煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)介紹和作用講座

1、煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)介紹和作用講座總綱要煤礦主要生產(chǎn)工藝 煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基本概念建設(shè)內(nèi)容關(guān)鍵技術(shù)自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化比較煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案生產(chǎn)自動(dòng)化安全監(jiān)控安全生產(chǎn)管理輔助系統(tǒng)第二部分煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一、什么是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概念提出：煤礦綜合自動(dòng)化又稱CIMAS（Computer Integrated Mine Automation System ），基于CIMS（Computer Integrated Manufacturing System ）原理提出； 應(yīng)用技術(shù)：應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等；功能分析：實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井生產(chǎn)

2、過程全面監(jiān)控的系統(tǒng)，把采掘生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)各運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)并上傳至礦區(qū)辦公局域網(wǎng)，這樣使得煤礦生產(chǎn)和管理更加科學(xué)高效。同時(shí)將一些主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)和安全情況向上一級(jí)管理部門進(jìn)行匯報(bào)，上一級(jí)管理部門可以通過這些數(shù)據(jù)對(duì)煤礦進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視。出現(xiàn)緊急情況發(fā)出告警信號(hào)。 一、什么是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1）系統(tǒng)集成：生產(chǎn)控制及檢測(cè)系統(tǒng)（采煤工作面、綜掘工作面、皮帶運(yùn)輸、地面洗選、礦井供電、井下主排水、礦井主通風(fēng)機(jī)等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)據(jù)；礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)、束管監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）、生產(chǎn)管理系統(tǒng)（安全管理、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)

3、計(jì)劃組織及機(jī)電管理等信息應(yīng)用系統(tǒng)）及企業(yè)管理信息系統(tǒng)（辦公自動(dòng)化、財(cái)務(wù)管理、物資供應(yīng)管理、人力資源管理、資產(chǎn)管理等）的集成。(生產(chǎn)與管理的集成)2）技術(shù)及裝備：網(wǎng)絡(luò)、通信、數(shù)據(jù)庫、自動(dòng)化、信息化以及工業(yè)電視等技術(shù)及設(shè)備。3）目標(biāo)：提高煤礦安全管理能力；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理的一體化(生產(chǎn)自動(dòng)化、管理自動(dòng)化)一、什么是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)2、邏輯架構(gòu)圖一、什么是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)三個(gè)層次：基礎(chǔ)自動(dòng)化層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層安全、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管理信息集成綜合自動(dòng)化信息集成平臺(tái)二、煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要內(nèi)容煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)解決的是安全、生產(chǎn)兩大主題，進(jìn)行科學(xué)精細(xì)化管理，達(dá)到管控一體化。數(shù)據(jù)處理管理、決策數(shù)據(jù)

4、信息安全 生產(chǎn)二、煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要內(nèi)容1、基礎(chǔ)自動(dòng)化礦井生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)（PCS） (1)綜采工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)； (2)掘進(jìn)工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)； (3)主運(yùn)輸皮帶集中控制系統(tǒng)； (4)礦井主排水自動(dòng)控制系統(tǒng)； (5)主扇風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)； (6)壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)； (7)地面篩選集中控制系統(tǒng)； (8)選煤廠綜合自動(dòng)化； (9)地面裝車自動(dòng)控制系統(tǒng)； (10)井下輔助運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng) (11)礦井主煤流計(jì)量系統(tǒng)； (12)礦井供電自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。 安全管理監(jiān)控系統(tǒng) （1）礦井巷道頂板壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； （2）安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)； （3）人員定位跟蹤系統(tǒng)； （4）礦井安全生產(chǎn)無線監(jiān)管系統(tǒng)等。輔助

5、安全監(jiān)控系統(tǒng) （1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)； （2）礦井調(diào)度通信及井下無線通信系統(tǒng)。 2、煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES（業(yè)務(wù)應(yīng)用）3、企業(yè)管理、決策系統(tǒng)（業(yè)務(wù)應(yīng)用） 102、關(guān)鍵技術(shù)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)平臺(tái)。1）兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)（運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)溫度、軸承溫度、振動(dòng)等）、工藝參數(shù)（水位、流量、壓力、煤位等）及環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)）的傳輸通道（數(shù)據(jù)傳輸高速公路）；企業(yè)信息網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化的物質(zhì)基礎(chǔ)，企業(yè)管理相關(guān)信息共享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化管理。 112）一個(gè)平臺(tái)：即綜合自動(dòng)化信息集成平臺(tái)，類似于物流中心和橋梁。 主要作用：數(shù)據(jù)采集：提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口、通訊協(xié)議，采集一線生產(chǎn)數(shù)據(jù)

6、；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析 ：將數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)，加以分析；（物流中心）遠(yuǎn)程監(jiān)控：利用組態(tài)軟件，開發(fā)人機(jī)界面（HMI），遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備狀況及生產(chǎn)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)環(huán)境狀態(tài)；異常情況報(bào)警；生產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)用：利用采集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合安全、生產(chǎn)管理模式，開發(fā)生產(chǎn)管理系統(tǒng)； 信息化數(shù)據(jù)來源：為企業(yè)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。 （橋梁）2、關(guān)鍵技術(shù)12井下設(shè)備要取得煤安標(biāo)志（MA）及礦用防爆證書3、裝備要求13三、綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)1、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus、ControlNet；工業(yè)以太網(wǎng)赫斯曼、西門子、MOXA等提供解決方案。（常用的）141、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖151、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)：井上、井下2個(gè)環(huán)網(wǎng)；冗余：2

7、臺(tái)核心交換機(jī)，冗余熱備份；鏈路冗余、服務(wù)器冗余、工作站冗余；設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；服務(wù)器；工作站。161、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃：網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備；防火墻或網(wǎng)閘，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量控制；通信線路安全；網(wǎng)絡(luò)防病毒。企業(yè)信息管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備調(diào)度中心千兆路由環(huán)網(wǎng)冗余冗余鏈路冗余鏈路服務(wù)器群數(shù)據(jù)采集服務(wù)器冗余熱備6、設(shè)備安全設(shè)置7、網(wǎng)絡(luò)安全策略各監(jiān)控子系統(tǒng)等操作站、控制主機(jī)2、防/殺病毒3、數(shù)據(jù)安全控制4、系統(tǒng)漏洞掃描5、系統(tǒng)補(bǔ)丁分析1、防攻擊、防病毒、準(zhǔn)入控制企業(yè)Intranet網(wǎng)絡(luò)172、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)；煤礦實(shí)現(xiàn)信息化物質(zhì)基礎(chǔ)。銷售信息、物資采購信息和庫存信息、財(cái)務(wù)管理信息、生產(chǎn)

8、調(diào)度信息、安全管理信息、企業(yè)接入煤礦集團(tuán)中心及Internet上網(wǎng)業(yè)務(wù)為核心的企業(yè)計(jì)算機(jī)管理信息化系統(tǒng)提供硬件傳輸平臺(tái)。182、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖192、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)；三層架構(gòu)：接入層、匯聚層、核心層；服務(wù)器及存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃203、兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連21四、綜合自動(dòng)化信息集成平臺(tái)數(shù)據(jù)集成的業(yè)務(wù)需求 數(shù)據(jù)集成的技術(shù)需求“數(shù)出一門”保證數(shù)據(jù)的有效性和一致性不同業(yè)務(wù)和系統(tǒng)間能夠?qū)崟r(shí)的交換和共享數(shù)據(jù)匯總、分析和展示企業(yè)歷史的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從管理角度， 透明底層的數(shù)據(jù)，監(jiān)督數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性從管理角度，規(guī)范業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流程提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)提供統(tǒng)一的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)與管理信息的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)關(guān)系

9、數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)整合221、架構(gòu)架構(gòu)圖232、平臺(tái)構(gòu)成基于工業(yè)組態(tài)軟件平臺(tái)（實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫），結(jié)合礦井具體情況而開發(fā)。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控組態(tài)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫WEB客戶端243、平臺(tái)特點(diǎn)集成性：實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用集成 。開放性：提供DDE、ODBC、Web、OPC等標(biāo)準(zhǔn)接接口，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)與其它應(yīng)用程序、Internet/Intranet的連接，為應(yīng)用開發(fā)提供了統(tǒng)一的系統(tǒng)資源和共享資源。透明性： 易于操作，便于修改與調(diào)試。功能多效性：提供了共享的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。25五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃物理層 硬件設(shè)備層通過加裝以太網(wǎng)卡或轉(zhuǎn)換接口卡來支持以太

10、網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和TCP/IP協(xié)議目前煤炭行業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)常用的物理接口類型如下表RS485總線接口 現(xiàn)場(chǎng)總線接口PLC可編程控制器接入RS232/485串口，非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議上位機(jī)/操作員站直接以以太網(wǎng)接入綜采自動(dòng)化系統(tǒng)Profibus選煤廠集控系統(tǒng)主煤流計(jì)量系統(tǒng)礦井供配電系統(tǒng)供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CAN主排水控制系統(tǒng)皮帶秤系統(tǒng)等通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)皮帶集控系統(tǒng)ControlNet膠帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)人員車輛定位跟蹤系統(tǒng)等Modbus副井提升監(jiān)控系統(tǒng)等26五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃協(xié)議層 軟件層根據(jù)不同的協(xié)議，配置相應(yīng)的數(shù)采接口程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，然后存儲(chǔ)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)目前煤炭行業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)常用的軟件協(xié)議如

11、下表OPC/DDECAN/Modbus西門子PLC或Profibus基于485總線的協(xié)議基于文件的數(shù)據(jù)交換基于串口通訊的非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議基于數(shù)據(jù)庫訪問的數(shù)據(jù)采集選煤廠集控、地面篩選皮帶集控系統(tǒng)井下主排水人員定位及管理通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主煤流計(jì)量系統(tǒng)汽車衡煤炭行業(yè)系統(tǒng)能提供OPC Server的廠家不多副井提升等巷道、頂板離層監(jiān)測(cè)等等皮帶秤系統(tǒng)等等軌道衡27五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃幾種數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)接口OPCDDE / NetDDEODBCOLE for Process Control。被工控領(lǐng)域廣泛遵循的一種標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了應(yīng)用程序與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或數(shù)據(jù)源之間數(shù)據(jù)存取的接口協(xié)議，具有高效、安全的特

12、點(diǎn)?；谖④浀慕M件技術(shù)（COM/DCOM）設(shè)計(jì)，采用客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。是目前存取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)最理想的方法。NetDDE是基于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（DDE），解決應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交換。也采用客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。它比OPC在速度和安全性方面要遜色。由于應(yīng)用得越來越少，將來可能不會(huì)繼續(xù)受到廠商的支持，建議盡量不要使用。部分控制系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)帶有數(shù)據(jù)庫支持，周期性地將數(shù)據(jù)寫入共享的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的表中?？赏ㄟ^ODBC接口訪問數(shù)據(jù)庫獲得數(shù)據(jù)。但這種數(shù)據(jù)采集方法無法保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。28五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃子系統(tǒng)接入硬件要求原則上各子系統(tǒng)的接入應(yīng)都從PLC直接接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)采用P

13、LC方式接入時(shí)PLC控制器采用國際知名的主流設(shè)備PLC具備支持以太網(wǎng)的模塊采用上位機(jī)接入方式時(shí) 上位機(jī)要求預(yù)留接入以太網(wǎng)或其他通訊接口所有接入方式的硬件接口須采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口 (RJ45)其它接入方式時(shí)可參照上位機(jī)或PLC的接入要求靈活開放的數(shù)據(jù)接口支持OPC ，TCP/IP，ASCII，SNMP，NetDDE，COM等通訊協(xié)議或RS232，485，422串口通訊接口或開放的API，OCX軟件接口29五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃通過OPC/DDE接口采集數(shù)據(jù)針對(duì)具有OPC Server功能的自動(dòng)化系統(tǒng)。既可以作為OPC服務(wù)器，也可以作為OPC客戶端。開發(fā)人員可以從任何一個(gè)OPC服務(wù)器

14、直接獲取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并集成到iFIX 工作臺(tái)內(nèi)。由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫完成到監(jiān)控端的數(shù)據(jù)下發(fā)。五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃通過ODBC接口采集數(shù)據(jù) 針對(duì)不能提供直接接口而提供數(shù)據(jù)庫支持的系統(tǒng)，如汽車衡和軌道衡。iFIX全面支持ODBC API接口，通過數(shù)據(jù)庫訪問進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)綄?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫完成到監(jiān)控端的數(shù)據(jù)下發(fā)。六、自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化比較目前煤礦現(xiàn)代化建設(shè)中幾種表述：自動(dòng)化信息化數(shù)字化六、自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化比較1、從三者概念表述、內(nèi)容描述及層次結(jié)構(gòu)上看，存在聯(lián)系：都是煤礦發(fā)展方向2、本質(zhì)上沒有區(qū)別，而是從不同角度提出煤炭企業(yè)今后發(fā)展的方向。三者之間信息化是實(shí)質(zhì)，數(shù)字化是表達(dá)形式，自動(dòng)化是基礎(chǔ)和目的。所有的高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井其核心是信息，即各種信息的采集、傳輸、應(yīng)用和反饋的閉環(huán)過程，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，所有的信息都將以數(shù)字（化）的方式表現(xiàn)出來，其應(yīng)用的最終價(jià)值將體現(xiàn)在礦井安全生產(chǎn)自動(dòng)化（管控一體