三维矿井综合自动化平台的研究与应用

三维矿井综合自动化平台的研究与应用

王建志王静

新汶矿业集团山东新泰271219

摘要：裕民煤矿目前信息化建设已建成千兆煤矿工业以太环网网络平台，矿井综合自动化控制系统本着管控一体、思想完善、数子化矿山工程建设理念。矿井结合工业自动化技术、信息化技术、嵌入式技术、网络技术和通讯技术等一系列现代化手段，同时通过对矿井生产安全、井巷工程等信息的广泛利用和深度开发，搭建综合化系统网络平台。解决所用子系统传输物理通道和接入问题；对所有子系统进行数据采集、处理、储存、发布，完成一个信息集中管控/网络发布平台，实现生产、管理等环节的信息交流和资源共享，实现文字、数据、语言、视频、图像、图形等多媒体的传输和处理，达到自动监控、监测和检测生产过程，实现高层决策、管理和生产过程无缝连接，全面提升矿井自动化水平，并最终建立高产、高效的数字化矿井。

关键词：矿井综合自动化；综合化系统网络平台；数字化矿井

1概述

三维矿井综合自动化平台研究与应用是运用国内外先进的虚拟现实技术与煤矿信息化系统相结合，将煤矿己有的安全生产监控系统、人员监测监控系统、水泵集控系统、皮带运输集控系统、压风机系统、灯房管理系统、地面供电系统、井下供电系统、主副升提升等系统将煤矿采、掘、机、运、风、水、电等各个自动化系统和矿井监测监控系统集成起来，提供实时信息查询，并对历史数据进行存储、发掘，以提高调度、指挥、决策的科学性。

裕民煤矿三维矿井综合自动化平台的规划与设计，就是要使矿井自动化、信息化建设摆脱传统基础框架的制约，建立新型的综合自动化模式，以高速的千兆以太网络平台为基础，通过对现有自动化子系统的升级改造，对目前的统一规划，力求使矿井各系统实现异构条件下的互联互通与资源共享，讲究资源统一管理、协调综合应用，最大程度的避免重复投资及资源浪费的同时，又做到减人提效，提高生产效率。

2生产区域比较

从裕民煤矿现有的系统设备情况看，地面35KV变压站、主提升系统（副斜井绞车）、主通风系统、主排水系统、中央配电所等主要系统都开发了监控软件。这些子系统可以直接接入到新开发的三维矿井自动化软件里面，实现三维立体实时在线监控。不需要重新建立各系统监控体系，节约投资。

矿井采用中央并列式通风系统，机械抽出式通风方式。一对斜井进风，回风立井专门回风。选择2台FBCDZ-6-№19B型防爆对旋轴流式通风机，一用一备，双回电源，风流稳定，安全性高。回采工作面采用U型全负压通风系统，掘进工作面采用局部通风机独立通风，设有瓦斯电闭锁装置。双风机，双电源，带电备用。

升级改造后，矿井为两斜一立3井开拓，其生产能力为900kt/a。主斜井净宽4.0m，斜长917.8m，倾角为16.5°，采用带式输送机提煤；副斜井净宽3.6m，斜长701.30m，倾角为23°，为单钩串车辅助运输；立风井直径4.5m，垂深142.8m，为专用回风井。选用St1250/1型整芯阻燃输送带。

矿井地面无风动工具，井下用风设备仅为掘进工作面。掘进工作面用风设备的风量和风压为：ZP-2型混凝土喷射机2台，耗气量5—8m3/min，风压0.2—0.4Mpa。

3系统组成

本系统主要由数据采集、数据存储、Web发布及三维展示等部分组成。

1、数据采集

数据采集主要是对各种需要接入到三维矿井综合自动化软件平台的各种应用系统进行数据采集。数据采集的方式可以是以下几种：

智能设备接入方式：根据智能设备提供的各种数据通讯接口，编写相应的智能数据驱动，使智能设备的数据能够接入到三维矿井综合自动化平台研究与应用中来，对于智能设备的接入，本系统支持RS485，CAN，RJ45等常见智能设各工业传输接口。

网络接入方式：根据通用网络管理协议，结合现场设备的现状，编写相应的网络数据解析驱动，使各类通过标准以太网传输数据能够接入到三维矿井综合自动化平台研究与应用中来。本系统支持HTTP，Telnet.FTP.TFTP.SNMP等网络设备的应用协议。

PLC接入方式：根据主流PLC厂商提供软硬件通讯模块，结合现场设备的现状，采集PLC系统相关数据，生成系统可识别的数据格式，使各类PLC系统接入到三维矿井综合自动化平台研究与应用中来。

上位机接入方式：根据上位机软件提供的数据接口，结合现场实际情况，可以根据数据库定义、OPC协议、FTP协议、HTTP协议、TCP/工P连接、WebServer服务、上位机软件提供的二次开发工具等方式，与上位机软件进行数据交换，从而使各类上位机数据接入到三维矿井综合自动化平台研究与应用中来。

数据采集的性能，取决于接入设备的性能、数据传输应用环境、采集服务器的性能等。

2、数据存储

将采集过来的数据通过三恒实时及历史数据库系统存储到指定的存储设备，存储设备可以是磁盘阵列、服务器、高性能工控机、高性能商用电脑等。数据存储，根据客户现场应用的情况，可以设定为存储6个月、12个月、18个月、24个月等。

3、三维仿真展示

将存储在实时及历史数据库中的数据，通过三维仿真系统，可仿真实时数据场景，也可以对历史数据场景进行回放。可在三维仿真系统中显示真实设备的三维模型、展现数据的实时及历史曲线、通过报表统计等分析系统中的各类数据。

4、Web发布

将三维仿真系统平台发布到Web服务器上，客户端可以通过工E浏览器访问这个Web平台，查看数据。

4安全分析

由于人员素质及业务能力等各方面的因素造成裕民煤矿矿安全形势有一定的被动，采用三维矿井综合自动化平台研究与应用后能够有效的解决在严峻的安全形势下更好的把安全工作做好。在地面集中监测监控，减少井下人员伤亡的可能性；改善工作环境，提高安全系数，保障职工人身安全；数据共享，报警联动减少由于矿井灾难所造成的损失。为此采用三维矿井综合自动化平台研究与应用是非常有必要的，通过三维综合自动化平台的应用减少矿井的不安全隐患，提高矿井的安全系数。

5结论

系统建成后，在地面中央监控室实现对矿井主要生产环节如：煤流、采、运、供电、排水、压风、通风等生产环节的集中监控，部分系统实现可靠无人值守，有效提高矿井安全生产效益；另外可将环境监测、工业电视、主副提升、通风机等系统的信息集中统一到数据库管理、存档、检索。同时可实现整个矿井的综合自动化网络和管理信息网络的无缝连接，矿各级领导和有关职能部门均可通过网络终端进行综合自动化系统的实时监测、数据报表显示查询，矿调度人员及相关管理人员同步掌握生产设备运行状态、产量及安全情况，便于快速做出反应及时调度。