分布式控制系統(tǒng)用于大型礦區(qū)研究

摘要：大型礦區(qū)所涉及的采掘面積更廣，與中小型礦區(qū)作業(yè)存在著明顯的差異性。為了更好地完成礦區(qū)生產(chǎn)任務，應配備專用控制系統(tǒng)為支撐，輔助采煤人員的操作指令。分析了分布式控制系統(tǒng)用于大型礦區(qū)的相關問題，推動現(xiàn)代化采煤系統(tǒng)的應用。

關鍵詞：大型礦區(qū)；分布式系統(tǒng)；生產(chǎn)；應用技術(shù)

與傳統(tǒng)信息化相比，現(xiàn)有采煤系統(tǒng)更加適用于大型礦區(qū)的作業(yè)要求，而不是僅限于中小型礦點，這為企業(yè)擬定開采方案提供了更多的選擇。因分布式系統(tǒng)是借助計算機控制平臺為基礎的，現(xiàn)實應用中還要發(fā)揮出分布式系統(tǒng)的功能特點，從多個區(qū)域執(zhí)行采煤生產(chǎn)的調(diào)度指令。

一、大型礦區(qū)采煤的難點

由于煤炭資源開采量的不斷增加，中小型礦區(qū)已經(jīng)無法滿足市場對煤炭資源的需求，開發(fā)出大型礦區(qū)才能適應能源供應的要求。根據(jù)部分開發(fā)出的大型礦區(qū)情況，其現(xiàn)場采煤作業(yè)面臨著一定的難度。

（1）存量多。按照國家對煤炭礦井劃分的標準，我國礦井分為特大、大、中、小等四個級別。廣義上來說，特大型、大型等均列為大型礦區(qū)。如下表，大型礦區(qū)的儲藏量在120300萬噸，龐大的礦資源量對企業(yè)提出了嚴格要求，無論是采掘人員或設備，均要保持高質(zhì)量的生產(chǎn)作業(yè)水平，才能提高礦區(qū)資源的有效利用率[1]。

礦井劃分等級表

標準特大型大型中型小型

年產(chǎn)量≥300萬噸>120萬噸4590萬噸<30萬噸

（2）事故多。安全問題是煤炭生產(chǎn)的難點之一，也是影響企業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的關鍵因素。礦井與露天煤礦有著很多的區(qū)別，尤其是礦井與地表面深度在幾百至幾千米之上，井內(nèi)采煤面臨著諸多的風險隱患。例如，井內(nèi)采煤常遇到瓦斯、通風、坍塌等危險，對人員或設備均帶來看嚴重的危害。

二、分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點

大型礦區(qū)具有儲藏量大、危險性高等特點，選定新型系統(tǒng)為支撐是不可缺少的?；谟嬎銠C技術(shù)條件下，分布式控制系統(tǒng)用于大型礦區(qū)是一種先進的采掘模式。

（1）性能優(yōu)。整個生產(chǎn)過程中的多個控制回路由多臺計算機控制，數(shù)據(jù)可以集中采集。分布式控制系統(tǒng)使用微處理器分別控制每個回路，而中小型工業(yè)控制計算機或高性能微處理器則用于實現(xiàn)下一級控制。分布式控制的整體性能十分優(yōu)越。

（2）易控制?，F(xiàn)代煤炭技術(shù)注重信息化改造，選用信息科技為輔助以設計更加多功能的采礦系統(tǒng)，幫助礦區(qū)解決現(xiàn)實生產(chǎn)中遇到的相關問題。分布式控制系統(tǒng)是計算機技術(shù)的應用典范，其可以按照礦區(qū)地質(zhì)分布格局實施全面性的控制，加快了井內(nèi)采掘流程的規(guī)范化[2]。

三、分布式控制系統(tǒng)用于大型礦區(qū)研究

分布式控制是計算機技術(shù)應用的核心。在煤礦系統(tǒng)中設置程序指令，幫助管理人員解決煤礦開采中遇到的實際問題。分布式控制系統(tǒng)在大型礦區(qū)控制中的應用應與系統(tǒng)中固有的控制裝置相結(jié)合，才能發(fā)揮出最佳的采煤指導作用。具體應用如下：

（1）現(xiàn)場控制站。主要由PC總線工控機、機柜、電源、通信控制單元、手動操作單元、自動顯示操作單元等組成。其主要功能有：順序控制、DDC控制、信號報警、數(shù)據(jù)通信功能、數(shù)據(jù)采集、打印報表。大型煤礦區(qū)的生產(chǎn)面積較大，采煤現(xiàn)場通過建立多個控制站，可以實現(xiàn)一點對一的控制方式。也就是說，每個采煤點都有相應的控制站，逐步形成一個龐大的調(diào)度網(wǎng)絡。實現(xiàn)了礦區(qū)采煤的協(xié)調(diào)運行。

礦井工程系統(tǒng)圖

（2）智能調(diào)節(jié)器。這是一種數(shù)字過程控制儀器，其外觀類似于傳統(tǒng)的盤式儀表。智能調(diào)節(jié)器不僅可以接受4～20mA，DC直流電流信號輸入的設定值，還具有RS422/485 RS232等異步通信接口。智能調(diào)節(jié)器應用于大型煤礦區(qū)域，可與上位機連接，形成主從式通信網(wǎng)絡，接收上位機下發(fā)的控制參數(shù)，上報不同井間的采煤參數(shù)。

（3）集中監(jiān)控級。大型礦區(qū)采煤必須要考慮安全問題的防御，對煤井內(nèi)添加自動哈監(jiān)控裝置，實時監(jiān)測采煤中可能發(fā)生的異常情況。分布式計算機具備了集中監(jiān)控、分散監(jiān)控等兩種功能，由集中監(jiān)控級逐漸擴散監(jiān)控面域，提升了礦區(qū)生產(chǎn)的安全系數(shù)。面向操作員和系統(tǒng)工程師的功能，主要是以操作監(jiān)視為主要任務，兼有部分管理功能[3]。配備計算機和外圍設備，以及相應軟件，實施高級控制策略，對生產(chǎn)過程進行故障診斷、質(zhì)量評估。

四、分布式系統(tǒng)軟件技術(shù)的應用

（1）系統(tǒng)軟件。提供系統(tǒng)運行和管理的基本環(huán)境，能夠為分布式系統(tǒng)創(chuàng)造最佳的運行條件。大型礦區(qū)正式開工前，必須對礦區(qū)地質(zhì)條件、煤炭存量等綜合考察，結(jié)合系統(tǒng)軟件功能可自動判斷礦區(qū)的煤炭參數(shù)。

（2）組態(tài)軟件。軟件負責流程管理系統(tǒng)的配置、系統(tǒng)中各設備的定義、各設備工作需求的確定、設備網(wǎng)絡地址的分配、各控制點的定義、顯示圖上點數(shù)據(jù)的排列等。機械設備是大型煤礦區(qū)采掘的主導工具，依賴于機械設備功能的發(fā)揮，可減小人工采掘、洗選、運輸?shù)碾y度。組態(tài)軟件借助計算機平臺，對煤產(chǎn)品處理進行智能化編排，維持了開發(fā)流程的有序進行。

（3）應用軟件。用于整個煤礦開采過程的運行和控制，數(shù)據(jù)采集、信息分析、優(yōu)化、控制網(wǎng)絡設備和外部設備的完善。運行于系統(tǒng)的人機界面工作站、服務器節(jié)點的軟件，進行數(shù)據(jù)采集和事件分析處理、信息存儲和管理、二次計算、人機接口監(jiān)控、遠程控制等應用。

五、結(jié)論

我國現(xiàn)有煤炭礦井的規(guī)模不一，不同地理位置及地質(zhì)條件下的礦井存量存在差異，這就需要煤炭企業(yè)擬定針對性的采煤方案，才能更好地利用井內(nèi)資源。煤炭信息化是工業(yè)生產(chǎn)的前沿趨勢，它以三大信息技術(shù)為技術(shù)指導，推動了煤礦區(qū)作業(yè)系統(tǒng)的多功能化改造。分布式控制系統(tǒng)在大型礦區(qū)生產(chǎn)中的應用，煤炭開采過程可以準確進行，保證了煤炭資源的可持續(xù)開采。

參考文獻：

[1]龔宏.我國大型礦區(qū)分布特點及生產(chǎn)控制[J].中國經(jīng)濟調(diào)查，2011，19（4）：3638.

[2]許法根.分布式控制系統(tǒng)應用于大型礦區(qū)的技術(shù)方案[J].煤炭技術(shù)，2010，40（20）：7374.

[3]萬磊.現(xiàn)代礦井采煤作業(yè)流程的科技化管理[J].山西煤礦，2009，13（6）：4446.

[4]傅少華.基于計算機應用技術(shù)的智能化采煤系統(tǒng)研究[J].計算機應用技術(shù)，2010，31（15）：3942.

作者簡介：馬琰（1982），男，江蘇宜興人，本科，碩士，實驗師、工程師、技師，研究方向：計算機應用。