煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造

天地科技股份有限公司上海分公司 陳 陽

從目前的具體分析來看，井下作業(yè)是煤礦生產(chǎn)的常態(tài)，所以井下作業(yè)效率對于煤礦的具體生產(chǎn)效率有著顯著的影響。從現(xiàn)階段的資料研究分析來看，傳統(tǒng)的井下作業(yè)利用的是半機械半人工的方式，即利用人力操作實現(xiàn)對機械設(shè)備的控制，從而實現(xiàn)采煤的目的，就這種方式的具體分析來看，其在安全性和效率性方面存在著顯著的問題，所以從現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展和質(zhì)量化工業(yè)發(fā)展的角度來考慮，此種生產(chǎn)方式需要進行改變。自動化技術(shù)在目前的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的利用，其能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的智能化，對于人員解放也有著重要的意義，所以利用自動化技術(shù)對煤礦井下工作系統(tǒng)進行改造可以有效的提升煤礦井下生產(chǎn)的效率和安全?；诖?，分析研究煤礦井下自動化系統(tǒng)的改造現(xiàn)實意義巨大。

1 煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造的積極意義

煤礦井下設(shè)備系統(tǒng)在煤礦的具體生產(chǎn)實踐中起著重要的作用，其運行的流程性、可靠性和穩(wěn)定性對于煤炭開采的效率和安全影響巨大，所以在生產(chǎn)實踐分析的基礎(chǔ)上對現(xiàn)階段的具體應(yīng)用系統(tǒng)做分析和改造，其會產(chǎn)生比較顯著的意義，而就具體的意義分析來看，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

1.1 安全意義

第一是煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造具有顯著的安全意義。從具體的煤礦開采來看，井下透水事故、瓦斯爆炸等會給煤礦的開采埋上陰影，這不僅不利于煤礦的正常開采，對于工作人員的人身安全也是重要的威脅，所以必須要對此種現(xiàn)象進行改善。煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造能夠?qū)崿F(xiàn)井下生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化，有了統(tǒng)一的操作和控制，施工隨意性的現(xiàn)象得到了有效的避免，人為原因造成的安全事故率有了明顯的降低。簡單來講，通過煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)的改造，煤礦井下生產(chǎn)的設(shè)備利用環(huán)境等有了明顯的改善，這種改善降低了風險發(fā)生率，所以煤礦井下生產(chǎn)的安全性愈加顯著。

1.2 經(jīng)濟意義

第二是煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造具有顯著的經(jīng)濟意義。從具體的分析來看，其經(jīng)濟意義主要從三方面進行體現(xiàn)：第一是在進行煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造之后，設(shè)備運行的持續(xù)性得到加強，煤炭開采的數(shù)量在明顯的提升。對于煤礦企業(yè)而言，產(chǎn)量提升意味著收入的增加，所以說煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造實現(xiàn)了煤礦企業(yè)經(jīng)濟總收入的提升。第二是煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造有效的降低了生產(chǎn)中的材料浪費，這種情況使得煤礦的生產(chǎn)資料利用率顯著的提升，而由于資料利用率得到了提升，成本投入有所下降，所以企業(yè)的生產(chǎn)效益提高。簡言之，煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造降低了成本，提升了產(chǎn)量，所以其對于煤礦企業(yè)來講具有重要的經(jīng)濟意義。

2 煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造的目標和技術(shù)利用

煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然要求，也是煤礦企業(yè)自身發(fā)展和改革必須要走的道路，所以在具體的實踐工作中積極的采取措施強調(diào)改造的效果。從具體的改造實踐來看，明確目標并科學(xué)利用技術(shù)十分的關(guān)鍵，所以就著兩項內(nèi)容需要做系統(tǒng)闡述。

2.1 目標

煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造就具體的分析來看，其具體的目標有兩個：第一是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)效率的提升。從具體的分析來看，煤礦的生產(chǎn)效率與投入量和產(chǎn)出量有著明顯的關(guān)系，利用較少的資料投入獲取較多的資源產(chǎn)出，其生產(chǎn)效率明顯的提升。煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造有效的實現(xiàn)了煤礦井下系統(tǒng)運行的持續(xù)化加強，設(shè)備利用率得到了明顯的提升，其產(chǎn)出自然有了明顯的提高。簡言之，煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)的改造其顯著的目的是要將現(xiàn)階段的煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀進行改善，從而促進煤炭生產(chǎn)數(shù)量的顯著增加。

第二是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)安全性的提升。從過去的分析來看，煤礦的生產(chǎn)采用的是半人工半機械的操作方式，在這種方式下，人員的機械操作水平和控制效果影響著生產(chǎn)的安全，所以當機械操作存在失誤的時候，煤礦開采的事故率會明顯的提升。再者井下瓦斯等的存在對工作人員的安全來講也是重要的威脅。實現(xiàn)煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)的改造，機械控制的智能化水平提升，隨意性操作的問題得到解決，生產(chǎn)安全有了顯著的提升。

2.2 技術(shù)利用

從煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)的具體改造來看，技術(shù)利用是必須的內(nèi)容，因為沒有技術(shù)的支撐，相應(yīng)的改造工作無法實現(xiàn)。從具體的分析來看，在煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)的具體改造中，技術(shù)利用一共有四項：第一是自動化技術(shù)。既然是自動化系統(tǒng)改造，那么其必然會使用到自動化技術(shù)，可以說，自動化技術(shù)是自動化系統(tǒng)改造的核心技術(shù)。第二是信息傳輸技術(shù)。從具體的分析來看，在自動化系統(tǒng)中，各個系統(tǒng)的信息交換都是一種信息傳輸，如果信息傳輸受到影響，具體的信息交換目標無法達成，自動化的使用會無法實現(xiàn)。所以在具體利用中分析研究信息傳輸技術(shù)十分必要。第三是計算機技術(shù)。自動化控制的具體實現(xiàn)，最終依靠的還是計算機控制程序，所以說在煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)的改造中，對計算機技術(shù)的分析和利用不容忽視。最后是遠程在線監(jiān)測技術(shù)。在具體的改造工作中實現(xiàn)檢測控制，在線監(jiān)測技術(shù)的利用必不可少，其能夠?qū)⒕唧w的設(shè)備進行檢測和傳輸，從而為控制監(jiān)測提供參考和依據(jù)，所以說在線監(jiān)測技術(shù)的利用是系統(tǒng)控制不可缺少的方面。

3 煤礦井下設(shè)備自動化改造的整體方案和結(jié)構(gòu)

從現(xiàn)實的需要來看，煤礦要在生產(chǎn)效率和質(zhì)量方面做全面的提升，系統(tǒng)改造是必須要完成的工作。就目前的具體實踐分析來看，煤礦自動化系統(tǒng)的改造需要利用工業(yè)以太網(wǎng)對原來的各個自動化控制系統(tǒng)進行整和，這樣可以構(gòu)建起一個以以太工業(yè)環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)的煤礦綜合自動化系統(tǒng)，而整個系統(tǒng)有井下信息采集與過程控制和井上監(jiān)控與信息處理兩部分完成。從具體的分析來看，井下信息采集與過程控制包括的子系統(tǒng)比較多，其中有泵房無人值班系統(tǒng)、帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)以及鼓風機故障監(jiān)控系統(tǒng)，各個系統(tǒng)對不同機電的信息采集工作和控制工作發(fā)揮實效。井上的監(jiān)控與信息處理主要是由多個監(jiān)控站、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及工控機等部分構(gòu)成的，其目的是完成對信息的處理和現(xiàn)實，從而實現(xiàn)對各系統(tǒng)的操作和控制指導(dǎo)。

對基于以太工業(yè)環(huán)網(wǎng)的煤礦綜合自動化系統(tǒng)進行分析發(fā)現(xiàn)其通信介質(zhì)是光纖環(huán)網(wǎng)，在具體利用中，其數(shù)據(jù)的交換是在多個交換機利用的基礎(chǔ)上完成的。一般來講，在使用中處于核心地位的交換機有兩臺，采用這樣的方式是為了防止故障對系統(tǒng)帶來的不利影響。

4 系統(tǒng)改造的具體實現(xiàn)

在確定了煤礦井下設(shè)備自動化的改造方案和具體結(jié)構(gòu)之后，接下來的工作便是對具體的系統(tǒng)做改造。分析煤礦井下作業(yè)系統(tǒng)的實踐，總結(jié)其需要具體改進的方面，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的改造最終要從三個方面來實現(xiàn)，以下是對具體內(nèi)容的分析和討論。

4.1 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

首先，煤礦井下設(shè)備自動化改造需要對系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)做變化。從具體的分析來看，在進行改造后，煤礦自動化系統(tǒng)整體需要采用分布式的結(jié)構(gòu)模式，在這種模式下，通行骨干網(wǎng)需要利用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，而井下的泵房可以采用無人值班系統(tǒng)，其他的系統(tǒng)比如輸送機監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等子系統(tǒng)都可以以樹形拓撲結(jié)構(gòu)的方式在骨干環(huán)網(wǎng)中進行接入，這樣，系統(tǒng)良好的可擴展性得到保持，其穩(wěn)定運行的效果得以實現(xiàn)。

從具體的實踐分析來看，煤礦的自動化系統(tǒng)要在工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上做到實效性的加強，最好是采用混合結(jié)構(gòu)模式，利用C/S和B/S兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對系統(tǒng)的管理，這樣，管理實效的提升增加。對改造后的自動化系統(tǒng)進行分析發(fā)現(xiàn)從邏輯上來看其分為三層：第一層是現(xiàn)場設(shè)備層；第二層是設(shè)備控制層；第三層是信息管理層。通過這三個層面上的具體控制實施，自動化系統(tǒng)的運行得以實現(xiàn)，就實踐分析來看，信息管理層主要的作用是對具體的生產(chǎn)信息做總結(jié)和分析，而設(shè)備控制層是根據(jù)信息管理層的管理信息對設(shè)備做具體的控制，現(xiàn)場設(shè)備層是設(shè)備利用的基礎(chǔ)，具體的指令執(zhí)行者便是現(xiàn)場設(shè)備層。簡言之，通過拓撲結(jié)構(gòu)的改變對具體的系統(tǒng)運行層面等做具體的分析，這樣，自動化系統(tǒng)的認識加深，利用效果也會得到強化。

4.2 控制層監(jiān)控軟件的實現(xiàn)

其次，在煤礦井下設(shè)備自動化改造的具體實踐中，一項重要的內(nèi)容便是進行控制層監(jiān)控軟件的實現(xiàn)。從目前的實踐分析來看，現(xiàn)場工況的實現(xiàn)、對機電設(shè)備的操作和控制都是控制層監(jiān)控軟件需要實現(xiàn)的內(nèi)容，而其要實現(xiàn)上述內(nèi)容，在具體的設(shè)計中可以利用VC、VB等開發(fā)工具。此種開發(fā)工具在具體的利用中表現(xiàn)出的顯著特點是功能比較強大且不受限制，所以可以根據(jù)具體的需要做控制類軟件的開發(fā)。但是需要注意一點，此工具在具體的監(jiān)控界面模擬開發(fā)中，內(nèi)容較為繁瑣，整體效率比較低。除了上述兩種開發(fā)工具的利用，在實際控制實現(xiàn)的過程中還可以利用組態(tài)網(wǎng)等組態(tài)軟件做二次的開發(fā)。此種開發(fā)軟件在具體實踐中的操作比較簡單，對現(xiàn)象的模擬性強，受自身功能的限制也比較少，但是其利用多在系統(tǒng)提供驅(qū)動和相應(yīng)設(shè)備做連接和通信的時候進行運用?？傮w來講，無論利用那種軟件做開發(fā)，最終的目的都是要實現(xiàn)控制層監(jiān)控軟件的效果，所以根據(jù)實踐做具體的開發(fā)工具選擇可以更好的實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的控制能力提升，保證其在工作中的價值應(yīng)用。

4.3 系統(tǒng)硬件連接方式

最后，自動化系統(tǒng)的具體實現(xiàn)需要對系統(tǒng)硬件的連接方式做考慮。從具體實踐分析來看，基于以太環(huán)網(wǎng)的煤礦自動化系統(tǒng)在具體的應(yīng)用中具有比較顯著的兼容性、可靠性和擴展性，所以其能夠?qū)Ω鱾€子系統(tǒng)的順利接入提供保障。當子系統(tǒng)發(fā)生具體故障的時候，其他與該子系統(tǒng)無關(guān)的子系統(tǒng)不會受到影響，這樣就保證了各個子系統(tǒng)工作的獨立性。

從煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)的具體利用來看，整個系統(tǒng)的控制上位機均要進行通訊以太網(wǎng)卡的配備，這樣，各級交換機的互聯(lián)和通信可以更加便捷。對于采用PLC控制的控制站，其可以利用相應(yīng)的以太網(wǎng)模塊完成和各級交換機的通信互聯(lián)。在使用以太網(wǎng)做通信介質(zhì)的控制子系統(tǒng)工作中，利用轉(zhuǎn)換設(shè)備的方式實現(xiàn)擴展方式的轉(zhuǎn)換，這樣，以太網(wǎng)接口和交換機可以實現(xiàn)物理上的網(wǎng)絡(luò)連接。簡言之，在自動化系統(tǒng)的具體工作實踐中，硬件連接能夠?qū)ο到y(tǒng)運行的流暢性和質(zhì)量做保證，所以分析系統(tǒng)改造中具體的系統(tǒng)硬件連接方式現(xiàn)實性十分的顯著。

5 結(jié)束語

煤礦生產(chǎn)對于現(xiàn)階段社會能源資源的供應(yīng)有著顯著的影響，提升煤礦開采量，降低其在運行中的安全事故這是煤礦生產(chǎn)在現(xiàn)代化發(fā)展中的主要目標。從實踐分析來看，利用自動化技術(shù)實現(xiàn)煤礦井下設(shè)備自動化系統(tǒng)改造，可以從整體上對將煤礦生產(chǎn)的自動化能力進行提升，進而實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的標準性和統(tǒng)一性，這樣，在具體的生產(chǎn)過程中，安全得到保證，效率得以提升，煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)代化目標持續(xù)推進。

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