煤矿自动化系统建设.doc

煤矿自动化系统建设第一章 系统概述 煤矿全矿井自动化监控系统由地面控制中心、井下监控站、现场分站、网络信息传输系统、网络通信接口设备和矿井工业闭路电视系统等组成。煤矿全矿井自动化系统采用过程知识系统，具有高先进性、高稳定性和可靠性。自动化控制水平要求如下：1) 总体要求：对生产监控系统范围内的各子系统设备能够在生产控制中心进行集中监视和控制，实现全矿集中控制；2) 井下要求：除掘进头外的所有电气设备均能在地面控制中心进行控制和监视。井下各子系统的控制均实现无人值守，仅有巡检工进行巡视和维护；3) 地面要求：自动化水平与企业的管理有密切关系，考虑到煤矿及煤矿周围的社区情况，故煤矿自动化系统除主扇风机、矸石山外，均实现无人值守，仅有巡检工进行巡视和维护。但对主扇风机等控制系统能够实现集中监视。第二章 矿井自动化系统平台 随着现代煤矿采集工业中计算机自动化技术的广泛应用，以及无人化矿井采集的概念的逐步推广，煤矿采集安全作业的需要，拥有实时高效可靠，高度集成化、智能化的中央监控系统平台越来越成为当代煤矿采集控制管理中心，进行生产管理的重要工具。一套良好的中央监控系统平台，是集数据通信、处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体的综合数据应用软件系统，能在各种情况下准确、可靠、迅捷地作出反应，及时处理，协调各系统工作，达到实时、合理监控的目的。我公司在充分利用国内、国外监控一体化指挥平台技术基础上，开发具有“集中管理，分散控制；监控全面，使用方便”特点的过程知识平台软件，由于系统是基于先进的平台软件技术开发，从技术，设计，开发，维护等各个方面保证系统的先进性，是一套符合现代煤矿生产集中控制的软件系统。中央监控系统平台，在中央监控管理上从真正意义上实现了系统的高度集成。它能实现包括CCTV视频监控系统，排水设备监控系统、安全生产设备监控系统，环境监测系统，紧急电话系统，大屏幕显示系统，电力监控系统，选煤厂系统，报表系统以及联动预案调度系统的支持。原有设计的中央控制集成系统中各个相互独立的子系统，通过工业以太网技术，被有机的整合在一起，所有的监控管理操作，都可在一台工作站上完成，这摆脱了以往其他煤炭采集管理系统中各子系统中独成一体的，需要分别操作控制的模式，管理人员不必再在各个子系统控制主机间来回奔波，这大大提高了工作效率，降低了劳动强度，提高了设备利用率，降低运营成本。1.集中控制过程软件平台 监控系统是基于高性能的Windows 2000操作系统设计。系统的所有组件完全集成为一体。系统采用前沿开放性技术，如Windows 2000，以太网，ODBC，AdvanceDDE，VB和过程控制的OLE（OPC）以及基于标准Intel处理器的高性能计算机硬件等，为用户提供经济的，使用方便，功能完善的系统。2.操作员界面系统的人机界面(HMI) 采用最流行的界面组态技术，将所有的人机界面，应用数据和商务数据完整地集成在基于WEB 的体系结构中，使用HTML作为用户显示画面格式，无需通过麻烦的程序插件，用户可通过安全的操作员站环境或Microsoft的IE浏览器来显示和操控过程显示画面。3.体系结构概述 整个矿井监控处理自动化网络监控区域分为井上控制部分和井下控制部分，井上控制部分主要是对地面水泵控制系统、地面电力调度系统、地面消防系统、主井提升系统、副井提升系统、地面监视系统、瓦斯监控系统、主井通风系统及办公等方面的控制联网。井下控制部分包括： 井下排水、井下运输、人员监控、井下视频监控系统、井下辅助系统、井下变电。 井上、井下网络系统采用100M或者1000M光纤冗余工业环网系统将各个控制部分连接起来，可以通过路由和防火墙与公网连接。根据具体需要可以组成一个或多个光纤冗余环。所有工业网络交换机和光纤环网共同汇集到指挥中心的交换机上，然后通过服务器进行管理。 整个系统平台分为信息层、控制层和设备层三层结构。其中信息层为矿地面已有的局域网，控制层采用高速工业以太环网，设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性。第三章 矿井自动化系统结构组成 1.统组成 煤矿自动化系统是一个庞大的煤矿安全生产监测与控制的系统，根据矿井的实际特点和系统功能不同，煤矿自动化系统由以下子系统组成。1) 安全监控系统2) 井下中央泵房排水监控系统3) 通风机监控系统4) 瓦斯抽放站监控系统5) 注氮防灭火监控系统6) 矿用人员安全检测系统7) 采煤工作面自动化系统工作面自动化监控子系统8) 井下胶带运输监控子系统9) 井下变电所监控系统10) 锅炉房监控系统11) 选煤厂系统12) 井下降温监控系统13) 矿井水处理监控系统14) 压风机监控系统15）矿井工业电视系统16）DLP显示系统2.矿井自动化系统结构 煤矿自动化整体网络采用光纤环网工业以太网结构，从控制中心的各个服务器、操作站，到工业现场的监控站，全部采用工业以太网，确保自动化系统主干网络的实时高速和稳定可靠。3.安全监控系统 安全监控系统作为整个全矿井综合信息系统的一部分，主要用来监测井上、下的各测点的环境参数。在一些重要的地点安装传感器后，一些环境参数可以直接在地面中心站及网络工作站上反映出来，减少了井下有关的检查和值班人员，帮助领导和调度员及时掌握安全生产情况，发现安全隐患时及时通知有关人员处理，使值班人员能够及时了解工作面的有安全环境参数的变化情况，对于存在的隐患能够迅速作出处理决策，避免可能发生的事故。因此整个系统在保障安全，提高生产效率等方面将发挥重要作用。1）总回风巷的瓦斯、负压、风速、风门位置检测。2) 综采工作面回风顺槽：瓦斯、风速、温度、一氧化碳、风门位置检测，当瓦斯超限时断开综采工作面中全部非本质安全型电器设备。3) 综采工作面运输顺槽：采煤机、转载机、破碎机、乳化泵、喷雾泵开停状态。4) 综掘工作面：综掘机、转载机、破碎机、局扇开停状态、瓦斯、风筒开关的检测，在瓦斯超限及风筒无风时，断开工作面进风巷内全部非本质安全型电器设备。5) 所有监测、监控信息应传输至地面矿井调度监控中心，系统可与安全管理综合调度系统无缝连接。4.井下中央泵房排水监控子系统 系统以最先进的PLC控制器为核心,模块化设计,现场快速安装，操作维护简单，技术先进,性能可靠，通过工业以太环网平台可实现水泵房的地面远程监控。该监控系统用于煤矿井下水泵房的集中分布控制；采用集中控制器与分布式远程I/O，对水泵房设备运行实行在线监控，自动、手动控制水泵的启停及电动闸阀的开、关及开度，并具有自诊断功能，实现水泵房的无人值守；监控系统通过10Mbps 高速Profibus 工业控制网并入目前世界最先进的100M工业冗余容错高速主干网，实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享；水泵房现场以计算机图形界面结合现场操作，最大程度简化操作与状态显示；根据水位控制原则，自动实现水泵的轮换工作，大大延长了水泵的寿命；5.通风机监控系统 风机是矿井的重大安全设备之一，它的运行与否，直接关系到矿井的正常安全生产和人员的生命安全，除了选用高品质、高可靠性的风扇主机和高压启动柜等设备以外，一套高性能、高可靠性的监控系统同样也是风机安全运行的重要保证。系统采用高性能PLC 或RTU 作为每个子系统的控制核心，辅之以工控组态监控软件，可以实现下述功能：1工作方式：自动、手动、检修；2就地箱工作方式：远动、就地；3控制风门电动执行机构，实现风门的开闭，并监测到位信号；4控制风机电机制动装置，实现风机的快速刹车，并监测到位信号；5控制风机电机高压起动柜的分合闸，并监视开关和故障接点状态；6监测风机电机的轴承温度、绕组温度信号；7.监测风机的主轴承温度、振动位移、失速信号；8.实时显示、记录所检测的各个温度值，绘制曲线，并提供历史数据的查询；9.实时显示、记录所检测的振动位移，绘制曲线，并提供历史数据的查询；10.根据监测到的风压、压差、温度信号，计算负压、风量和效率，实时显示、绘制曲线，并提供历史数据查询；11.控制润滑油泵站的泵电机、加热器的运行和切换；12.监视润滑油泵站的各个温度、油位、流量信号；13.显示系统的实时报警信息，实时报警打印，并提供历史报警信息的查询；14.检测高压系统的有功电度、无功电度、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电压、电流，制作实时数据显示表和实时曲线；6.地面瓦斯抽放系统瓦斯抽放监测监控系统主要通过监测管道瓦斯浓度、罐内瓦斯浓度、管道温度、管道压力、管道流量、真空泵的开停状态、循环水池水位、水温、泵房环境参数、轴温及罐高、罐压等, 真空泵冷却水缺水保护控制、根据瓦斯浓度进行的抽放气体流向控制等。抽放监控中瓦斯抽放管道内的负压、浓度、温度和流量是评价瓦斯抽放效果及安全性能的基本参数。现场监测级由现场各类传感器、信号电缆及PLC控制柜组成；7.注氮防灭火监控系统系统采用基于以太网的可编程控制器，完成制氮机组相关数据的采集和控制，该PLC 本身具有以太网通讯能力，可直接与网络交换机连接，从而实现与全矿综合自动化网络的汇接，由调度控制中心进行,配以工业电视进行图像监视，做到无人值守。系统的输入信号有：空气压缩机的开停信号；管路气体压力信号；氮气传感器信号等系统的输出信号有：空气压缩机的开停控制；阀门控制。8.矿井人员安全监测系统 矿用人员安全监测系统系统是针对煤矿井下作业人员流动性大，一旦下井后，就无法确切地知道他们所处的位置，该系统能实时的了解井下人员的流动情况；了解当前井下人员的数量及分布情况；查询任一指定下井人员当前或指定时刻所处的区域；和查询任一指定人员本日或指定日期的活动踪迹。在平时可作为下井考勤系统，对任一指定月份、或任一指定日期段，对下井人员进行下井次数、下井时间等进行分类统计，便于考核，打印相关报表；一旦矿井发生透水、火灾等灾害事故，可对抢险救灾的人员统计、定位等起准确的指导作用。矿用人员监测系统由无线编码发射器、井下数据监测分站、地面中心站及数据传输信道组成。无线编码发射器发出具有代表身份特征的射频信号，经数据监测接收，再发送到地面中心站。中心站接收来自数据监测分站上的编码信号，进行分析处理，形成各种文件，使管理人员能及时查询各种信息9.采煤工作面自动化系统 实现综采工作面生产过程自动化，以减轻劳动强度、提高生产效率；实现对主要生产设备工况的实时在线监测、及时发现故障隐患、及时采取措施避免设备损坏，提高设备正常率和开机率；将工作面的相关信息及时传输到地面，并通过计算机网络实现共享，达到生产管理网络信息化。综采工作面综合监测系统，主要完成工作面矿山压力（压力量、位移量等）、设备工况（开机率、负荷等）以及环境参数（瓦斯浓度等）的综合监测、数据采集、传送、记录、图形显示、历史数据分析、报表输出等功能。可以为井下和地面生产、管理人员提供连续、实时的井下采煤工作面生产、安全信息，是保证采煤工作面安全、高产、高效的现代化手段。10.胶带运输监控子系统 本矿井选用1套矿用胶带机监控系统对井下运煤皮带进行集中监测和控制。控制系统由主站、分站及检测传感元件组成。控制分站安装于胶带机现场，完成对胶带机的信号检测和执行控制，每个分站可以对相应的胶带机进行单独控制，主站设于井下集中控制室内，以手动和自动方式对胶带运输系统的工作状态、故障性质、故障地点、煤仓煤位、运煤量等重要信息进行显示，并能遥控胶带机、给煤机等设备的开停和相关皮带之间的闭锁控制。每条皮带；主要的检测保护有：胶带速度、胶带跑偏、紧急闭锁、物料探测、设备开停、烟雾、堆煤、运煤量及温度保护、灭火洒水保护、防尘洒水保护、断带保护、撕裂保护等。11. 变电站监测系统 在井下每个变电所安装一个电力分站，它通过485和该变电所的高、低压综合保护器相连，通过四芯屏蔽电缆与工业以太网的防爆交换机相连。电力分站作为监控中心和综合保护装置的连接系统，起到将综合保护装置的测量信息(遥测、遥信的数据)上传至监控中心，同时将监控中心的指令(遥控)发送给相应的综合保护装置的作用。全中文液晶显示，能清楚实时显示电网的电流、电压、零序电。 12. 锅炉房监控系统 在锅炉房内各设一套锅炉微机监控系统，完成对各台锅炉的参数检测、保护和控制。上位机、组态软件构成人机操作界面，以直观的计算机操作方式取代传统的继电器逻辑控制。提供形象的操作界面，操作人员通过鼠标或键盘操作，完成设备或流程的启停和生产过程中各状态参数的监测及相关参数的设定、调整。统计主要设备运行时间、故障状态等，实时数据记录数据库进一步完善设备管理。微机监控系统的上位机与矿井调度控制中心通过100M 以太网OPC 通信。13.选煤厂监控系统选煤厂监控系统也是一个较大的自动化系统，也是一个比较独立的系统，其网络结构、方式与矿井自动化系统类似，选煤厂和矿井自动化系统采用光纤以太网，以OPC 方式实现数据通讯。14.井下降温监控系统井下降温制冷站安装冷水机组，采用一套PLC 可编程监控系统，在控制台上即可实现单台制冷机组的控制又可实现多台制冷机组的智能优化控制，并通过以太网OPC 方式或Terminal Server 方式传输接口与网络交换机连接，从而汇接到全矿综合自动化网络上。可在调度中心实行监控。并配以工业电视进行图像监视。能够自动采集、显示制冷机组的各种运行参数，控制制冷机组的运行；15. 矿井水处理监控系统 在矿井水处理站和污水处理站各设一套PLC 控制系统，用于实现对水处理设备和水处理工艺的集中监视和控制，并实现多台水泵优化控制；可实时监测水塔水位、水泵电气状况；实现水位闭锁和智能切换。矿井水处理监控系统控制方式分机旁就地控制、矿井水处理站程控（矿井水处理站和污水处理站合用一台监控上位机）和全矿生产调度中心远程控制。两套PLC控制系统通过以太网实现与监控上位机的通信，矿井水处理监控上位机与全矿生产调度中心通过100M 以太网OPC 通信，实现三级控制模式（即机旁控制、处理站监控、调度室监控）。上位机、组态软件构成人机操作界面，以直观的计算机操作方式取代传统的继电器逻辑控制。提供形象的操作界面，操作人员通过鼠标或键盘操作，完成设备或流程的启停和生产过程中各状态参数的监测及相关参数的设定、调整。统计主要设备运行时间、故障状态等，实时数据记录数据库进一步完善设备管理。控制系统有三种控制操作方式，全矿生产调度中心集中操作、处理站集中操作和现场机旁就地操作方式。控制室集中操作是本系统的主要操作方式，处理站集中操作方式和现场单机就地操作方式主要用于设备的调试和检测维护。16. 压风机监控系统 每台压风机采用一套以可编程序控制器（PLC）和压力、温度、冷却水断水检测、供电检测及电量计量等组成监控系统，PLC 控制系统通过以太网与上位机的通信，组成分散型控制系统（DCS）。上位机采用相同的组态软件（HMI）为操作界面，以直观的计算机操作方式取代传统的继电器逻辑控制。提供形象的操作界面，操作人员通过鼠标或键盘操作，完成设备或流程的启停和生产过程中各状态参数的监测及相