jù)水位控制原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換工作， 大大延長了水 泵的壽命； 5.5. 通風機監(jiān)控系統(tǒng) 風機是礦井的重大安全設備之一， 它的運行與否，直接關系到 礦井的正常安全生產和人員的生命安全， 除了選用高品質、高 可靠性的風扇主機和高壓啟動柜等

12、設備以外， 一套高性能、高 可靠性的監(jiān)控系統(tǒng)同樣也是風機安全運行的重要保證。 系統(tǒng)采 用高性能 PLCPLC 或 RTURTU 作為每個子系統(tǒng)的控制核心，輔之以 工控組態(tài)監(jiān)控軟件，可以實現(xiàn)下述功能： 1.1. 工作方式：自動、手動、檢修； 2.2. 就地箱工作方式：遠動、就地； 3.3. 控制風門電動執(zhí)行機構，實現(xiàn)風門的開閉，并監(jiān)測到位信 號; 4.4. 控制風機電機制動裝置，實現(xiàn)風機的快速剎車，并監(jiān)測到 位信號； 5.5. 控制風機電機高壓起動柜的分合閘，并監(jiān)視開關和故障接 點狀態(tài)； 6.6. 監(jiān)測風機電機的軸承溫度、繞組溫度信號； 7 7監(jiān)測風機的主軸承溫度、振動位移、失速信號； 8.8.

13、 實時顯示、記錄所檢測的各個溫度值，繪制曲線，并提供歷 史數(shù)據(jù)的查詢； 9.9. 實時顯示、記錄所檢測的振動位移，繪制曲線，并提供歷史 數(shù)據(jù)的查詢； 10.10. 根據(jù)監(jiān)測到的風壓、壓差、溫度信號，計算負壓、風量和 效率，實時顯示、繪制曲線，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢； 1111 控制潤滑油泵站的泵電機、加熱器的運行和切換； 12.12. 監(jiān)視潤滑油泵站的各個溫度、油位、流量信號； 13.13. 顯示系統(tǒng)的實時報警信息，實時報警打印，并提供歷史報 警信息的查詢； 14.14. 檢測高壓系統(tǒng)的有功電度、無功電度、有功功率、無功功 率、功率因數(shù)、頻率、電壓、電流，制作實時數(shù)據(jù)顯示表和實 時曲線； 6.6.

14、 地面瓦斯抽放系統(tǒng) 瓦斯抽放監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要通過監(jiān)測管道瓦斯?jié)舛取?罐內瓦斯 濃度、管道溫度、管道壓力、管道流量、真空泵的開停狀態(tài)、 循環(huán)水池水位、水溫、泵房環(huán)境參數(shù)、軸溫及罐高、罐壓等，真 空泵冷卻水缺水保護控制、 根據(jù)瓦斯?jié)舛冗M行的抽放氣體流向 控制等。抽放監(jiān)控中瓦斯抽放管道內的負壓、 濃度、溫度和流 量是評價瓦斯抽放效果及安全性能的基本參數(shù)。 現(xiàn)場監(jiān)測級由 現(xiàn)場各類傳感器、信號電纜及 PLCPLC 控制柜組成； 7.7. 注氮防滅火監(jiān)控系統(tǒng) 系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)的可編程控制器， 完成制氮機組相關數(shù)據(jù) 的采集和控制，該 PLCPLC 本身具有以太網(wǎng)通訊能力，可直接與 網(wǎng)絡交換機連接，從而實現(xiàn)

15、與全礦綜合自動化網(wǎng)絡的匯接， 由 調度控制中心進行，配以工業(yè)電視進行圖像監(jiān)視，做到無人值 守。 系統(tǒng)的輸入信號有：空氣壓縮機的開停信號； 管路氣體壓力信 號；氮氣傳感器信號等系統(tǒng)的輸出信號有： 空氣壓縮機的開停 控制；閥門控制。 8 8礦井人員安全監(jiān)測系統(tǒng) 礦用人員安全監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)是針對煤礦井下作業(yè)人員流動性 大，一旦下井后，就無法確切地知道他們所處的位置，該系統(tǒng) 能實時的了解井下人員的流動情況； 了解當前井下人員的數(shù)量 及分布情況；查詢任一指定下井人員當前或指定時刻所處的區(qū) 域；和查詢任一指定人員本日或指定日期的活動蹤跡。 在平時 可作為下井考勤系統(tǒng)，對任一指定月份、或任一指定日期段， 對下

16、井人員進行下井次數(shù)、下井時間等進行分類統(tǒng)計，便于考 核，打印相關報表；一旦礦井發(fā)生透水、火災等災害事故，可 對搶險救災的人員統(tǒng)計、定位等起準確的指導作用。 礦用人員監(jiān)測系統(tǒng)由無線編碼發(fā)射器、 井下數(shù)據(jù)監(jiān)測分站、 地 面中心站及數(shù)據(jù)傳輸信道組成。 無線編碼發(fā)射器發(fā)出具有代表 身份特征的射頻信號，經數(shù)據(jù)監(jiān)測接收，再發(fā)送到地面中心站。 中心站接收來自數(shù)據(jù)監(jiān)測分站上的編碼信號，進行分析處理， 形成各種文件，使管理人員能及時查詢各種信息 9 9采煤工作面自動化系統(tǒng) 實現(xiàn)綜采工作面生產過程自動化， 以減輕勞動強度、提高生產 效率；實現(xiàn)對主要生產設備工況的實時在線監(jiān)測、 及時發(fā)現(xiàn)故 障隱患、及時采取措施避免

17、設備損壞， 提高設備正常率和開機 率；將工作面的相關信息及時傳輸?shù)降孛妫?并通過計算機網(wǎng)絡 實現(xiàn)共享，達到生產管理網(wǎng)絡信息化。 綜采工作面綜合監(jiān)測系 統(tǒng)，主要完成工作面礦山壓力（壓力量、位移量等） 、設備工 況（開機率、負荷等）以及環(huán)境參數(shù)（瓦斯?jié)舛鹊龋┑木C合監(jiān) 測、數(shù)據(jù)采集、傳送、記錄、圖形顯示、歷史數(shù)據(jù)分析、報表 輸出等功能?？梢詾榫潞偷孛嫔a、管理人員提供連續(xù)、實 時的井下采煤工作面生產、安全信息，是保證采煤工作面安全、 高產、高效的現(xiàn)代化手段。 10.10.膠帶運輸監(jiān)控子系統(tǒng) 本礦井選用 1 1 套礦用膠帶機監(jiān)控系統(tǒng)對井下運煤皮帶進行集 中監(jiān)測和控制?？刂葡到y(tǒng)由主站、分站及檢測傳感元

18、件組成。 控制分站安裝于膠帶機現(xiàn)場，完成對膠帶機的信號檢測和執(zhí)行 控制，每個分站可以對相應的膠帶機進行單獨控制， 主站設于 井下集中控制室內，以手動和自動方式對膠帶運輸系統(tǒng)的工作 狀態(tài)、故障性質、故障地點、煤倉煤位、運煤量等重要信息進 行顯示，并能遙控膠帶機、給煤機等設備的開停和相關皮帶之 間的閉鎖控制。每條皮帶；主要的檢測保護有：膠帶速度、膠 帶跑偏、緊急閉鎖、物料探測、設備開停、煙霧、堆煤、運煤 量及溫度保護、滅火灑水保護、防塵灑水保護、斷帶保護、撕 裂保護等。 11.11. 變電站監(jiān)測系統(tǒng) 在井下每個變電所安裝一個電力分站， 它通過 485485 和該變電所 的高、低壓綜合保護器相連，

19、通過四芯屏蔽電纜與工業(yè)以太網(wǎng) 的防爆交換機相連。電力分站作為監(jiān)控中心和綜合保護裝置的 連接系統(tǒng)，起到將綜合保護裝置的測量信息 （遙測、遙信的數(shù) 據(jù)）上傳至監(jiān)控中心，同時將監(jiān)控中心的指令（遙控）發(fā)送給相應 的綜合保護裝置的作用。 全中文液晶顯示，能清楚實時顯示電 網(wǎng)的電流、電壓、零序電。 1212鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng) 在鍋爐房內各設一套鍋爐微機監(jiān)控系統(tǒng)， 完成對各臺鍋爐的參 數(shù)檢測、保護和控制。上位機、組態(tài)軟件構成人機操作界面， 以直觀的計算機操作方式取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制。 提供形 象的操作界面，操作人員通過鼠標或鍵盤操作， 完成設備或流 程的啟停和生產過程中各狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測及相關參數(shù)的設定、 調

20、整。統(tǒng)計主要設備運行時間、故障狀態(tài)等， 實時數(shù)據(jù)記錄數(shù) 據(jù)庫進一步完善設備管理。微機監(jiān)控系統(tǒng)的上位機與礦井調度 控制中心通過 100M100M 以太網(wǎng) OPCOPC 通信。 13.13. 選煤廠監(jiān)控系統(tǒng) 選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)也是一個較大的自動化系統(tǒng)， 也是一個比較獨 立的系統(tǒng)，其網(wǎng)絡結構、 方式與礦井自動化系統(tǒng)類似，選煤廠 和礦井自動化系統(tǒng)采用光纖以太網(wǎng)，以 OPCOPC 方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通 訊。 14.14. 井下降溫監(jiān)控系統(tǒng) 井下降溫制冷站安裝冷水機組，采用一套 PLCPLC 可編程監(jiān)控系 統(tǒng)，在控制臺上即可實現(xiàn)單臺制冷機組的控制又可實現(xiàn)多臺制 冷機組的智能優(yōu)化控制，并通過以太網(wǎng) OPCOPC 方式

21、或 TerminalTerminal ServerServer 方式傳輸接口與網(wǎng)絡交換機連接， 從而匯接到全礦綜合 自動化網(wǎng)絡上?？稍谡{度中心實行監(jiān)控。 并配以工業(yè)電視進行 圖像監(jiān)視。能夠自動采集、顯示制冷機組的各種運行參數(shù)，控 制制冷機組的運行； 15.15. 礦井水處理監(jiān)控系統(tǒng) 在礦井水處理站和污水處理站各設一套 PLCPLC 控制系統(tǒng)，用于 實現(xiàn)對水處理設備和水處理工藝的集中監(jiān)視和控制， 并實現(xiàn)多 臺水泵優(yōu)化控制；可實時監(jiān)測水塔水位、 水泵電氣狀況；實現(xiàn) 水位閉鎖和智能切換。礦井水處理監(jiān)控系統(tǒng)控制方式分機旁就 地控制、礦井水處理站程控（礦井水處理站和污水處理站合用 一臺監(jiān)控上位機）和全礦

22、生產調度中心遠程控制。兩套 PLCPLC 控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)實現(xiàn)與監(jiān)控上位機的通信， 礦井水處理監(jiān) 控上位機與全礦生產調度中心通過 100M100M 以太網(wǎng) OPCOPC 通信， 實現(xiàn)三級控制模式（即機旁控制、 處理站監(jiān)控、調度室監(jiān)控）。 上位機、組態(tài)軟件構成人機操作界面，以直觀的計算機操作方 式取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制。 提供形象的操作界面， 操作人 員通過鼠標或鍵盤操作，完成設備或流程的啟停和生產過程中 各狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測及相關參數(shù)的設定、 調整。統(tǒng)計主要設備運 行時間、故障狀態(tài)等，實時數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)庫進一步完善設備管 理。 控制系統(tǒng)有三種控制操作方式，全礦生產調度中心集中操作、 處理站集中操作和現(xiàn)場機旁就地操作方式。 控制室集中操作是 本系統(tǒng)的主要操作方式， 處理站集中操作方式和現(xiàn)場單機就地 操作方式主要用于設備的調試和檢測維護。 16.16. 壓風機監(jiān)控系統(tǒng) 每臺壓風機采用一套以可編程序控制器 （PLC PLC ）和壓力、溫度、 冷卻水斷水檢測、供電檢測及電量計量等組成監(jiān)控系統(tǒng)， PLCPLC 控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與上位機的通信，組成分散型控制系統(tǒng) （DCSDCS）。上位機采用相同的組態(tài)軟件（ HMIHMI ）為操作界面， 以直觀的計算機操作方式取代傳統(tǒng)的繼