矿井综合信息化系统建设与应用.doc

矿井综合信息化系统建设与应用神华宁煤集团羊场湾煤矿羊场湾煤矿是神华宁煤集团开发建设的集原煤生产、筛分洗选、装车外运与一体的特大型现代化矿井，也是国家十三个亿吨煤炭生产基地宁东能源化工基地的主力生产矿井。矿井包括两个自然井和一个群矿型洗煤厂，井田总面积71.1Km2，含煤地层均为早、中侏罗系延安组，共含煤2039层，其中编号煤层18层，主采煤层为二、十四、十五煤层。煤种大部分为不粘结煤，少量为长焰煤，煤质特点为低灰、低一特低硫、特低磷、高化学质性、较高发热量，地质储量为113196万吨，设计可采储量61000万吨（其中不含详查区D级储量28340万吨）。矿井设计生产能力初期1000万吨/年。矿井建设过程中，坚持“以高新技术改造和提升传统产业”的指导思想，坚持“系统简单化、生产集约化、装备现代化、控制自动化、管理信息化”的设计和建设理念，以打造本质安全型矿井为目标，积极采用新技术、新装备、新工艺，依靠科技进步，设计和建设管控一体化的综合信息化系统，推进矿井高产高效建设步伐。一、矿井综合信息化系统概述羊场湾煤矿综合信息化系统按照“总体设计，统一规划，分布实施”的建设思路，分生产指挥管理系统、技术管理系统、生产经营管理系统三个大模块，按信息管理层、控制层、设备层三层网络结构设计和建设，突出统一网络结构、统一数据接口，实现信息共享。系统总体设计由中国矿大中大电子信息有限公司承担，系统总承包由西安交大博通公司承担，2005年10月开工建设，2006年12月竣工。一期工程建设内容包括：生产指挥管理系统（主运输、供电、排水、通风、煤流计量的“三遥”和安全监测监控、工业电视监测、井下无线通讯、人员定位和入井考勤系统、安全生产调度子系统、视频会议子系统等）、技术管理系统（地理信息系统、矿内数字化图书馆、通风技术管理管理软件、作业规程管理系统等）、生产经营管理系统（办公自动化系统、财务子系统、物资供应子系统等）。同时将工业自动化控制、安全监测监控、井下无线通讯、人员定位和入井考勤系统与已经建成的地理信息系统链接，直观反映采掘生产形象进度、设备运行状况、环境安全参数和井下作业人员分布。二、系统总体架构 管理层：集成化的信息浏览平台，将全矿生产、技术、经营管理子系统集成为统一的用户界面，并通过局域网以WEB页方式发布，实现信息共享，为管理者提供决策支持。控制层：通过监测和监控子系统，实现主要生产系统的自动化控制和环境、设备工况参数的实时监测传输。操作层：为具体的执行单元，通过执行元件，接受并执行操作指令，完成设备的远程控制，监测设备和环境信息并实时传输。三、建设内容及系统功能1、主运输三遥系统 系统构成附图1 羊场湾煤矿综合信息化系统总体规划高度集成化的信息网络平台生产技术管理系统生产指挥管理系统生产经营管理系统辅助系统通风管理系统机电管理系统采掘接续管理系统安全管理系统调度管理系统综合自动化系统综合监测系统物资供应管理系统经营计划管理系统财务管理系统销售管理系统人力资源管理系统井下无线通讯系统人员定位系统大屏幕系 统工业电视系统安全监测系统束管监测系统运输监控系统供电监控系统通风监控系统排水监控系统煤流计量系统工作面监测系统通过局域网发布地测管理系统附图1：羊场湾煤综合信息化系统架构图附图2 羊场湾煤矿综合信息化系统拓扑结构图地面井下主运输系统由井下甲带给料机、主斜井皮带机和上落煤塔皮带机组成。采用CST软启动控制系统和皮带保护系统。皮带保护系统由皮带控制分站、操作屏以及保护传感器等设备组成。其中控制分站采用S7-300 PLC。2 主要功能 安全保护系统具有打滑、堆煤、超温洒水、烟雾、温度、拉线急停、跑偏、撕裂和语音系统等多种保护装置，在调度控制中心远程控制，并实现生产日报表功能。附图3 主运输三遥系统主控制界面附图4 主运输三遥系统保护状态显示附图5 主运输三遥系统电机温度历史曲线2、排水三遥系统系统构成排水系统由主排水泵房水泵和主斜井排水筒路，以及地面管路组成。控制系统由控制柜、操作屏、声光报警系统等组成。控制柜采用S7-300 PLC。 主要功能完成3台水泵系统的流量、压力以及各控制阀的状态、水泵电机轴承温度数据采集与控制。在操作屏上控制各台水泵的启停和显示各台水泵系统设备状态，并实现故障的声光报警。在地面调度控制中心监视水泵的启停和显示各台水泵系统设备状态，并实现了三台泵的自动/半自动/手动控制，达到根据水仓水位实现三台水泵的自动控制功能。自动控制状态时启动仿人智能模块,实现智能控制。附图6 井下泵房智能控制系统结构示意图涌水速度计算模块水位测量模块水泵系统调度室参数设定TCP/IP 和 PROFIBUS智能控制模块附图7 排水三遥系统主控制界面附图8 排水三遥系统水仓水位历史曲线3、通风机三遥系统系统构成通风系统安装两套高效节能矿用防爆对旋式主通风机，其中1套工作，1套备用。控制系统由控制柜、监控系统、通风机、风门系统、电机启动系统、电机监控系统及各种监测的传感器组成。控制柜采用S7-300PLC。主要功能利用液晶操作屏显示电机定子电压、电流、功率因数。通过指示灯显示风机及附属设备的工作状态、风压等参数；风机的开停及附属设备（如风门等）的开停状态。对风机进行自动控制，实现风机的自动倒风。附图9 通风三遥系统监测界面附图10 通风三遥系统控制界面附图11 通风三遥系统监控历史曲线4、供电三遥系统系统构成系统由嵌入式计算机和ABC网关，以及RS232-RS485转换器、UPS电源组成。主要功能对变电所高压开关柜的电压、电流、频率、功率、功率因素的测量，对开关的状态进行监视和控制。实现在调度控制中心对高压开关柜的远程控制。建设内容目前已经实现对地面1#变电所、主井驱动机房、风机房、井下中央变电所、11采区变电所的三遥功能。在调度控制中心对各变电所开关柜电流、电压、频率、功率因素等相关参数进行监测。附图12 供电三遥系统监控界面5、煤流计量系统系统构成由两台电子皮带秤（含链码标定装置）组成。主要功能电子皮带秤具有停电保持数据、自动校准、自动调间隔等功能，并有自动零点跟踪，实物、挂码、链码、电子标定功能。电子皮带秤所测得的数据就近传输到主井驱动机房控制分站和落煤塔控制分站，通过网络传输到调度控制中心。 附图13 煤流计量系统监控界面附图14 煤流计量系统流量历史曲线6、工业电视系统系统构成工业电视系统由井下部分、地面部分、调度室部分组成。能直观地监视井下、井上主要生产环节和工业场所，有利于安全生产和调度指挥。主要功能工业电视系统在调度中心显示集中各路监视图像，控制图像切换在调度监控中心实现摄像机的远程控制。7、大屏幕系统系统构成大屏幕系统由投影机子系统、控制子系统及相关外围设备组成。其中大屏幕投影系统选用东芝67” DLP一体化投影拼接箱体和拼墙专用图像处理器及大屏幕管理软件构成。主要功能可以实时观看羊场湾煤矿综合信息化系统的各种信息，包括安全监测系统、地测管理信息系统、各个生产监控子系统、实时工业视频监控信号、各种管理信息系统数据、各种历史数据图像。实现实时监控和集中调度的目的。附图15 工业电视和大屏幕系统现场效果8、井下无线通信及人员定位考勤管理系统系统构成羊场湾煤矿井下无线通信及人员定位考勤管理系统为KT23型，主要由交换机、定位服务器、地面基站、井下基站、定位终端、网管终端、通讯及定位手机组成。该系统是把“中国电信”的小灵通系统，按煤矿井下标准进行安全技术处理，移植、延伸到井下，其系统逻辑、接口标准与无线市话相同，可方便的接入电信网，实现双网通讯。主要功能本系统基于PHS无线通信平台，采用mapinfo软件作为GIS系统开发平台，既可实现无线通讯，又可实现人员定位，定位精度可达20-100米，并可直接利用AutoCad或地测绘图软件生成的矿图显示井下人员位置。系统具有定位跟踪及考勤管理功能，可提供当前井下人员动态分布图、实时定位信息列表、历史运行轨迹回放、排班资料设置、考勤统计、定位器紧急呼叫等服务。附图16 系统拓扑结构图附图17 系统控制界面图附图18 系统考勤统计界面附图19 系统人员定位信息界面9、调度控制中心整个调度控制中心控制系统采用统一的集成平台，实现主运输三遥系统、排水三遥系统、通风三遥系统、供电三遥系统、煤流计量系统的数据集中采集和控制。实现与安全监测系统、束管监测系统、地理信息系统的界面集成，同时实现安全监测系统与地理信息系统的数据集成。目前防爆PROFIBUS现场总线环网、工业以太网环网已经安全运行一年多。附图20 调度控制中心与安全监测系统集成附图21 调度控制中心与束管系统集成附图22 调度控制中心与地理信息系统集成四、系统特点1、良好的安全性羊场湾煤矿综合信息化系统通过局域网与INTERNET链接，局域网安装硬件防火墙，系统自身安装有卡巴斯基防病毒软件，可以有效防止网络恶意攻击和病毒侵袭。系统设计过程中，根据矿管理流程设置权限和身份密码，系统信息以WEB形式发布矿内终端，提高了系统的安全性。2、良好的可靠性该系统在网络结构上采用冗余环网形式，每个子系统均独立挂接在系统环网上，可有效防止由于系统数据流大或网络线路故障造成的通讯中断。生产指挥系统的自动化控制，均设有远程和现场就地转换开关，一旦远程控制出现故障和设备检修时，可切换到就地手动控制状态，最大限度地减小系统故障对设备运行的影响，保障设备检修过程的安全。3、良好的可拓展性系统采用100兆工业以太环网现场总线控制技术，各子系统采用模块化设计，相对独立，系统设计中考虑了今后拓展的空间，根据工业自动化及网络技术的发展，可方便地增减、修改子系统模块，具有良好的可拓展性。五、系统拓展和发展规划1、拓展生产指挥系统，扩大生产系统的