矿井综合信息化系统建设与应用

矿井综合信息化系统建设与应用矿井综合信息化系统建设与应用 神神华华宁煤集宁煤集团团羊羊场场湾煤湾煤矿矿 羊场湾煤矿是神华宁煤集团开发建设的集原煤生产、筛分洗选、装车外运与一体的特大型现 代化矿井，也是国家十三个亿吨煤炭生产基地宁东能源化工基地的主力生产矿井。矿井 包括两个自然井和一个群矿型洗煤厂，井田总面积 71.1Km2，含煤地层均为早、中侏罗系延安组， 共含煤 2039 层，其中编号煤层 18 层，主采煤层为二、十四、十五煤层。煤种大部分为不粘结煤， 少量为长焰煤，煤质特点为低灰、低一特低硫、特低磷、高化学质性、较高发热量，地质储量为 113196 万吨，设计可采储量 61000 万吨（其中不含详查区 D 级储量 28340 万吨）。矿井设计生产能 力初期 1000 万吨/年。矿井建设过程中，坚持“以高新技术改造和提升传统产业”的指导思想，坚持 “系统简单化、生产集约化、装备现代化、控制自动化、管理信息化”的设计和建设理念，以打造本 质安全型矿井为目标，积极采用新技术、新装备、新工艺，依靠科技进步，设计和建设管控一体化 的综合信息化系统，推进矿井高产高效建设步伐。 一、一、矿矿井井综综合信息化系合信息化系统统概述概述 羊场湾煤矿综合信息化系统按照“总体设计，统一规划，分布实施”的建设思路，分生产指挥 管理系统、技术管理系统、生产经营管理系统三个大模块，按信息管理层、控制层、设备层三层网 络结构设计和建设，突出统一网络结构、统一数据接口，实现信息共享。系统总体设计由中国矿大 中大电子信息有限公司承担，系统总承包由西安交大博通公司承担，2005 年 10 月开工建设，2006 年 12 月竣工。一期工程建设内容包括：生产指挥管理系统（主运输、供电、排水、通风、煤流计量的 “三遥”和安全监测监控、工业电视监测、井下无线通讯、人员定位和入井考勤系统、安全生产调度 子系统、视频会议子系统等）、技术管理系统（地理信息系统、矿内数字化图书馆、通风技术管理管 理软件、作业规程管理系统等）、生产经营管理系统（办公自动化系统、财务子系统、物资供应子系 统等）。同时将工业自动化控制、安全监测监控、井下无线通讯、人员定位和入井考勤系统与已经 建成的地理信息系统链接，直观反映采掘生产形象进度、设备运行状况、环境安全参数和井下作 业人员分布。 二、系二、系统总统总体架构体架构 管理层：集成化的信息浏览平台，将全矿生产、技术、经营管理子系统集成为统一的用户界面， 并通过局域网以 WEB 页方式发布，实现信息共享，为管理者提供决策支持。 控制层：通过监测和监控子系统，实现主要生产系统的自动化控制和环境、设备工况参数的实 时监测传输。 操作层：为具体的执行单元，通过执行元件，接受并执行操作指令，完成设备的远程控制，监 测设备和环境信息并实时传输。 三、建三、建设设内容及系内容及系统统功能功能 1、主运输三遥系统 系统构成 附图附图 1 1 羊场湾煤矿综合信息化系统总体规划羊场湾煤矿综合信息化系统总体规划 高度集成化的信息网络平高度集成化的信息网络平 台台 生产技术管理系统生产技术管理系统生产指挥管理系统生产指挥管理系统生产经营管理系生产经营管理系 统统 辅助系统辅助系统 通风通风 管理管理 系统系统 机电机电 管理管理 系统系统 采掘采掘 接续接续 管理管理 系统系统 安全安全 管理管理 系统系统 调度调度 管理管理 系统系统 综合综合 自动自动 化系化系 统统 综合综合 监测监测 系统系统 物资物资 供应供应 管理管理 系统系统 经营经营 计划计划 管理管理 系统系统 财务财务 管理管理 系统系统 销售销售 管理管理 系统系统 人力人力 资源资源 管理管理 系统系统 井下井下 无线无线 通讯通讯 系统系统 人员人员 定位定位 系统系统 大屏大屏 幕系幕系 统统 工业工业 电视电视 系统系统 安全安全 监测监测 系统系统 束管束管 监测监测 系统系统 运输运输 监控监控 系统系统 供电供电 监控监控 系统系统 通风通风 监控监控 系统系统 排水排水 监控监控 系统系统 煤流煤流 计量计量 系统系统 工作工作 面监面监 测系测系 统统 通过局域网发布通过局域网发布 地测地测 管理管理 系统系统 2 附图附图 1 1：羊场湾煤综合信息化系统架构图：羊场湾煤综合信息化系统架构图 附图附图 2 2 羊场湾煤矿综合信息化系统拓扑结构图羊场湾煤矿综合信息化系统拓扑结构图 地面 井下 主运输系统由井下甲带给料机、主斜井皮带机和上落煤塔皮带机组成。采用 CST 软启动控制 系统和皮带保护系统。皮带保护系统由皮带控制分站、操作屏以及保护传感器等设备组成。其中 控制分站采用 S7-300 PLC。 2主要功能 安全保护系统具有打滑、堆煤、超温洒水、烟雾、温度、拉线急停、跑偏、撕裂和语音系统等 多种保护装置，在调度控制中心远程控制，并实现生产日报表功能。 附图附图 3 3 主运输三遥系统主控制界面主运输三遥系统主控制界面 3 附图附图 4 4 主运输三遥系统保护状态显示主运输三遥系统保护状态显示 附图附图 5 5 主运输三遥系统电机温度历史曲线主运输三遥系统电机温度历史曲线 4 2、排水三遥系、排水三遥系统统 系统构成 排水系统由主排水泵房水泵和主斜井排水筒路，以及地面管路组成。控制系统由控制柜、操作 屏、声光报警系统等组成。控制柜采用 S7-300 PLC。 主要功能 完成 3 台水泵系统的流量、压力以及各控制阀的状态、水泵电机轴承温度数据采集与控制。在 操作屏上控制各台水泵的启停和显示各台水泵系统设备状态，并实现故障的声光报警。 在地面调度控制中心监视水泵的启停和显示各台水泵系统设备状态，并实现了三台泵的自动/ 半自动/手动控制，达到根据水仓水位实现三台水泵的自动控制功能。自动控制状态时启动仿人智 能模块,实现智能控制。 附图附图 6 6 井下泵房智能控制系统结构示意图井下泵房智能控制系统结构示意图 5 涌水速度计算模块 水位测量模块 水泵系统 调度室参数设定 TCP/IP 和 PROFIBUS 智能控制模块 附图附图 7 7 排水三遥系统主控制界面排水三遥系统主控制界面 附图附图 8 8 排水三遥系统水仓水位历史曲线排水三遥系统水仓水位历史曲线 6 3、通、通风风机三遥系机三遥系统统 系统构成 通风系统安装两套高效节能矿用防爆对旋式主通风机，其中 1 套工作，1 套备用。控制系统由 控制柜、监控系统、通风机、风门系统、电机启动系统、电机监控系统及各种监测的传感器组成。 控制柜采用 S7-300PLC。 主要功能 利用液晶操作屏显示电机定子电压、电流、功率因数。通过指示灯显示风机及附属设备的工作 状态、风压等参数；风机的开停及附属设备（如风门等）的开停状态。对风机进行自动控制，实现风 机的自动倒风。 附图附图 9 9 通风三遥系统监测界面通风三遥系统监测界面 7 附图附图 1010 通风三遥系统控制界面通风三遥系统控制界面 附图附图 1111 通风三遥系统监控历史曲线通风三遥系统监控历史曲线 8 4、供、供电电三遥系三遥系统统 系统构成 系统由嵌入式计算机和 ABC 网关，以及 RS232-RS485 转换器、UPS 电源组成。 主要功能 对变电所高压开关柜的电压、电流、频率、功率、功率因素的测量，对开关的状态进行监视和 控制。实现在调度控制中心对高压开关柜的远程控制。 建设内容 目前已经实现对地面 1#变电所、主井驱动机房、风机房、井下中央变电所、11 采区变电所的 三遥功能。在调度控制中心对各变电所开关柜电流、电压、频率、功率因素等相关参数进行监测。 附图附图 1212 供电三遥系统监控界面供电三遥系统监控界面 9 5、煤流、煤流计计量系量系统统 系统构成 由两台电子皮带秤（含链码标定装置）组成。 主要功能 电子皮带秤具有停电保持数据、自动校准、自动调间隔等功能，并有自动零点跟踪，实物、挂 码、链码、电子标定功能。 电子皮带秤所测得的数据就近传输到主井驱动机房控制分站和落煤塔控制分站，通过网络传 输到调度控制中心。 附图附图 1313 煤流计量系统监控界面煤流计量系统监控界面 附图附图 1414 煤流计量系统流量历史曲线煤流计量系统流量历史曲线 10 6、工、工业电视业电视系系统统 系统构成 工业电视系统由井下部分、地面部分、调度室部分组成。能直观地监视井下、井上主要生产环 节和工业场所，有利于安全生产和调度指挥。 主要功能 工业电视系统在调度中心显示集中各路监视图像，控制图像切换在调度监控中心实现摄像机 的远程控制。 7、大屏幕系、大屏幕系统统 系统构成 大屏幕系统由投影机子系统、控制子系统及相关外围设备组成。其中大屏幕投影系统选用东 芝 67” DLP 一体化投影拼接箱体和拼墙专用图像处理器及大屏幕管理软件构成。 主要功能 可以实时观看羊场湾煤矿综合信息化系统的各种信息，包括安全监测系统、地测管理信息系 统、各个生产监控子系统、实时工业视频监控信号、各种管理信息系统数据、各种历史数据图像。 实现实时监控和集中调度的目的。 8、井下无、井下无线线通信及人通信及人员员定位考勤管理系定位考勤管理系统统 系统构成 羊场湾煤矿井下无线通信及人员定位考勤管理系统为 KT23 型，主要由交换机、定位服务器、 地面基站、井下基站、定位终端、网管终端、通讯及定位手机组成。该系统是把“中国电信”的小灵 附图附图 15 工业电视和大屏幕系统工业电视和大屏幕系统 现场效果现场效果 11 通系统，按煤矿井下标准进行安全技术处理，移植、延伸到井下，其系统逻辑、接口标准与无线市 话相同，可方便的接入电信网，实现双网通讯。 主要功能 本系统基于 PHS 无线通信平台，采用 mapinfo 软件作为 GIS 系统开发平台，既可实现无线通 讯，又可实现人员定位，定位精度可达 20-100 米，并可直接利用 AutoCad 或地测绘图软件生成的 矿图显示井下人员位置。 系统具有定位跟踪及考勤管理功能，可提供当前井下人员动态分布图、实时定位信息列表、历 史运行轨迹回放、排班资料设置、考勤统计、定位器紧急呼叫等服务。 附图附图 1717 系统控制界面图系统控制界面图 附图附图 1818 系统考勤统计界面系统考勤统计界面 附图附图 1616 系统拓扑结构系统拓扑结构 图图 12 附图附图 1919 系统人员定位信息界面系统人员定位信息界面 13 9、 、调调度控制中心度控制中心 整个调度控制中心控制系统采用统一的集成平台，实现主运输三遥系统、排水三遥系统、通风 三遥系统、供电三遥系统、煤流计量系统的数据集中采集和控制。实现与安全监测系统、束管监测 系统、地理信息系统的界面集成，同时实现安全监测系统与地理信息系统的数据集成。目前防爆 PROFIBUS 现场总线环网、工业以太网环网已经安全运行一年多。 附图附图 2020 调度控制中心与安全监测系统集成调度控制中心与安全监测系统集成 14 附图附图 2121 调度控制中心与束管系统集成调度控制中心与束管系统集成 附图附图 2222 调度控制中心与地理信息系统集成调度控制中心与地理信息系统集成 15 四、系四、系统统特点特点 1、良好的安全性、良好的安全性 羊场湾煤矿综合信息化系统通过局域网与 INTERNET 链接，局域网安装硬件防火墙，系统自 身安装有卡巴斯基防病毒软件，可以有效防止网络恶意攻击和病毒侵袭。系统设计过程中，根据 矿管理流程设置权限和身份密码，系统信息以 WEB 形式发布矿内终端，提高了系统的安全性。 2、良好的可靠性、良好的可靠性 该系统在网络结构上采用冗余环网形式，每个子系统均独立挂接在系统环网上，可有效防止 由于系统数据流大或网络线路故障造成的通讯中断。生产指挥系统的自动化控制，均设有远程和 现场就地转换开关，一旦远程控制出现故障和设备检修时，可切换到就地手动控制状态，最大限 度地减小系统故障对设备运行的影响，保障设备检修过程的安全。 3、良好的可拓展性、良好的可拓展性 系统采用 100 兆工业以太环网现场总线控制技术，各子系统采用模块化设计，相对独立，系 统设计中考虑了今后拓展的空间，根据工业自动化及网络技术的发展，可方便地增减、修改子系 统模块，具有良好的