第十二章智能化系统112.docx

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第十二章智能化系统112

第十二章智能化系统

第一节总体框构

本矿井整合改造项目投产后，生产能力达到0.12Mt/a，矿井信息化建设依托成熟的计算机技术，利用以太网及串行总线技术传输网络，和设备层的子系统建立I/O通讯，实现计算机远程监控。

集中监控设备设于矿井办公楼调度室内。

将地面和井下设计为一个统一的综合自动化网络系统，系统能够实现在地面控制指挥中心对地面和井下机电设备实现集中控制的功能；同时可将各种信息进行综合使用，如生产安全状况综合分析、成本分析、安全监控信息共享和分析、故障检测和分析等等。

第二节安全、生产监控及自动化系统

一、矿井安全监测监控系统

本矿井为低瓦斯矿井，一级容易自燃煤层，针对本矿井井下环境实际危害，配套安全监测系统以监测瓦斯、一氧化碳为主。

矿井选用一套KJ76N型矿用安全监测监控系统，本系统由地面中心站，通讯接口卡、监测分站及传感器组成。

通过矿用通讯电缆联网。

1、地面中心站

地面中心站采用双回路供电，双回路电源直接引自地面变电所380V侧。

中心站选用两台P4型计算机做为监控主机，监控主机及打印终端设在调度室内，选用KJ76N型配套通讯采集卡一套，通过PUYVR1-4×1×0.52/7通讯电缆和井下各监控分站连接，对井下安全状况进行实时监控及连续监测记录、地面设4台监视终端、通过分频器和监测系统连接，可在不同位置监测到井下安全状况。

2、井上、下安全监测装置设置

根据矿井实际情况，设计确定井上、下共选用KJF76N-F型监测监控分站14台，分别设置在地面主通风机房、井下中央变电所及水泵房、永久避难硐室、救生舱硐室、运输大巷及运输顺槽胶带机头、各掘进工作面入口、采煤工作面入口、总回风巷、风井等处。

传感器布置如下：

井下中央变电所：

瓦斯传感器1个、一氧化碳传感器1个、温度传感器1个、水位传感器2个、设备开停传感器3个。

大巷皮带机机头、煤仓：

瓦斯传感器1个、一氧化碳传感器1个、烟雾传感器1个、煤位传感器1个。

Ⅳ201运输（回风）顺槽：

瓦斯传感器3个、一氧化碳传感器2个、温度传感器1个、风速传感器1个、设备开停传感器1个、馈电传感器1个、断电控制器1个、粉尘传感器1个。

1#救生舱硐室：

氧气传感器一个、二氧化碳传感器一个、瓦斯传感器一个、一氧化碳传感器、温度传感器一个。

永久避难硐室外：

氧气传感器一个、二氧化碳传感器一个、瓦斯传感器一个、一氧化碳传感器、温度传感器一个。

永久避难硐室过度舱：

氧气传感器一个、二氧化碳传感器一个、瓦斯传感器一个、一氧化碳传感器、温度传感器一个、湿度传感器一个。

永久避难硐室内：

氧气传感器一个、二氧化碳传感器一个、瓦斯传感器一个、一氧化碳传感器、温度传感器一个。

永久避难硐室过度舱：

氧气传感器一个、二氧化碳传感器一个、瓦斯传感器一个、一氧化碳传感器、温度传感器一个、湿度传感器一个。

永久避难硐室外：

氧气传感器一个、二氧化碳传感器一个、瓦斯传感器一个、一氧化碳传感器、温度传感器一个。

2#救生舱硐室：

氧气传感器一个、二氧化碳传感器一个、瓦斯传感器一个、一氧化碳传感器、温度传感器一个。

Ⅳ202综掘工作面：

瓦斯传感器2个、一氧化碳传感器1个、粉尘传感器1个、风筒压力传感器1个、断电控制器1个、设备开停传感器2个、馈电传感器1个、风门开关传感器2个。

Ⅳ203综掘工作面：

瓦斯传感器2个、一氧化碳传感器1个、粉尘传感器1个、风筒压力传感器1个、断电控制器1个、设备开停传感器2个、馈电传感器1个。

总回风巷：

瓦斯传感器2个、一氧化碳传感器1个、风速传感器1个、负压传感器1个、温度传感器1个。

风井：

瓦斯传感器1个、一氧化碳传感器1个、风速传感器1个、负压传感器1个、温度传感器1个、设备开停传感器4个。

甲烷传感器应垂直悬挂，距顶不得大于300mm，距巷道壁不得小于200mm。

在回采工作面上隅角、工作面和回风顺槽处各设一个甲烷传感器，工作面甲烷传感器安装位置距工作面小于10m，回风顺槽安装位置在回风顺槽距回风巷10m处。

一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶不得大于300mm，距巷道壁不得小于200mm。

温度传感器应悬挂在巷道的上方，距顶不得大于300mm，距巷道壁不得小于200mm。

风速传感器应设置在前后10m无分支风流，无拐弯，无障碍，断面无变化，能准确测风断面的地方。

二、矿井生产监控和自动化系统

该矿井自动化监控系统将变电所综合自动化系统、胶带输送机集控系统、主排水泵监控系统、通风机在线监控系统、压风远程监测系统、矿压监测系统、井下人员定位系统、火灾束管监测系统均纳入矿井综合自动化系统，各个系统都有不同的数据格式、通信协议，反映不同的内容，因此，必须进行功能扩展，加以综合处理，建立一个统一的生产自动化监控集成网络，使调度室、矿领导等用户通过各自的微机就能调看各个监测监控系统的不同的实时动态画面，全面了解整个矿井自动化系统的全貌。

1、网络体系结构

矿井生产自动化监控网络采用ABB公司的三层网络体系结构构建，即信息层、控制层、设备层。

信息层采用工业以太网，控制层和设备层采用现场总线。

设备层：

主要功能是连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关设备等，完成现场控制及设备之间的连锁控制。

主站为PLC或工业PC机或其他控制器，负责总线通信管理及所有从站的通信。

总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行，用于现场设备的信息采集和控制。

控制层：

控制层网络采用ControlNet网络结构，ControlNet网络通过网关和调度室工业以太网交换机连接，并通过此交换机接入矿井以太网。

井下中央变电所、地面通风机房、主井胶带机等地方各设置一套ControlLogix控制模块单元，各监控子系统通过ControlNet、远程I/O、ModBusRTURS485、ProfieldBus等网络结构就近连接到ControlNet控制模块单元上，ControlLogix控制模块单元通过ControlNet网络总线由调度室网关和调度室工业以太网连接，将各子系统监控数据传输到调度室。

主斜井胶带机ControlLogix控制模块单元留有原煤仓及洗煤厂控制子系统接口。

信息层：

信息层网络采用工业以太网，调度室交换机通过调度室网关和ControlNet网络联网，构成监测监控、信息管理的使用平台。

从井下ControlNet网络过来的信息经过调度室网关和监测工作站进行通讯。

调度室设置服务器及监控主机，负责各子系统远程监测、监控以及各自系统的数据采集、存贮和管理。

2、矿井生产自动化监控网络集成软件平台搭建

采用RSView32作为本系统的系统集成软件平台，RSView32软件是运行于微软公司WIN98、WINNT环境下的数据采集、监控和信息管理的一个工业监控软件包，该软件采用OLE、ODBC和VBA技术将软件和微软的技术有机的结合在一起。

RSView32软件改进了传统的MMI功能，提供了面对目标的动态图形开放式数据库结构，DBF历史文件数据存储，并增强了趋势报警，派生标签和事件检测功能，RSView32软件广泛使用于各种工业计算机控制系统，操作人员可对全厂进行监视控制，快速可靠的数据采集、数据操作，并对上位计算机进行通讯，利用RSView32的任务窗口功能可同时显示多幅监测画面。

利用基于客户终端/服务器模式的RSView32ACTIVE显示软件，其他工作站通过浏览器直接浏览各监控系统数据。

通过RSView32软件使分散的各部分监控系统实现集成。

（1）矿井安全监测子系统

根据《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）确定系统的构成、功能及布设原则，本矿井采用KJ76N型矿井安全生产监测系统，主要对煤巷内的瓦斯、一氧化碳、氮气、温度、风速、风压、风门开关等参数进行实时监测，对风电闭锁开关、主要设备的开停、水仓水位等工况进行监控，遇险情时，能及时发出警报、切断危险区电源并将信息迅速传至地面中心站。

安全生产监测系统还在矿长室、总工程师室、通风区办公室等处设终端机，便于矿井主要领导及时了解矿井安全生产信息，以期达到对灾害事故早期预测和预防，科学合理组织和管理生产的目的。

安全监测系统作为矿井信息管理系统的一个子系统，和矿井计算机管理系统联网。

（2）矿井变电所自动化系统

矿井变电所自动化系统主要由矿井地面变电所和井下主变电所等几部分组成。

变电所自动化系统设计使用计算机网络通信和控制技术，可实现对10kV及以上一次设备的保护、监视、测量、控制、报警、开关状态记录、远方信息交换等主要功能。

（3）井下水泵监控子系统

井下主排水水泵监控系统采用矿井水泵自动控制系统，控制设备安装在井下主排水泵房内。

该设备可手动、自动启动或停止水泵的运行，开停闸门以及控制闸阀的开度进行流量控制。

井下水泵自动监控系统和矿井安全监测系统联网。

（4）胶带输送机监控子系统

采用胶带输送机监控子系统由地面监控主站和井下分站组成。

其核心设备是矿用本安型PLC可编程控制器、配以隔爆兼本安型电源继电器箱、各种传感器保护装置，通信信号装置以及驱动装置相应的控制设备。

监控子系统的设备采用集中和就地两种控制方式。

集中控制时，由集中控制室发出控制指令，各设备间按顺序且有联锁进行起动和停止。

控制原则是：

正常时有两种起动方式，一种是当输送机全部空载时按顺料流方向起动，另一种是当输送机重载或部分重载时按逆料流方向起动；正常停止按顺料流方向停止。

故障时来料方向的设备立即同时停止，送料方向的设备按顺序停止。

就地控制时，各设备间不带联锁，主要用于调试和检修。

就地控制和集中控制间设有电气闭锁。

监控子系统主要监测以下信息：

母线电压、控制电压、主电机电流、10kV进线开关状态、胶带输送机打滑、跑偏、闭锁、纵向撕裂、转载点物料堵塞、拉绳状态等。

地面监控主站工控机可对运输系统流程、胶带输送机状态等进行多画面显示；并通过打印机定时打出产量统计、故障记录等报表。

（5）通风机在线监控系统

实时监测风机风压（静压、全压）、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机和风机效率、风峒大气参数（温度、湿度、大气压力）等风机运行各种参数。

监测风门位置、风机开停状态、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息。

控制风门开/关、风机启/停。

自动闭锁控制，保证系统安全。

具有现场控制、远程控制、手动控制等多种控制方式。

（6）压风远程监测系统

矿井压风系统的主要任务是提供足够量的压缩空气，来带动风镐、风钻及其它风动机具。

因为风钻等风动机具的冲击力强，适用于钻削坚硬的岩石，所以为矿山采掘工作普遍使用。

而且，在有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井里，使用这种动力机具远比电动机具更安全。

为了保障煤矿生产的正常进行，对矿井压风系统进行自动监测具有非常重要的现实意义。

矿井压风远程监测系统能够对压风系统的各管路状态进行自动监测，并对这些数据处理，判断出事故的原因及故障点，以便进行快速维修。

（7）矿压监测系统

矿山压力是影响矿井井下安全生产的重要因素，矿山压力监测和顶板管理是整个矿山信息化系统中的一个重要组成部分，对矿井的安全、生产有重要的意义。

为了减少或避免矿井顶板垮塌和综采工作面冒顶事故对人员和设备造成损害，本次设计考虑采用矿压监测系统对井下矿山压力和巷道顶板离层状况进行检测，做到动态监测，提前预测，及早处理。

矿山压力的监测分为掘进过程中压力监测，回采工作面支架压力监测、顺槽离层监测和大跨度巷道连接部离层监测等部分。

（8）井下人员定位系统

为了提高矿井信息化水平，设置一套KJ128A型矿井人员系统，本系统利用非接触射频识别技术实现人员、车辆的位置传感，而传感器、信号机和上位监控机之间的数据传送链路则采用了高可靠的CAN现场总线技术。

系统的监控上位机通过局域网再和全矿的一体化监控系统主机相连，即可使该系统成为融入全矿一体化信息系统的一个具有相对独立职能的子系统。

KJ128A型矿井人员定位系统提供了丰富的数据、图形、信息，让用户迅速了解井下人员的当前位置情况、行走路径，按照煤矿的实际情况提供考勤的功能，当矿井出现险情和灾害时，根据人员分布情况提供最佳的逃生路线，同时给救援人员提供相应的救援措施，提高应急救援工作的效率；有力保障矿井安全，成倍提高煤矿的生产效率。

本矿矿井人员定位系统地面至井下传输电缆采用MHYV-1×4×7/0.52型矿用阻燃通信电缆一回，沿主斜井井筒敷设。

井下主要巷道设置现场总线，在矿井各个人员出入井口、重点区域出入口、限制区域等地点设置分站，并能满足监测携卡人员出入井、出入重点区域、出入限制区域的要求；巷道分支设置分站，并能满足监测携卡人员出入方向的要求。

煤矿紧急避险设施入口和出口分别设置分站，并能满足对出、入紧急避险设施的人员进行实时监测的要求。

（9）火灾束管监测系统

本矿煤层属于自然煤层，现有井下火灾束管检测系统一套。

束管监测室设于工业广场内，井下设七个检测点，分别为综采工作面上隅角、综采工作面回风巷、总回风巷、各皮带机头、机电硐室。

取样束管沿主斜井敷设至各监测探头。

地面设置分析仪1台，分站1台，分析专用电脑1台，井下设取样探头7个。

以上各子系统均通过网络和矿井计算机管理信息中心站计算机管理系统联网。

三、矿井工业电视监视系统

为实时了解主、副井口，井下中央变电所、水泵房、带式输送机机头等重要生产环节和部门的运行情况，提高生产监控能力，本矿设工业电视监视系统。

1、系统设置

工业电视监视控制设备安放在矿生产调度室。

显示设备由1台CRT背投一体机大屏幕监视器屏幕和16台SCM-21N型21吋监视器共同组成一面屏幕墙。

控制设备包括：

MX96E16画面处理器；WS60-64×5V矩阵切换/控制器；MS-M16硬盘录像机；WS6003M-4字符发生器；EM-508D视频分配器等。

为调度员配置WS8102-4、WS8102-2型主、分控制盘。

可实现对全矿各个监控点画面进行多点画面分割显示、单屏定时巡回切换显示。

可通过硬盘录像机检索所存图像资料，进行画面回放。

前端采用CC-T905彩色低照度摄像机，包括井上井下共30台。

其井下摄像机、光端机、解码器及云台等监控设备均加安全防爆外罩；井上这些设备配防水防尘外罩。

2、传输线路

工业电视监视系统传输线路中，生产调度室到井上监控点和主、副井口线路采用SYV-75-7型视频电缆和RVVP4×1.0和RVV2×2.5型缆线。

入井采用GYXT33型9/125μm4芯和6芯单模光缆引至井下各点的光端机（防爆）；再由此经SYV-75-9型视频同轴电缆连接至各点摄像机（防爆）。

按各监控点的摄像机数量，分别选用了VNX2路、4路、8路光端机。

第三节计算机管理信息系统

为了提高煤矿企业的经营管理水平，实现矿井管理的科学化、现代化，本设计在该矿井建立一套先进、使用的计算机管理系统（MIS）。

本设计计算机网络采用千兆位快速以太网结构，选择基于Windows2000的SQLSWRVER2000企业版作为数据库管理系统。

为保证网络的安全和外界和矿井的通讯能力，配置一台硬件防火墙，以阻止来自外部的恶意攻击。

同时在服务器上装载一套网络监控软件和一套网络版防病毒软件，以保障整个网络的安全性。

通过路由器和1台DDN同步调制解调器可实现Internet接入。

矿井计算机网络是以Internet技术为基础的Internet企业网，这个管理信息系统采用先进的体系结构打下了基础。

根据矿井实际业务性质和新技术发展的需要，本系统主要采用浏览器/服务器（B/S）的体系结构。

根据生产管理的需要，可配置、研发一台生产、计划、设备、材料、经营、销售、可研、财务以及人事、后勤等部门的使用软件。

本设计矿井信息管理系统主要包括一下九个子系统：

（1）生产调度管理子系统

（2）运销管理子系统

（3）物资供应管理子系统

（4）机电设备管理子系统

（5）办公自动化子系统

（6）人事工资管理子系统

（7）安全管理子系统

（8）煤质管理子系统

（9）技术管理子系统

该矿井办公局域网通过TCP/IP协议，经路由器可和矿井综合自动化网络实现联网，从而构成安全、可靠、易扩展的矿井宽带信息传输网络。

设计在矿井办公楼、任务交代室联合建筑配置信息综合布线系统。

第四节通信

矿井行政通讯依托当地市话网。

调度通讯选用SOC8000型调度总机一台，设在调度室内，分机分别设在矿长办公室，总工办公室，调度室，其他生产管理部门及各生产车间。

井下设22台分机，分别设在井下中央变电所、水泵房、井底车场、主要机电硐室、各采掘工作面、永久避灾硐室内外、救生舱硐室、水平最高点等。

地面通讯电缆敷设采用埋地暗敷设方式。

下井电缆两回、分别沿主、副井井筒敷设。

电缆选用MHYV-50×2×0.8通讯电缆，分别沿主井、副井井筒敷设，下井电缆出口处装设安全隔离栅。

井下分机选用KTH3型本安型电话机。

对进入避灾硐室和救生舱前20米的通讯线路采用底板埋管敷设方式，埋管深度200mm。

在井下井底车场、调度室、井下中央变电所、中央水泵房等主要机电硐室和采掘工作面及采区、水平最高点安设电话；井下紧急避难设施、主要水泵房、井下中央变电所、采掘工作面等人员集中地点设有直通矿调度室的电话；距掘进工作面30～50m范围内,安设电话；距采煤工作面两端10～20m范围内，分别安设电话；采掘工作面的巷道长度大于1000m时，在巷道中部安设电话。