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第六讲煤矿综合自动化信息系统的开发及应用张红光机电科主任工程师矿山机电工程师、注册安全工程师随着科学技术不断发展,建设高产高效的自动化、信息化管理为一体的现代化矿井是我国煤炭行业发展的必然趋势。建立全矿井自动化调度指挥中心，在矿井自动化调度指挥中心对设备控制层所含设备进行集中控制和监视。最终实现井下采煤机以外的所有电气设备均能实现无人值守，地面各车间除副井绞车房和瓦斯抽放站外，也均实现无人值守，日常仅有巡检工进行巡视和维护，巡检工可以就地紧停现场设备或根据现场情况向调度中心汇报需要起停哪些设备，但设备的起停是由调度员根据总体情况来确定和操作的，实现全矿的管控一体化。一般矿井地面设施集中布置在工业场地内。为便于管理,在行政生产办公楼设有整个矿井的生产调度指挥中心。一般的煤矿综合自动化信息系统如下图。一般矿井地面设施集中布置在工业场地内。为便于管理在行政生产办公楼设有整个矿井的生产调度指挥中心。一般的煤矿综合化自动化信息系统如下图。一、煤矿综合自动化信息系统的组成现代化网络系统设计总体上划分为三层信息管理层综合自动化层设备控制层1、信息管理层信息管理层由集团公司统一的信息构架进行配置，由矿井通信站与集团公司通信中心建立光纤联接。矿行政办公楼副总以上领导办公室及业务科室设置信息系统显示终端。在终端上有矿井财务管理、销售管理、设备材料采购、人力资源管理、调度信息管理、矿文件发布系统、Internet网络服务等。信息管理系统的应用架构采用三层，包括数据库服务器、应用服务器、WEB服务器，数据库服务器采用双机热备，当主服务器出现软、硬件故障时，备用服务器自动的接替主服务器，防止数据中断。服务器都配置千兆网卡，保证网络传输性能。综合自动化调度系统承担全矿生产和安全的集中统一指挥控制、通讯联络、数据采集、上传和共享的重任，是矿井生产自动化和矿井管理信息化的关键和纽带，依据矿井自动化总体技术要求：系统可靠性高、稳定性强、人机界面友好、操作简单、维护方便、方便升级要求并吸收以往煤矿自动化集成经验，选用当前先进的软件、硬件设备和采用领先成熟技术来保证整个系统安全可靠稳定工作。2、矿井综合自动化层建立全矿井的综合自动化网络系统，能够把矿井的设备控制层各子系统连接到该系统平台上，通过该系统往下能对矿井内各控制子系统发布控制命令，并能监视各子系统内设备的运行状态，收集所需的生产和安全参数；往上能够联接信息管理网，实现矿井与集团公司之间的生产与管理信息交换。通过全矿井综合自动化控制，有效地减少井下人员，提高设备的运转率，保障煤矿安全生产，降低设备损耗，提高矿井综合经济效益。在煤矿采掘自动化监控系统中，使用者对系统的操作权限应该有严格的控制，必须限制哪些用户能够登录该系统，可以使用系统中的哪些子系统，以及对子系统能够具备什么样的操作权限。系统对所登录的用户ID的识别是限制用户权限的关键。因此，在一体化监控软件中必须对整个系统进行全面的用户管理和对用户的授权管理，以确保系统的安全性。用户管理子系统提供对用户账号的集中管理，以群组（即是角色）来组织用户，便于应用系统使用者请求使用应用系统资源时，对用户身份和资源使用权限的确认。1）用户管理子系统2）资源管理子系统提供对应用系统资源的集中管理。这里的资源可以是一个或多个实体也可以是某种定义的操作。一个文件是一个资源，一个按钮也可以一个资源，如果有需要，可以把一个按钮的单击和双击定义成两个资源，进而进行权限控制。资源可以分组，可以把相同权限的资源编成一组，实现灵活方便的授权。应用系统中所有数据和对数据的操作都可定义为应用系统资源。包括应用系统菜单、操作画面和画面中的具体操作、数据库中的数据和对数据的各种操作、可打印的报表和对报表的打印操作、系统文档和对文档的各种操作、通讯回线、通讯电文等。3）地理信息系统地理信息系统（GeographicInformationSystem），简称GIS，是收集、存储、管理、综合分析和处理空间信息的计算机软硬件系统。GIS系统可以通过与自动化设备监控技术，射频技术或GPS技术，信息分析和处理技术的集成，形成一个基于计算机的有关地理数据管理、地理信息分析和设备监控的综合管理系统。主要功能：（1）主要使用GIS地理信息系统来综合而且直观地显示和表达各种设备分布信息，设备所采集到的参数信息（如各区域的瓦斯检测器所检测到的井下瓦斯信息，温度传感器检测到的井下温度信息），移动目标（如配置了RFID识别器的人员、车辆）的定位、跟踪，报警定位和表达，直接统计图表等内容。（2）显示整个矿井区域的地理信息；（3）实时跟踪井下作业人员和车辆；（4）回放人员和车辆的历史轨迹；（5）可以提供设施设备信息查询定位；（6）选择显示设施设备重要属性信息。4）矿井安全监控系统1）收集矿井环境安全参数（如瓦斯、一氧化碳、温度、风速等）；2)参数超限时，报警及与其他子系统进行联动；3)记录报警日志和数据库日志。5）视频监控系统（1）通过视频图像监视巷道煤粉扬尘情况，是否散水降尘，辨别粉尘爆炸隐患；（2）监视巷道内烟雾情况，及时通知巡检人员确认发生原因，如胶带机摩擦着火或煤炭自燃等隐患；（3）检查巷道内往返人员安全装备情况，如是否携带自救器、安全帽和矿灯、携带工具等情况（4）结合井下人员跟踪系统轨迹回放功能和视频数字录像回放功能，在特殊情况下更具体地确认人员行踪，为定时按规范路线进行巡检（设备巡检、安全巡检等）提供可靠的检查依据，整顿和规范井下人员的行为，近一步保证矿井安全生产制度的落实。6）屏幕显示系统支持实时视频信号以及网络方式的上屏幕操作，即可以利用视频监控系统将需要的摄像机图像显示在大屏幕上，也可以通过网络方式将工作站的画面上传到大屏幕上，让管理中心内的管理人员更加方便快捷的共享信息，同时更加方便更加全面地了解现场信息和突发事件以便于指挥。在接收到子系统发来的联动请求时，可以根据预定的方案，在指定的屏幕上显示相应的视频图像和工作站画面。7）紧急电话处理系统它综合了先进的CTI（计算机电信集成）技术、多媒体技术、数据库技术，能够快速受理各种紧急电话呼叫，同时获得来电号码，定位呼叫地点，针对情况迅速做出反应，妥善处理各种突发事件，同时对于事件处理的情况进行记录和跟踪，便于明确有关人员责任，从历史事件中积累经验，不断提高紧急事件的处理水平。8）报警联动系统联动预案调度系统主要用于在各个子系统发生报警信号时，根据预先设定好的预案，调用指定的子系统，进行联动，及时高效地应对突发事件。9）设备监控系统电力调度子系统；副井提升子系统；矿井压风机子系统；矿井日用消防水子系统；主井提升子系统；地面排矸子系统；锅炉房子系统；矿井选煤厂电控系统储煤场电控系统；快速装车控制系统；中央回风井通风机电控系统；矿井安全监控系统；矿井注氮系统；地面消防监控系统；矿井水处理子系统；井下排水泵控制系统；采煤工作面自动化系统；井下运输胶带机集中控制系统；井下辅助运输系统；矿井人员安全检测系统；矿井抽放管道监控系统；降温系统；工业电视监控系统。3、设备控制层一般矿井需要对以下系统进行控制监测联网：电力调度子系统副井提升子系统矿井压风机子系统矿井日用消防水子系统主井提升子系统地面排矸子系统锅炉房子系统矿井选煤厂电控系统储煤场电控系统快速装车控制系统中央回风井通风机电控系统矿井安全监控系统矿井注氮系统地面消防监控系统矿井水处理子系统井下排水泵控制系统采煤工作面自动化系统井下胶带运输机集中控制系统井下辅助运输系统矿用人员安全检测系统矿井抽放管道监控系统降温系统工业电视监控系统二、技术关键1、先进性、成熟性和实用性使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展（包括设备和技术两方面内容）。2、可靠性高效稳定的系统，能提供全年365天，一天24小时的不停顿运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。为了保证监控系统长期运行的稳定性，可采取如下措施：1)监控系统最重要的设备采用冗余的带有自愈功能的双环光纤网；2)主服务器和中央交换机采用冗余结构；3)由于人机界面数据采集来源于中央数据库，所以中央操作室的多台操作站形成互为冗余关系，操作站只要有一台未停机，仍能完成所有监控功能；4)中央和远距离控制站使用的UPS设备与监控系统保持实时通信，对电源旁路、断电、故障、电池充电容量（%）等随时掌握情况。5)监控系统的供电电源装置采用三级防雷措施，确保供电系统安全可靠；6)中央控制室和弱电间均考虑防静电措施，连油漆、装饰布、操作台、窗帘也考虑选用防静电材料。采用精密空调和电动锁玻璃门，有效地控制室内温度、湿度和尘埃。3、易操作性先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。4、高效率性注重各子系统的信息共享，提高整个系统高效率的传输与运行能力。5、实时性设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。故障恢复时间300ms6、完整性提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。1)统一的人机界面管理：各主要子系统都可以配置独立的操作站，并有独立的人机界面和操作系统。面对设置众多不同类型的子系统操作站，会给运行操作和维护带来诸多不便。因此有必要建立一个统一的人机界面。2)统一的信息管理：监控系统中，存在许多跨子系统之间的连锁关系，如火灾报警系统与广播、视频、大屏、设备监控等系统需要实现联动功能，可变情报板和广播系统存在着许多的文字显示和广播预案，这些预案的触发信息来自不同的子系统等等。考虑实现这些复杂的联动功能，有必要建立一个监控一体化平台软件，统一处理和存储相关数据。7、可查询性提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。8、互联性和可扩展性把煤矿各子系统有机结合起来，满足信息层结构图中各层之间信息沟通，增加各子系统之间的互联性和可扩展性，其中包括语音通信系统、信息管理应用系统的互连性和可扩展性。充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。谢谢大家！