数字化矿山建设[共70页]

1、数字化矿山建设数字化矿山建设 与安全生产自动化控制与安全生产自动化控制 1 概概 述述 随着煤矿安全生产问题越来越受到国家和社会各随着煤矿安全生产问题越来越受到国家和社会各 界的高度重视，如何确保煤矿的安全生产，是各级领界的高度重视，如何确保煤矿的安全生产，是各级领 导和全体员工关心的首要问题。全国各个煤炭生产企导和全体员工关心的首要问题。全国各个煤炭生产企 业为了改善煤矿安全生产条件都在大规模地更新和提业为了改善煤矿安全生产条件都在大规模地更新和提 高煤矿的技术装备水平。其中数字化矿山建设，实现高煤矿的技术装备水平。其中数字化矿山建设，实现 煤矿信息化、自动化是提高煤矿安全生产的最主要的煤矿

2、信息化、自动化是提高煤矿安全生产的最主要的 方法之一方法之一。 2 概概 述述 3 数字化矿山概念数字化矿山概念 采用现代信息技术、数据库技 术、传感器技术、网络技术和过 程智能化控制技术等，对矿山安 全、生产、经营与管理的各个环 节进行网络化、集成化、模型化、 数字化、可视化和科学化管理。 4 数字化矿山基本特征数字化矿山基本特征 以高速工业以以高速工业以 太网为太网为“网路网路” 以矿业数据和以矿业数据和 模型为模型为“货物货物” 以数字化控制以数字化控制 平台为平台为“调度调度” 数字化平台数字化平台 5 数字化矿山的意义及作用数字化矿山的意义及作用 6 数字化矿山建设的必要性数字化矿山

3、建设的必要性 7 8 煤矿自动化、信息化煤矿自动化、信息化 系统建设内容系统建设内容 9 煤矿自动化、信息化系统建设煤矿自动化、信息化系统建设 系统目标系统目标 建成设备稳定，传输可建成设备稳定，传输可 靠，系统安全，多网合一，靠，系统安全，多网合一， 达到监、管、控一体化及减达到监、管、控一体化及减 员增效的目的，建成本质安员增效的目的，建成本质安 全型的数字化矿井。全型的数字化矿井。 系统建成后，使各子系统系统建成后，使各子系统 数据在异构条件下可进行有数据在异构条件下可进行有 效集成和有机整合，实现相效集成和有机整合，实现相 关联业务数据的综合分析及关联业务数据的综合分析及 生产状态的实

4、时评估。生产状态的实时评估。 系统原则系统原则 实时性原则实时性原则 可靠性原则可靠性原则 开放性原则开放性原则 实用性原则实用性原则 先进性原则先进性原则 软件资源丰富性原则软件资源丰富性原则 易操作性原则易操作性原则 互联性和可扩展性原则互联性和可扩展性原则 经济性原则经济性原则 10 煤矿自动化、信息化煤矿自动化、信息化 系统建设系统建设 矿井综合自动化、信息化系统由网络传输矿井综合自动化、信息化系统由网络传输 平台和集成软件组成，集控中心服务器与井下平台和集成软件组成，集控中心服务器与井下 子系统通过标准的数据交换方式（如子系统通过标准的数据交换方式（如OPC等）等） 进行数据通信与采

5、集，并对数据进行有效综合进行数据通信与采集，并对数据进行有效综合 集成，将实时、历史及综合的数据形成生产调集成，将实时、历史及综合的数据形成生产调 度信息，分析后为管理层提供决策依据，专业度信息，分析后为管理层提供决策依据，专业 操作人员根据相关信息对各系统进行操控，从操作人员根据相关信息对各系统进行操控，从 而实现监、管、控一体化。而实现监、管、控一体化。 11 12 煤矿自动化、信息化煤矿自动化、信息化 系统建设系统建设 13 煤矿自动化、信息化系统建设煤矿自动化、信息化系统建设 综合自动化、信息化系统平台，采用现代综合自动化、信息化系统平台，采用现代 信息技术、计算机技术、通讯技术、自动

6、控制信息技术、计算机技术、通讯技术、自动控制 技术，由监控系统（如：安全生产监控系统）技术，由监控系统（如：安全生产监控系统） 、生产经营管理、管理决策、办公自动化、数、生产经营管理、管理决策、办公自动化、数 据安全等分结构组成。使用数字化、集成化、据安全等分结构组成。使用数字化、集成化、 网络化、自动化的生产和管理设备，将企业管网络化、自动化的生产和管理设备，将企业管 理信息系统和集散型测控系统进行一体化集成理信息系统和集散型测控系统进行一体化集成 设计，实现企业生产、经营、管理的高度自动设计，实现企业生产、经营、管理的高度自动 化。综合自动化平台可以实现对各个子系统的化。综合自动化平台可以

7、实现对各个子系统的 显示、控制、报警、归档、分析、决策。显示、控制、报警、归档、分析、决策。 系统构架系统构架 系统建设内容系统建设内容 千兆工业以太网千兆工业以太网 综合自动化系统综合自动化系统 平台平台 支撑软件平台支撑软件平台 安全生产调度指安全生产调度指 挥系统挥系统 生产监测监控子生产监测监控子 系统系统 14 煤矿自动化、信息化煤矿自动化、信息化 系统建设系统建设 数字化系统平台构建要解决的几个问题： 网络平台； 通讯接口与协议； 数据管理； 网络安全等。 15 煤矿自动化、信息化系统建设煤矿自动化、信息化系统建设 调度集成平台功能调度集成平台功能 监控功能监控功能 打印功能打印功

8、能 实时管理界面功能实时管理界面功能 报表曲线功能报表曲线功能 历史事件记录功能历史事件记录功能 实时报警功能实时报警功能 事故追忆功能事故追忆功能 控制功能控制功能 故障自诊断功能故障自诊断功能 16 千兆工业以太环网千兆工业以太环网 以太网是目前最为广泛的计算机网络技术，其以太网是目前最为广泛的计算机网络技术，其 具有成本低廉、通讯速率高、软硬件资源丰富、具有成本低廉、通讯速率高、软硬件资源丰富、 可持续发展潜力大、应用支持技术成熟等优点可持续发展潜力大、应用支持技术成熟等优点 工业以太网运用了实时通信技术、总线供电技工业以太网运用了实时通信技术、总线供电技 术、远距离传输技术、术、远距离

9、传输技术、 网络安全技术、可靠网络安全技术、可靠 性技术等，适应了工业现场设备间通信具有实性技术等，适应了工业现场设备间通信具有实 时性强、数据信息短、周期性较强等特点和要时性强、数据信息短、周期性较强等特点和要 求求 17 千兆工业以太环网千兆工业以太环网 以太网是指遵循IEEE802.3标准，可 以在光缆和双绞线上传输的网络。 工业以太网，是指技术上与商用以 太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产 品设计时，在材质的选用、产品的强度、 适用性以及实时性、可互操作性、可靠 性、抗干扰性和本质安全等方面能满足 工业现场的需要。 18 数据库应用数据库应用关系数据库关系数据库 关系数据库的

10、需求前提关系数据库的需求前提 对数据库高并发读写的需求 对海量数据的高效率存储和访问 的需求 对数据库的高可扩展性和高可用 性的需求 19 数据库应用数据库应用关系数据库关系数据库 数据集中控制 数据独立 数据共享 减少数据冗余 数据结构化 统一的数据保护功能 关系数据库系统的主要特点关系数据库系统的主要特点 20 数据库应用数据库应用实时数据库实时数据库 实时数据库系统是开发实时控制系统、 数据采集系统、CIMS系统等的支撑软件。 使用实时数据库系统进行控制系统监控， 系统先进控制和优化控制，并为企业的生 产管理和调度、数据分析、决策支持及远 程在线浏览提供实时数据服务和多种数据 管理功能。

11、 21 组组 态态 软软 件件 组态软件是指一些数据采集与过程 控制的专用软件，它们是在自动控制系 统监控层一级的软件平台和开发环境， 使用灵活的组态方式，为用户提供快速 构建工业自动控制系统监控功能的、通 用层次的软件工具。 组态软件能支持各种工控设备和常见 的通信协议，并且提供分布式数据管理 和网络功能。 22 组组 态态 软软 件件 23 组组 态态 软软 件件 组态软件特点组态软件特点 （1）延续性和可扩充性。）延续性和可扩充性。 （2）易用性（易学易用）易用性（易学易用） （3）通用性）通用性 24 系系 统统 安安 全全 25 煤矿自动化、信息化煤矿自动化、信息化 系统建设系统建设

12、 子系统接入平台子系统接入平台 第一部分：已经形成或部分形成的子系统，需第一部分：已经形成或部分形成的子系统，需 要经过完善其功能，改造其通讯方式，以最要经过完善其功能，改造其通讯方式，以最 为合理的技术形式就近接入综合自动化平台。为合理的技术形式就近接入综合自动化平台。 第二部分：与安全生产紧密相关，具备实施条第二部分：与安全生产紧密相关，具备实施条 件的子系统，运用成熟的系统技术，按照综件的子系统，运用成熟的系统技术，按照综 合自动化平台的整体要求，建设各监测监控合自动化平台的整体要求，建设各监测监控 子系统。子系统。 26 煤矿自动化、信息化煤矿自动化、信息化 系统建设系统建设 通过系统

13、建设，最终达到的建设目标： 满足视频、音频、数满足视频、音频、数 据信号的同网传输据信号的同网传输 对矿井内各子系统发对矿井内各子系统发 布控制命令布控制命令( (工业数工业数 据据) )；上连集团公司；上连集团公司 广域网，建立一个统广域网，建立一个统 一的、开放的信息化一的、开放的信息化 集控平台。集控平台。 u实现系统的高度集成（自动化、管实现系统的高度集成（自动化、管 理信息、视频）理信息、视频） u提高管理信息系统数据的准确性和提高管理信息系统数据的准确性和 实时性实时性 u提高煤矿的安全生产管理水平，整提高煤矿的安全生产管理水平，整 体提升煤矿的自动化水平体提升煤矿的自动化水平 u

14、形成集成调度和远程监测监控的作形成集成调度和远程监测监控的作 业体系业体系 u生产监控数据与管理信息的整合，生产监控数据与管理信息的整合， 打通管控之间的狭缝打通管控之间的狭缝 27 煤矿自动化、信息化系统建设煤矿自动化、信息化系统建设 子系统接入子系统接入 安全生产安全生产 调度指挥调度指挥 系统系统 生产监测生产监测 监控系统监控系统 工业电视系统工业电视系统 大屏综合显示系统大屏综合显示系统 生产调度通讯系统生产调度通讯系统 无线通讯系统无线通讯系统 人员定位系统人员定位系统 矿井应急广播系统矿井应急广播系统 安全生产监测系统安全生产监测系统 主、副井提升监测系统主、副井提升监测系统 主

15、煤流集控系统主煤流集控系统 主通风机监测系统主通风机监测系统 选煤厂监测监控系统选煤厂监测监控系统 井下主排水监测监控系统井下主排水监测监控系统 。 28 工业电视系统工业电视系统 29 大屏综合显示系统大屏综合显示系统 30 大屏综合显示系统大屏综合显示系统 当前显示技术主 要有: 阴极管（CRT） 技术、 液晶（LCD） 技术、 等离子电视 （PDP） 数字光处理 （DLP，俗称： 背投） 31 生产调度通讯系统生产调度通讯系统 32 生产调度通讯系统生产调度通讯系统 地面不需要安装程控交换机，不需要敷设通信电缆； 基于IP，以太网到哪里，网络电话交换机就可以到哪里， 设备自带光口和以太网

16、口，可以自由选择通过光纤直接连 入光纤网络，也可通过网线接入工业以太网络； 网络电话交换机为分布式安装，无数量限制，系统容量不 限，扩容方便快捷； 本安模拟电话机可直接就近接入网络电话交换机； 可以实现办公电话系统与井下网络电话系统互通； 网络电话交换机产生铃流和进行语音驱动，音质更清晰， 通信距离更远； 网络电话交换机内置不间断电源，电话系统不受井下停电 的影响； 可作为IP电话调度系统的终端，实现生产调度功能。 33 无线通讯系统无线通讯系统 Wi-Fi是一种短程无线传输技术，能 够在数百米范围内支持互联网接入的无 线电信号。执行IEEE 802.11a/b/g高速无 线网络通信标准。 W

17、i-Fi新一代移动通信技术，具有高 带宽、强抗干扰、小型灵活等技术优势， 能有效解决目前井下无线通信功能单一、 抗干扰性差、容量小、技术水平落后等 问题。 34 35 生产监测监控系统生产监测监控系统 应用应用电力拖动技术电力拖动技术、供电技术供电技术、传感技传感技 术术、计算机技术计算机技术、通信技术通信技术、网络传输及应网络传输及应 用技术用技术，对煤矿生产各系统的资源和信息进，对煤矿生产各系统的资源和信息进 行集成、控制和管理，实现内外资源、信息行集成、控制和管理，实现内外资源、信息 共享和有效利用，实现测、管、控一体化。共享和有效利用，实现测、管、控一体化。 36 生产监测监控系统结构

18、示意生产监测监控系统结构示意 37 集成化的三层网络结构集成化的三层网络结构 38 集成化的三层网络结构集成化的三层网络结构 39 生产监测监控系统基本功能生产监测监控系统基本功能 40 煤矿井下供电监测监控技术煤矿井下供电监测监控技术 41 解决的方法解决的方法 从设计思想上，树立井下供电可靠性达于地从设计思想上，树立井下供电可靠性达于地 面的思想，可靠性优先，而非成本优先。面的思想，可靠性优先，而非成本优先。 利用地面成熟的技术，充分结合井下的供电利用地面成熟的技术，充分结合井下的供电 特点来开发新一代保护与控制系统。特点来开发新一代保护与控制系统。 利用当今最新的信息技术，完善功能，能够

19、利用当今最新的信息技术，完善功能，能够 在地面掌控井下电网的运行。在地面掌控井下电网的运行。 煤矿井下供电监测监控技术煤矿井下供电监测监控技术 42 煤矿井下供电监测监控关键技术煤矿井下供电监测监控关键技术 故障录波 防越级跳闸 漏电保护 43 44 煤矿井下供电监测监控技术煤矿井下供电监测监控技术 45 煤矿大型设备监测监控煤矿大型设备监测监控 煤矿大型设备（主排水泵、空气煤矿大型设备（主排水泵、空气 压缩机、主皮带运输、综采工作面三压缩机、主皮带运输、综采工作面三 机设备、选煤厂等）监测监控是矿井机设备、选煤厂等）监测监控是矿井 安全生产自动化系统的主要环节，以安全生产自动化系统的主要环节

20、，以 期在高效、经济、可靠的最佳工况下期在高效、经济、可靠的最佳工况下 运行。运行。 46 大型设备监测监控设计原则大型设备监测监控设计原则 安全安全可靠性可靠性 先进性先进性 经济性和适用性经济性和适用性 47 大型设备大型设备PLC监测监控监测监控 48 PLC的全集成自动化的全集成自动化 高效率的组态和编程，基于世高效率的组态和编程，基于世 界标准的界标准的STEP 7 更高的可用性更高的可用性，基于强大的集基于强大的集 成的诊断功能成的诊断功能 轻松易用的入门级软件轻松易用的入门级软件STEP 7 Lite 新的编程软件包含基新的编程软件包含基 本的功能，可视化操作。本的功能，可视化操

21、作。 模块化可扩展系统模块化可扩展系统 49 50 大型设备大型设备PLCPLC控制方式控制方式 网络远程控制网络远程控制 就地自动顺序控制就地自动顺序控制 就地单机自动控制就地单机自动控制 就地手动控制就地手动控制 PLC PLC主要实现主要实现 生产子系统的数生产子系统的数 据采集、动态显据采集、动态显 示及设备自动启示及设备自动启 停、自动倒换等停、自动倒换等 顺序控制功能。顺序控制功能。 51 井下主排水泵井下主排水泵PLCPLC控制原则控制原则 高水位运行，低水位停止。警戒水位全运行。高水位运行，低水位停止。警戒水位全运行。 低涌水量时兼顾用电避峰填谷。低涌水量时兼顾用电避峰填谷。

22、使用使用“轮换工作制轮换工作制”，均衡水泵磨损及备用时间。，均衡水泵磨损及备用时间。 故障水泵警示，并自动越过实施其它泵运行。故障水泵警示，并自动越过实施其它泵运行。 水泵运行的其它要求。水泵运行的其它要求。 52 井下主运皮带井下主运皮带PLCPLC控制原则控制原则 根据煤仓煤位或采煤面生产情况实现对皮带机的根据煤仓煤位或采煤面生产情况实现对皮带机的 远程启动、停止、复位功能，并可进行地面远程控制远程启动、停止、复位功能，并可进行地面远程控制 方式转换、振动给煤机点动操作等功能控制。具有同方式转换、振动给煤机点动操作等功能控制。具有同 煤流方向相互闭锁功能，实现逆煤流起动，顺煤流停煤流方向相

23、互闭锁功能，实现逆煤流起动，顺煤流停 机。机。 系统具有皮带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超系统具有皮带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超 温洒水，烟雾，滚筒超温，沿线急停和跑偏等多种保温洒水，烟雾，滚筒超温，沿线急停和跑偏等多种保 护。护。 能够实现控制室对每一条皮带进行广播功能，能能够实现控制室对每一条皮带进行广播功能，能 够实现皮带机在启动时进行预报警，能够实现半双工够实现皮带机在启动时进行预报警，能够实现半双工 通话的功能。通话的功能。 53 综采工作面监测监控技术综采工作面监测监控技术 系系 统统 功功 能能 实现综放工作面的生产过程自动化，减轻劳实现综放工作面的生产过程自动化，减轻劳 动

24、强度、提高生产效率；动强度、提高生产效率； 实现对主要生产设备实现对主要生产设备 工况的实时在线监测工况的实时在线监测, , 提高设备正常率和开提高设备正常率和开 机率；机率； 将工作面的相关信息及时传输到地面将工作面的相关信息及时传输到地面, ,并通过并通过 计算机网络实现共享计算机网络实现共享, ,达到生产管理的信息化。达到生产管理的信息化。 54 巷道顶板位移监测系统巷道顶板位移监测系统 离层破碎型煤巷顶板的失稳表现为 向上渐次垮冒的动态发展过程，煤巷采 用以锚杆为基础的支护形式时，其顶板 的稳定性取决于锚固区内外的离层状况。 监测顶板离层、失稳，防止巷道变 形、顶板冒落的主要方法是顶板

25、离层的 监测。 55 巷道顶板位移监测系统巷道顶板位移监测系统 56 巷道顶板位移监测系统巷道顶板位移监测系统 系统采用主系统采用主 从结构设计，从结构设计， 即由一个主站即由一个主站 和若干测量分和若干测量分 站组成，测量站组成，测量 主站和测量分主站和测量分 站之间采用双站之间采用双 音多频信号音多频信号 （DTMFDTMF）进行）进行 通讯通讯 ，突出其，突出其 抗干扰能力及抗干扰能力及 供电能力供电能力 57 巷道顶板位移监测系统巷道顶板位移监测系统 58 MESMES生产管理执行系统生产管理执行系统 提高设备运行的可靠性，延长生产时间，提高提高设备运行的可靠性，延长生产时间，提高 生

26、产效率生产效率 挖掘设备潜力，追求最高的设备综合效率改善挖掘设备潜力，追求最高的设备综合效率改善 最关键设备实行以可靠性为中心的维修（最关键设备实行以可靠性为中心的维修（RCM） 通过设备能耗的计算，及时掌握企业的用能信通过设备能耗的计算，及时掌握企业的用能信 息，有利于积累数据，制定能耗标准息，有利于积累数据，制定能耗标准 59 MESMES生产管理执行系统生产管理执行系统 60 MESMES生产管理执行系统生产管理执行系统 应用的应用的Ampla Ampla 模块模块 生产管理生产管理Production Production 模块模块 质量管理质量管理Quality Quality 模块

27、模块 停机停机DowntimeDowntime管理管理 维修维修Maintenance Maintenance 管理管理 绩效绩效MetricsMetrics管理管理 61 煤矿企业管理信息化煤矿企业管理信息化 总体应用架构模型总体应用架构模型 煤矿企业管理信息化主要包括 企业决策信息化、经营管理信息化、企业决策信息化、经营管理信息化、 办公自动化和信息资源管理办公自动化和信息资源管理等方面。 结合煤矿企业信息化的实际情况，在 概念上提出煤矿企业管理信息化总体 应用架构模型 62 煤炭企业管理信息化煤炭企业管理信息化 决策支持 财务管理 成本管理 人事管理 销售管理 库 存 管 理 主生产计划

28、 物料需 求计划 作业生 产计划 采购管理生产管理 系统维护OA管理 业务流程重组和优化 供应链管理、客户关系管理（SCM、CRM） 绩 效 评 价 安全 管理 设备 管理 目标：企业资源优化组合，提高企业竞争力 信 息 集 成 煤煤 炭炭 企企 业业 管管 理理 信信 息息 化化 系系 统统 模模 型型 63 煤矿企业管理信息化煤矿企业管理信息化 CERP CERP系统是针对煤炭企业实际设计和系统是针对煤炭企业实际设计和 开发的系统，系统以安全生产为前提，以开发的系统，系统以安全生产为前提，以 提高企业经济效益及管理水平为目的，围提高企业经济效益及管理水平为目的，围 绕煤炭企业的产、供、销、

29、人、财、物、绕煤炭企业的产、供、销、人、财、物、 质量、安全、环境等业务，全面整合财务、质量、安全、环境等业务，全面整合财务、 成本、物资供应、煤炭运销等企业各类信成本、物资供应、煤炭运销等企业各类信 息资源，并针对煤炭行业的特点，开发了息资源，并针对煤炭行业的特点，开发了 安全管理、党委绩效管理、安全管理、党委绩效管理、6S6S管理、后勤管理、后勤 管理等具有行业管理特色的模块，从而形管理等具有行业管理特色的模块，从而形 成了一个覆盖煤炭行业主要业务管理需求成了一个覆盖煤炭行业主要业务管理需求 的信息化管理系统。的信息化管理系统。 64 煤矿企业管理信息化煤矿企业管理信息化 65 CERP

30、CERP 体系结构图体系结构图 人事管理 人人 力力 资资 源源 体体 系系 安安 全全 管管 理理 体体 系系 井 下 触 摸 屏 安 全 管 理 采购管理物资管理 生产管理 设备管理与诊断 生生 产产 管管 理理 体体 系系 经营计划 质 量 控 制 煤炭运输 后后 勤勤 管管 理理 班 中 餐 管 理 成本控制 系统管理与维护 系统代码系统设置 应付帐务 应收帐务财务管理 经营分析 资产管理 经经 营营 管管 理理 体体 系系 系系 统统 基基 础础 管管 理理 平平 台台 CERP 煤炭销售 流 程 管 理 B B S O A 系系 统统 资金控制资金预算 存货核算 车 辆 管 理 短 信 系 统 邮 件 系 统 综 合 信 息 员工绩效 人人 力力 资资 源源 管管 理理 党委绩效 支部建设 效能监察 党党 委委 管管 理理 6S考核 工资管理 人事管理 66 数字化矿山建设工程应用数字化矿山建设工程应用 冀中能源梧桐庄煤矿数字化矿山系统建设冀中能源梧桐庄煤矿数字化矿山系统建设