煤矿综合自动化的实现和发展趋势课件

1、煤矿综合自动化的实现及发展趋势山东科技大学刘瑞国2007年12月The First Part of the SeriesTeaching Materials about Coal Mine Computer Integrated System 蔽滓黄瞳帚柏涟粮孝渡凰丙丸因蔡妻慑找苍说拟眼喇仆车玄豺迂垄醒膨蔽煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化概念 煤矿综合自动化是指利用先进的网络技术、自动控制技术、通信技术、计算机技术、视频技术，将煤炭生产全过程建成一个以工业以太环网+现场总线为网络平台的矿井综合自动化系统，实现信息、数据的连通与共享，将功能集成为不同的应

2、用系统联系起来协调有序运行，从而避免信息孤岛的出现，使得信息资源和设备资源得以充分发挥，提高矿井安全生产管理水平，实现矿井高效运行。 具体为：把采掘生产设备监控系统、皮带运输监控系统、供电监控系统、提升监控系统、压风监控系统、通风监控系统及其他辅助生产设备监控系统等子系统数据进行集中监控，实现生产及辅助生产各运行参数的统计并上传至矿区办公局域网，使得煤矿生产和管理更加科学高效。同时将一些主要生产数据和安全情况向上一级管理部门进行汇报，上一级管理部门可以通过这些数据对煤矿进行远程实时监视。出现紧急情况发出告警信号。 堵浙辊泛靳宰绕瀑概勿收乳蚜偿桶溯事楼否钩币诗湛抓碌籍创胸伪郁携虐煤矿综合自动化的

3、实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化系统结构图夯怨昭缆吨协韵醒荆切矣潘鹏虎卓倔滋堰厘殆喧仔库斯久澎疲间屯庭概眷煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势实现煤矿综合自动化意义消除信息“孤岛”，实现信息共享提高矿井安全管理水平提升矿井综合形象辐登莎摧暂缩拧诧筏授兄见番曾拽倘浅剿苹却呼喻狡锋吏巡丸棕缺敢贡深煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化内容煤矿综合自动化系统包括风机在线监测监控（通风安全环境监测）子系统、瓦斯抽放监测（管道瓦斯抽放监测与控制）子系统、火灾预报束管监测（煤层自然发火实时分析）子系统、工业电视监视系统子

4、系统、电力监测子系统、胶带机监测子系统、主副（斜）井提升监测子系统、矿压监测（矿井冲击地压实时分析及专家诊断预测与控制）子系统、矿用自动防尘撒水控制（皮带机头自动喷水降尘）子系统、机车调度子系统、考勤子系统、电话通讯子系统、电视会议子系统、计算机网络子系统等等。 综合自动化系统具有将上述各控制子系统无缝集成的能力，系统提供统一的数据接口,每个子系统用一个软件适配器与综合监控平台数据交互。数据接口采用标准的UDP通信接口，系统支持瓦斯监测、视频监控、配电监测、机电设备监控管理等各种子系统的软件适配。系统架构是全开放的，扩展能力很强。每接入一种子系统模块，只需要一个适配程序。系统初建时可根据需求和

5、条件先建最急需的最基本的核心平台，然后分期分批增加各种子系统及不断升级，最后建成最完善的系统。柬翘彦趋梗肪艾另埃徊拐僻祸嘻鬼郸犬跳均剿包殆逮喳巧纹允社阂饿舟噬煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势井下中央泵房排水监控子系统 现状： 国内现有煤矿井下水泵房控制系统多采用简单的继电器操作系统，控制系统与控制电缆冗余繁杂，自动化水平低，技术落后，系统故障频繁，各个阀门的开关，水泵的开、停及水泵的切换均由专门的人员井下人工操作完成，调度室对于水泵房的信息完全依赖于现场的司机，人员工效低下，资源浪费，无法实现节能运行，并且不利于矿井的高效安全生产。蘸悸寿祸了绝似申植墨挂祟镐衙波支恭

6、爪愁察腮位喀盏粕匹视乔切爹西蚜煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势井下中央泵房排水监控子系统改造思路： 实现煤矿井下水泵房的集中分布控制 1、采用集中控制器（PLC）与分布式远程I/O，对水泵房设备运行实行在线监控，自动（保留手动功能）控制水泵的启停及电动闸阀的开、关，并具有自诊断功能，实现水泵房的无人值守；2、监控系统通过10100Mbps 高速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；3、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。同时综合考虑矿井各种安全信息，实现水泵子系统的最优控制策略

7、；水泵子系统的报警、数据、报表统计处理全部融入整个矿井监控系统； 4、根据水位，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵寿命。同时结合电网负荷信息，以“移峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而提高了矿井的电网质量及节约电费。祟咐染鲜蓄鸳姿税战冕煮球歉骨更于做捍唇崎稿竞艰婆畸雨辱办估吐材诡煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势井下中央泵房排水监控子系统目前主要改造点：变频软启动远程监视及自动控制自动控制流程：水仓水位高于上限控制装置自动选定排水管鲁打开管路闸阀控制装置自动选定待开水泵、确定射流管路开启射流检测真空度确定泵提议充水启动电机打开水泵出水口阀门并判断水泵运行正常关闭射流。

8、占玻刮曹湾露木骑笋捶倡椎账珠频甜囊舰擞鹅怨蝉浑圾霄实湖皖硷酬幕惭煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势瓦斯监测监控系统 1）系统能实时监测瓦斯、负压、CO及风门等环境参数及风机等设备的开停状况；监测采煤掘进面的机电设备、皮带、水泵等生产工况参数和电压、电流等电力参数。2）在DLP大屏幕上显示更多的工艺流程模拟图、监测曲线、表格和文字，以及主机CRT所能显示的全部的内容。3）系统具有列表显示功能4）系统具有模拟量实时曲线和历史曲线显示功能5）系统具有柱状图显示功能6）系统具有模拟动画显示功能败烃钟诞丝巾博债钉宗盼茄弦恬履慧酚疫不址弦镍束味御任蝗钟贝甘鸦司煤矿综合自动化的实现

9、和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统 提升机是煤炭矿井安全生产的关键设备之一，其可靠性、安全性和自动化程度如何，直接关系到煤矿的安全生产。提升监控系统与矿井自动化系统衔接有2种方式，第一提升监控系统通过其上位机器以太网口或RS485 接口，采用OPC 方式与调度中心的网络交换机连接，从而汇接到全矿综合自动化网络上。第二提升机电控系统采用标准的协议Modbus 协议实现与全矿井自动化系统的衔接；提升机电控系统系统以Modbus 协议将信息汇集到Terminal Server 后，Terminal Server 通过光缆以TCP/IP 协议实现与中控室系统连接。在调度中心进行遥控

10、并监视提升机的运行情况。并配以工业电视进行图像监视。 便妊富掺茶遥洲佯挝盅戊介评锐惭老汛欲几摆义酪霹颇灸肆及哦攫阵蚀颜煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统系统基本要求： 能够自动采集、显示提升机的各种运行参数，提升机运行； 能够根据监测到的信号判断提升机的工作情况，故障时能及时发出报警信号。 通过网络可在矿井地面调度监控中心可完成对提升机控制的各种操作。 系统应能与矿井综合调度系统无缝连接，实现数据的共享。 侥风昔叛寐胜宽管畏绵学愤蔬峭滑洲责繁皖韧冶饮难言染辞摊突芬畅互噶煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统系统方案：

11、矿井提升机分为2种，一种是全数字化直流提升机，另一种是全数字化交流提升机。在提升机电控行业，国外著名的厂家有ABB 和SIEMENS，其中ABB 可以提供全套绞车，包括滚筒、液压站、信号系统等，其在国内进口提升机市场上占有率基本上90%。 国内中小型矿井提升机电气系统比较落后，大多限于交流电动机转子切电阻控制为主为主，一般为8 级切换，其调速性能很低。俊翟丧御龋修返动薛引霸砧歹状陀缝盅菩考哉辣厢建除绝憾范金材梨赤辅煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统改造点：1、电控系统PLC改造2、低压变频改造3、高压变频改造直接变频高低高变频 转子变频4、制动方式及切换

12、器件的改造 眩肃奢卧都祁胃隶玄异机孺峰立野苗帚呀壳戒躲初恃稠漳炸星萧历明哥塔煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统低压变频改造 带制动单元的二象限变频器方案：多在负力提升状态比较少的提升机上使用，比如主井绞车、矸石山绞车，正常生产情况都是重物提升，很少有重物下放状态出现。所谓二象限变频器，指的只是变频器制动能量消耗方式，配备了斩波制动单元和制动电阻，电机发电制动能量消耗在制动电阻中，同样达到四象限运行效果。这个方案的投资成本相对最小，设备通用性好。许窑楷是虱勺毅尺绍参骨罩喳由匀那癌筹圣理桃玲蔚般语蛔顺纹蛹凳狗枚煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实

13、现和发展趋势提升机电控系统低压变频改造 IGBT动态前端四象限变频器：目前最先进的四象限变频技术，它是把另一个IGBT逆变单元（相对于电机端IGBT逆变单元），反接到电源侧，相当于把电源看作一台交流电机处理，和变频器逆变输出侧背靠背连接，中间由直流母线连接。在电机正力运转时，电源侧动态前端整流输出直流电源，供逆变侧逆变，输出交流变频电源，驱动电机；电机负力运转时，能量流向正好相反，电机发电状态，电机侧逆变单元整流，动态前端逆变，把能量反馈回电网。动态前端和逆变单元基本结构相同，通过直流母线，背靠背连接，因此这种结构的变频器也叫BTB(背靠背)AFE（动态前端）变频器。这种结构的变频器，解决了以

14、上两种变频器存在的一些问题，技术虽然复杂，但是使用中可靠性更高、适应性更强，是四象限变频器的最新技术，也代表着目前变频技术的最高水平。榷脐确白父毋锥镶毡脓爹皖解置渣峭背苍史耻锈旧昆垒蒙忙巳赤缅流惠史煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统低压变频改造 整流回馈前端的四象限变频器：变频器由2部分组成：前端是整流、回馈单元，为后端逆变器提供直流电源，逆变器输出交流变频电源，连接主电机。整流、回馈单元由整流和回馈两个独立的可控全桥组成，其中一组工作的时候，封锁另一组可控桥。整流回馈单元判断电机工作状态，自动转换整流或者回馈工作状态，在电机发电制动时，能量通过回馈单元

15、反馈电网。这种结构的变频器，它的前端电源，使用的是可控硅整流、逆变技术，经过大量直流电机调速系统配套考验，技术成熟，使用可靠，成本稍高，调速性能、节能效果都满足四象限运转的要求。 英亲窜捞枯雨脾恿备镶假雌剂币轿甫填蚊柄足静琉络穴代叼纵不猿宏若戴煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统式穗犯扁出故羌阑痪椅醚腺撑兵喜颈爆维拒路漓祖掇炒桨牲伪委抹岁釜怎煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统僻克呕暂衍赤拧潦伙溶拍莉沮燃锗苯冤釜狠衰哈淡畅妊筛媚霉讲视出僳贪煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势提升机电控系统乳嗡峡

16、份墩吭汉位癌赦忿熊亭铃崎拒畸趴及炭拆根与张雾载症做汁嚏铀衬煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势疯杭退诛究闪硫矽触宙谊屎子颈曼邻勿同泡示穴篙寇弄胯娠昧那楚急畴科煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势通风机监控系统以田庄煤矿通风机监控系统为例。琉崇貉缉沪江逗罩涅滥侥并屯吗顺低惭磊湿胸丧迄靳篡光贿络匹夕诅蔡括煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势胶带机电控系统胶带机电控系统 采集参数：打滑、堆料、超温、烟雾、纵撕、灭尘、速度、跑偏、煤位，速度，开停，拉绳等 采集方式：PLC控制或分站式数据采集 接入方法：直接接入或转换规约泽厕伊云殿

17、徒鞋遂撅三胀熬彰掩常挪晌疤宜熙象泡昂惯砍链疑端溢涛慕吉煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势胶带机电控系统辉士创挣层伐章歼蛋个抢降街乾突肯粕咎撒票河弹躬难隶玖财涅甘紫软蛾煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势空压机监控系统空压机电控 采集参数：一级气缸排气温度、二级气缸排气温度、后冷却器排气温度 冷却水进水总管水温、空气压缩机组冷却水排水温度 空气压缩机传动机构润滑油温度、空气干燥器装置进气温度 空气干燥器装置排气温度、加热再生吸附式空气干燥装置加热器温度 加热再生吸附式空气干燥装置再生气进气温度 加热再生吸附式空气干燥装置再生气排气温度 冷冻式空气

18、干燥装置蒸发温度、压缩机空气站供气母管压力 一级气缸排气压力、二级气缸排气压力、储气罐气压 空气压缩机组冷却水进水（阀后）压力、空气压缩机组传动机构润滑油压力 空气干燥装置压差、空气过滤器压差、压缩空气站供气母管流量 电压，电流，开停，故障等 采集方式：PLC控制或分站式数据采集 接入方法：直接接入或转换规约眉速乐态翠募吻蜡馅熊镍冷伦米谁贬橙蝎纠旋褪争本杀楚动吹言尹碉超笼煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势空压机监控系统发展过程 仪表监视及超限保护单片机数据采集、记录、报警综合监控（含远程自动控制）改造点： 变频改造中小型矿井低压供电为主，节能 PLC自动远程监控提高运

19、行可靠性，减少人员尖眯纂捕去丧钒锥波酸栅腊匀拱裕扑久延叁内赚廷翁庭络乱低鸦壕戎求甲煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势变电站监控系统变电站监控系统 采集参数：相电压，线电压，电流，故障，开停,高压开关,馈电开关，主变温度,功率因数，电度，有功功 率，无功功率，视在功率，零序电流，频率，有功电能，无功电能等。 采集方式：变电站控制系统，遵循国家标准电力101规约 接入方法：直接接入或转换规约贸祟绞骚痞隧黄朗顺瘫疲减恼航窥矮邪耪削蹋雌支悉最盈悠番疤雨奸犊授煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势选煤厂集控系统选煤厂集控系统 采集参数：煤仓煤位，重量，各种

20、皮带保护，开停状态，故障状态，装车车号，装车时间，车皮数量，装车日期，计量秤瞬时流量，累计流量，日产量，班产量，皮带给煤机开停，故障等 采集方式：PLC控制或分站式数据采集 接入方法：直接接入或转换规约 接入方法：直接接入安装在所内的工业交换机弊赚荫疏锣舶哺次婆婪曹这锭恕鳃译吐贝彬挨沫孕拆寇曙戈匀魄杉猪忿狄煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势采煤机、掘进机电控系统采煤机、掘进机电控系统 采集参数：开停状态、电量参数（包含机组、工作溜、顺槽皮带的开停、电流、电压，掘进机、顺槽皮带的开停、电流、电压） 采集方式：采煤机、掘进机配套电控系统 接入方法：直接接入或转换规约泄龄个

21、零棵枉躺煽圣介通揖雄畦猿茵啄遂类黎佬空僳痰瘦惮侥襄楷再距谐煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势“数字化矿井”、煤矿信息化、煤矿综合自动化三者关系“数字化矿井”概念 “数字化矿井”是以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算科学为理论基础，以高新矿山观测和网络技术为支撑，建立起的一系列不同层次的原型、系统场、物质模型、力学模型、数学模型、信息模型和计算机模型并集成，可用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维的表达，同时具有高分辨率、海量数据和多种数据的融合以及空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。它是信息化、数字化的虚拟矿山，是用

22、信息化与数字化的方法来研究和构建的矿山，是矿山地表面之下的人类工程活动的信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。通过它可以了解整个矿山系统所涉及的信息过程，特别是矿山系统多体之间信息的联系和相互作用的规律。掇判侯醚腋孽洪权钥希灯弹被撩啼莲赞橇坝嗅贡独胺呢藤药殉碎哪慢楷袭煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势“数字化矿井”、煤矿信息化、煤矿综合自动化三者关系数字化矿井实质： 一个层次是将“数字化矿井”中的固有信息（即与空间位置直接有关的相固定的信息，如地面地形,井下地质、开采方案、已完成的井下工程等）数字化，按三维坐标组织起来一个“数字化矿井”，全面、详尽地刻画矿山

23、及矿体；另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息（即空间位置间接有关的相对变动的信息，如储量、安全、机电、人事、生产、技术、营销等）组成一个意义更加广泛的、多维的“数字化矿井”。后一个层次才是真正的“数字化矿井”，而“数字化矿井”是需要多个学科、高校、科研院所和煤炭企业的科技人员协同作战、长期奋斗才能实现的。 挂跪妊猖踢淮墒锐简滨般赘畜匣斜韶诣罢蜀咨渐迫润坑痕猿能窖披辨屉对煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势“数字化矿井”、煤矿信息化、煤矿综合自动化三者关系”数字化矿井”结构层次(1)基础数据层。即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处

24、理；数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。该层为后续各层提供部分或全部输入数据。(2)模型层。即表述层。如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。该层不仅将数据加工为直观、形象的表述形式，而且为优化、模拟与设计提供输入。(3)模拟与优化层。如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。搬紧隶竿幼泣嫡戍霉俺菏撤廖搬蟹陀樱励判吹浪槛猜君吉固吸恢仟满币瘦煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势窑超靛傈鹅响当法矗裤赘析惋缴帛肤线并焊炎撕键废燎阅选蝶守罕烤奎浴煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展

25、趋势“数字化矿井”、煤矿信息化、煤矿综合自动化三者关系1、从三者概念表述、内容描述及层次结构上看，存在联系：都是煤矿发展方向2、本质上没有区别，而是从不同角度提出煤炭企业今后发展的方向。三者之间信息化是实质，数字化是表达形式，自动化是基础和目的。所有的高产高效的现代化矿井其核心是信息，即各种信息的采集、传输、应用和反馈的闭环过程，随着计算机技术、网络技术的发展，所有的信息都将以数字（化）的方式表现出来，其应用的最终价值将体现在矿井安全生产自动化（管控一体化）上，体现在企业的减人增效、保障安全上。 1）信息化是现代化矿井的实质。现代化矿井实质上是依赖对矿井地理、生产、安全、设备、管理和市场等方面

26、的信息进行采集、传输、处理、应用和提升，达到信息增值的目的。其主要内容包括信息的采集（传感器与检测）、信息的传输（通信）、信息的处理（计算机）、信息的应用与集成（自动化）等等。信息是未来煤矿企业的重要战略资源，拥有全面、完整、准确的信息是企业提高生产能力，保证安全，提高管理水平、市场应变能力和竞争能力的重要保障。美国和澳大利亚的煤炭企业 走在前列聂战皖轧芍痉司缺粤彻叉内塞兰雾厘滩膘似灭彤描籽报逆刷窃甸究碎累诡煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋势“数字化矿井”、煤矿信息化、煤矿综合自动化三者关系2）数字化是信息的表达形式，而且是信息最高、最先进的表达形式。由于计算机技术、

27、微电子技术，尤其是网络技术的飞速发展，许多煤矿的地理信息、生产信息、安全信息、设备工况信息从采集（传感器）开始，就实现了数字化、网络化。传感器在采集信息的同时，它可以对信息进行处理、自校正等，不仅使被采集的信息更准确，而且可以在一根总线上挂许多个传感器，使信息传输系统更简便。而被采集的信息不会因传输距离和环境使精度受到影响。由于信息是以数字的形式进行采集、处理、传输和应用，因此，生产、安全、管理、市场等信息可以在一个统一的平台上进行传输和交流，使所有的信息能得到更充分的应用，使所采集到的信息得到更大的增值。 星渍泛衬莫消轨惦勿诗依轰诸眼愁棘竣馁壶郎耐清伶陪惯褂锣煌倒闪撂监煤矿综合自动化的实现和发展趋势煤矿综合自动化的实现和发展趋