煤礦綜合信息化與自動(dòng)化培訓(xùn)課件

　　煤礦綜合信息化與自動(dòng)化

　　1、煤礦信息化與自動(dòng)化是煤礦安全生產(chǎn)的需要

　　煤炭是我國(guó)的主要能源，約占一次能源70%左右。國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展離不開(kāi)煤炭工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。到2020年要使國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值在2000年基礎(chǔ)上再翻兩翻，按目前能源消耗水平，將消耗標(biāo)準(zhǔn)煤40億噸?？紤]節(jié)能技術(shù)的推廣和應(yīng)用，也將消耗標(biāo)準(zhǔn)煤30～32億噸，其中原煤22～23億噸。

　　煤礦安全生產(chǎn)除需要嚴(yán)格規(guī)章制度，先進(jìn)的開(kāi)采和管理方法，可靠的采、掘、運(yùn)、抽、通、排設(shè)備外，更離不開(kāi)煤礦信息化和自動(dòng)化技術(shù)及裝備。這包括環(huán)境與生產(chǎn)監(jiān)控與遙控、災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、人員定位、生產(chǎn)調(diào)度通信、救災(zāi)通信、安全生產(chǎn)監(jiān)管等。

　　煤礦井下的惡劣環(huán)境也給煤礦信息化和自動(dòng)化帶來(lái)了困難。煤礦井下的惡劣環(huán)境主要體現(xiàn)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(huán)境潮濕，空間狹小，礦塵大，電磁干擾嚴(yán)重，電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，工作場(chǎng)所分散且距離遠(yuǎn)，無(wú)線傳輸衰減大等。

　　這就要求煤礦信息化和自動(dòng)化設(shè)備滿足電氣防爆、傳輸距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)宜采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，抗故障能力強(qiáng)，不宜采用中繼器，傳感器宜采用遠(yuǎn)程供電，設(shè)備外殼防護(hù)性能要求高，有線傳輸與無(wú)線傳輸相結(jié)合，工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合等要求。

　　因此，針對(duì)煤礦井下的特殊環(huán)境和煤礦安全生產(chǎn)的需求，探討煤礦信息化和自動(dòng)化的發(fā)展方向，研究如何通過(guò)煤礦信息化和自動(dòng)化建設(shè)減少傷亡事故發(fā)生，降低百萬(wàn)噸死亡率，保障煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

　　2、煤礦信息化和自動(dòng)化的現(xiàn)狀

　　安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)

　　采、掘、運(yùn)、提等設(shè)備的單機(jī)自動(dòng)化

　　綜采工作面的設(shè)備自動(dòng)化

　　煤礦運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)電一體化

　　礦井提升設(shè)備的機(jī)電一體化

　　信息管理系統(tǒng)

　　計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

　　安全生產(chǎn)監(jiān)控與災(zāi)害預(yù)報(bào)包括通風(fēng)安全監(jiān)控、軌道運(yùn)輸監(jiān)控、膠帶運(yùn)輸監(jiān)控、提升運(yùn)輸監(jiān)控、供電監(jiān)控、排水監(jiān)控、礦山壓力監(jiān)控與預(yù)報(bào)、火災(zāi)監(jiān)控與預(yù)報(bào)、水災(zāi)監(jiān)控與預(yù)報(bào)、煤與瓦斯突出監(jiān)控與預(yù)報(bào)、大型機(jī)電設(shè)備健康狀況監(jiān)控與預(yù)報(bào)等。

　　(1)通風(fēng)安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)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(fēng)速、負(fù)壓、濕度、溫度、風(fēng)門(mén)狀態(tài)、風(fēng)窗狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停、主通風(fēng)機(jī)開(kāi)停、工作電壓、工作電流等;并實(shí)現(xiàn)甲烷超限聲光報(bào)警、斷電和甲烷風(fēng)電閉鎖控制、風(fēng)窗、主通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)控制及地面遙控;通風(fēng)系統(tǒng)故障、瓦斯爆炸預(yù)報(bào)等

　　(2)軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)信號(hào)機(jī)狀態(tài)、電動(dòng)轉(zhuǎn)撤機(jī)狀態(tài)、機(jī)車(chē)位置、機(jī)車(chē)編號(hào)、運(yùn)行方向、運(yùn)行速度、車(chē)皮數(shù)、空(實(shí))車(chē)皮數(shù)等;并實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)、電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)閉鎖控制、地面遙控及調(diào)度等。

　　(3)膠帶運(yùn)輸監(jiān)控主要用來(lái)監(jiān)測(cè)皮帶速度、軸溫、煙霧、堆煤、橫向撕裂、縱向撕裂、跑偏、打滑、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、煤倉(cāng)煤位等，并實(shí)現(xiàn)順煤流啟動(dòng)，逆煤流停止閉鎖控制和安全保護(hù)、地面遙控及調(diào)度;皮帶火災(zāi)預(yù)報(bào)等。

　　(4)提升運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)罐籠位置、速度、安全門(mén)狀態(tài)、搖臺(tái)狀態(tài)、阻車(chē)器狀態(tài)等，并實(shí)現(xiàn)推車(chē)、補(bǔ)車(chē)、提升閉鎖控制等。

　　(5)供電監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓、電流、功率、功率因數(shù)、饋電開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電網(wǎng)絕緣狀態(tài)等，并實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)、饋電開(kāi)關(guān)閉鎖控制、地面遙控及調(diào)度。

　　(6)排水監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位、水泵開(kāi)停、水泵工作電壓、電流、功率、閥門(mén)狀態(tài)、流量、壓力等，并實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)關(guān)、水泵開(kāi)?？刂?、地面遙控及調(diào)度。

　　(7)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣濃度、溫度、壓差等，并通過(guò)風(fēng)門(mén)、風(fēng)窗控制，實(shí)現(xiàn)均壓滅火控制;注氮滅火控制;自然發(fā)火預(yù)報(bào)等。

　　(8)礦山壓力監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)地音、紅外發(fā)射、電磁發(fā)射、頂板位移、位移速度、位移加速度等，并實(shí)現(xiàn)礦山壓力預(yù)報(bào)。

　　(9)煤與瓦斯突出監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)煤巖體聲發(fā)射、紅外發(fā)射、電磁發(fā)射、瓦斯涌出量、工作面煤壁溫度等，并實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯突出預(yù)報(bào)。

　　(10)大型機(jī)電設(shè)備健康狀況監(jiān)控系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)械振動(dòng)、油質(zhì)量污染等，并實(shí)現(xiàn)故障診斷。

　　(11)人員定位系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)測(cè)下井從業(yè)人員的位置，實(shí)現(xiàn)考勤管理、人員調(diào)度和救災(zāi)。

　　(12)工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)主要用來(lái)監(jiān)視主要設(shè)備和工作場(chǎng)所，通過(guò)圖像處理對(duì)異常狀況報(bào)警，并為地面遙控和井下無(wú)人值守提供遙視圖像。

　　管理信息系統(tǒng)(MIS)：

　　辦公自動(dòng)化系統(tǒng)

　　調(diào)度報(bào)表系統(tǒng)

　　人事工資管理系統(tǒng)

　　物資庫(kù)存管理系統(tǒng)

　　財(cái)務(wù)系統(tǒng)

　　設(shè)備管理系統(tǒng)

　　地測(cè)圖管理系統(tǒng)

　　——

　　存在的主要問(wèn)題

　　缺乏統(tǒng)一的通信及信息交換標(biāo)準(zhǔn)

　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不規(guī)范

　　應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)理念陳舊，開(kāi)放性差

　　以縱向集成代替橫向集成

　　系統(tǒng)智能化程度不高

　　所采集的信息量少，利用率低

　　系統(tǒng)不具有開(kāi)放性和互操作性

　　3、煤礦信息化和自動(dòng)化的發(fā)展方向

　　系統(tǒng)的高度集成化

　　控制、決策、故障診斷功能的集成化

　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分布分散化

　　系統(tǒng)的開(kāi)放化和網(wǎng)絡(luò)化

　　系統(tǒng)的管控一體化

　　系統(tǒng)的智能化

　　4、煤礦綜合信息化、自動(dòng)化系統(tǒng)模型

　　現(xiàn)場(chǎng)總線

　　FF

　　Profibus

　　CAN

　　DeviceNet

　　ControlNet

　　FF H1 現(xiàn)場(chǎng)總線

　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158的第9類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線，F(xiàn)F(現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì))的低速現(xiàn)場(chǎng)總線。目前主要用于過(guò)程控制。

　　協(xié)議分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層(現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層FAS和現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文子層FMS)、用戶層4層。

　　物理層標(biāo)準(zhǔn)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(gè)甲烷傳感器的要求。

　　用戶層提供了設(shè)備描述(DD)和功能塊(FB)。

　　設(shè)備描述是實(shí)現(xiàn)互操作性的基礎(chǔ)。

　　功能塊把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種功能標(biāo)準(zhǔn)化(模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、PID控制、邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算等)。變速器或執(zhí)行器裝入功能塊，可組態(tài)成完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　Profibus

　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158的第3類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線，德國(guó)西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)，Profibus用戶組織(PNO)支持。

　　3個(gè)部分

　　Profibus-DP：主要用于離散控制(PLC等)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。物理層有RS-485和光纖兩種接口。

　　Profibus-PA：主要用于過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，物理層采用IEC61158-2(同F(xiàn)F)，在DP基礎(chǔ)上擴(kuò)展了功能塊等。

　　Profibus-FMS：主要用于監(jiān)控級(jí)，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(guó)Bosch公司為汽車(chē)電氣控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的。是一種不完全的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議

　　CAN 的特點(diǎn)

　　MAC子層采用CDMA/CA(載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免)協(xié)議--非破壞性逐位仲裁。提高了重負(fù)荷時(shí)的吞吐率

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

　　便于上層協(xié)議使用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式。

　　低成本、易開(kāi)發(fā)、實(shí)時(shí)性好、抗噪聲性能好。

　　DeviceNet

　　是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158的第2類(lèi)總線ControlNet的最低層總線。

　　是IEC 62026(低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備與控制器之間的接口標(biāo)準(zhǔn))所推薦的4種總線中的第2種，我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18858.3-2002 《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 控制器-設(shè)備接口》等同采用該標(biāo)準(zhǔn)

　　管理機(jī)構(gòu)是ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)， ODVA中國(guó)分部設(shè)在上海電器科學(xué)研究所。

　　使用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式通信，取代傳統(tǒng)的源/目的的傳輸方法。

　　可選擇主/從、多主、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或混合的通信模式。協(xié)議支持輪循、周期、狀態(tài)改變、選通、應(yīng)用觸發(fā)等多種數(shù)據(jù)傳輸方式。輪循適用于主/從方式。周期方式適用于模擬量。狀態(tài)改變方式用于開(kāi)關(guān)量。使用周期和狀態(tài)改變連接可以大幅度減少交換的數(shù)據(jù)。

　　設(shè)備規(guī)范文件保證了協(xié)議的開(kāi)放性、設(shè)備的互操作性和互換性 。

　　設(shè)備規(guī)范文件描述了：設(shè)備類(lèi)型的對(duì)象模型，設(shè)備類(lèi)型的I/O 數(shù)據(jù)格式，配置數(shù)據(jù)和訪問(wèn)該數(shù)據(jù)的公共接口

　　設(shè)備規(guī)范文件可根據(jù)(例如煤礦用傳感器)需要進(jìn)行增補(bǔ)。

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

　　可以擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)到62.5Kbps/1000m以滿足煤礦需要。