杨柳煤矿综合自动化远程控制技术应用_可行性研究报告.doc

淮北矿业（集团）有限责任公司科研及技术创新计划项目可行性研究报告项目名称: 杨柳煤矿综合自动化远程控制技术应用研究 申报单位: 淮北矿业（集团）有限责任公司杨柳煤矿 邮政编码: 235000通讯地址: 安徽省淮北市杨柳煤矿联 系 人: 联系电话:请日期: 2009-11-10二OO九年十一月1 基本情况1.1 项目名称、所属领域、研究期限杨柳煤矿综合自动化远控技术应用研究，属于控制工程领域课题，研究期限暂定1年。1.2 项目内容和意义杨柳煤矿综合自动化远控技术应用是针对杨柳煤矿的现状提出来的，主要为了解决各子系统相互独立，没有实现信息共享、视频联动和相互闭锁等问题，按照新的控制思想，采用综合远控的技术路线，选择典型的生产子系统开展应用研究，具体包括如下四个方面内容：1) 远程控制的可靠性和可行性；2) 远控系统的故障诊断功能；3) 各种检测和保护功能、多系统的闭锁联动的工业性实验；4) 单机自动化与系统的联网的技术研究。能源是国民经济的基础，我国一次性能源76%来自于煤炭。煤矿井下采煤工作面地质条件复杂，环境恶劣，自然灾害多，严重影响煤矿生产和人身安全。井下采煤工作面工况及原煤生产关键岗位和重要设备的监测监控非常重要。近年来，煤矿安全生产形势一直非常严峻，重大、特大恶性事故频繁发生，安全生产形势也不容乐观，使得重大事故隐患及重大危险源管理更成为关注的重点。综合自动化系统的推广应用是近年来国内现代化煤矿的一个突出特点。它明显提高了大型工矿企业的技术水平和现代化管理水平，对提高企业的劳动生产率、改善工人的工作环境、增强企业效益具有重要意义。我国部分煤矿已建成工业以太环网，建立了比较完备的中心机房，自动化生产系统已实现单机自动化并已实现了信息集成，但还没有实现综合自动化远程集控，各子系统相互独立，没有实现信息共享、视频联动和相互闭锁，因此必须大力利用已建成工业以太环网，采用成熟的自动化控制技术，探究适合煤矿实际的自动化远控应用方式，它不仅可以解决目前存在的问题，同时还可以进一步改善煤矿生产现状。用先进的装备与自动化系统改造传统单一功能的生产、安全、调度指挥手段势在必行。综合自动化远控系统在煤矿上建立和投入运行，可以消除煤矿内部的各种信息孤岛，保障安全生产，提高劳动生产率和管理水平，降低生产和管理成本，增强企业在市场中的竞争力。1.3 承担单位及协作单位（单位名称、性质、地址、法人代表、联系电话）承担单位：淮北矿业集团杨柳煤矿，国有企业，安徽省淮北市杨柳煤矿，法人代表：王明胜。协作单位：中国矿业大学，教育部直属高校，江苏徐州三环南路，221116。1.4 项目主持人（姓名、性别、年龄、学历、专业技术职称，行政职务及近5年主要科技工作业绩）本项目主持人为中国矿业大学矿业信电学院教授钱建生，男，1964年9月出生，博士，教授，博士生导师，副院长，浙江省桐乡市乌镇人。1981年高中毕业于浙江省桐乡乌镇中学，1985年本科毕业于西北电讯工程学院激光专业，1988年硕士毕业于中国科学院西安光学精密机械研究所，硕士生导师为中国科学院院士侯洵教授，专业为光电子专业。1988年硕士毕业分配到中国矿业大学自动化系从事教学、科研工作。自1995年至今任中国矿业大学信息与电气工程学院副院长，1996年被评为副教授职称，2001年被评为教授职称，同年在职取得博士学位，2003年被评为博士生导师，现为中国矿业大学通信与信息系统博士点学科首席教授。“通信与信息系统”博士点学科带头人，“计算机应用技术”博士点学科带头人。 自1988年参加工作以来，长期从事矿井通信与监控、宽带网络技术及应用、数字视频技术及应用、自动化远控技术及应用等学科方向领域的研究。首次提出使用工业以太网构建100Mbps煤矿井下综合业务数字网，自行研制了成套设备。为现有各种监测监控系统提供友好的接入接口；解决传统矿井通信标准不一；传输速率较低等问题。构建一个井下宽带高速互连网，为现代化煤矿的综合自动化提供可靠的信息平台，对煤矿的发展具有重要意义。系统拥有自主的知识产权，填补了国内空白。先后作为项目负责人或子项目负责人承担多项国家及省部重点科研项目，主要包括： 2006年江苏省科技攻关项目“煤矿井下人员安全管理与救援支持系统科技工程示范研究”；2005年国家自然基金重点项目“煤矿生产重大瓦斯事故的形成机理及其管理方法研究”；2005年国家发改委重大技术开发专项“矿井风网监控关键技术开发”；2005年国家重点新产品技术项目“煤矿分布式安全生产调度指挥系统”；2005年国家科技型中小企业技术创新基金项目“矿用本质安全型综合接入网关”；2005年国家科技型中小企业技术创新基金项目“矿用隔爆兼本安型工业以太网交换机” 2005年国家火炬计划项目“矿井多媒体综合业务数字网系统”；2002年国家科技型中小企业技术创新基金项目“矿井多媒体综合业务数字网”；2002年江苏省自然科学基金“煤与瓦斯突出电磁辐射定位预测理论的研究”；2002年国家“十五”科技攻关“电子商务与现代物流技术开发及示范工程”；横向重大课题20余项，每年负责的科研及科技产业经费1000余万元。获得省部级一等奖3项，二等奖7项，三等奖2项，煤炭科技十大科技成果1项。出版专著二部， 发表论文30余篇，其中EI、ISTP收录论文4篇。2 立项依据淮北矿业（集团）有限责任公司是由原煤炭行业全国特大型企业之一的淮北矿务局改制而成，属国家重点扶持的512家优强国有企业之一。淮北矿业集团公司经过52年的艰苦创业与发展，目前原煤年产已达3000多万吨，矿区煤炭资源丰富，煤种齐全。淮北矿业集团经过十几年努力，在企业信息化、自动化方面做了大量工作，取得不菲成绩，但距离综合自动化、网络化、智能化管理还有很大距离。随着煤矿开采机械化、自动化程度的不断提高，若仍然依靠传统手工操作或单机管理的手段，根本无法实现煤矿安全、高效生产的进行。因此随着现代化企业制度的推进和企业改革的不断深化，对企业综合自动化化建设的需求也越来越迫切。杨柳矿井是淮北矿业集团公司矿区开发规划“七年建成八对矿井”中的第四对，也是安徽省“861”行动计划重点建设项目。杨柳煤矿目前已建成工业以太环网，建成了比较完备的中心机房，部分生产子系统已建成，可以实现单机自动化运行。生产子系统多为新建系统，起点高，配套的电控系统基本不需要进行大的数字化技术改造，并且部分子系统已通过工业以太环网实现了信息集成。杨柳煤矿马上要正式投产，采用综合自动化远控技术进行生产控制十分迫切，也十分必要。而且也可以积累这方面的经验，为淮北矿业集团其他矿井提供借鉴，便于推广应用。3 项目方案3.1 研究内容与预期目标杨柳煤矿综合自动化远控技术应用是针对杨柳煤矿的现状提出来的，主要为了解决各子系统相互独立，没有实现信息共享、视频联动和相互闭锁等问题，按照新的控制思想，采用综合远控的技术路线，选择典型的生产子系统开展应用研究，具体包括如下四个方面内容：1) 远程控制的可靠性和可行性；2) 远控系统的故障诊断功能；3) 各种检测和保护功能、多系统的闭锁联动的工业性实验；4) 单机自动化与系统的联网的技术研究。具体内容包括：1） 控制功能，实现设备控制方式和工艺流程选择、启车预告、系统单起/程序启停、系统运行的闭锁、过程参数的实时监测。2） 诊断功能，能快速正确地识别模块配置错误、模拟量超程、线路断线等故障，自动报告总线通讯错误还是网络错误。3） 冗余功能，采用不间断电源双回路供电自动投入。选择冗余通讯模块，实现主控设备的双机热备功能，主辅机同类切换，系统不间断工作。4） 网络通讯功能，利用已建成的工业以太环网，将各控制分站连成一个网络，各分站所采集的信息全汇集到主控制室，在上位机上显示，同时，也可将指令通过网络传至各控制分站。5） 各种检测和保护功能，实现对各种料位、水位、闸阀位置、水量、电量、设备运行状态的检测，并用图形软件在屏幕上显示出动态画面；实现对所有设备保护信号的检测。6） 单机自动化与系统的联网功能，通过单机自动化设备的联网，实现相互闭锁、联动功能。7） 启停车声光预告和语音报警功能，启停车前可利用广播系统和信号系统预告；系统出现故障，在上位机提示故障并语音报警。8） 视频联动功能，通过摄像机对全矿重要生产环节进行监视，并通过视频网络将图象传至矿井调度室，使生产调度和管理人员及时获取大量直观的现场图像，在现场出项报警时，可自动切换故障现场图像，为安全生产提供了保障。9） 计算机管理信息系统，使生产经营管理人员以科学的手段组织合理的生产，通过建立管理信息系统局域网，与其它计算机系统互联，形成广域计算机网络，实现对选煤厂管理信息的综合处理，使选煤厂的管理具有高度的科学性和技术性，达到现代化的生产管理水平。预期的研究目标：1) 建立适合杨柳煤矿综合自动化远控技术的应用模式，并取得明显成效；2) 具体实现主要生产系统的远程控制，形成可供推广的合理远控技术方案；3) 总体技术经济指标优越，安全可靠，便于推广应用。3.2 研究方案、技术路线、组织方式采用理论和实践相结合的方法开展研究，对杨柳矿井的全矿井自动化系统进行规划与设计，使杨柳矿井的自动化、信息化建设摆脱传统基础框架的制约，建立新型的综合自动化控制模式，以高速的千兆工业以太网络平台为基础，通过对各单机自动化子系统的升级改造及建设，对目标项目的统一规划，力求使矿井各系统实现异构条件下的互联互通与资源共享，讲究统一的网络平台、统一的软件平台、统一的管理平台、协调综合应用，以安全生产为前提，最大程度的避免重复投资及资源浪费的同时，做到减人提效，提高生产效率。包括如下几点：1) 定量分析各生产子系统的运行情况和集控效果，做出一个符合实际的综合评价。2) 分类研究控制理论和综合远控技术。3) 深入开展自动化远控技术的可靠性工业性试验研究。4) 深入开展不同系统相互闭锁保护的工业性试验研究。5) 综合自动化远控应用效果分析、技术经济效益评价。6) 技术鉴定及推广应用。研究工作主要在杨柳矿北翼轨道大巷和北翼胶带运输大巷，针对供电系统、皮带运输系统、排水系统等展开，并进行跟踪研究，在一年内分阶段完成。要实现综合自动化远控应用的稳定、可靠、实用，主要要素包括：通信信道、系统执行机构、控制策略、技术管理等。技术路线具体地讲主要有以下方面：1)在技术上，统一标准和规范。确保指标体系、信息标准、业务流程、系统设备配置、系统软件、通信技术等基本采用统一的标准和规范；2)在实施过程中，统筹规划，统一组织，分步实施，急用先建，突出重点，慎重投入；在内容上，充分利用和依靠现有设备、人员和工作基础，满足实际需求，兼顾长远发展；3)在管理机构上，统一管理，统一人员配置，精简机构，完善功能。综合来说煤矿综合自动化就是运用现代控制及自动化技术、现代信息技术，使煤炭企业在生产、管理、经营、决策等方面实现自动化、信息化。4)在系统调用上，要求用户权限的细致性、安全性、与地域调用的无关性。3.3 拟解决的关键技术及创新点杨柳煤矿综合自动化远控技术应用是针对杨柳煤矿的现状提出来的，主要为了解决各子系统相互独立，没有实现信息共享、视频联动和相互闭锁等问题，按照新的控制思想，采用综合远控的技术路线，选择典型的生产子系统开展应用研究，具体包括如下四个方面内容：1) 远程控制的可靠性和可行性；2) 远控系统的故障诊断功能；3) 各种检测和保护功能、多系统的闭锁联动的工业性实验；4) 单机自动化与系统的联网的技术研究。3.4 实施计划研究工作主要在杨柳矿北翼轨道大巷和北翼胶带运输大巷，针对供电系统、皮带运输系统、排水系统等展开，在一年内完成。1) 2010年2月开始基础工作，子系统的分析；远控方案的制定；2) 2010年42009年9月，开展应用研究和工业性试验；3) 2010年1012月，总结，根据试验情况由甲方组织验收。4 技术基础及保障条件杨柳矿井是淮北矿业集团公司矿区开发规划“七年建成八对矿井”中的第四对，也是安徽省“861”行动计划重点建设项目。杨柳煤矿目前已建成工业以太环网，建成了比较完备的中心机房，部分生产子系统已建成，可以实现单机自动化运行。生产子系统为新建系统，起点高，配套的电控系统基本不需要进行大的数字化技术改造，并且部分子系统已通过工业以太环网实现了信息集成。本项目由中国矿业大学矿业信电学院提供技术服务，技术负责人钱建生，男，1964年9月出生，博士，教授，博士生导师，副院长，浙江省桐乡市乌镇人。1981年高中毕业于浙江省桐乡乌镇中学，1985年本科毕业于西北电讯工程学院激光专业，1988年硕士毕业于中国科学院西安光学精密机械研究所，硕士生导师为中国科学院院士侯洵教授，专业为光电子专业。1988年硕士毕业分配到中国矿业大学自动化系从事教学、科研工作。自1995年至今任中国矿业大学信息与电气工程学院副院长，1996年被评为副教授职称，2001年被评为教授职称，同年在职取得博士学位，2003年被评为博士生导师，现为中国矿业大学通信与信息系统博士点学科首席教授。“通信与信息系统”博士点学科带头人，“计算机应用技术”博士点学科带头人。 自1988年参加工作以来，长期从事矿井通信与监控、宽带网络技术及应用、数字视频技术及应用、自动化远控技术及应用等学科方向领域的研究。首次提出使用工业以太网构建100Mbps煤矿井下综合业务数字网，自行研制了成套设备。为现有各种监测监控系统提供友好的接入接口；解决传统矿井通信标准不一；传输速率较低等问题。构建一个井下宽带高速互联网，为现代化煤矿的综合自动化提供可靠的信息平台，对煤矿的发展具有重要意义。系统拥有自主的知识产权，填补了国内空白。中国矿业大学所属的中矿大华洋通信设备有限公司，长期从事煤矿的自动化、信息化工程，具有技术能力和丰富的现场经验。因此，双方组成的课题组能够把握当前煤矿综合自动化远控技术的研究方向，掌握信息融合、闭锁的关键技术，有能力完成本项目的研究工作。承担单位组织管理保障承诺： 同意该项目立项，保证对参加合作研究人员时间及工作条件的支持、督促其按计划完成所承担的任务。 需要说明的其它问题：承担单位（公章） 年 月 日 协作单位组织管理保障承诺： 同意参加合作研究，保证对参加合作研究人员时间及工作条件的支持、督促其按计划完成所承担的任务。 需要说明的其它问题： 协作单位（公章） 年 月 日5 研究经费5.1 经费预算（列出经费支出明细）单位：万元资金来源预算预算金额其 中2010年年年年申请集团公司拨款200200政府财政匹配单位自筹银行贷款其 他来源合计资金支出预算预算金额其中：集团公司拨款备 注设备费150150控制设备、传感器、闭锁设备等材料费2020光缆、电缆、安装附件等基础资料测试费55主要用于通信接口、控制分站等的性能测试差旅费55主要用于调研、现场测试、分析的差旅费会议费44项目验收、鉴定费国际合作与交流费出版、文献、信息传播、知识产权事务费11要用于调研、文献查阅、打印、装订、通讯等劳务费55专家咨询费55管理费55其他支出合计 200200特别说明：（购置主要仪器设备须列出清单）5.2 经费来源（筹措渠道及金额）项目经费主要来源于淮北矿业集团技术中心划拨的科研经费。5.3 申请科技费用的主要用途科技经费主要用于项目研究过程中发生的相关费用。6 预期情况分析6.1 对生态环境的影响（如果有“三废”污染需详细说明治理方法）本项目对环境不产生影响，环境保护无须特殊的要求。6.2 经济与社会效益分析1减少设备启停车时间，降低电耗根据现场开停车的需要，通过不断完善调整启停车程序，最大限度的减少启停车时间，对于单台小设备考虑同时启车，缩短了启车时间；详细计算闭锁关系的设备停车时间，尽量缩短停车时间，降低了电耗。2先进的监测系统，减少事故处理时间该系统运行可靠，维修量小，其先进的监测系统，在事故发生时，能