煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)2

煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)講座〔二〕

孟凡強(qiáng)2021年8月

：469177341phone綱要煤礦主要消費(fèi)工藝煤礦消費(fèi)系統(tǒng)、平安系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)根本概念建立內(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)處理方案消費(fèi)自動(dòng)化平安監(jiān)控平安消費(fèi)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)1.概念概念提出：煤礦綜合自動(dòng)化又稱CIMAS〔ComputerIntegratedMineAutomationSystem〕，基于CIMS〔ComputerIntegratedManufacturingSystem〕原理提出；運(yùn)用技術(shù)：運(yùn)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)礦井消費(fèi)過(guò)程全面監(jiān)控的系統(tǒng)，把采掘消費(fèi)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、輔助消費(fèi)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)展集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)及輔助消費(fèi)各運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)并上傳至礦區(qū)辦公局域網(wǎng)，這樣使得煤礦消費(fèi)和管理更加科學(xué)高效。同時(shí)將一些主要消費(fèi)數(shù)據(jù)和平安情況向上一級(jí)管理部門(mén)進(jìn)展匯報(bào)，上一級(jí)管理部門(mén)可以經(jīng)過(guò)這些數(shù)據(jù)對(duì)煤礦進(jìn)展遠(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.概念1〕系統(tǒng)集成：消費(fèi)控制及檢測(cè)系統(tǒng)〔采煤任務(wù)面、綜掘任務(wù)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)等輔助消費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備形狀數(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)〕、消費(fèi)管理系統(tǒng)〔平安管理、消費(fèi)調(diào)度、消費(fèi)方案組織及機(jī)電管理等信息運(yùn)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。(消費(fèi)與管理的集成)2〕技術(shù)及配備：網(wǎng)絡(luò)、通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)化、信息化以及工業(yè)電視等技術(shù)及設(shè)備。3〕目的：提高煤礦平安管理才干；實(shí)現(xiàn)消費(fèi)、管理的一體化(消費(fèi)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)3.系統(tǒng)分析三個(gè)層次：根底自動(dòng)化層、數(shù)據(jù)處置層、業(yè)務(wù)運(yùn)用層平安、消費(fèi)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)處理的是平安、消費(fèi)兩大主題，進(jìn)展科學(xué)精細(xì)化管理，到達(dá)管控一體化。數(shù)據(jù)處置管理、決策數(shù)據(jù)信息平安消費(fèi)二、煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要內(nèi)容1、根底自動(dòng)化礦井消費(fèi)自動(dòng)化系統(tǒng)〔PCS〕(1)綜采任務(wù)面自動(dòng)化控制系統(tǒng)；(2)掘進(jìn)任務(wù)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)地面挑選集中控制系統(tǒng)；(8)選煤廠綜合自動(dòng)化；(9)地面裝車(chē)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。平安管理監(jiān)控系統(tǒng)〔1〕礦井巷道頂板壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；〔2〕平安監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)；〔3〕人員定位跟蹤系統(tǒng)；〔4〕礦井平安消費(fèi)無(wú)線監(jiān)管系統(tǒng)等。輔助平安監(jiān)控系統(tǒng)〔1〕視頻監(jiān)控系統(tǒng)；〔2〕礦井調(diào)度通訊及井下無(wú)線通訊系統(tǒng)。

2、煤礦平安消費(fèi)管理系統(tǒng)MES〔業(yè)務(wù)運(yùn)用〕3、企業(yè)管理、決策系統(tǒng)〔業(yè)務(wù)運(yùn)用〕

2、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)—消費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)〔運(yùn)轉(zhuǎn)形狀、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)〔平安監(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)根底，企業(yè)管理相關(guān)信息共享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化管理。102〕一個(gè)平臺(tái)：即綜合自動(dòng)化信息集成平臺(tái)，類(lèi)似于物流中心和橋梁。主要作用：數(shù)據(jù)采集：提供一致數(shù)據(jù)接口、通訊協(xié)議，采集一線消費(fèi)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析：將數(shù)據(jù)分類(lèi)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(kāi)發(fā)人機(jī)界面〔HMI〕，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備情況及消費(fèi)形狀；監(jiān)測(cè)環(huán)境形狀；異常情況報(bào)警；消費(fèi)管理系統(tǒng)運(yùn)用：利用采集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合平安、消費(fèi)管理方式，開(kāi)發(fā)消費(fèi)管理系統(tǒng)；信息化數(shù)據(jù)來(lái)源：為企業(yè)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源?！矘蛄骸?、關(guān)鍵技術(shù)11井下設(shè)備要獲得煤安標(biāo)志〔MA〕及礦用防爆證書(shū)3、配備要求12三、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(mén)子、MOXA等提供處理方案。〔常用的〕131、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造圖141、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臺(tái)中心交換機(jī)，冗余熱備份；鏈路冗余、效力器冗余、任務(wù)站冗余；設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；效力器；任務(wù)站。。。151、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)平安規(guī)劃：網(wǎng)絡(luò)平安設(shè)備；防火墻或網(wǎng)閘，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量控制；通訊線路平安；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)平安設(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效力器群數(shù)據(jù)采集效力器冗余熱備6、設(shè)備平安設(shè)置7、網(wǎng)絡(luò)平安戰(zhàn)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)平安控制4、系統(tǒng)破綻掃描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)162、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)根底。銷(xiāo)售信息、物資采購(gòu)信息和庫(kù)存信息、財(cái)務(wù)管理信息、消費(fèi)調(diào)度信息、平安管理信息、企業(yè)接入煤礦集團(tuán)中心及Internet上網(wǎng)業(yè)務(wù)為中心的企業(yè)計(jì)算機(jī)管理信息化系統(tǒng)提供硬件傳輸平臺(tái)。172、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造圖182、企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造：星型構(gòu)造；三層架構(gòu)：接入層、會(huì)聚層、中心層；效力器及存儲(chǔ)。。。網(wǎng)絡(luò)平安規(guī)劃193、兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連20四、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(mén)〞保證數(shù)據(jù)的有效性和一致性不同業(yè)務(wù)和系統(tǒng)間可以實(shí)時(shí)的交換和共享數(shù)據(jù)匯總、分析和展現(xiàn)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)視數(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)流程提供一致的數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)提供一致的消費(fèi)過(guò)程數(shù)據(jù)與管理信息的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)整合211、架構(gòu)架構(gòu)圖222、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(kù)〕，結(jié)合礦井詳細(xì)情況而開(kāi)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(kù)WEB客戶端233、平臺(tái)特點(diǎn)集成性：實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和運(yùn)用集成。開(kāi)放性：提供DDE、ODBC、Web、OPC等規(guī)范接接口，實(shí)現(xiàn)了消費(fèi)數(shù)據(jù)與其它運(yùn)用程序、Internet/Intranet的銜接，為運(yùn)用開(kāi)發(fā)提供了一致的系統(tǒng)資源和共享資源。透明性：易于操作，便于修正與調(diào)試。功能多效性：提供了共享的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)效力和網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。24五、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)備層經(jīng)過(guò)加裝以太網(wǎng)卡或轉(zhuǎn)換接口卡來(lái)支持以太網(wǎng)規(guī)范和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(lèi)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(chē)輛定位跟蹤系統(tǒng)等Modbus副井提升監(jiān)控系統(tǒng)等25五、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)展數(shù)據(jù)的采集，然后存儲(chǔ)在一致的數(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)議如下表OPC/DDECAN/Modbus西門(mén)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(kù)訪問(wèn)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(chē)衡煤炭行業(yè)系統(tǒng)能提供OPCServer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26五、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)采集的規(guī)范接口OPCDDE/NetDDEODBCOLEforProcessControl。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(lái)越少，將來(lái)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(kù)支持，周期性地將數(shù)據(jù)寫(xiě)入共享的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的表中。可通過(guò)ODBC接口訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得數(shù)據(jù)。但這種數(shù)據(jù)采集方法無(wú)法保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。27五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃子系統(tǒng)接入硬件要求原那么上各子系統(tǒng)的接入應(yīng)都從PLC直接接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)采用PLC方式接入時(shí)PLC控制器采用國(guó)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)或其他通訊接口一切接入方式的硬件接口須采用規(guī)范以太網(wǎng)接口(RJ45)其它接入方式時(shí)可參照上位機(jī)或PLC的接入要求靈敏開(kāi)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(kāi)放的API，OCX軟件接口28五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃經(jīng)過(guò)OPC/DDE接口采集數(shù)據(jù)針對(duì)具有OPCServer功能的自動(dòng)化系統(tǒng)。既可以作為OPC效力器，也可以作為OPC客戶端。開(kāi)發(fā)人員可以從任何一個(gè)OPC效力器直接獲取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并集成到iFIX任務(wù)臺(tái)內(nèi)。由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)完成到監(jiān)控端的數(shù)據(jù)下發(fā)。29五、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊接口及協(xié)議規(guī)劃經(jīng)過(guò)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(kù)支持的系統(tǒng)，如汽車(chē)衡和軌道衡。iFIX全面支持ODBCAPI接口，，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)進(jìn)展數(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(kù)進(jìn)展存儲(chǔ)。由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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)代化建立中幾種表述：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)容描畫(huà)及層次構(gòu)造上看，存在聯(lián)絡(luò)：都是煤礦開(kāi)展方向2、本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，而是從不同角度提出煤炭企業(yè)今后開(kāi)展的方向。三者之間信息化是本質(zhì)，數(shù)字化是表達(dá)方式，自動(dòng)化是根底和目的。一切的高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井其中心是信息，即各種信息的采集、傳輸、運(yùn)用和反響的閉環(huán)過(guò)程，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)展，一切的信息都將以數(shù)字〔化〕的方式表現(xiàn)出來(lái)，其運(yùn)用的最終價(jià)值將表達(dá)在礦井平安消費(fèi)自動(dòng)化〔管控一體化〕上，表達(dá)在企業(yè)的減人增效、保證平安上。1〕信息化是現(xiàn)代化礦井的本質(zhì)?，F(xiàn)代化礦井本質(zhì)上是依賴對(duì)礦井地理、消費(fèi)、平安、設(shè)備、管理和市場(chǎng)等方面的信息進(jìn)展采集、傳輸、處置、運(yùn)用和提升，到達(dá)信息增值的目的。其主要內(nèi)容包括信息的采集〔傳感器與檢測(cè)〕、信息的傳輸〔通訊〕、信息的處置〔計(jì)算機(jī)〕、信息的運(yùn)用與集成〔自動(dòng)化〕等等。信息是未來(lái)煤礦企業(yè)的重要戰(zhàn)略資源，擁有全面、完好、準(zhǔn)確的信息是企業(yè)提高消費(fèi)才干，保證平安，提高管理程度、市場(chǎng)應(yīng)變才干和競(jìng)爭(zhēng)才干的重要保證。六、自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化比較2〕數(shù)字化是信息的表達(dá)方式，而且是信息最高、最先進(jìn)的表達(dá)方式。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速開(kāi)展，許多煤礦的地理信息、消費(fèi)信息、平安信息、設(shè)備工況信息從采集〔傳感器〕開(kāi)場(chǎng)，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。傳感器在采集信息的同時(shí)，它可以對(duì)信息進(jìn)展處置、自校正等，不僅使被采集的信息更準(zhǔn)確，而且可以在一根總線上掛許多個(gè)傳感器，使信息傳輸系統(tǒng)更簡(jiǎn)便。而被采集的信息不會(huì)因傳輸間隔和環(huán)境使精度遭到影響。由于信息是以數(shù)字的方式進(jìn)展采集、處置、傳輸和運(yùn)用，因此，消費(fèi)、平安、管理、市場(chǎng)等信息可以在一個(gè)一致的平臺(tái)上進(jìn)展傳輸和交流，使一切的信息能得到更充分的運(yùn)用，使所采集到的信息得到更大的增值。3〕自動(dòng)化〔管控一體化〕那么是現(xiàn)代化礦井的重要根底和目的。自動(dòng)化是指機(jī)械設(shè)備或消費(fèi)過(guò)程〔煤礦包括環(huán)境平安〕、管理過(guò)程〔DA、BA〕在沒(méi)有人的直接參與，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息傳輸、信息處置、分析判別、支配控制，實(shí)現(xiàn)所要到達(dá)的目的。信息化〔數(shù)字化〕的信息絕大部分來(lái)自于各種消費(fèi)、工況、平安的自動(dòng)檢測(cè)安裝〔傳感器〕