矿业大学采矿系统工程

矿业大学采矿系统工程第1页/共46页矿井环境参数与生产设备工况参数是通过各种类型的传感器进行检测的，将它们转换为电信号数据送到分站进行预处理。执行器是接受分站输出的控制信号，完成某种控制功能的执行装置。井下各分站担负着数据采集和执行自动控制任务；分站的核心是工业控制型微机，可由用户进行编程，以便对它所管辖范围的电机设备或生产过程实施自动控制。井下分站采集的数据和信息要向地面中心站传送，地面中心站有时要向井下机电设备下达控制指令，担负这种双向信息传输任务的是传输系统。第2页/共46页地面中心站核心设备是微型计算机。一、生产过程重要数据的采集与传输系统1、传感器类型及用途矿用传感器用以检测煤矿环境参数与生产过程参数，将各种物理量转换为电信号。矿用传感器的输出信号是模拟量、开关量、累计脉冲量等多种。矿用传感器的指标包括：精度、灵敏度、分辨率、平均寿命、防爆类型。第3页/共46页2、数据采集井下分站的主要任务之一是采集它所连接传感器送来的模拟量和开关量信息，将它们输入到分站的CPU进行处理。模拟量采集系统模拟量采集系统的结构和电路组成，随所选择的A/D转换器类型而不同。积分型逐次逼近型电压频率型平行转换型第4页/共46页开关量采集系统开关量采集系统由输入接口电路，输入缓冲器等组成。采集系统的技术性能和指标智能化程度分站计算机类型分站容量防爆型式传感器最大传输距离对传感器的供电方式第5页/共46页3、传输系统传输系统由发送设备、接受设备及信道组成。传输系统将地面中心站、井下各分站、传感器及现场控制设备等联系在一起，使井上、井下现场的环境、工况参数上传到地面中心工作站，中心站发出的指令下传到现场设备。这些参数和指令以信号的形式在信道中传输。根据信号类型的不同，传输系统可分为模拟传输系统和数字传输系统。传输系统的技术性能和指标以下几个方面的性能数据，可作为衡量传输系统优劣的技术指标。①信道复用方式②调制方式③传输介质④传输距离⑤传输速率⑥可靠性措施第6页/共46页二、生产状况的监测与显示系统1、地面中心站（或主站）的组成及功能地面中心站是煤矿生产过程检测与控制系统的地面数据处理中心。它通常设置在煤矿生产调度室中，是由计算机及外围设备组成，包括：微机、控制台终端、打印机、模拟盘显示系统、彩色等。图形显示系统、通信接口和调制解调器、不间断电源UPS等。第7页/共46页中心站的功能如下：①定时与各分站通信，实时采集生产过程工况信息和环境安全信息。②对所采集的信息数据进行处理，形成图形显示器的显示刷新数据，在显示器上显示各种信息。③检测到生产过程故障或安全参数超限时，发出报警信号，保存事故有关数据和自动打印故障统计报表。④具有适当的存储容量，能存储一定数量的实时数据和历史数据。⑤对生产过程数据进行处理，优选判断，向生产过程发出控制命令。⑥编制有关生产情况统计报表并能打印输出。⑦对监控系统本身的运行状况和故障状态进行自诊断并通过终端显示检测结果。⑧通过控制台终端对监控系统进行管理，如进行系统配置、编制和修改画面、调用画面和进行信息数据转储等操作。第8页/共46页2、现有矿山生产过程监测与控制系统简介①KJ12和KJ22系统②KJ4系统③TF200系统④KJ7系统⑤A-1系统⑥SENTURION系统第9页/共46页3、矿山生产过程监控与控制系统规划设计矿山生产过程监测与控制系统的规划分以下几步：①确定监测的范围和功能②统计被监测量③选定监控系统的型号、确定中心站的设备④确定分站的位置和数量⑤绘制系统组成框图⑥统计所需电缆的接线盒的数量⑦资金预算4、矿山生产过程监测与控制系统发展方向第10页/共46页第二节矿山卡车调度系统一、矿山卡车自动化调度系统的发展调度方式主要针对机动运输工具（如铁道列车、卡车等）而言，基本的调度方式不外两种：一是固定配车，即在作业班内，某台运输设备基本固定为某采区或某台采掘设备服务；二是机动配车，运输设备卸载后返回哪个采区（或哪台采掘设备）是不固定的，而是根据作业系统的动态变化而灵活调配。长久以来，卡车运输的矿山一般都沿用定铲配车制。这样做，组织管理比较简单，也有利于采掘环节与运输环节协同努力提高系统效率。但实践证明，这种配车方式往往造成忙闲不均现象，有时挖掘机前卡车排成长队，有时则挖掘机长时欠车；当挖掘机或卡车临时发生故障时，对系统作业亦产生不利影响。第11页/共46页随着通讯设备及计算机技术的迅速发展，20世纪年代出现了一些卡车自动调度的露天矿山，80年代卡车自动化调度系统有了更快的发展，至90年代中期，全世界已有60余座矿山采用了自动化卡车调度系统。多数矿山在采用自动化卡车调度系统后，系统效率可提高7%-13%，有的矿提高23%之多。这样大幅度提高系统设备效率及采剥产量，意味着大量节约生产费用，获得更多盈利，从而可迅速回收调度系统投资。实践证明，少则数月，多则1-2a即可完全回收系统投资。实际上，只要建立调度系统后能提高系统产量3%-5%，即为经济合理。自动化调度系统的效果只有在系统中采运设备总数较多时才能充分显露出来。根据经验，系统中有4台以上挖掘机及多个卸载点时，可明显提高效率，并很容易回收投资。第12页/共46页五、矿井运输调度系统简介以上着重讨论了露天矿自动化卡车调度系统，其中有些基本原理与方法对于矿井运输调度也是适用的。由于矿井环境条件的限制，形成自动化的运输设备调度系统较之露天矿更为复杂困难，这方面的技术发展近年才引入矿井。初步实践可看出如下特点：①由于矿井运输系统设备运行空间的限制，运输设备运行路线的选择余地较小，往往实行定点配车。因此，虽然优化调度的目标仍力图使系统产量最大化及设备停顿最小化，但所获调度效果往往不明显。②由于矿井环境对无线电设备的限制，在调度硬件系统方面，宜采用有线通讯系统。而在调度中心配备、移动设备通讯装置、沿途固定通讯装置等方面，与露天矿卡车调度系统基本相似。③矿井运输调度系统的功能，更多地着眼于运输系统的监测与管理，通过实时的图表显示，控制系统的安全有效运行。第13页/共46页高河能源无轨胶轮车运输系统交通监控3t以下设备、材料装入小型无轨胶轮车由副立井下井，出罐笼直接运至各使用地点；人员由副立井下到井底后换乘人员运输车至工作地点；重型设备、材料及长管材由平板车经副立井罐笼运至井底车场，在井底换装站换装后由内燃无轨胶轮车运至各使用地点。第14页/共46页第15页/共46页无轨胶轮车运输系统交通监控系统设备1）YE0.3/24矿用柴油机车保护监控仪柴油机车保护监控仪是按照《MT/T989-2006矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》开发的针对防爆胶轮车的监控保护装置。监控仪的组成部件为：显示器、主机、温度元件、油压元件、速度元件、瓦斯元件、水位元件等；监测胶轮车的水温、表温、排温、油温、油压、水位、转速、车速、里程、开行时间和沿途瓦斯等参数。当发生监测量超标或传感元件故障时，显示器进行声光报警，并显示相应的报警内容。监测量达到停车条件，如瓦斯浓度大于1.0%时，主机通过内部继电器，启动停车机构迫使车辆熄火，防止安全事故的发生。可以配置高于《MT/T989-2006》要求的停车条件。设备具有RFID射频通道，可纳入胶轮车运输监控系统，将车辆运行参数传至地面实现实时监控。第16页/共46页2）数据分站（1）KJF8002型车辆调度控制分站KJF8002分站巡检车辆位置识别分站KJF209收集的车辆信息，按照车辆的型号、位置、方向、数量等因素进行逻辑分析，控制信号牌KXH16X16的信号状态，可以实现自动控制。此外，KJF8002接收地面主机命令，控制信号牌KXH16X16的信号状态，可以实现手动控制。KJF8002能够向CAN总线发布所获取的车辆信息和逻辑处理结果，并从总线获取其它分站的信息作为逻辑处理依据。（2）KJF209矿用本安型车辆位置识别分站巷道沿线布置的KJF209，车辆经过时车体安装的车辆标识卡或机车保护监控仪可以与其进行双向无线通信，完成车辆位置、方向、运行状态等信息的交换。设备还可以与KJF8002分站通信，上传机车信息。第17页/共46页第18页/共46页3）KGE58型矿用车辆用标识卡下井车辆未安装YE0.3/24矿用柴油机车保护监控仪时，选择安装车辆标识卡，并录入监控主机。车辆经过位置识别分站时与其进行信息交换，完成车辆编号、行车方向的识别，车辆位置的测定，电池供电状态上传的功能。4）文字、语音信息发布装置及信号牌（1）KXH16X16型矿用本安型信号牌信号牌采用红绿双色，16×16点阵，可显示信号和简易图形。布置于需要控制的单向区间入口，通过RS485总线连接到KJF8002分站，接收分站的控制指令，显示红、绿、黄等不同颜色、形状的符号，指示该区间是否允许车辆进入。（2）KXH32X128型矿用本安型信号牌设备采用矿用本安型设计，单红色，32×128点阵，可根据RS485总线输入信号显示文字或图形信息，可接入KJF8002型车辆调度控制分站，显示区域内车辆信息、指示行车路线。（3）KXT22型矿用通信信号装置该设备采用矿用本安型设计，能根据输入命令输出相应预案的语音信号，可接入KXH32X128型信号牌，进行信号联动，向行人播报警示信息。第19页/共46页第20页/共46页第21页/共46页5）电源箱、数据接口箱（1）KDW65隔爆兼本安型多路电源设备采用隔爆兼本安型设计，输入电路为交流127/220/380/660V，输出为直流15V/1000mA一路、直流15V/900mA两路，总线输出RS485、1200bps，传输距离大于2公里，备用电源转换时间0S，额定容量24V/12AH，额定负载时工作时间不低于3小时。（2）KTG2A矿用本安型光湍机设备采用矿用本安型设计，供电电源为DC15V、650mA，2路100M以太网光纤传输，1路10/100M以太网电接口，2路可选的CAN、RS485总线接口。6）胶轮车运输监控系统软件软件具有以下功能：动画演示车辆行驶；井下设备远程管理；历史数据记录、查询、报表打印；行车信号手动控制；车辆行驶路线记录；闯红灯记录告警；电池电量记录告警；机车参数超限记录告警；设备故障记录告警；下井次数统计。第22页/共46页系统信号闭锁设计第23页/共46页运输调度方法第24页/共46页第三节矿山管理信息系统一、矿山管理信息系统的总体结构管理信息系统的定义管理信息系统一词最早出现在1970年，由W.T.K给其下了一个定义“：以口头或书面的形式，在合适的时间向经理、职员以及外界人员提供过去的、现在的、预测未来的有关企业内部及其环境的信息，以帮助他们进行决策。”很明显，这个定义是出自管理而不是出自计算机。1985年，管理信息系统的创始人，G.B.D才给出管理信息系统的一个较完整的定义：“它是一个利用计算机硬件和软件，手工作业，分析、计划、控制和决策模型，以及数据库的用户一机器系统。它能提供信息支持企业或组织的运行、管理和决策功能。”第25页/共46页中国管理信息系统一词出现于70年代末80年代初，根据中国的特点，许多从事管理信息系统研究最早的学者给管理信息系统也下了一个定义，登载于中国企业管理百科全书上。该定义说，管理信息系统是“一个由人、计算机等组成的能进行信息的收集、传送、储存、加工、维护和使用的系统。管理信息系统能实测企业的各种运行情况；利用过去的数据预测未来；从企业全局出发辅助企业进行决策；利用信息控制企业的行为；帮助企业实现其规划目标。”第26页/共46页企业资源计划（ERP）ERP是EnterpriseResourcePlanning（企业资源计划）的简称，是上个世纪90年代美国一家IT公司根据当时计算机信息、IT技术发展及企业对供应链管理的需求，预测在今后信息时代企业管理信息系统的发展趋势和即将发生变革，而提出了这个概念。ERP是针对物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）集成一体化的企业管理软件。第27页/共46页ERP的发展历程A．MIS系统阶段(ManagementInformationSystem)企业的信息管理系统主要是记录大量原始数据、支持查询、汇总等方面的工作。B．MRP阶段(MaterialRequirementPlanning)企业的信息管理系统对产品构成进行管理，借助计算机的运算能力及系统对客户订单、在库物料、产品构成的管理能力，实现依据客户订单，按照产品结构清单展开并计算物料需求计划。实现减少库存，优化库存的管理目标。C．MRPⅡ阶段(ManufactureResourcePlanning)在MRP管理系统的基础上,系统增加了对企业生产中心、加工工时、生产能力等方面的管理，以实现计算机进行生产排程的功能，同时也将财务的功能囊括进来，在企业中形成以计算机为核心的闭环管理系统，这种管理系统已能动态监察到产、供、销的全部生产过程。D．ERP阶段(EnterpriseResourcePlanning)进入ERP阶段后，以计算机为核心的企业级的管理系统更为成熟，系统增加了包括财务预测、生产能力、调整资源调度等方面的功能。配合企业实现JIT管理全面、质量管理和生产资源调度管理及辅助决策的功能。成为企业进行生产管理及决策的平台工具。第28页/共46页存在问题？第29页/共46页2、矿山管理信息系统的概念结构从概念上看，管理信息系统由四大部件组成，即信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者。信息源是信息产生地，信息处理器担负信息的传输、加工、保存等任务。信息用户是信息的使用者，他应用信息进行决策。信息管理者负责信息系统的设计实现，在实现以后，他负责信息系统的运行和协调。第30页/共46页按照以上四大部件管理信息系统的总体结构图及其内部组织方式，我们可以把信息系统看成以下各种结构：首先，根据各部件之间的联系可分为开环和闭环结构。第31页/共46页其次，根据处理的内容及决策的层次来看，我们可以把管理信息系统看成一个金字塔式的结构。第32页/共46页3、矿山管理信息系统的功能结构一个管理信息系统从使用者的角度看，它总是有一个目标，具有多种功能，各种功能之间又有各种信息联系，构成一个有机结合的整体，形成一个功能结构。第33页/共46页4、矿山管理信息系统的软件结构支持管理信息系统各种功能的软件系统或软件模块所组成的系统结构，是管理信息系统的软件结构。一个管理系统可用一个功能层次矩阵表示。第34页/共46页5、矿山管理信息系统的硬件结构管理信息系统的硬件结构说明硬件的组成及其连接方式，还要说明硬件所能达到的功能。广义而言，它还应当包括硬件的物理位置安排，如计算中心和办公室的平面安排。第35页/共46页二、矿山管理信息系统的开发1、矿山管理信息系统的开发原则矿山管理信息系统是一个组织化的人机大系统。它的开发与运行是一系列的人员、制度、设备、软件、各种工程技术等相互配合、互相作用的综合活动，具有它自身的客观规律。因此，在矿山管理信息系统开发过程中，一定要遵循其工程本身的客观规律，这样才能避免投入大、效果差、中途夭折、频繁返工等弊端。至今我国的软件工程方面先后发布了六个国家标准。这六个国家标准是：GB8566-88计算机软件开发规范；GB8567-88计算机软件产品开发文件编制指南；GB9385-88计算机软件需求说明书编制指南；GB9386-88计算机软件测试文件编制规范；GB/T12504-90计算机软件质量保证计划规范GB/T12505-90计算机软件配置管理计划规范第36页/共46页2、矿山管理信息系统的生存期矿山管理信息系统和任何其他事物相似，有它的发生、发展和消亡的过程。矿山管理信息系统的生存期是指在开发以前，从概念的形成起直到所开发的软件在充分使用以后完全失去使用价值为止的整个过程。矿山管理信息系统的生存期通常可分为三个时期，即软件定义时期、软件开发时期和软件运行和维护时期。（1）软件定义时期（2）软件开发时期（3）软件运行和维护时期。第37页/共46页3、矿山管理信息系统开发计划的制定系统的定义及分析系统定义是制定软件计划的第一步，它应决定所开发软件的总目标，其任务包括：①确定所开发软件的总体要求及适用范围；②描述所开发软件与外界的接口关系；③确定所需的硬、软件支持；④对开发的进度和成本做初步估计；⑤分析系统的可能性；⑥确定所开发软件的性能与其内部复杂性间的折衷关系；⑦确定所开发软件与原有软件的兼容性关系或其他关系。在确定以上各项时，常常要设想多种可能方案，并从中进行比较选择。第38页/共46页（2）可行性研究问题定义明确以后，应对系统的可行性进行研究，包括技术可行性、经济可行性以及社会可行性等方面。技术可行性应弄清现有技术条件能否顺利完成开发工作，参加开发工作的人员是否能胜任开发技术的要求，硬件配置能否满足开发的需要，估计的进度是否恰当以及对用户的技术方面的要求是否合理等。经济可行性研究的目的是希望以最小的开发成本取得最佳的经济效益的软件产品，比如，需要做投资估算，对开发中所需人员、硬软件支持或其他费用进行估算；做效益估算则是对开发的软件投入使用带来的经济效益进行估算，如对提高生产效率、减少人工、加快信息处理速度等带来多少好处。社会可行性研究是指所开发的软件项目是否涉及到版权纠纷等法律问题，这样的软件产品投入运行后，对生产、管理或经营体制带来什么影响。第39页/共46页实施计划报告的编写根据上述被开发软件的定义和可行性研究编写开发项目的实施计划报告，这一报告只是对实施方案进行粗略的描述，报告主要有四个方面的内容：开发进度、人员投入计划、人员的组织以及资源的利用。第40页/共46页4、矿山管理信息系统需求分析（1）需求分析阶段的任务需求分析阶段的研究对象是软件产品的用户需求，这些需求最终要在所开发的软件产品上体现出来或是得到一定程度的满足。用户的需求包括：功能、性能、可靠性、安全保密、成本消耗、开发进度、资源使用和用户接口等许多方面。经过分析，确定下来的软件需求应该在软件需求说明书中给出确切的阐述。（2）结构化分析方法结构化分析方法，简称SA方法，出现在年代中期。其基本思想是以“分解”和“抽象”为基本手段，采用“自顶向下”的方法进行系统分析，把主要功能逐层分解为具体的、尽可能独立的子系统、子模块等，最终得到系统的逻辑模型。第41页/共46页