煤炭綜合系統(tǒng)

煤礦綜合自動化系統(tǒng)

周毅2011年9月

總綱要煤礦主要生產(chǎn)工藝煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)業(yè)務需求煤礦綜合自動化系統(tǒng)基本概念建設(shè)內(nèi)容關(guān)鍵技術(shù)自動化、信息化、數(shù)字化比較煤礦綜合自動化系統(tǒng)解決方案生產(chǎn)自動化安全監(jiān)控安全生產(chǎn)管理輔助系統(tǒng)第二部分煤礦綜合自動化系統(tǒng)一、什么是煤礦綜合自動化系統(tǒng)1.概念概念提出：煤礦綜合自動化又稱CIMAS（ComputerIntegratedMineAutomationSystem），基于CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）原理提出；

應用技術(shù)：應用現(xiàn)代電子技術(shù)和自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及計算機技術(shù)等；功能分析：實現(xiàn)對礦井生產(chǎn)過程全面監(jiān)控的系統(tǒng)，把采掘生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行集中監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)各運行參數(shù)的統(tǒng)計并上傳至礦區(qū)辦公局域網(wǎng)，這樣使得煤礦生產(chǎn)和管理更加科學高效。同時將一些主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)和安全情況向上一級管理部門進行匯報，上一級管理部門可以通過這些數(shù)據(jù)對煤礦進行遠程實時監(jiān)視。出現(xiàn)緊急情況發(fā)出告警信號。一、什么是煤礦綜合自動化系統(tǒng)1.概念1）系統(tǒng)集成：生產(chǎn)控制及檢測系統(tǒng)（采煤工作面、綜掘工作面、皮帶運輸、地面洗選、礦井供電、井下主排水、礦井主通風機等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)據(jù)；礦井環(huán)境監(jiān)測、束管監(jiān)測等系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)）、生產(chǎn)管理系統(tǒng)（安全管理、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)計劃組織及機電管理等信息應用系統(tǒng)）及企業(yè)管理信息系統(tǒng)（辦公自動化、財務管理、物資供應管理、人力資源管理、資產(chǎn)管理等）的集成。(生產(chǎn)與管理的集成)2）技術(shù)及裝備：網(wǎng)絡(luò)、通信、數(shù)據(jù)庫、自動化、信息化以及工業(yè)電視等技術(shù)及設(shè)備。3）目標：提高煤礦安全管理能力；實現(xiàn)生產(chǎn)、管理的一體化(生產(chǎn)自動化、管理自動化)一、什么是煤礦綜合自動化系統(tǒng)2、邏輯架構(gòu)圖一、什么是煤礦綜合自動化系統(tǒng)3.系統(tǒng)分析三個層次：基礎(chǔ)自動化層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務應用層安全、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管理信息集成綜合自動化信息集成平臺二、煤礦綜合自動化系統(tǒng)主要內(nèi)容煤礦綜合自動化系統(tǒng)解決的是安全、生產(chǎn)兩大主題，進行科學精細化管理，達到管控一體化。數(shù)據(jù)處理管理、決策數(shù)據(jù)信息二、煤礦綜合自動化系統(tǒng)主要內(nèi)容1、基礎(chǔ)自動化礦井生產(chǎn)自動化系統(tǒng)（PCS）

(1)綜采工作面自動化控制系統(tǒng)；

(2)掘進工作面自動控制系統(tǒng)；

(3)主運輸皮帶集中控制系統(tǒng)；

(4)礦井主排水自動控制系統(tǒng)；

(5)主扇風機自動控制系統(tǒng)；

(6)壓風機自動控制系統(tǒng)；

(7)地面篩選集中控制系統(tǒng)；

(8)選煤廠綜合自動化；

(9)地面裝車自動控制系統(tǒng)；

(10)井下輔助運輸監(jiān)控系統(tǒng)

(11)礦井主煤流計量系統(tǒng)；(12)礦井供電自動化控制系統(tǒng)等。安全管理監(jiān)控系統(tǒng)（1）礦井巷道頂板壓力監(jiān)測系統(tǒng)；（2）安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；（3）人員定位跟蹤系統(tǒng)；（4）礦井安全生產(chǎn)無線監(jiān)管系統(tǒng)等。輔助安全監(jiān)控系統(tǒng)（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)；（2）礦井調(diào)度通信及井下無線通信系統(tǒng)。

2、煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES（業(yè)務應用）3、企業(yè)管理、決策系統(tǒng)（業(yè)務應用）

102、關(guān)鍵技術(shù)兩個網(wǎng)絡(luò)，一個平臺。1）兩個網(wǎng)絡(luò)：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)—生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)（運行狀態(tài)、電機溫度、軸承溫度、振動等）、工藝參數(shù)（水位、流量、壓力、煤位等）及環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)（安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、火災束管監(jiān)測的數(shù)據(jù)）的傳輸通道（數(shù)據(jù)傳輸高速公路）；企業(yè)信息網(wǎng)—企業(yè)實現(xiàn)信息化的物質(zhì)基礎(chǔ)，企業(yè)管理相關(guān)信息共享，實現(xiàn)企業(yè)信息化管理。

112）一個平臺：即綜合自動化信息集成平臺，類似于物流中心和橋梁。

主要作用：數(shù)據(jù)采集：提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口、通訊協(xié)議，采集一線生產(chǎn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲、分析

：將數(shù)據(jù)分類存儲，加以分析；（物流中心）遠程監(jiān)控：利用組態(tài)軟件，開發(fā)人機界面（HMI），遠程監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備狀況及生產(chǎn)狀態(tài)；監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)；異常情況報警；生產(chǎn)管理系統(tǒng)應用：利用采集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合安全、生產(chǎn)管理模式，開發(fā)生產(chǎn)管理系統(tǒng)；

信息化數(shù)據(jù)來源：為企業(yè)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。

（橋梁）2、關(guān)鍵技術(shù)12井下設(shè)備要取得煤安標志（MA）及礦用防爆證書3、裝備要求13三、綜合自動化網(wǎng)絡(luò)1、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線——Profibus、ControlNet；工業(yè)以太網(wǎng)——赫斯曼、西門子、MOXA等提供解決方案。（常用的）141、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖151、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)：井上、井下2個環(huán)網(wǎng)；冗余：2臺核心交換機，冗余熱備份；鏈路冗余、服務器冗余、工作站冗余；設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)交換機；服務器；工作站。。。161、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃：網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備；防火墻或網(wǎng)閘，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量控制；通信線路安全；網(wǎng)絡(luò)防病毒。企業(yè)信息管理網(wǎng)絡(luò)平臺網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備調(diào)度中心千兆路由環(huán)網(wǎng)冗余冗余鏈路冗余鏈路服務器群數(shù)據(jù)采集服務器冗余熱備6、設(shè)備安全設(shè)置7、網(wǎng)絡(luò)安全策略各監(jiān)控子系統(tǒng)等操作站、控制主機2、防/殺病毒3、數(shù)據(jù)安全控制4、系統(tǒng)漏洞掃描5、系統(tǒng)補丁分析1、防攻擊、防病毒、準入控制企業(yè)Intranet網(wǎng)絡(luò)172、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)；煤礦實現(xiàn)信息化物質(zhì)基礎(chǔ)。銷售信息、物資采購信息和庫存信息、財務管理信息、生產(chǎn)調(diào)度信息、安全管理信息、企業(yè)接入煤礦集團中心及Internet上網(wǎng)業(yè)務為核心的企業(yè)計算機管理信息化系統(tǒng)提供硬件傳輸平臺。182、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖192、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)；三層架構(gòu)：接入層、匯聚層、核心層；服務器及存儲。。。網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃203、兩個網(wǎng)絡(luò)互連21四、綜合自動化信息集成平臺數(shù)據(jù)集成的業(yè)務需求

數(shù)據(jù)集成的技術(shù)需求“數(shù)出一門”保證數(shù)據(jù)的有效性和一致性不同業(yè)務和系統(tǒng)間能夠?qū)崟r的交換和共享數(shù)據(jù)匯總、分析和展示企業(yè)歷史的業(yè)務數(shù)據(jù)從管理角度，透明底層的數(shù)據(jù)，監(jiān)督數(shù)據(jù)的準確性從管理角度，規(guī)范業(yè)務的數(shù)據(jù)流程提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)發(fā)布平臺提供統(tǒng)一的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)與管理信息的數(shù)據(jù)集成平臺關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)整合221、架構(gòu)架構(gòu)圖232、平臺構(gòu)成基于工業(yè)組態(tài)軟件平臺（實時歷史數(shù)據(jù)庫），結(jié)合礦井具體情況而開發(fā)。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控組態(tài)實時歷史數(shù)據(jù)庫WEB客戶端243、平臺特點集成性：實現(xiàn)不同應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和應用集成。開放性：提供DDE、ODBC、Web、OPC等標準接接口，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)與其它應用程序、Internet/Intranet的連接，為應用開發(fā)提供了統(tǒng)一的系統(tǒng)資源和共享資源。透明性：

易于操作，便于修改與調(diào)試。功能多效性：提供了共享的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。25五、綜合自動化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃物理層—硬件設(shè)備層通過加裝以太網(wǎng)卡或轉(zhuǎn)換接口卡來支持以太網(wǎng)標準和TCP/IP協(xié)議目前煤炭行業(yè)自動化控制系統(tǒng)常用的物理接口類型如下表26五、綜合自動化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃協(xié)議層—軟件層根據(jù)不同的協(xié)議，配置相應的數(shù)采接口程序進行數(shù)據(jù)的采集，然后存儲在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺目前煤炭行業(yè)自動化控制系統(tǒng)常用的軟件協(xié)議如下表27五、綜合自動化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃幾種數(shù)據(jù)采集的標準接口28五、綜合自動化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃子系統(tǒng)接入硬件要求原則上各子系統(tǒng)的接入應都從PLC直接接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)采用PLC方式接入時PLC控制器采用國際知名的主流設(shè)備PLC具備支持以太網(wǎng)的模塊采用上位機接入方式時上位機要求預留接入以太網(wǎng)或其他通訊接口所有接入方式的硬件接口須采用標準以太網(wǎng)接口(RJ45)其它接入方式時可參照上位機或PLC的接入要求靈活開放的數(shù)據(jù)接口支持OPC，TCP/IP，ASCII，SNMP，NetDDE，COM等通訊協(xié)議或RS232，485，422串口通訊接口或開放的API，OCX軟件接口29五、綜合自動化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃通過OPC/DDE接口采集數(shù)據(jù)針對具有OPCServer功能的自動化系統(tǒng)。既可以作為OPC服務器，也可以作為OPC客戶端。開發(fā)人員可以從任何一個OPC服務器直接獲取動態(tài)數(shù)據(jù)，并集成到iFIX工作臺內(nèi)。由實時數(shù)據(jù)庫完成到監(jiān)控端的數(shù)據(jù)下發(fā)。五、綜合自動化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃通過ODBC接口采集數(shù)據(jù)

針對不能提供直接接口而提供數(shù)據(jù)庫支持的系統(tǒng)，如汽車衡和軌道衡。iFIX全面支持ODBCAPI接口，，通過數(shù)據(jù)庫訪問進行數(shù)據(jù)采集，同時將采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)綄崟r數(shù)據(jù)庫進行存儲。由實時數(shù)據(jù)庫完成到監(jiān)控端的數(shù)據(jù)下發(fā)。六、自動化、信息化、數(shù)字化比較目前煤礦現(xiàn)代化建設(shè)中幾種表述：自動化信息化數(shù)字化六、自動化、信息化、數(shù)字化比較1、從三者概念表述、內(nèi)容描述及層次結(jié)構(gòu)上看，存在聯(lián)系：都是煤礦發(fā)展方向2、本質(zhì)上沒有區(qū)別，而是從不同角度提出煤炭企業(yè)今后發(fā)展的方向。三者之間信息化是實質(zhì)，數(shù)字化是表達形式，自動化是基礎(chǔ)和目的。所有的高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井其核心是信息，即各種信息的采集、傳輸、應用和反饋的閉環(huán)過程，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，所有的信息都將以數(shù)字（化）的方式表現(xiàn)出來，其應用的最終價值將體現(xiàn)在礦井安全生產(chǎn)自動化（管控一體化）上，體現(xiàn)在企業(yè)的減人增效、保障安全上。

1）信息化是現(xiàn)代化礦井的實質(zhì)。現(xiàn)代化礦井實質(zhì)上是依賴對礦井地理、生產(chǎn)、安全、設(shè)備、管理和市場等方面的信息進行采集、傳輸、處理、應用和提升，達到信息增值的目的。其主要內(nèi)容包括信息的采集（傳感器與檢測）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計算機）、信息的應用與集成（自動化）等等。信息是未來煤礦企業(yè)的重要戰(zhàn)略資源，擁有全面、完整、準確的信息是企業(yè)提高生產(chǎn)能力，保證安全，提高管理水平、市場應變能力和競爭能力的重要保障。六、自動化、信息化、數(shù)字化比較2）數(shù)字化是信息的表達形式，而且是信息最高、最先進的表達形式。由于計算機技術(shù)、微電子技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多煤礦的地理信息、生產(chǎn)信息、安全信息、設(shè)備工況信息從采集（傳感器）開始，就實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。傳感器在采集信息的同時，它可以對信息進行處理、自校正等，不僅使被采集的信息更準確，而且可以在一根總線上掛許多個傳感器，使信息傳輸系統(tǒng)更簡便。而被采集的信息不會因傳輸距離和環(huán)境使精度受到影響。由于信息是以數(shù)字的形式進行采集、處理、傳輸和應用，因此，生產(chǎn)、安全、管理、市場等信息可以在一個統(tǒng)一的平臺上進行傳輸和交流，使所有的信息能得到更充分的應用，使所采集到的信息得到更大的增值。

3）自動化（管控一體化）則是現(xiàn)代化礦井的重要基礎(chǔ)和目的。自動化是指機械設(shè)備或生產(chǎn)過程（煤礦包括環(huán)境安全）、管理過程（DA、BA）在沒有人的直接參與，經(jīng)過自動檢測、信息傳輸、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)所要達到的目標。信息化（數(shù)字化）的信息絕大部分來自于各種生產(chǎn)、工況、安全的自動檢測裝置（傳感器），這些是信息化（數(shù)字化）的基礎(chǔ)。反之，由于實現(xiàn)了信息化（數(shù)