1、煤礦綜合化自動(dòng)化信息系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用,安徽理工大學(xué)電信學(xué)院 歐陽名三 2010.11.11,煤礦綜合化自動(dòng)化信息系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用,隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,建設(shè)高產(chǎn)高效的自動(dòng)化、信息化管理為一體的現(xiàn)代化礦井是我國煤炭行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 建立全礦井自動(dòng)化調(diào)度指揮中心，在礦井自動(dòng)化調(diào)度指揮中心對(duì)設(shè)備控制層所含設(shè)備進(jìn)行集中控制和監(jiān)視。,最終實(shí)現(xiàn)井下采煤機(jī)以外的所有電氣設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)無人值守，地面各車間除副井絞車房和瓦斯抽放站外，也均實(shí)現(xiàn)無人值守，日常僅有巡檢工進(jìn)行巡視和維護(hù)，巡檢工可以就地緊?，F(xiàn)場設(shè)備或根據(jù)現(xiàn)場情況向調(diào)度中心匯報(bào)需要起停哪些設(shè)備，但設(shè)備的起停是由調(diào)度員根據(jù)總體情況來確定和操作的，實(shí)現(xiàn)全礦

2、的管控一體化。,一般礦井地面設(shè)施集中布置在工業(yè)場地內(nèi)。為便于管理在行政生產(chǎn)辦公樓設(shè)有整個(gè)礦井的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心。一般的煤礦綜合化自動(dòng)化信息系統(tǒng)如下圖。,一般礦井地面設(shè)施集中布置在工業(yè)場地內(nèi)。為便于管理在行政生產(chǎn)辦公樓設(shè)有整個(gè)礦井的生產(chǎn)調(diào)度指揮中心。一般的煤礦綜合化自動(dòng)化信息系統(tǒng)如下圖。,一、煤礦綜合化自動(dòng)化信息系統(tǒng)的組成,現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體上劃分為三層 信息管理層 綜合自動(dòng)化層 設(shè)備控制層,1、信息管理層,信息管理層由集團(tuán)公司統(tǒng)一的信息構(gòu)架進(jìn)行配置，由礦井通信站與集團(tuán)公司通信中心建立光纖聯(lián)接。 礦行政辦公樓礦副總以上領(lǐng)導(dǎo)辦公室及業(yè)務(wù)科室設(shè)置信息系統(tǒng)顯示終端。 在終端上有礦井財(cái)務(wù)管理、銷售管

3、理、設(shè)備材料采購、人力資源管理、調(diào)度信息管理、礦文件發(fā)布系統(tǒng)、Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。,信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)采用三層，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用雙機(jī)熱備，當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)軟、硬件故障時(shí)，備用服務(wù)器自動(dòng)的接替主服務(wù)器，防止數(shù)據(jù)中斷。服務(wù)器都配置千兆網(wǎng)卡，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。,綜合自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)承擔(dān)全礦的生產(chǎn)和安全的集中統(tǒng)一指揮控制、通訊聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集、上傳和共享的重任，是礦井生產(chǎn)自動(dòng)化和礦井管理信息化的關(guān)鍵和紐帶，依據(jù)礦井自動(dòng)化總體技術(shù)要求：系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、人機(jī)界面友好、操作簡單、維護(hù)方便、方便升級(jí)要求并吸收以往煤礦自動(dòng)化集成經(jīng)驗(yàn)，選用當(dāng)前先進(jìn)的軟件、

4、硬件設(shè)備和采用領(lǐng)先成熟技術(shù)來保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定工作。,2、礦井綜合自動(dòng)化層,建立全礦井的綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠把礦井的設(shè)備控制層各子系統(tǒng)連接到該系統(tǒng)平臺(tái)上，通過該系統(tǒng)往下能對(duì)礦井內(nèi)各控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令，并能監(jiān)視各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，收集所需的生產(chǎn)和安全參數(shù)；往上能夠聯(lián)接信息管理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)礦井與集團(tuán)公司之間的生產(chǎn)與管理信息交換。,通過全礦井綜合自動(dòng)化控制，有效地減少井下人員，提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，保障煤礦安全生產(chǎn)，降低設(shè)備損耗，提高礦井綜合自動(dòng)化控制，有效地減少井下人員，提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，保障煤礦安全生產(chǎn)，降低設(shè)備損耗，提高礦井綜合經(jīng)濟(jì)效益。,在煤礦采掘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，使用者對(duì)系統(tǒng)的

5、操作權(quán)限應(yīng)該有嚴(yán)格的控制，必須限制哪些用戶能夠登錄該系統(tǒng)，可以使用系統(tǒng)中的哪些子系統(tǒng)，以及對(duì)子系統(tǒng)能夠具備什么樣的操作權(quán)限。系統(tǒng)對(duì)所登錄的用戶ID 的識(shí)別是限制用戶權(quán)限的關(guān)鍵。 因此，在一體化監(jiān)控軟件中必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的用戶管理和對(duì)用戶的授權(quán)管理，以確保系統(tǒng)的安全性。,用戶管理子系統(tǒng)提供對(duì)用戶賬號(hào)的集中管理，以群組（即是角色）來組織用戶，便于應(yīng)用系統(tǒng)使用者請(qǐng)求使用應(yīng)用系統(tǒng)資源時(shí)，對(duì)用戶身份和資源使用權(quán)限的確認(rèn)。,1）、 用戶管理子系統(tǒng),2）、資源管理子系統(tǒng),提供對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)資源的集中管理。這里的資源可以是一個(gè)或多個(gè)實(shí)體也可以是某種定義的操作。一個(gè)文件是一個(gè)資源，一個(gè)按鈕也可以一個(gè)資源，如果

6、有需要，可以把一個(gè)按鈕的單擊和雙擊定義成兩個(gè)資源，進(jìn)而進(jìn)行權(quán)限控制。資源可以分組，可以把相同權(quán)限的資源編成一組，實(shí)現(xiàn)靈活方便的授權(quán)。 應(yīng)用系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的操作都可定義為應(yīng)用系統(tǒng)資源。包括應(yīng)用系統(tǒng)菜單、操作畫面和畫面中的具體操作、數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的各種操作、可打印的報(bào)表和對(duì)報(bào)表的打印操作，系統(tǒng)文檔和對(duì)文檔的各種操作，通訊回線，通訊電文。,3）、地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），簡稱GIS，是收集、存儲(chǔ)、管理、綜合分析和處理空間信息的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)。GIS 系統(tǒng)可以通過與自動(dòng)化設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，射頻技術(shù)或GPS 技術(shù)，信息分析和處

7、理技術(shù)的集成，形成一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的有關(guān)地理數(shù)據(jù)管理、地理信息分析和設(shè)備監(jiān)控的綜合管理系統(tǒng)。,主要使用GIS 地理信息系統(tǒng)來綜合而且直觀地顯示和表達(dá)各種設(shè)備分布信息，設(shè)備所采集到的參數(shù)信息（如各區(qū)域的瓦斯檢測器所檢測到的井下瓦斯信息，溫度傳感器檢測到的井下溫度信息），移動(dòng)目標(biāo)（如配置了RFID 識(shí)別器的人員、車輛）的定位、跟蹤，報(bào)警定位和表達(dá)，直接統(tǒng)計(jì)圖表等內(nèi)容。 顯示整個(gè)礦井區(qū)域的地理信息； 實(shí)時(shí)跟蹤井下作業(yè)人員和車輛； 回放人員和車輛的歷史軌跡； 可以提供設(shè)施設(shè)備信息查詢定位； 選擇顯示設(shè)施設(shè)備重要屬性信息。,4）、礦井安全監(jiān)控系統(tǒng),1）收集礦井環(huán)境安全參數(shù)（如瓦斯、一氧化碳、溫度、風(fēng)速等）

8、； 2) 參數(shù)超限時(shí)，報(bào)警及與其他子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)； 3) 記錄報(bào)警日志和數(shù)據(jù)庫日志。,5）、視頻監(jiān)控系統(tǒng),（1） 通過視頻圖像監(jiān)視巷道煤粉揚(yáng)塵情況，是否散水降塵，辨別粉塵爆炸隱患； （2） 監(jiān)視巷道內(nèi)煙霧情況，及時(shí)通知巡檢人員確認(rèn)發(fā)生原因，如膠帶機(jī)摩擦著火或煤炭自燃等隱患； （3） 檢查巷道內(nèi)往返人員安全裝備情況，如是否攜帶自救器、安全帽和礦燈、攜帶工具等情況 （4） 結(jié)合井下人員跟蹤系統(tǒng)軌跡回放功能和視頻數(shù)字錄像回放功能，在特殊情況下更具體地確認(rèn)人員行蹤，為定時(shí)按規(guī)范路線進(jìn)行巡檢（設(shè)備巡檢、安全巡檢等）提供可靠的檢查依據(jù)，整頓和規(guī)范井下人員的行為，近一步保證礦井安全生產(chǎn)制度的落實(shí)。,6）、大

9、屏顯示系統(tǒng),支持實(shí)時(shí)視頻信號(hào)以及網(wǎng)絡(luò)方式的上屏幕操作，即可以利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)將需要的攝像機(jī)圖像顯示在大屏幕上，也可以通過網(wǎng)絡(luò)方式將工作站的畫面上傳到大屏幕上，讓管理中心內(nèi)的管理人員更加方便快捷的共享信息，同時(shí)更加方便更加全面地了解現(xiàn)場信息和突發(fā)事件以便于指揮。在接收到子系統(tǒng)發(fā)來的聯(lián)動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，可以根據(jù)預(yù)定的方案，在指定的屏幕上顯示相應(yīng)的視頻圖像和工作站畫面。,7）、緊急電話處理系統(tǒng),它綜合了先進(jìn)的CTI（計(jì)算機(jī)電信集成）技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，能夠快速受理各種緊急電話呼叫，同時(shí)獲得來電號(hào)碼，定位呼叫地點(diǎn)，針對(duì)情況迅速做出反應(yīng)，妥善處理各種突發(fā)事件，同時(shí)對(duì)于事件處理的情況進(jìn)行記錄和跟蹤，便于

10、明確有關(guān)人員責(zé)任，從歷史事件中積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提高緊急事件的處理水平。,8）、報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng),聯(lián)動(dòng)預(yù)案調(diào)度系統(tǒng)主要用于在各個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的預(yù)案，調(diào)用指定的子系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，及時(shí)高效地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。,9）、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),電力調(diào)度子系統(tǒng) 副井提升子系統(tǒng) 礦井壓風(fēng)機(jī)子系統(tǒng) 礦井日用消防水子系統(tǒng) 主井提升子系統(tǒng) 地面排矸子系統(tǒng) 鍋爐房子系統(tǒng) 礦井選煤廠電控系統(tǒng),儲(chǔ)煤場電控系統(tǒng) 快速裝車控制系統(tǒng) 中央回風(fēng)井通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng) 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng) 礦井注氮系統(tǒng) 地面消防監(jiān)控系統(tǒng) 礦井水處理子系統(tǒng) 井下排水泵控制系統(tǒng) 采煤工作面自動(dòng)化系統(tǒng) 井下運(yùn)輸膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng) 井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng),礦用人員

11、安全檢測系統(tǒng) 礦井抽放管道監(jiān)控系統(tǒng) 降溫系統(tǒng) 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng),3、設(shè)備控制層,一般礦井需要對(duì)以下系統(tǒng)進(jìn)行控制監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)： 電力調(diào)度子系統(tǒng) 副井提升子系統(tǒng) 礦井壓風(fēng)機(jī)子系統(tǒng) 礦井日用消防水子系統(tǒng) 主井提升子系統(tǒng) 地面排矸子系統(tǒng) 鍋爐房子系統(tǒng) 礦井選煤廠電控系統(tǒng),儲(chǔ)煤場電控系統(tǒng) 快速裝車控制系統(tǒng) 中央回風(fēng)井通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng) 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng) 礦井注氮系統(tǒng) 地面消防監(jiān)控系統(tǒng) 礦井水處理子系統(tǒng) 井下排水泵控制系統(tǒng) 采煤工作面自動(dòng)化系統(tǒng) 井下運(yùn)輸膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng) 井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng),礦用人員安全檢測系統(tǒng) 礦井抽放管道監(jiān)控系統(tǒng) 降溫系統(tǒng) 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng),二、技術(shù)關(guān)鍵,1 、先進(jìn)性、成熟性和實(shí)用性 使用先進(jìn)

12、、成熟、實(shí)用和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)，使得各個(gè)子系統(tǒng)具有較長的生命周期，不盲目追求高檔次，既能滿足當(dāng)前的需求，又能適應(yīng)未來的發(fā)展（包括設(shè)備和技術(shù)兩方面內(nèi)容）。 2、 可靠性 高效穩(wěn)定的系統(tǒng)，能提供全年365 天，一天24 小時(shí)的不停頓運(yùn)作。對(duì)于安裝的服務(wù)器、終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制設(shè)備與布線系統(tǒng)，必須能適應(yīng)嚴(yán)格的工作環(huán)境，特別考慮要適應(yīng)煤礦井下高溫、高濕、高瓦斯的客觀環(huán)境，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。,為了保證監(jiān)控系統(tǒng)長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，采取如下措施： 1) 監(jiān)控系統(tǒng)最重要的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余的帶有自愈功能的雙環(huán)光纖網(wǎng)； 2) 主服務(wù)器和中央交換機(jī)采用冗余結(jié)構(gòu)；,3) 由于人機(jī)界面數(shù)據(jù)采集來源與中央數(shù)據(jù)庫

13、，所以中央操作室的多臺(tái)操作站形成互為冗余關(guān)系，操作站只要有一臺(tái)未停機(jī)，仍能完成所有監(jiān)控功能； 4) 中央和遠(yuǎn)距離控制站使用的UPS 設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)保持實(shí)時(shí)通信，對(duì)電源旁路、斷電、故障、電池充電容量（%）等中央隨時(shí)掌握情況。,5) 監(jiān)控系統(tǒng)的供電電源裝置采用三級(jí)防雷措施，確保供電系統(tǒng)安全可靠； 6) 中央控制室和弱電間均考慮防靜電措施，連油漆、裝飾布、操作臺(tái)、窗簾也考慮選用防靜電材料。采用精密空調(diào)和電動(dòng)鎖玻璃門，有效地控制室內(nèi)溫度、濕度和塵埃。,3、易操作性 先進(jìn)且易于使用的圖形人機(jī)界面功能，提供信息共享與交流、信息資源查詢與檢索等有效工具。 4、高效率性 注重各子系統(tǒng)的信息共享，提高整個(gè)系統(tǒng)高

14、效率的傳輸與運(yùn)行能力。 5、 實(shí)時(shí)性 設(shè)備和終端必須反應(yīng)快速，充分配合實(shí)時(shí)性的需求。故障恢復(fù)時(shí)間300ms 6、 完整性 提供與各種外界系統(tǒng)的通信功能，確保信息的完整性并充分利用在整體系統(tǒng)的運(yùn)作上。,1) 統(tǒng)一的人機(jī)界面管理： 各主要子系統(tǒng)都可以配置獨(dú)立的操作站，并有獨(dú)立的人機(jī)界面和操作系統(tǒng)。面對(duì)設(shè)置眾多不同類型的子系統(tǒng)操作站，回給運(yùn)行操作和維護(hù)將帶來諸多不便。因此有必要建立一個(gè)統(tǒng)一的人機(jī)界面。 2) 統(tǒng)一的信息管理： 監(jiān)控系統(tǒng)中，存在許多跨子系統(tǒng)之間的連鎖關(guān)系，如火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與廣播、視頻、大屏、設(shè)備監(jiān)控等系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能，可變情報(bào)板和廣播系統(tǒng)存在著許多的文字顯示和廣播預(yù)案，這些預(yù)案的觸發(fā)信息來自不同的子系統(tǒng)等等。考慮實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)功能，有必要建立一個(gè)監(jiān)控一體化平臺(tái)軟件，統(tǒng)一處理和存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)。,7、可查詢性 提供易于使用的數(shù)據(jù)庫功能，讓使用者能隨時(shí)查詢