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1、煤矿综合自动化（二）,总纲要,煤矿主要生产工艺 煤矿生产系统、安全系统业务需求煤矿综合自动化系统基本概念建设内容关键技术自动化、信息化、数字化比较煤矿综合自动化系统解决方案生产自动化安全监控安全生产管理辅助系统,第二部分,煤矿综合自动化系统,一、什么是煤矿综合自动化系统,1.概念,概念提出：煤矿综合自动化又称CIMAS（Computer Integrated Mine Automation System），基于CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）原理提出；应用技术：应用现代电子技术和自动化技术、网络技术及计算机技术等；功能分析：实现对矿井
2、生产过程全面监控的系统，把采掘生产设备监控系统、皮带运输监控系统、供电监控系统、提升监控系统、压风监控系统、通风监控系统及其他辅助生产设备监控系统等子系统数据进行集中监控，实现生产及辅助生产各运行参数的统计并上传至矿区办公局域网，使得煤矿生产和管理更加科学高效。同时将一些主要生产数据和安全情况向上一级管理部门进行汇报，上一级管理部门可以通过这些数据对煤矿进行远程实时监视。出现紧急情况发出告警信号。,一、什么是煤矿综合自动化系统,1）系统集成：生产控制及检测系统（采煤工作面、综掘工作面、皮带运输、地面洗选、矿井供电、井下主排水、矿井主通风机等辅助生产系统设备状态数据、工艺参数据；矿井环境监测、束
3、管监测等系统监测数据）、生产管理系统（安全管理、生产调度、生产计划组织及机电管理等信息应用系统）及企业管理信息系统（办公自动化、财务管理、物资供应管理、人力资源管理、资产管理等）的集成。(生产与管理的集成)2）技术及装备：网络、通信、数据库、自动化、信息化以及工业电视等技术及设备。3）目标：提高煤矿安全管理能力；实现生产、管理的一体化(生产自动化、管理自动化)。4）实现煤矿综合自动化的意义：消除信息“孤岛”，实现信息共享；提高矿井安全管理水平；提升矿井综合形象。,1.概念,一、什么是煤矿综合自动化系统,2、逻辑架构图和系统结构图,逻辑架构图,一、什么是煤矿综合自动化系统,2、逻辑架构图和系统结
4、构图,系统结构图,一、什么是煤矿综合自动化系统,3、系统分析,煤矿综合自动化系统的物理结构分为:信息层、控制层和设备层三层网络结构。信息层：基于以太网的开放的网络技术TCP/IP，使管理层通过计算机即可随时了解安全、生产、财务、人事、运输等各种信息，实现全矿井统一调度及统一管理。控制层：控制层网络部分由现场控制站、现场操作员站、就地和中央控制站等组成。设备层：现场设备层网络用以连接底层现场设备，有远程I/0站现场仪器仪表设备。三个层次：基础自动化层、数据处理层、业务应用层；安全、生产数据、管理信息集成；综合自动化信息集成平台。,二、煤矿综合自动化系统主要内容,煤矿综合自动化系统解决的是安全、生
5、产两大主题，进行科学精细化管理，达到管控一体化。,数据处理,管理、决策,数据,信息,安全 生产,二、煤矿综合自动化系统主要内容,（1）基础自动化矿井生产自动化系统（PCS）(1)综采工作面自动化控制系统；(2)掘进工作面自动控制系统；(3)主运输皮带集中控制系统；(4)矿井主排水自动控制系统；(5)主扇风机自动控制系统；(6)压风机自动控制系统；(7)地面筛选集中控制系统；(8)选煤厂综合自动化；(9)地面装车自动控制系统；(10)井下辅助运输监控系统(11)矿井主煤流计量系统；(12)矿井供电自动化控制系统等。,安全管理监控系统（1）矿井巷道顶板压力监测系统；（2）安全监测监控系统；（3）人
6、员定位跟踪系统；（4）矿井安全生产无线监管系统等。,辅助安全监控系统（1）视频监控系统；（2）矿井调度通信及井下无线通信系统。,（2）煤矿安全生产管理系统MES（业务应用）（3）企业管理、决策系统（业务应用）,Pcs-production control system,生产过程自动化系统；MES-ManufactureExecuteSystem，全称生产执行系统或制造执行管理系统，俗称生产管理系统),1、主要内容,煤矿综合自动化系统还包括通风安全环境监测（风机在线监测监控）子系统、瓦斯抽放监测（管道瓦斯抽放监测与控制）子系统、火灾预报束管监测（煤层自然发火实时分析）子系统、工业电视监视系统子系
7、统、电力监测子系统、胶带机监测子系统、主副（斜）井提升监测子系统、矿压监测（矿井冲击地压实时分析及专家诊断预测与控制）子系统、矿用自动防尘撒水控制（皮带机头自动喷水降尘）子系统、机车调度子系统、考勤子系统、电话通讯子系统、电视会议子系统、计算机网络子系统等等。综合自动化系统具有将上述各控制子系统无缝集成的能力，系统提供统一的数据接口,每个子系统用一个软件适配器与综合监控平台数据交互。数据接口采用标准的UDP(UDP-User Datagram Protocol用户数据报协议)通信接口，系统支持瓦斯监测、视频监控、配电监测、机电设备监控管理等各种子系统的软件适配。系统架构是全开放的，扩展能力很强
8、。每接入一种子系统模块，只需要一个适配程序。系统初建时可根据需求和条件先建最急需的最基本的核心平台，然后分期分批增加各种子系统及不断升级，最后建成最完善的系统。,2、关键技术,两个网络，一个平台。1）两个网络：工业网络生产系统设备数据（运行状态、电机温度、轴承温度、振动等）、工艺参数（水位、流量、压力、煤位等）及环境监测数据（安全监测数据、火灾束管监测的数据）的传输通道（数据传输高速公路）；企业信息网企业实现信息化的物质基础，企业管理相关信息共享，实现企业信息化管理。,2、关键技术,2）一个平台：即综合自动化信息集成平台，类似于物流中心和桥梁。主要作用：数据采集：提供统一数据接口、通讯协议，采
9、集一线生产数据；数据存储、分析：将数据分类存储，加以分析；（物流中心）远程监控：利用组态软件，开发人机界面（HMI），远程监测监控设备状况及生产状态；监测环境状态；异常情况报警；生产管理系统应用：利用采集到的数据，结合安全、生产管理模式，开发生产管理系统；信息化数据来源：为企业管理系统提供数据源。（桥梁）,3、装备要求,井下设备要取得煤安标志（MA）及矿用防爆证书。,三、综合自动化网络,1、典型的工业控制网络结构,工业以太网赫斯曼、西门子、MOXA等提供解决方 案（常用的）；现场总线Profibus、ControlNet。赫斯曼电子公司位于德国的Neckartenzlingen，产品范围包括采
10、用模拟和数字广播电视传输技术的移动发射和接收系统，企业和工业网络解决方案以及现场总线系统。公司由“香蕉插头”之父Richard Hirschmann先生于1924年创立。历经81年，赫斯曼这个当初只有一个人的公司已经发展成为在现代通信领域领先全球的一个现代化企业。,目前我国投入运行的网络系统有100M工业以太环网(龙口的北皂矿等)、1000M工业以太环网系统（新汶的华丰矿、兖矿的兴隆庄矿）和Profibus工业现场总线系统(宁煤集团羊场湾矿)、ControlNet工业现场总线(充矿集团济三矿)。采用ControlNet总线系统的还有神华集团神东矿区的八对矿井。,工业控制网络拓扑结构图,环网：井
11、上、井下2个环网；冗余：2台核心交换机，冗余热备份；链路冗余、服务器冗余、工作站冗余；设备：网络交换机；服务器；工作站。,基本组成,网络安全规划：网络安全设备；防火墙或网闸，网络数据流量控制；通信线路安全；网络防病毒。,1.1 工业以太网结构,以太网是目前应用最为广泛的计算机网络，工业以太网是工业应用专门设计，是一种国际标准、开放的网络，其数据传输率高，实时性好，是今后发展的方向。,该系统为三层网络结构模式。系统要能与企业综合信息管理系统连接，实现信息共享，同时系统能与通讯系统相连接，实现调度、指挥、控制一体化，并能通过矿局域网与集团公司信息化网络系统连接，以实现与集团公司大调度的互连互通。工
12、业以太网传输平台的特点是能很好的满足上述对传输网络平台的要求，同时能实现数字、音频、视频的三网合一，真正实现综合业务传输。由于采用高可靠性工业以太网协议，可满足控制网实时性的要求。,基于以太网煤矿综合自动化系统网络平台,1.2 工业现场总线结构（平台）,工业现场总线是一种专门用于工业监测与控制的网络，其实时性强，安全可靠，传输速率和开放性大大高于目前国内的煤矿安全生产监控系统，特点是工作稳定性好，技术成熟；网络节点就是控制器，投资少；能满足煤矿安全、生产监测监控的需求。基于工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台的三种应用类型。,基于ControlNet工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台
13、,基于Profibus工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台,许厂煤矿的基于Profibus工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台。设计3层网络，分为管理系统PC Internet网、地面1000 M工业以太主干网、井下西门子PROFIBUS现场总线主干网。地面主干网为1000M环型光纤工业以太网，井下采用PROFIBUS环型光纤网。控制中心由3台操作员站和1台DDE（Dynamic data exchange）服务器组成，分别完成以下系统的监测：选煤厂系统(包括洗煤、选研、装车预计量)、主井提升系统、主井提升装载系统、副井提升系统提风机系统、变电站系统、地面空压机及上下井人员统计等子系统
14、。,2、企业信息化网络,企业信息化网络，局域网；煤矿实现信息化物质基础。销售信息、物资采购信息和库存信息、财务管理信息、生产调度信息、安全管理信息、企业接入煤矿集团中心及Internet上网业务为核心的企业计算机管理信息化系统提供硬件传输平台。,网络结构：星型结构；三层架构：接入层、汇聚层、核心层；服务器及存储。网络安全规划,企业信息化网络拓扑结构图,3、两个网络互连,四、综合自动化信息集成平台,数据集成的业务需求,数据集成的技术需求,“数出一门，量出一家”保证数据的有效性和一致性不同业务和系统间能够实时的交换和共享数据汇总、分析和展示企业历史的业务数据从管理角度，透明底层的数据，监督数据的准
15、确性从管理角度，规范业务的数据流程,提供统一的数据发布平台提供统一的生产过程数据与管理信息的数据集成平台关系数据库和实时数据库的数据整合,1、架构,架构图,基于工业组态软件平台（实时历史数据库），结合矿井具体情况而开发。数据采集监控组态实时历史数据库WEB客户端,2、平台构成,3、平台特点,集成性：实现不同应用系统之间的数据共享和应用集成。开放性：提供DDE、ODBC、Web、OPC等标准接接口，实现了生产数据与其它应用程序、Internet/Intranet的连接，为应用开发提供了统一的系统资源和共享资源。透明性：易于操作，便于修改与调试。功能多效性：提供了共享的数据管理、数据服务和网络通信
16、等功能。,五、综合自动化系统通讯接口及协议规划,物理层 硬件设备层通过加装以太网卡或转换接口卡来支持以太网标准和TCP/IP协议目前煤炭行业自动化控制系统常用的物理接口类型如下表,协议层 软件层根据不同的协议，配置相应的数采接口程序进行数据的采集，然后存储在统一的数据平台目前煤炭行业自动化控制系统常用的软件协议如下表,五、综合自动化系统通讯接口及协议规划,五、综合自动化系统通讯接口及协议规划,几种数据采集的标准接口,五、综合自动化系统通讯接口及协议规划,子系统接入硬件要求原则上各子系统的接入应都从PLC直接接入工业以太环网采用PLC方式接入时PLC控制器采用国际知名的主流设备PLC具备支持以太
17、网的模块采用上位机接入方式时 上位机要求预留接入以太网或其他通讯接口所有接入方式的硬件接口须采用标准以太网接口(RJ45)其它接入方式时可参照上位机或PLC的接入要求灵活开放的数据接口支持OPC，TCP/IP，ASCII，SNMP，NetDDE，COM等通讯协议或RS232，485，422串口通讯接口或开放的API，OCX软件接口,通过OPC/DDE接口采集数据,五、综合自动化系统通讯接口及协议规划,针对具有OPC Server功能的自动化系统。既可以作为OPC服务器，也可以作为OPC客户端。开发人员可以从任何一个OPC服务器直接获取动态数据，并集成到iFIX 工作台内。由实时数据库完成到监控
18、端的数据下发。,通过ODBC接口采集数据,五、综合自动化系统通讯接口及协议规划,针对不能提供直接接口而提供数据库支持的系统，如汽车衡和轨道衡。iFIX全面支持ODBC API接口，通过数据库访问进行数据采集，同时将采集到的数据直接传输到实时数据库进行存储。由实时数据库完成到监控端的数据下发。,六、自动化、信息化、数字化比较,目前煤矿现代化建设中几种表述：自动化信息化数字化,1、从三者概念表述、内容描述及层次结构上看，存在联系：都是煤矿发展方向2、本质上没有区别，而是从不同角度提出煤炭企业今后发展的方向。三者之间信息化是实质，数字化是表达形式，自动化是基础和目的。所有的高产高效的现代化矿井其核心
19、是信息，即各种信息的采集、传输、应用和反馈的闭环过程，随着计算机技术、网络技术的发展，所有的信息都将以数字（化）的方式表现出来，其应用的最终价值将体现在矿井安全生产自动化（管控一体化）上，体现在企业的减人增效、保障安全上。1）信息化是现代化矿井的实质。现代化矿井实质上是依赖对矿井地理、生产、安全、设备、管理和市场等方面的信息进行采集、传输、处理、应用和提升，达到信息增值的目的。其主要内容包括信息的采集（传感器与检测）、信息的传输（通信）、信息的处理（计算机）、信息的应用与集成（自动化）等等。信息是未来煤矿企业的重要战略资源，拥有全面、完整、准确的信息是企业提高生产能力，保证安全，提高管理水平、
20、市场应变能力和竞争能力的重要保障。,六、自动化、信息化、数字化比较,2）数字化是信息的表达形式，而且是信息最高、最先进的表达形式。由于计算机技术、微电子技术，尤其是网络技术的飞速发展，许多煤矿的地理信息、生产信息、安全信息、设备工况信息从采集（传感器）开始，就实现了数字化、网络化。传感器在采集信息的同时，它可以对信息进行处理、自校正等，不仅使被采集的信息更准确，而且可以在一根总线上挂许多个传感器，使信息传输系统更简便。而被采集的信息不会因传输距离和环境使精度受到影响。由于信息是以数字的形式进行采集、处理、传输和应用，因此，生产、安全、管理、市场等信息可以在一个统一的平台上进行传输和交流，使所有
21、的信息能得到更充分的应用，使所采集到的信息得到更大的增值。,六、自动化、信息化、数字化比较,3）自动化（管控一体化）则是现代化矿井的重要基础和目的。自动化是指机械设备或生产过程（煤矿包括环境安全）、管理过程（DA、BA）在没有人的直接参与，经过自动检测、信息传输、信息处理、分析判断、操纵控制，实现所要达到的目标。信息化（数字化）的信息绝大部分来自于各种生产、工况、安全的自动检测装置（传感器），这些是信息化（数字化）的基础。反之，由于实现了信息化（数字化），可以在地面对矿井的生产设备的工况进行监测和自动控制，可以实时、连续监测各种地理、安全信息，大大减少井下作业的人数，这不仅可以提高效率，而且可
22、以大大提高煤矿的安全水平。实现了管控一体化之后，把生产、安全和管理有机地融合在一起，在管理层可以实时采集到许多生产、安全的信息，也可以得到许多信息的变化趋势，为信息化或“数字化矿井”奠定基础。在此基础上，利用一些先进的控制理论（如人工智能、专家分析等）建立煤矿安全生产所需的决策支持系统，实现矿井安全、生产和效益的多目标优化和全矿井自动化，最终建成无人化矿井。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
