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“数字化矿井”介绍国投新集公司信息中心6月14日一、数字化矿井的概念二、数字化矿井的技术三、矿井综合自动化进展四、信息化建设应用一、数字化矿井的概念•1、数字化矿井的来源•由于计算机技术、微电子技术、信息技术和网络技术的迅速发展，20世纪90年代美国首先提出“数字地球”的概念，随后这个概念被许多人引用，提出“数字中国”、“数字城市”、“数字政府”等等。从事煤矿的科技工作者提出“数字化矿井”，甚至是“数字化矿山”的概念。它代表了煤炭企业今后的发展方向。•2、数字化的内涵•自从中央提出利用高新技术改造传统产业以来，利用信息技术改造传统的煤炭工业，已受到煤炭企业各级领导的高度重视。同时，煤炭行业的快速发展促进了煤炭行业各类新技术的研究和应用，尤其是针对高产高效的现代化矿井的建设理论和设计理念都较以前有了根本性的变化，目前许多煤炭企业都在实施信息化改造，或者在建设“信息化矿井”，在实施“矿井综合自动化”（管控一体化）。•“自动化矿井”、“信息化矿井”和“数字矿井（山）”都是矿井发展的方向，在本质上没有区别，而是从不同角度提出煤炭企业今后发展的方向。三者之间“信息化”是实质、“数字化”是表达形式、“自动化”是目的。所有的高产高效的现代化矿井实现的核心都是“信息”，是各种信息的采集、传输、应用和反馈的闭环过程，随着计算机技术、网络技术的发展，所有的信息都将以数字的方式表现出来，其应用的最终价值将体现在矿井生产自动化（管控一体化）上，体现在企业的减员增效上。•“信息化”是现代化矿井的实质。现代化矿井实质上是依赖对矿井生产、安全、设备、管理和市场等方面的信息进行采集、传输、处理、应用和提升，达到信息增值的目的，其主要内容包括信息的采集（传感器与检测）、信息的传输、（通信）、信息的处理（计算机）、信息的应用与集成（自动化）等等。信息是未来煤矿企业的重要战略资源，拥有全面、完整、准确的信息是企业提高市场应变能力和竞争能力的重要保障。•“数字化”是信息的表达形式，而且是信息最高、最先进的表达形式。由于计算机技术、微电子技术，尤其是网络技术的飞速发展，许多煤矿的生产信息、安全信息从采集（传感器）开始，就实现了数字化、网络化。传感器在采集信息的同时，它可以对信息进行处理、自校正等等，不仅使被采集的信息更准确，而且可以在一根总线上挂许多个传感器。而被采集的信息不会因传输距离和环境使精度受到影响。由于信息是以数字的形式进行采集、处理、传输和应用，因此，生产、安全、管理、市场等等信息可以在一个统一的平台上进行传输和交流，使所有的信息能得到更充分的应用，使所采集到的信息得到更大的增值。•“自动化”（管控一体化）则是现代化矿井的目的。由于实现了“信息化“（数字化），可以在地面对矿井的生产设备进行自动控制，大大减少了井下作业的人数，这不仅可以提高效率，而且可以大大提高煤矿的安全水平。实现了管控一体化之后，把生产、安全和管理有机的融合在一起，在管理层可以实时采集到许多生产、安全的信息，也可以得到许多信息的变化趋势。在此基础上，利用一些先进的控制理论（如人工智能、专家分析等）建立煤矿安全生产所需的决策支持系统，实现矿井安全、生产和效益的多目标优化。•数字化矿井国内外发展状况•美国和澳大利亚的煤炭企业数字化发展很快。自80年代以来，他们在工作面采用计算机控制的大功率电牵引采煤机、电液控制的液压支架和具有软起动功能的刮板运输机。而在主煤流运输、矿井供电系统、矿井提升系统等方面，均采用计算机实现工况监测与自动控制，而这些设备的信息通过网络（通信线路）传送到地面调度中心，正向管控一体化和产供销一条龙发展，实现企业信息化。•国内还没有成功的案例，神华大柳塔、济宁三号井、晋煤寺河矿都做过尝试，但都没有成功。数字化矿井的目标•应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和煤矿生产工艺技术，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成。•通过应用软件，实现经营管理科学化，生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化。•保证煤矿生产安全，提高产量和质量，提高企业经济效益和竞争能力。•提高对客户多种要求的响应能力。•“数字化矿井”最终表现为矿井的高度信息化、自动化、高效率、高效益和高安全。•刘庄煤矿数字化在中央电视台新闻联播中播出•刘谊总经理召开刘庄煤矿数字化建设专题会二、数字化矿井的技术管理信息系统综合监控监测系统工业电视系统调度通信中心信息交换与处理中心/数据仓库井下人员监测系统井下安全与生产监控井下设备监控地面设备监控管理层设备控制层（过程控制层）管理信息系统综合监控监测系统工业电视系统调度通信中心信息交换与处理中心/数据仓库井下人员监测系统井下安全与生产监控井下设备监控地面设备监控管理信息系统综合监控监测系统视频监控系统井下通讯系统信息交换与处理中心/数据仓库井下人员监测系统井下安全与生产监控井下设备监控地面设备监控信息层控制层设备层MES•作为建设数字化矿井，必须站在煤矿企业的高度去整体规划和设计，其最终的效益要体现在煤矿企业整体效益上，而非在某个生产局部环节，因此作为数字化矿井构架必须充分考虑影响企业最终效益的方方面面，必须涵盖煤矿企业经营管理、安全监控、生产控制、设备监控等各个层面。管理信息系统-----经营管理层•涵盖了公司层、二级单位管理层、作业层。公司输出管理理念和管理规则，所有二级单位管理及作业层面根据公司的管理要求严格执行，通过信息反馈和信息共享，实现目标管理和考核。公司按照管理理念和管理规则建立统一的应用系统平台，包括协同工作平台系统、信息共享系统、决策支持系统、信息门户、统一的资金管理、物流管理、人力资源管理，所有二级单位在公司建立的统一应用平台之上开展自己的专项应用，利用各业务管理层所面对的业务系统，利用生产现场数据采集层所采集的相关信息和数据，再反馈到经营决策层的统一应用平台之上，通过应用平台的统计分析，提交公司相应的决策支撑信息，以此调整公司层面的相关管理规则和目标考核要求，从而完成公司内部信息流的闭环处理。综合信息监控监测系统----安全生产控制层•煤矿企业的核心业务就是煤炭的安全生产，由于环境条件的恶劣和危险，保证安全生产成为煤矿企业效益的最直接体现。因此必须采用多种现代化信息与自动化技术，建立全矿井监测、控制、管理一体化、基于网络的大型开放式分布控制系统，用于改造传统的矿井生产运行方式，形成全矿井生产各环节的过程控制自动化、生产综合调度指挥和业务运转网络化、行政办公无纸高效化，对煤矿生产安全和运营状况可实行远程监察，以保证对全矿井安全状况和生产过程进行实时监测、监视、控制、调度管理。•生产控制层将不同厂家生产、采用各种不同技术方式、用于不同生产过程的监控子系统或单元所产生的各类不同标准的信息进行汇总，并进行加工，使其可以共享，改变目前通讯不畅，信息不能共享的状况。达到信息资源利用的最佳化。同时，通过各专业子系统对各生产过程进行监控和调度操作。生产过程监控监测系统----设备监测层•生产过程监测监控层是由各个专业的生产过程监测、监控子系统构成，完成煤炭生产各个环节的过程监测及自动化控制。这些子系统采用的技术和结构形式可以多种多样，例如，可以是基于PC的分布式系统、PLC系统，也可以是智能化的机电一体化的设备，通过工业以太网接入综合自动化信息监控层网络节点联网。•该层主要功能是实现对井下各安全参数的监测和对采区工作面采煤机械、运输机、提升机、水泵、通风机，及地面选煤厂、快速装车、供配电等主要设备的控制与监测。统一的数据处理中心---数据仓库•煤炭企业生产过程环节众多，所需要的配套系统也繁杂，因此在生产过程中各个业务环节都将产生大量的信息，如果分散处理，必将会产生大量的信息孤岛，虽然在某个业务局部会提高效率，但其直接后果就是形成更大的集团信息壁垒。作为集团化运作，其规模效益的产生就是要通过不同系统之间和不同数据格式之间的信息共享与交换，快速反映企业经营的方方面面，使得企业经营对外能够快速响应竞争要求，提高处理突发事件的能力，对内能够快速调配各类资源，使得成本最低，效益最好。因此在新形势下，煤炭企业须构建统一的数据处理中心，涵盖公司业务涉及的所有系统，以便为整个企业提供ASP服务。集成化的五个方面•前面我们分析过，数字化的核心实质是信息化，价值体现在综合自动化，因此作为数字化矿井的建设，需要从以下五个方面进行集成化考虑，以实现从矿井勘探、矿井规划设计、矿井建设、煤矿安全生产过程、矿山经营决策的数字化、信息化。•1、矿产资源信息和矿山设计、矿井建设及开采过程的数字化、可视化。支撑技术为GIS、AutoCAD、虚拟现实及数据库等。•2、煤矿生产过程监控、全矿井生产安全环境监测、生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化。支撑技术为统一的传输网络、各种监测与控制技术、信息处理技术、数据库、专家系统等。•3、煤炭企业管理信息化及电子商务系统。支撑技术为网络技术、数据库、现代企业管理等。•4、基于信息融合技术渗透到生产与经营各个层面的决策支持系统。支撑技术为现代信息处理与融合技术、智能专家系统、现代企业管理等。•5、矿区信息网络系统建设等。系统构架图生产安全后勤保障经济核算管理决策层数据库信息处理信息挖掘信息融合故障诊断专家系统综合控制层矿山综合自动化平台办公自动化专家决策支持物资管理生活保障管理质量管理生产计划与统计生产保障管理考勤与劳资安全生产信息管理生产监控调度指挥地面排矸n工作面3胶带运输12+提升系统5井下供电8井下排水1地面供电20地面压风1通风系统4水处理统2安全监测1安全系统生产系统电力系统消防系统瓦斯抽放2防灭火1人员监测1选煤厂1锅炉房2井下降温1给水系统2计算机网络系统数据库管理系统(TIA)•以煤炭生产各个环节的过程监测及自动化控制产生的信息作为信息源，通过工业以太网自动导入到全集成自动化监测监控平台；•利用网络将现场控制、监测层的各个子系统、矿用工业电视系统、调度通讯系统、矿井环境与生产监控系统有机地汇接在一起，进行加工处理，形成集数据、图象、语音为一体的全矿井安全、生产指挥调度监视监控系统；•利用统一的数据中心，将生产现场的各种信息源及信息在数据库中集成化整合，支撑各个管理层面对生产业务数据的不同需求，为经营管理决策提供数据依据，形成企业的专家分析系统及决策支持系统。三、综合自动化技术•矿井综合自动化在“数字化矿井”中主要指采用计算机和网络技术在地面调度监控中心对井下的机电设备实现远程自动控制，将煤矿的环境安全信息和设备工况信息统一在一个控制平台上。•我国大多数煤矿生产属井工开采，劳动环境恶劣，劳动强度大，自动化程度低。虽然有些生产环节实现了单机自动化，但煤矿井下生产是一个众多生产环节相互关联的复杂大系统，用人多，要提高生产自动化水平，降低劳动强度，提高生产安全性，基于网络的全矿井综合自动化是关键。综合自动化目标•采用工业以太网加现场总线技术，使煤矿井下的安全信息、设备的工况信息和控制信息在一个统一的平台传输，保证信息传输的可靠性、安全性，及信息的充分利用，提高矿井生产安全调度水平，实现对煤矿井下机电设备的远程集中监测与控制，做到井下无操作工，硐室无人职守。•一、基于网络的煤矿安全生产监测与控制，网络是基础。目前可供利用的网络主要有工业控制现场总线和工业以太网。利用这些网络构成适合煤矿生产环境和防爆要求的全矿井综合自动化平台是个关键。•二、以微控制器为核心、具有自动控制和通信功能的网络综合控制器，它适用于煤矿井下各种控制需求。这种通用式控制器同时也就是网络传输的节点，向下能直接与设备接口，针对不同的设备，这种接口可以直接在物理层、传感器层进行，也可以在传输层或协议层，采用PLC、Profibus现场总线技术。PLC输入各种控制信号、保护信号及联络信号；输出设备开停及各种必要的声光信号。并可通过通讯模块与其它分站和上位机（地面）进行通讯。•三、矿用网络传感器。传统的传感器连线多,信号模拟传输易损耗，传输距离较近，影响系统精度，系统环节多，难于维护。且系统精度易受环境影响不易保证，