仇 磊 劉顏福

（山東坤升控股有限公司，山東 淄博255067）

0 引言

近年來，計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動化技術(shù)在中國發(fā)展迅猛，隨之煤礦的自動化系統(tǒng)得到進一步升級，自動化產(chǎn)品得到更廣泛應(yīng)用，這為信息化、數(shù)字化礦山奠定了扎實的基礎(chǔ)。這些年的煤礦工業(yè)的發(fā)展實踐證明，建立以信息化、自動化為標(biāo)志的新型礦井已是煤炭企業(yè)實現(xiàn)增產(chǎn)高效、提高礦井安全、增強核心競爭力的必選路徑。文章根據(jù)國外先進的最新的綜合自動化系統(tǒng)（如美國Honey well公司的HI MASS系統(tǒng)）來分析我國全礦井綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展。

1 我國煤礦自動化的發(fā)展歷程

我國煤礦自動化系統(tǒng)起源于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時根據(jù)國家綜合部署，集合全國煤礦行業(yè)的電子、電控方面技術(shù)骨干，成立了一家煤礦行業(yè)唯一的專業(yè)自動化研究所。但當(dāng)時條件艱苦，器件短缺，煤礦自動化只停留在簡單的開停和閉鎖控制，而且控制器體積龐大、可行性和安全性都差。20世紀(jì)70年代，老式繼電器退休，取而代之的是晶體管和邏輯電路，這大幅度縮小了控制器體積，改善了控制功能，變得更加安全可靠。

1980年開始，煤礦行業(yè)的科研單位不斷增多，我國自主開發(fā)了KJ90、KJ95、KJ4／KJ2000與KJG2000等監(jiān)控系統(tǒng)，還借鑒引進了美國、澳大利亞等先進國家的先進技術(shù)。至此煤礦的自動化控制和檢測系統(tǒng)才真正應(yīng)用到實踐中。

1990年后，計算機技術(shù)進一步發(fā)展，形成了專用的獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，以單片機為核心控制單元，內(nèi)部的信息輸入以模擬形式、FSK形式、基帶形式等簡單的調(diào)制方式為主，傳輸電纜為礦用屏蔽電纜，傳輸速率在600～9 600 bit／s之間。這些系統(tǒng)大部分還是獨立工作，很少有系統(tǒng)間信息的交換，每個系統(tǒng)的維護使用部門也不都一樣。

進入21世紀(jì)后，以工業(yè)以太網(wǎng)為代表的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，煤礦各個專用的獨立監(jiān)控系統(tǒng)間的信息可以通過高速信息網(wǎng)實現(xiàn)快速的傳輸，兩兩之間的傳輸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭偩€傳輸方式，比如CAN總線、RS485、RS232等，并被廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進步，煤礦的絕大部分礦井實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)、煤礦安全、礦用電力等監(jiān)控系統(tǒng)，并通過高速監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)整合形成綜合的監(jiān)控系統(tǒng)，由局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化系統(tǒng)邁向礦井綜合自動化的新方向。

2 全礦井綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)代礦井都是信息化、數(shù)字化礦井，礦井綜合自動化主要是指利用現(xiàn)代計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對礦井內(nèi)的機電設(shè)備實現(xiàn)自動化控制，將煤礦的設(shè)備工況信息與環(huán)境安全信息統(tǒng)一展示在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上，實現(xiàn)全礦井的檢測、控制和管理一體化。通過發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)大型開放式分布控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，銜接礦井生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)過程控制自動化、業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化，生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮網(wǎng)絡(luò)化。對于煤礦的生產(chǎn)安全與運營情況實現(xiàn)實時遠(yuǎn)程監(jiān)督，保證其順利進行。全礦井綜合自動化的體系結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 全礦井綜合自動化體系結(jié)構(gòu)示意圖

全礦井綜合自動化系統(tǒng)主要分為3層：信息層、控制層、設(shè)備層。從空間分布看，生產(chǎn)控制層涉及范圍廣泛，從地面上的各個專業(yè)調(diào)度室，直到井下的石門硐室。在井下部分，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可以是光纜，節(jié)點設(shè)備均為嵌入式，可以是某個區(qū)域的信息采集控制站，可以是某個子系統(tǒng)的主控制機，也可以是協(xié)議轉(zhuǎn)換器。生產(chǎn)控制器層就是一個匯總平臺，將不同的監(jiān)控單元或系統(tǒng)產(chǎn)生的不同標(biāo)準(zhǔn)信息進行加工，達(dá)到資源共享的效果，最大限度地優(yōu)化信息資源利用率。其主要功能是實現(xiàn)對井下各安全參數(shù)的監(jiān)測和對采區(qū)工作面采煤機械、提升機、運輸機、通風(fēng)機、水泵以及地面選煤廠、供配電等主要設(shè)備的控制與監(jiān)測。

3 全礦井綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的主要目標(biāo)

全礦井自動化系統(tǒng)是煤礦自動化發(fā)展的新高點，是一個總平臺，主要目標(biāo)是實現(xiàn)地上對礦井下諸多設(shè)備的有效控制。

（1）采用光線組建全礦井下的工業(yè)以太網(wǎng)并形成環(huán)網(wǎng)。全礦井下的軌道、排水、供電、礦井提升、通風(fēng)、膠帶、選煤等自動控制子系統(tǒng)通過總線傳輸方式，全部接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，利用OPC及組態(tài)軟件等技術(shù)再接入軟件平臺，形成全礦井自動控制信息傳輸及處理的總集成平臺。該平臺可以遠(yuǎn)程開停控制和在線監(jiān)測上述設(shè)備，實現(xiàn)無人值守，節(jié)省大量人力資源，且提高了礦井的安全性。（2）煤礦的人員定位、安全控制等監(jiān)控系統(tǒng)可以接入全礦井自動化平臺，實現(xiàn)安全生產(chǎn)監(jiān)測信息、人員信息的集成、共享等功能，實現(xiàn)對井下人員分布情況的在線監(jiān)測和統(tǒng)計；實現(xiàn)對礦井下所有掘進頭、工作面的瓦斯自動檢測；實現(xiàn)對井下所有重要地點的風(fēng)速、溫度、風(fēng)門開停的自動監(jiān)測。（3）建立了礦井移動通信系統(tǒng)，可以進行井下現(xiàn)場與集控中心的清晰通話，實現(xiàn)對礦井通信情況的暢通無阻的地面遠(yuǎn)程監(jiān)控。（4）建立了礦井工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，將井下和地面各主要地點攝像機的信號傳輸?shù)降孛嬉曨l服務(wù)器，在集控中心顯示和切換圖像，為地面遠(yuǎn)程控制提供必備的監(jiān)視手段。

4 實施全礦井綜合自動化系統(tǒng)需注意的問題

省人力和財力。（4）全礦井綜合自動化系統(tǒng)是一個整體，它的運行需要堅實的基礎(chǔ)（可靠的底層設(shè)備自動化）和完善的子系統(tǒng)建設(shè)，必須做到部分與整體共發(fā)展，最大限度地發(fā)揮其作用。目前存在的問題之一是有的礦井對底層設(shè)備自動化重視程度不夠，需要增強建設(shè)。同時注意整體和局部的優(yōu)化關(guān)系，局部應(yīng)服從全局。（5）注意自動化系統(tǒng)中的軟件建設(shè)。軟件好壞的選擇可以影響到自動化系統(tǒng)的正常實施。綜合自動化信息的集成與加工，都需要軟件的支持。系統(tǒng)軟件采用組態(tài)化設(shè)計，將礦井環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、各生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動控制子系統(tǒng)以及系統(tǒng)自身完全整合。

（1）網(wǎng)絡(luò)的選擇。中小型礦井或自動化水平不高的礦井，可以選擇基于工業(yè)總線的全礦井綜合自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)價格低，系統(tǒng)可靠，不足之處是開放性稍差，無法三網(wǎng)合一；大型礦井或自動化水平達(dá)到較高程度的礦井，可以選用1 000 M工業(yè)以太網(wǎng)的全礦井綜合自動化系統(tǒng)，價格適中，發(fā)展空間大，可以實施三網(wǎng)合一，是現(xiàn)在很多礦井的首選方案。（2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇。全礦井自動化的組網(wǎng)方式可以是星形、環(huán)形、雙環(huán)冗余等，不同組網(wǎng)方式其功能和可靠性都不一樣，可適用于不同規(guī)模的礦井。其中星形網(wǎng)絡(luò)一般不具有冗余功能，可以適用于分支系統(tǒng)；環(huán)形網(wǎng)絡(luò)具有冗余功能，可靠性很高，得到業(yè)界的廣泛采用；雙環(huán)冗型可靠性不高，不太適合綜合自動化系統(tǒng)。（3）全礦井綜合自動化系統(tǒng)是一個集技術(shù)、管理、經(jīng)濟于一體的復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程。因此，在實施全礦井綜合自動化之前，要做好詳實全面的整體性設(shè)計與規(guī)劃，不僅要采用先進的自動化技術(shù)，更要選用具有先進理念和管理才能的領(lǐng)導(dǎo)人員，統(tǒng)一指揮規(guī)劃，按設(shè)計要求實施好每一步，盡量避免重復(fù)投資現(xiàn)象，節(jié)

5 結(jié)語

總之，全礦井綜合自動化系統(tǒng)運用先進的信息化、自動化技術(shù)，通過在地面遠(yuǎn)程控制井下設(shè)備，以信息化技術(shù)改造和提升了傳統(tǒng)煤炭行業(yè)，節(jié)省了人力資源，提高了生產(chǎn)效率，真正實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)，意義重大，真正構(gòu)建起一個平安的“數(shù)字化礦山”。

［1］陸錚，汪叢笑．工業(yè)以太網(wǎng)在全礦井綜合自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．工礦自動化，2006（3）