文/王文生

礦井自動化技術的應用與開發(fā)

文/王文生

作為開灤集團本埠最年輕的礦井，東歡坨礦業(yè)分公司是百年開灤持續(xù)發(fā)展、永葆生機的新一代增長極。2009年，歡礦公司被開灤集團列入綜合自動化示范型礦井，通過深入推進應用自動化、信息化技術，礦井年生產能力實現了由6年前的245萬噸到現在450萬噸的飛躍。

一、實施礦井綜合自動化建設的現狀及意義

歡礦公司1987年開始建井，礦井初步設計規(guī)模為400萬噸/a，1995年經歷了國家對基本建設“撥改貸”投資體制重大變革，在非常規(guī)狀況下開始了“以煤養(yǎng)礦、滾動發(fā)展、邊基建邊生產”的超常規(guī)建設歷程。但歡礦公司原始基礎較高，比如：風井配備ZKZ-Dno.24軸流變頻主扇風機，主井投入瑞典ABB公司四繩摩擦式交交變頻調速提升機，高端綜采面裝備支架最大支撐高度達到4.5米，機組裝機功率達到1515千瓦，開拓引入EBH-300硬巖掘進機等等。2010年以來，公司突出內涵發(fā)展，不斷加大資金投入，全面加快綜合自動化技術的應用與開發(fā)，在“兩化”融合上進行探索與實踐，實現了信息匯總和遠程監(jiān)控，形成了整個礦井生產和安全運行的自動化控制模型。

在歡礦公司不斷發(fā)展的同時也存在諸多需要完善的地方，比如：信息化與自動化應用之間的融合程度有待加強；信息化、自動化建設對安全、生產、經營的貢獻率有待提高；信息應用系統(tǒng)多以執(zhí)行層面為主的自動化形態(tài)，信息孤島在不同的業(yè)務范圍內形成數據壁壘，系統(tǒng)分割形成業(yè)務流程中斷，管理策略相對缺乏；不能有效對生產和安全過程的問題進行實時指導和決策等。近年來，隨著企業(yè)的快速升級，后續(xù)配套設備跟進嚴重滯后，設備新度系數持續(xù)下降。企業(yè)面對煤炭經濟形勢的新常態(tài)，迫切需要通過自動化建設驅動減人提效，實現企業(yè)由做大到做強的提升。

二、深化綜合自動化建設的規(guī)劃愿景

1.建設目標

總體目標：根據《信息化與自動化融合技術標準》，充分利用現代計算機技術、網絡技術、信息技術、控制技術、智能技術和煤礦生產工藝技術，堅持因地制宜、立足實際、效益為先，打造具有歡礦公司自身特色的“兩化”融合發(fā)展路徑。

具體目標：（1）采用最新成套的電腦軟件，通過數字化、模型化與可視化的軟件系統(tǒng)，建立全產業(yè)鏈計算機管理體系。（2）建立以光纖為主干，其他有線、無線方式為輔助的多媒體通訊網絡，實現礦山的分布數據實時共享。（3）采用最新的網絡傳感器技術，自動采集、智能分析與可視化處理礦山生產過程、設備、安全與開采環(huán)境監(jiān)控等數據。（4）對礦井大型設備的PLC控制、視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網連接，實現智能化集中監(jiān)控。（5）實現礦井全范圍人員與移動設備的定位、軌跡記錄；實現生產過程智能化調度與控制。

2.建設內容

（1）網絡傳輸平臺。網絡傳輸平臺采用千兆光纖環(huán)網，環(huán)網覆蓋整個工業(yè)廣場及井下關鍵巷道節(jié)點，連接井上井下各控制系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)，所有數據都能夠高速傳輸到礦調度集控中心。（2）調度監(jiān)控平臺。建立多媒體的調度監(jiān)控平臺，系統(tǒng)的語音、視頻、控制數據統(tǒng)一傳輸到后臺數據倉庫，通過調度集成監(jiān)控平臺可以對全礦井的各種信息進行統(tǒng)一的管理。（3）系統(tǒng)接入平臺。由于煤炭開采的復雜性，現有的各個子系統(tǒng)廠家繁多，軟硬件結構各異，需要開發(fā)適應各個廠商的接口軟硬件協(xié)議，從而實現全系統(tǒng)數據完整采集存儲，同時制定出符合國際標準的接口協(xié)議要求，使待建系統(tǒng)建成后直接接入系統(tǒng)平臺。（4）集成顯示系統(tǒng)。指揮中心大屏顯示系統(tǒng)采用高性能多路圖像服務器，能將整個生產系統(tǒng)中的監(jiān)控畫面及地面井下工業(yè)電視頻數據靈活展現，切換方便靈活，顯示設備采用無縫液晶拼接技術。（5）數字工業(yè)電視系統(tǒng)。采用高清數字化IP攝像機對工業(yè)廣場及井下關鍵部位進行24小時監(jiān)控，及時發(fā)現問題和隱患，做出正確的調度指揮決策信息核實提供依據。

3.建設要求

（1）在網絡傳輸和數據存儲上充分考慮硬件和軟件冗余，確保系統(tǒng)運行安全。（2）當環(huán)網上某子系統(tǒng)的通訊故障時，不影響整個網絡傳輸可靠性。（3）下井電氣設備應有“MA”認證。網絡硬件設備符合國家和行業(yè)標準。（4）所有設備具備優(yōu)良的防雷和抗電磁等干擾能力；井下環(huán)境復雜，所采用的設備須防爆、防塵、抗高溫潮濕。（5）優(yōu)化數據采集方案，保證數據服務器準確的采集到子系統(tǒng)的工況及環(huán)境參數，實現監(jiān)測與控制。（6）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，人機界面友好，操作簡單，維護方便。（7）設備選型高起點，綜合安全可靠性及兼容性，做到系統(tǒng)易擴展、升級，易與其他系統(tǒng)子網互聯。（8）具備完善的全平臺故障報警功能，并形成歷史記錄，供統(tǒng)計分析。（9）系統(tǒng)實現多媒體信息集成（自動控制系統(tǒng)、管理信息、視頻系統(tǒng)）。（10）綜合數據平臺具有全局歷史數據庫，能實時存儲分析各種數據，為統(tǒng)計分析提供依據。（11）各子系統(tǒng)間實現數據共享，能夠實現跨系統(tǒng)的聯控和數據傳輸功能。（12）建立完備的軟硬件安全措施，包括網絡安全、數據備份、冗余電源等。（13）高速工業(yè)環(huán)網性能指標：一是骨干網采用1Gbit高速光纖環(huán)網；二是環(huán)網故障自動冗余，恢復時間＜50ms。

三、礦井綜合自動化的支撐平臺

1.網絡傳輸平臺

建立礦山綜合自動化網絡系統(tǒng)，主干網絡采用光纖傳輸（傳輸速率1Gbit），光纖骨干網絡把礦井的各子系統(tǒng)連接到此網絡平臺上?？刂浦行呐c礦調度室集成，對工業(yè)廣場及井下生產各控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令，各子系統(tǒng)內設備的運行狀態(tài)能在調度室顯示，收集所需的各種生產數據，通過信息發(fā)布服務器聯接集團公司信息管理網，實現與集團公司之間的生產與管理信息交換。

2.監(jiān)控平臺

在此平臺上通過人機界面（HMI）實時監(jiān)測子系統(tǒng)設備工況，對各子系統(tǒng)進行起?？刂?。通過存儲的歷史數據，對各子系統(tǒng)的設備狀況進行分析、查詢、統(tǒng)計。建立統(tǒng)一的全系統(tǒng)人機界面，通過后臺數據服務器監(jiān)控每個子系統(tǒng)，詳細了解其運行工況，實現各系統(tǒng)協(xié)作、關聯操作。該系統(tǒng)預留國際標準通信接口及數據交換接口，便于后續(xù)子系統(tǒng)的納入、新系統(tǒng)的集成，便于系統(tǒng)的升級。

3.子系統(tǒng)接入

接入的在建子系統(tǒng)包括：地面變電系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)、制氮裝置控制系統(tǒng)、皮帶系統(tǒng)、電子秤系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)、人員跟蹤定位及考勤系統(tǒng)、束管監(jiān)測系統(tǒng)、風機監(jiān)測系統(tǒng)、瓦斯脫水系統(tǒng)等，并考慮在建和待建子系統(tǒng)的預留接口。

4.調度大屏系統(tǒng)平臺

大屏顯示系統(tǒng)目前主要有等離子拼接、DLP拼接和液晶拼接三種方式。窄邊液晶拼接顯示系統(tǒng)由于采用先進的技術以及良好的顯示效果，已成為目前高端顯示系統(tǒng)的主流。液晶拼接大屏能同時顯示多種信息，顯示效果好，壽命長。由于采用高性能圖形服務器系統(tǒng)驅動液晶顯示器，可將各路工作站、計算機、視頻監(jiān)控、水文地質等信息靈活地顯示在大屏上，大屏幕既可整體顯示一幅圖像，也可分別顯示多幅圖像，既可作為日常數據顯示，也可靈活應對各種突發(fā)狀況時的顯示內容速切換。

5.數字工業(yè)電視系統(tǒng)平臺

系統(tǒng)主要由地面部分、井下部分、監(jiān)控中心集成三部分組成。地面安裝網絡攝像儀，井下安裝隔爆網絡攝像儀，用戶在客戶機上可以通過視頻服務器觀看數字視頻信號。同時，可選擇利用視頻解碼器的轉碼流功能，將網絡中的高清晰圖像轉換為一般質量的圖像，以方便某些特定場合（如：節(jié)點網絡帶寬不足、存儲空間不足等）。

四、綜合自動化技術應用及開發(fā)成果

歡礦公司搭建了以井下獨立環(huán)網，地面環(huán)網，核心服務器和綜合調度指揮系統(tǒng)為工作模塊的自動化網絡平臺。采用西門子千兆高速網絡設備，地面、井下雙光纖環(huán)網，所有設備數字化IP接入；視頻監(jiān)控、無線通信、人員定位、工業(yè)控制等實現多網合一，并網運行。網絡視頻系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)工業(yè)網絡等，經過建立覆蓋礦區(qū)井上下的工業(yè)光纖環(huán)網均接入自動化平臺，具備遠程控制能力。礦井自動化實現了生產系統(tǒng)控制的集中化、重要部位的可視化、井下人員的定位化、運輸調度的智能化、大型運轉設備的調速化、事故的自動預警預報。

歡礦公司自主科研成果也十分顯著。2010年底建成了總制熱量為29362kw，當時全國煤炭行業(yè)規(guī)模最大的水源熱泵項目，其集控裝置通過PLC接口成功接入綜合調度指揮中心。2014年自主研發(fā)了采煤機遠程故障預警監(jiān)控系統(tǒng)，率先在2383綜采工作面投入應用，在井下創(chuàng)新工作室內模擬監(jiān)控臺上實現信號的采集和處理，效果良好。2015年建成了能源管控中心，實現了對公司生產生活用電進行全方位自動監(jiān)測和數據分析，合理調整、分配排水等用電峰谷比，達到節(jié)能目的。

通過實施綜合自動化建設，歡礦公司減人提效效果顯著，2015年原煤產量較2009年增幅77.6%，人員純減近500人，人均年效率由400余噸/人·年激增到900余噸/人·年，增幅超200%，走出了一條具有歡礦特色的、以內涵管理驅動“兩化”融合的綜合自動化創(chuàng)新發(fā)展之路。

（作者單位：開灤集團東歡坨礦業(yè)公司）

（責任編輯：劉宏偉）