智能礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究

宋建

摘 要 科技在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，我國(guó)是智能化發(fā)展的新時(shí)期，智能礦井綜合自動(dòng)化是利用信息網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、通信、計(jì)算機(jī)、視頻等先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品建立的以煤礦安全生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)為核心，集成生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)和安全生產(chǎn)支持系統(tǒng)的監(jiān)控及安全生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)為一體的完整的“管控一體化”綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 智能礦井;綜合自動(dòng)化;管控一體化;數(shù)據(jù)中心;智能分析;聯(lián)動(dòng)預(yù)警

1系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)多是以上層業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ)，展開(kāi)企業(yè)業(yè)務(wù)流程管控的，更加注重業(yè)務(wù)執(zhí)行以及資料流轉(zhuǎn)準(zhǔn)確性，對(duì)下層工業(yè)控制系統(tǒng)具體控制方式考慮相對(duì)較少，會(huì)對(duì)生產(chǎn)管控形成一定影響。而綜合生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)更加注重生產(chǎn)層面細(xì)節(jié)控制，會(huì)按照生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況以及生產(chǎn)效率等展開(kāi)分析，數(shù)據(jù)收集較為及時(shí)、全面，整體設(shè)備聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)效果也較為理想。在礦井企業(yè)展開(kāi)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建統(tǒng)一性管理平臺(tái)，可達(dá)到良好的信息融合、檢測(cè)與生產(chǎn)管理效果，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生產(chǎn)系統(tǒng)與生產(chǎn)輔助系統(tǒng)信息的動(dòng)態(tài)跟蹤與處理，能夠?yàn)樯a(chǎn)管控以及企業(yè)決策制定提供重要依據(jù)。

2智能礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

（1）總體架構(gòu)。總體架構(gòu)分為三個(gè)部分[1]：信息層、控制層和設(shè)備層。①信息層：實(shí)現(xiàn)信息綜合展示與綜合管理。具體內(nèi)容包括：建立礦山門(mén)戶(hù);通過(guò)建立數(shù)學(xué)分析模型，將企業(yè)安全、生產(chǎn)、成本、監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，為企業(yè)決策者有效實(shí)施管理和制定計(jì)劃提供決策依據(jù)。②控制層：實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一平臺(tái)綜合管理，實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。具體內(nèi)容包括：建立高速冗余信息傳輸通道，為礦山各子系統(tǒng)數(shù)字化傳輸?shù)於ɑA(chǔ);建立統(tǒng)一的礦山數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，存儲(chǔ)海量的工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)管理級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及可進(jìn)行決策分析的管理級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)供進(jìn)行綜合分析、綜合查詢(xún)的大型綜合數(shù)據(jù)。③設(shè)備層：實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)子系統(tǒng)自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)。具體內(nèi)容包括：建設(shè)高度智能的控制子系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)各自生產(chǎn)工藝流程，采用智能傳感器和執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)自主的自動(dòng)化控制與檢測(cè)，通過(guò)與PLC或上位機(jī)的硬件通信，建立基于TCP/IP的硬件通訊機(jī)制，通過(guò)OPC或其他的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，建立通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制的軟件通訊機(jī)制，為上層綜合自動(dòng)化監(jiān)控做好準(zhǔn)備工作。

（2）系統(tǒng)平臺(tái)具體建成使用。協(xié)調(diào)統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)：采用通訊中間件，解決了集成中面臨的語(yǔ)義異構(gòu)、語(yǔ)法異構(gòu)、結(jié)構(gòu)異構(gòu)、系統(tǒng)異構(gòu)的問(wèn)題。在.Net平臺(tái)下基于組件開(kāi)發(fā)方式，開(kāi)發(fā)人員可以方便使用、修改、擴(kuò)充、定制框架中的組件，框架平臺(tái)可以通過(guò)配置組件動(dòng)態(tài)加載核心模塊。

友好的軟件界面：系統(tǒng)的人機(jī)界面 采用最流行的界面組態(tài)技術(shù)，將所有的人機(jī)界面，應(yīng)用數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)完整地集成在平臺(tái)框架體系結(jié)構(gòu)中?；诿嫦?qū)ο蟮膱D形，表格等為用戶(hù)提供功能強(qiáng)大友好的操作界面。

安全性、可靠性、穩(wěn)定性高：整個(gè)解決方案采用基于角色的權(quán)限管理設(shè)計(jì)，按照人員、角色、權(quán)限、擁有資源來(lái)實(shí)現(xiàn)安全小粒度劃分，滿(mǎn)足在應(yīng)用層的高度安全需要。該解決方案提供了先進(jìn)、成熟的支撐平臺(tái)軟件，確保關(guān)鍵應(yīng)用能穩(wěn)定運(yùn)行。

強(qiáng)大的冗余特性：平臺(tái)強(qiáng)大的冗余服務(wù)器雙機(jī)熱備和LAN冗余結(jié)構(gòu)，在主服務(wù)器產(chǎn)生故障或數(shù)據(jù)連接失敗的情況下可自動(dòng)從故障服務(wù)器切換到備用服務(wù)器，接管主服務(wù)器的所有功能，并保持與各節(jié)點(diǎn)的正常通訊。

便捷二次開(kāi)發(fā)定制：整個(gè)系統(tǒng)擁有直觀的圖形工具，一般用戶(hù)都可以快速上手，簡(jiǎn)單快捷地為他們的生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng)建高性能的過(guò)程窗口。 可以通過(guò)模塊配置實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)無(wú)縫接入。

良好的人機(jī)接口：系統(tǒng)支持在線組態(tài)功能，提供動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。運(yùn)用了Ajax技術(shù)改善了用戶(hù)使用體驗(yàn)。提供多種數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式如實(shí)時(shí)圖表、文本表格、語(yǔ)音報(bào)警等。

（3）系統(tǒng)功能模塊。①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。系統(tǒng)能采集存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程的重要數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)管理和分析。提供毫秒級(jí)的數(shù)據(jù)采集速度。采用高效的數(shù)據(jù)壓縮算法可以大大節(jié)約存儲(chǔ)空間。②平臺(tái)集中自動(dòng)化控制。在平臺(tái)軟件上通過(guò)管理權(quán)限，可對(duì)相應(yīng)的自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送控制命令，遠(yuǎn)程集中控制煤礦生產(chǎn)設(shè)備，在具備條件的情況下可完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。③實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。系統(tǒng)的每幅畫(huà)面能顯示過(guò)程變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)能實(shí)時(shí)更新。顯示的顏色或圖形將隨過(guò)程狀態(tài)而變化。生產(chǎn)裝置的圖片、工藝流程圖、設(shè)備簡(jiǎn)圖、單線圖等都可以在終端顯示出來(lái)?？娠@示所有的過(guò)程點(diǎn)，包括模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、中間變量和計(jì)算值。④全局概要顯示。從全局的角度瀏覽礦井運(yùn)輸、提升、通風(fēng)、人員分布、供電情況的總體展示。便于總調(diào)度人員使用。

（4）聯(lián)動(dòng)控制。針對(duì)我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的實(shí)際情況，利用所建設(shè)的綜合自動(dòng)化與信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)考慮從如下三個(gè)方面進(jìn)行：①系統(tǒng)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備啟停前的人、機(jī)、環(huán)境條件評(píng)估與聯(lián)動(dòng);②利用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)信息實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)設(shè)備的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行聯(lián)動(dòng);③礦井在異?；蚴鹿薁顟B(tài)下的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)救援指揮;④異常情況視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)。

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)方案：設(shè)備啟停前的人機(jī)環(huán)境條件評(píng)估與聯(lián)動(dòng)。礦井裝備了綜合自動(dòng)化與信息化系統(tǒng)后，利用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，能將礦井的人、機(jī)、環(huán)境的各種主要參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，由平臺(tái)軟件進(jìn)行綜合分析處理、存儲(chǔ)。各子系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備在啟停前，將可首先充分利用各子系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像綜合信息，對(duì)諸如（皮帶運(yùn)輸機(jī)電設(shè)備、排水設(shè)備、采掘設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、裝載設(shè)備等）所處區(qū)域環(huán)境是否安全、井下人員是否在安全位置、設(shè)備工況是否健康、該區(qū)域供電網(wǎng)是否正常、安全監(jiān)控設(shè)備是否工作正常等進(jìn)行綜合評(píng)估。

3結(jié)束語(yǔ)

鑒于綜合生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)在節(jié)能效益以及生產(chǎn)效益等方面的凸出優(yōu)勢(shì)，各礦井企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用力度。應(yīng)該在對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)展開(kāi)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井生產(chǎn)特點(diǎn)以及生產(chǎn)需要，制定出一套可行性較高的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，做好監(jiān)控系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)效能的科學(xué)運(yùn)用，進(jìn)而為礦井生產(chǎn)提供更加優(yōu)質(zhì)、可靠的技術(shù)方面的支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊帥.礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在煤礦的建設(shè)與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2019，222（2）：181-182，188.