煤礦綜合信息化與自動化培訓課件

　　煤礦綜合信息化與自動化

　　1、煤礦信息化與自動化是煤礦安全生產的需要

　　煤炭是我國的主要能源，約占一次能源70%左右。國民經濟和社會可持續發展離不開煤炭工業的持續健康發展。到2020年要使國內生產總值在2000年基礎上再翻兩翻，按目前能源消耗水平，將消耗標準煤40億噸。考慮節能技術的推廣和應用，也將消耗標準煤30～32億噸，其中原煤22～23億噸。

　　煤礦安全生產除需要嚴格規章製度，先進的開采和管理方法，可靠的采、掘、運、抽、通、排設備外，更離不開煤礦信息化和自動化技術及裝備。這包括環境與生產監控與遙控、災害預測預報、人員定位、生產調度通信、救災通信、安全生產監管等。

　　煤礦井下的惡劣環境也給煤礦信息化和自動化帶來了困難。煤礦井下的惡劣環境主要體現在有瓦斯等易燃、易爆性氣體，有硫化氫等腐蝕性氣體，有淋水，環境潮濕，空間狹小，礦塵大，電磁幹擾嚴重，電網電壓波動大，工作場所分散且距離遠，無線傳輸衰減大等。

　　這就要求煤礦信息化和自動化設備滿足電氣防爆、傳輸距離遠、網絡結構宜采用樹形結構，電網電壓波動適應能力強，抗幹擾能力強，抗故障能力強，不宜采用中繼器，傳感器宜采用遠程供電，設備外殼防護性能要求高，有線傳輸與無線傳輸相結合，工業以太網與工業現場總線相結合等要求。

　　因此，針對煤礦井下的特殊環境和煤礦安全生產的需求，探討煤礦信息化和自動化的發展方向，研究如何通過煤礦信息化和自動化建設減少傷亡事故發生，降低百萬噸死亡率，保障煤礦安全生產具有十分重要的意義。

　　2、煤礦信息化和自動化的現狀

　　安全生產監測、監控係統

　　采、掘、運、提等設備的單機自動化

　　綜采工作麵的設備自動化

　　煤礦運輸設備的機電一體化

　　礦井提升設備的機電一體化

　　信息管理係統

　　計算機數據網絡平台

　　安全生產監控與災害預報包括通風安全監控、軌道運輸監控、膠帶運輸監控、提升運輸監控、供電監控、排水監控、礦山壓力監控與預報、火災監控與預報、水災監控與預報、煤與瓦斯突出監控與預報、大型機電設備健康狀況監控與預報等。

　　(1)通風安全監控係統主要用來監測甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、硫化氫濃度、風速、負壓、濕度、溫度、風門狀態、風窗狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主通風機開停、工作電壓、工作電流等;並實現甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控製、風窗、主通風機、局部通風機控製及地麵遙控;通風係統故障、瓦斯爆炸預報等

　　(2)軌道運輸監控係統主要用來監測信號機狀態、電動轉撤機狀態、機車位置、機車編號、運行方向、運行速度、車皮數、空(實)車皮數等;並實現信號機、電動轉轍機閉鎖控製、地麵遙控及調度等。

　　(3)膠帶運輸監控主要用來監測皮帶速度、軸溫、煙霧、堆煤、橫向撕裂、縱向撕裂、跑偏、打滑、電機運行狀態、煤倉煤位等，並實現順煤流啟動，逆煤流停止閉鎖控製和安全保護、地麵遙控及調度;皮帶火災預報等。

　　(4)提升運輸監控係統主要用來監測罐籠位置、速度、安全門狀態、搖台狀態、阻車器狀態等，並實現推車、補車、提升閉鎖控製等。

　　(5)供電監控係統主要用來監測電網電壓、電流、功率、功率因數、饋電開關狀態、電網絕緣狀態等，並實現漏電保護、饋電開關閉鎖控製、地麵遙控及調度。

　　(6)排水監控係統主要用來監測水倉水位、水泵開停、水泵工作電壓、電流、功率、閥門狀態、流量、壓力等，並實現閥門開關、水泵開停控製、地麵遙控及調度。

　　(7)火災監控係統主要用來監測一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、溫度、壓差等，並通過風門、風窗控製，實現均壓滅火控製;注氮滅火控製;自然發火預報等。

　　(8)礦山壓力監控係統主要用來監測地音、紅外發射、電磁發射、頂板位移、位移速度、位移加速度等，並實現礦山壓力預報。

　　(9)煤與瓦斯突出監控係統主要用來監測煤岩體聲發射、紅外發射、電磁發射、瓦斯湧出量、工作麵煤壁溫度等，並實現煤與瓦斯突出預報。

　　(10)大型機電設備健康狀況監控係統主要用來監測機械振動、油質量汙染等，並實現故障診斷。

　　(11)人員定位係統主要用來監測下井從業人員的位置，實現考勤管理、人員調度和救災。

　　(12)工業電視監視係統主要用來監視主要設備和工作場所，通過圖像處理對異常狀況報警，並為地麵遙控和井下無人值守提供遙視圖像。

　　管理信息係統(MIS)：

　　辦公自動化係統

　　調度報表係統

　　人事工資管理係統

　　物資庫存管理係統

　　財務係統

　　設備管理係統

　　地測圖管理係統

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　　存在的主要問題

　　缺乏統一的通信及信息交換標準

　　網絡結構不規範

　　應用軟件設計理念陳舊，開放性差

　　以縱向集成代替橫向集成

　　係統智能化程度不高

　　所采集的信息量少，利用率低

　　係統不具有開放性和互操作性

　　3、煤礦信息化和自動化的發展方向

　　係統的高度集成化

　　控製、決策、故障診斷功能的集成化

　　網絡結構的分布分散化

　　係統的開放化和網絡化

　　係統的管控一體化

　　係統的智能化

　　4、煤礦綜合信息化、自動化係統模型

　　現場總線

　　FF

　　Profibus

　　CAN

　　DeviceNet

　　ControlNet

　　FF H1 現場總線

　　國際標準IEC 61158的第9類現場總線，FF(現場總線基金會)的低速現場總線。目前主要用於過程控製。

　　協議分為物理層、數據鏈路層、應用層(現場總線訪問子層FAS和現場總線報文子層FMS)、用戶層4層。

　　物理層標準為IEC61158-2，31.25Kbps,最大距離1900m，支持總線本安供電，但功率較小，不能滿足多個甲烷傳感器的要求。

　　用戶層提供了設備描述(DD)和功能塊(FB)。

　　設備描述是實現互操作性的基礎。

　　功能塊把現場設備的各種功能標準化(模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出、PID控製、邏輯和數學運算等)。變速器或執行器裝入功能塊，可組態成完整的閉環控製係統。

　　Profibus

　　國際標準IEC 61158的第3類現場總線，德國西門子公司開發，Profibus用戶組織(PNO)支持。

　　3個部分

　　Profibus-DP：主要用於離散控製(PLC等)現場級。物理層有RS-485和光纖兩種接口。

　　Profibus-PA：主要用於過程控製現場級，物理層采用IEC61158-2(同FF)，在DP基礎上擴展了功能塊等。

　　Profibus-FMS：主要用於監控級，物理層有RS-485和光纖兩種接口。

　　CAN

　　CAN(Controller Area Network)總線最初是德國Bosch公司為汽車電氣控製係統開發的。是一種不完全的現場總線協議

　　CAN 的特點

　　MAC子層采用CDMA/CA(載波偵聽多路訪問/衝突避免)協議--非破壞性逐位仲裁。提高了重負荷時的吞吐率

　　比特流分為顯式(dominant)比特和隱式(recessive)比特兩類。分別表示邏輯“0”和“1”。使得非破壞性仲裁得以實現。

　　便於上層協議使用生產者/消費者模式。

　　低成本、易開發、實時性好、抗噪聲性能好。

　　DeviceNet

　　是國際標準IEC 61158的第2類總線ControlNet的最低層總線。

　　是IEC 62026(低壓開關設備及控製設備與控製器之間的接口標準)所推薦的4種總線中的第2種，我國的國家標準GB/T 18858.3-2002 《低壓開關設備和控製設備 控製器-設備接口》等同采用該標準

　　管理機構是ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)， ODVA中國分部設在上海電器科學研究所。

　　使用生產者/消費者模式通信，取代傳統的源/目的的傳輸方法。

　　可選擇主/從、多主、點對點或混合的通信模式。協議支持輪循、周期、狀態改變、選通、應用觸發等多種數據傳輸方式。輪循適用於主/從方式。周期方式適用於模擬量。狀態改變方式用於開關量。使用周期和狀態改變連接可以大幅度減少交換的數據。

　　設備規範文件保證了協議的開放性、設備的互操作性和互換性 。

　　設備規範文件描述了：設備類型的對象模型，設備類型的I/O 數據格式，配置數據和訪問該數據的公共接口

　　設備規範文件可根據(例如煤礦用傳感器)需要進行增補。

　　距離/速率：500Kbps/100m，250Kbps/250m，125Kbps/500m。

　　可以擴展標準到62.5Kbps/1000m以滿足煤礦需要。