12章 智能化系统.docx
《12章 智能化系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《12章 智能化系统.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
12章智能化系统
第十二章智能化系统
第一节总体架构
一、总体要求
五轮山煤矿工业场地位于纳雍县曙光乡的坐拱村附近，距曙光乡约7km，矿井设计生产能力为240万t/a，矿井按煤与瓦斯突出矿井设计，3号煤层有煤尘爆炸危险性，其余煤层均无煤尘爆炸危险性，井田可采煤层均属不易自燃煤层。
矿井投产初期生产能力120万t/a，布置1个综采工作面，1个煤巷综合机械化掘进头，2个岩巷综合自动化掘进头，2个岩巷普通掘进头；五年后达产生产能力240万t/a，布置2个综采工作面，2个煤巷综合机械化掘进头，2个岩巷综合自动化掘进头，4个岩巷普通掘进头。
根据上述条件，本矿井智能化系统应以保障生产安全为原则，以提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件、提高经济效益为目的，采用以计算机网络为基础，以信息共享为手段的矿井信息管理系统。
五轮山煤矿现已安装KJ90NA型综合监控系统、KJ237型矿井人员（车辆）管理系统、DH-2000型程控交换机，现有设备可充分利用，本次设计不够的分站、接线盒、电话根据需要增加。
二、系统方案及主要技术参数
根据智能化系统总体要求，结合本矿井实际条件，将矿井生产及安全监控系统、人员安全监测系统、视频监视系统、井下运输胶带机监控系统、架空人车监控系统、通风机监控系统、压风机监控系统、提升机监控系统、变电站综合自动化系统的上位机接入计算机局域网，利用计算机网络实现各系统之间的通信。
系统主要设备选用技术先进、性能稳定、安全可靠的产品。
三、网络结构
本矿井采用工业以太网与现场总线结合的方式。
矿井计算机局域网的网络设计为快速以太网星型结构，主干网采用高速千兆以太网，百兆交换到桌面，充分满足矿井信息化数据传输的带宽要求。
矿井安全生产监控系统为现场总线方式，各监控分站之间采用RS485口通信。
各生产自动化系统采用现场总线方式。
第二节安全、生产监控及自动化系统
一、安全、生产监控及自动化系统方案
（一）安全、生产监测监控系统的设置要求
本矿井为煤与瓦斯突出矿井，根据《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》和《煤矿安全规程》，必须在矿井设置安全监控系统。
矿井在生产期间还可能出现机电及运输故障等事故。
采掘工作面、运输、通风、排水及供配电系统等，无论是哪一系统出了问题都会酿成事故，甚至重大事故。
因此，矿井设置安全生产监测监控及自动化系统，对矿井安全实施全方位的监控是十分必要的。
（二）安全、生产监控及自动化系统方案选择
设计将安全与井下生产监控作为一个整体，设备已采购KJ90NA型综合监控系统。
其他各主要生产监控及自动化系统采用相对独立的控制和显示终端。
（三）安全、生产监控及自动化系统主要设备选型
各系统主要设备选型见相应系统配置。
二、安全监测监控系统
（一）网络结构
KJ90NA型综合监控系统采用时分制分布式结构，通过数据通信接口实现地面中心站与井下监控分站之间的数据双向通信，井下传感器、分站采用总线形式进行连接，传输主干为矿用阻燃通信电缆。
安全生产监控系统图见C1096G2－274－1。
本系统与矿井计算机局域网联网，实现资源共享。
（二）系统构成
KJ90NA型综合监控系统主要由地面监控主机、数据库服务器、网络终端、图形工作站、通信接口、避雷器、系列监控分站、各种传感器和控制执行器等部分组成，是一套集矿井安全监控、生产工况监控为一体的矿井安全生产综合监控系统，适于各类矿井使用。
该系统具有报表、曲线、图形等屏幕显示、模拟盘显示、打印和绘图、数据存储调用、参数超限报警、控制等多种功能，各分站既能与监控中心汇接，又可独立工作。
系统具有传输故障、设备故障、供/断电状况和软件运行故障等的自诊断功能，还具有远程维护功能。
1、监控主机：
地面中心站配备两台PⅣ以上品牌工控机作为监测主机（互为备用），24小时不间断运行，主机的RS232串行口通过KJJ46传输接口与地面、井下各分站通讯，具备手动遥控断电功能。
当工作主机发生故障时，备份主机应在5min内投入工作。
两台主机均插有网卡，作为计算机网络的一个工作站，监测主机的信息可以进入全矿井计算机综合管理信息网，联网主机装备防火墙等网络安全设备。
监测主机配置一台彩色打印机，系统配置一台激光打印机。
中心站配备录音电话。
地面中心站主要设备参数及特点：
型号：
KJ90NA
配置监控主机IPC6102台，数据库服务器2台
图形工作站1台（可选配4屏或2屏多屏模式）
KJJ46数据通信装置2台
EPSON1990K2+打印机1台
山特2KVA在线不间断电源1台
录音电话1台
KHD90电源避雷器1套
KHX90信号避雷器1套
10/100M自适应网络集线器1台
可配接多达255台远程网络终端，实现在不同地点监控信息的远程实时共享。
软件运行平台为WIN98/2000/2003环境，通过Ethernet以太局域网组成全网络化环境，协议支持标准TCP/IP等。
2、系统软件及主要功能
1）主要特点
（1）系统全面满足AQ6201-2006新的煤矿监控系统行业标准，国内首家完全按新标准取得安标证的煤矿监控系统。
（2）产品自配套性强，系列化齐全，性价比高，全套系统设备由重庆煤科院自主研发、生产制造，售后服务有保障。
（3）具有良好的开放性和可伸缩性，采用模块化设计，组态灵活。
能满足各类型矿井的监控系统最优化最经济运行。
（4）地面监控中心运行在标准的EthernetTCP/IP网络环境，操作系统平台为中文Win98/2000/2003，可方便实现网上信息共享和网络互联。
支持Internet/Intranet模式的Web系统综合监控信息浏览。
（5）系统显示画面采用文本、图形兼容方式，显示信息直观、生动，具有实时多屏显示功能。
（6）具有实时数据存储和各种统计数据存储能力。
数据存储时间长、查询和报表功能丰富，格式可由用户编排。
（7）有系列化，多用途监控分站，功能丰富，具有甲烷断电仪及甲烷风电闭锁装置的全部功能。
有完善的数据停电保存能力，确保监测数据和设置数据信息不丢失。
配有智能口，可采用RS485通讯方式的各种传感器及设备。
（8）当通讯线路断线后，分站能保存2h以上的数据，待通讯线路恢复后，自动将数据补传至中心站。
（9）分站及传感器全面实现了智能化和红外遥控调校、设置。
分站模拟量和开关量端口可任意互换，并支持多种信号制，有实时数据存储能力。
（10）分站电源具有宽范围动态自适应能力，适合矿井电网波动大的严酷环境。
其备用电池可保证2h以上的供电容量。
（11）独特的三级断电控制和超强异地交叉断电能力（中心站手控、分站程控和传感器就地控制）。
具有断电回馈信息比较，若异常则报警。
（12）传感器种类齐全，全面满足新的AQ传感器系列行业标准，具有稳定性高、寿命长、功耗低、传输距离远等特点。
（13）具有自检功能，可对分站、电源、传感器、电缆等设备进行诊断，能报警和记录并自动切断故障支路。
有完善的多级口令保护功能。
（14）系统设备具有完善的故障闭锁功能，当与闭锁有关的设备未投入正常运行或故障时能切断与之有关设备的电源并闭锁。
2）主要技术指标：
（1）容量：
128个分站，1024个输入量，512个控制量
（2）传输速率：
2400bps
（3）传输方式：
RS485或DPSK
（4）中心站到分站传输距离：
≤25km
（5）分站到传感器传输距离：
≤2.5km
（6）巡检周期：
≤30s
（7）处理精度：
≤±0.5%
（8）画面刷新：
≤4s
（9）电源波动：
90～110%（地面）、15～75%（井下）
（10）处理传感器种类：
瓦斯、风速、负压、一氧化碳、水位、煤位、温度、烟雾、开停、风门、馈电、流量、电流、电压、功率等。
3、安全、生产监控网络系统安全
安全、生产监控及自动化系统主要实现对生产工况的实时监测监控，与矿井生产密切相关，监测监控网络、计算机管理网络从网络架构上为相对独立的网络，通过部署隔离网闸的方式实现物理隔离。
（三）监测监控点的设置
地面主站设在工业场地矿办公楼调度室内，配备主控机、多画面显示屏、打印机等，共监控模拟量126个，开关量90个。
地面共有5个分站，分别设置在工业场地主井井口房、工业场地压风机房、工业场地瓦斯抽放站、风井场地通风机配电间，井口转载点分站监控主斜井胶带机的开停、烟雾、一氧化碳和主斜井的风速、主斜井架空人车的开停、副斜井提升机的开停，压风机房分站监测压风机的运行状态及出口压力，瓦斯抽放站分站监测机房的瓦斯浓度、瓦斯抽放泵开停、输入和输出管路中差压、流量、温度、防回火装置的压差，通风机配电间分站监测通风机运行状况、管道内风速和压差、回风斜井的瓦斯、风速、一氧化碳、安全出口的风门开关。
井下设有16个分站，配置瓦斯、风速、一氧化碳、粉尘、温度、风门开关、水仓水位、设备开停等传感器，对重要采掘运输设备与生产参数进行测量、统计、分析和信息存储，并对紧急避险设施内外的甲烷和一氧化碳浓度等环境参数进行实时监测；在参数超限和设备故障时，能及时报警、显示和存储，必要时还可实现超限自动断电。
监测监控点传感器和执行器配置表见表12—2—1。
本次变更设计安全生产监测监控系统充分利用现有中心站及井下分站，根据需求增加分站和传感器。
表12—2—1监测监控点传感器和执行器配置表
序号
安全监测监控传感器配置地点
传感器或执行器名称、数量
光报警器声
馈电断电仪
低浓瓦斯
高低浓瓦斯
风速
温度
粉尘
流量
负压
风压
煤位
水位
压差
一氧化碳
氧气
二氧化碳
湿度
烟雾
开停
风筒
开关
1
1801采煤工作面
1
1
1
1
2
1801采煤工作面上隅角
1
3
1801采煤工作面回风巷
1
2
4
1801采煤工作面进风巷
1
1
4
5
1801工作面采煤机
1机载式
6
掘进工作面
5×1
5×1
5×2
5×1
5×1
5×2
5×1
5×2
7
掘进机
3×1机载式
3×1
8
工业场地主井井口房
1
1
1
3
9
工业场地压风机房
1
4
10
工业场地瓦斯抽放站内
1
11
瓦斯抽放站输入管路
2
2
2
2
4
7
12
瓦斯抽放站输出管路
2
2
2
2
13
回风斜井
1
1
1
2
14
通风机
1
1
4
15
水泵房
1
1
1
2
3
16
中央变电所
3
1
17
井下机车充电硐室
1
18
井下爆炸材料库
4
19
主斜井永久避难硐室
2
2
2
2
2
1
2
20
运输大巷永久避难硐室
2
2
2
2
2
1
21
1801运输斜巷临时避难硐室
2
2
2
2
2
1
22
1801回风斜巷临时避难硐室
2
2
2
2
2
1
23
运输大巷胶带机
1
1
1
24
1801运输斜巷胶带机
1
1
1
25
掘进头1胶带机
1
1
1
26
掘进头2胶带机
1
1
1
27
掘进头3胶带机
1
1
1
28
掘进头4胶带机
1
1
1
29
溜煤眼
1
1
2×1
2×2
30
溜矸眼
2×2
31
1801瓦斯抽采回风斜巷
1
1
2
32
1803瓦斯抽采回风斜巷
1
1
2
33
1801瓦斯抽采进风斜巷
2
34
北回风大巷
8
35
合计
8
9
11
22
12
15
14
4
4
1
2
5
16
8
8
4
7
44
5
34
三、生产监控和自动化系统
（一）生产监控和自动化系统概述
本矿井各主要生产监控及自动化系统采用相对独立的控制和显示终端，通过计算机局域网与矿井管理系统相连，便于各级管理部门了解安全、生产等信息。
（二）生产监控和自动化系统网络结构
各生产监控及自动化系统分别采用现场总线的传输方式，通过工业以太网接入矿井计算机局域网。
（三）生产监控和自动化子系统构成及其功能
1、人员管理系统
依据《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》对人员定位系统的基本要求，煤矿企业必须按照《煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范》（AQ1048-2007）建设完善井下人员定位系统。
应优先选择技术先进、性能稳定、定位精度高的产品，并做好系统维护和升级改造工作，保障系统安全可靠运行。
安装井下人员定位系统时，应按规定设置井下分站和基站，确保准确掌握井下人员动态分布情况和采掘工作面人员数量。
矿井人员定位系统必须满足《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》（AQ6210-2007），取得煤矿矿用产品安全标志。
定位分站、基站等相关设备应符合相应的标准。
根据需要在矿井设置人员管理系统，设备已采用重庆梅安森科技股份有限公司的KJ237型矿井人员（车辆）管理系统，该系统采用先进的2.4G直序扩频无线通讯技术，具有极强的抗干扰和抗多径效应能力，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动标识体的识别和数据传输难题。
通过设置读卡分站和动态目标识别卡，人员携带人员标识卡即可实现矿井人员跟踪定位及考勤管理，清楚掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹，可为事故抢险提供科学依据，同时也可利用系统的日常考勤管理功能，对全矿井人员进行考勤管理。
该系统由地面主站、数据通讯接口、隔爆兼本安电源箱、读卡分站、动态目标识别器及人员标识卡组成，读卡分站设置在各井口和主要巷道分叉处，根据本矿井的巷道布置，井下共配置读卡分站8个，配置38个动态目标识别器，人员识别卡由下井人员随身携带，佩戴方式采用专用附件，适合腰带和灯绳固定。
人员管理系统图见C1096G2－274－2。
原有地面主站、分站、标识卡可充分利用，并根据需求增加相应设备。
2、大屏幕显示系统
随着自动化和信息技术的飞速发展，监控中心对信息显示的要求越来越高，其中大屏幕显示系统作为集中信息显示的交流平台，可以将各种监控系统的计算机图、文信息和视频信号等进行集中显示，在实时调度、会商、决策及信息反馈等方面都起到了重要作用。
本矿井建设一套包括DLP大屏幕为主体的显示系统，主要由以下几部分组成：
DIGIVISION-XGA67D×6显示单元拼接墙体；Digital3200多屏处理器系统；大屏幕应用管理系统（NETVIEW4.0）软件；LED电子显示屏系统、彩色监视器等。
大屏幕显示系统能够显示Windows、Linux和UNIX等主流操作系统计算机的图像信号，能够显示PAL/NTSC/SECAM/1080p/1080i/720p等各种视频信号，通过网络途径，可以实现网络信号显示、高分辨率应用画面和视频图像的显示。
整个显示系统可作为统一显示平台整屏各种信号，同时可分为多个功能区，各功能区将按照职能显示各种信号。
整个显示系统可作为统一平台管理，如在全屏任意位置调用任意信号显示等，同时各功能区可独立管理，如对所在区域进行开关机、在该区域内调用显示信号等。
通过大屏幕显示系统，可以实时观测矿井自动化系统的各种信息，包括安全生产监测系统、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、各种历史数据图像以及电脑、电视、实物投影仪、DVD等信号源的信息和计算机网络信息等多种信息，可随时对各种现场信号和各类计算机图文信号进行多画面显示和分析，及时做出判断和处理，发布调度指令，实现实时监控和集中调度的目的。
3、地面生产系统集控及自动化
根据工艺流程的要求，地面生产系统设以可编程序控制器（PLC）为主的就地与集中控制系统，可编程序控制器（PLC）选用SIMATICS7－300型。
该系统可实现参控机械设备的就地与集中控制、机电设备安全运行状态显示等功能，就地与集中控制方式可方便地进行转换，每个就地控制箱上设有就地回答信号。
后期选煤厂建成后可将现有系统通过PLC通信模块接入选煤厂集控上位机。
地面生产系统集控系统可根据需要纳入局域网。
4、通风机监控系统
通风机房配置两台通风机，通风机电控均采用带以太网接口的PLC控制，并配置监控上位机，实时监控电机的电流、电压、功率、功率因素、通风机功率、通风机效率等参数，实时监测通风机运行的流体参数，实现就地手动控制和远方控制且互相闭锁。
上位机挂接在计算机局域网上。
5、压风机监控系统
压风机房配置四台压风机，压风机电控均采用带以太网接口的PLC控制，并配置监控上位机，实时监控电机的电流、电压、功率、功率因素、压风机功率、压风机效率等参数，实时监测压风机的汽缸温度、压风机总管的压力，实现就地手动控制和远方控制且互相闭锁。
上位机挂接在计算机局域网上。
6、提升机监控系统
本矿井共配置一台提升机，设在副斜井，提升机电控采用带以太网接口的PLC控制，各PLC之间通过MPI网络连接互相通讯，在地面设置上位机在线监测提升机的运行参数，包括防过卷、防过速、深度指示器参数、过负荷和欠电压保护、松绳保护、闸瓦保护等，各提升机配置提升信号系统，包括工作信号、检修信号、紧急停车信号，信号系统参数汇入提升机监控系统上位机。
上位机挂接在局域网上。
7、变电站综合自动化系统
工业场地35kV变电所和井下变电所设有变电站综合自动化系统，可监测各供电回路的电流、电压、功率因数以及开关通断等参数，该系统也接入计算机局域网。
8、井下运输胶带机监控系统
本矿井井下共有7条胶带机，井下运输胶带机选用KJD2A型矿用胶带输送机可编程（PLC）监控系统，该系统能在主站的操作台上集中控制全系统胶带机、给煤机等设备的开停；能逆煤流方向联锁起动、顺煤流方向联锁起动、顺煤流方向联锁停止系统中的胶带机；能控制系统中部分胶带机的联锁起动、停止；能按胶带机所需的起动、运行、停止特性实现自动张紧、软起动、功率平衡、可控制动和下运制动等功能；系统配置各种检测保护装置，包括跑偏、堆煤、打滑、纵撕、温度、烟雾等，胶带机沿线保护和信号装置具有故障地址识别功能。
胶带机集控系统的各个控制分站通过RS485/RJ45/SC接口接入胶带机集控系统主机，在地面设置上位机，上位机挂接在局域网上。
9、架空人车监控系统
本矿井在主斜井设置一台架空人车，选用矿用隔爆兼本质安全型PLC可编程控制系统，该系统能完成各种传感器工作状态的监测、电机起停控制、通讯、现场管理、集中监控，系统监控功能包括：
脱索保护、乘车越站保护、急停拉线开关闭锁、报警显示功能、状态显示、故障指示、通讯及启动告警功能，同时配备井下人车背景音乐播放及通讯系统，使煤矿工人在上、下井工作的路途中欣赏到美妙的音乐，缓解井下职工的疲劳状态，了解矿领导最新指导思想及行业最新新闻，也可以播放煤矿安全知识，提醒矿工在上、下井工作时注意安全。
架空人车监控系统配置数据联网接口接入计算机局域网。
四、矿井视频监视系统
（一）矿井视频监视系统的解决方案
煤矿工业电视系统是我国目前先进有效的安全生产调度指挥系统，它能够监视各主要生产环节的现场情况和关键生产设备的运行工况，并实时、清晰地显示在调度室的监视器上和矿领导办公室终端上，以便于矿领导随时掌握井上、井下设备运转和煤炭生产情况，使生产调度做到直观、快捷、科学、准确，从而提高煤炭生产效率和生产管理水平，因此在本矿井设置工业电视系统，设备选用煤炭科学研究总院重庆研究院研制的KJ90-1型工业电视监控系统。
KJ90-1型工业电视监控系统是利用最新视频解/压缩处理技术、光纤通信技术和工业以太网技术能同时传输工业现场图像及声音的数字网络视频监控系统，该系统主要由低照度矿用隔爆光纤摄像仪、地面彩色摄像机、单模视频光端机、矿用阻燃光缆、防爆接线盒、视频分配器、全方位云台控制解码器、控制机柜、数字网络视频服务器、网络版视频图像监控软件等组成，同时配置大屏幕DLP/PDP无缝拼接电视墙系统、LED显示屏单元、字符叠加器、视频矩阵控制器等，用于切换显示工业电视图像，通过视频服务器进行云台、镜头控制。
1、系统主要功能：
1）光纤传输井下工业电视图像，距离远，抗干扰能力强；
2）H.264视音频压缩标准，数据量小，存储时间长；
3）通过Ethernet网络平台，实现真正的数字网络视频监控系统；
4）数字网络视频服务器集图像实时显示、云台编码控制、存储、回放、字符叠加、矩阵切换、权限管理、网络通信为一体，功能强大，操作方便；
5）以图像方式直观实时监控采掘面、皮带运输、主副井提升、选煤厂、工业广场等关键生产环节工况；
6）在计算机屏幕上可同时显示一个、四个、九个、十六个摄像机的图像，画面格式可选，并可对其进行图像冻结、放
升级会员 