矿井综合自动化系统（精选十篇）
矿井综合自动化系统 篇1
钱家营煤矿矿井综合自动化系统始建于2005年5月,几年来系统运行基本稳定,但是随着该矿工业视频点的增多及相关安全、生产子系统的建立,现有系统已不能满足需要,存在如下问题:
(1) 综合自动化平台软件部分目前仅以信息集成为主,偏重对信息的采集、整理,提供决策依据,未能实现对涉及到煤矿安全和生产的相关子系统的远程集中监测监控及对信息进行综合处理后实现安全和生产的自动化子系统的联合监测监控,即形成系统充分融合+系统联合监测监控+信息分析处理及发布模式;
(2) 综合自动化平台硬件部分采用的服务器硬件配置落后,且未设置数据采集集群服务器及存储磁盘阵列柜等,相应的网络安全设备配置不齐全,无法承担综合自动化平台系统快速、稳定、可靠运行的任务;
(3) 目前对综合自动化系统的应用仅局限于在调度指挥中心实现集中调度监测,未设置集中监控,无法实现智能调度、集中监控、调控分离的管理运行模式;
(4) 综合自动化主干网络采用是的百兆单环单网的结构,不符合集团公司综合自动化建设总体规划对双环双网双冗余结构的要求,且百兆带宽无法满足多网合一对网络带宽的要求;目前仅有2个井下环网接点,无法实现井下系统及设备的就近接入;
(5) 井上下工业电视摄像头目前采用模拟传输方式,1个摄像点占用1芯光纤,占用光缆资源过多,不符合集团公司综合自动化建设总体规划中对多网合一及资源总体规划重复利用的要求;
(6) 已实现系统自动化的子系统目前基本为就地集中控制,未能实现远程集中监控,需配置专门的值班人员和维护人员,维护量大,无法达到“有人巡视、无人值守”的目的。例如:胶带运输系统、水泵系统、选煤厂集控系统等;
(7) 系统自动化子系统无法纳入综合自动化系统中,需进行自动化改造。例如:东西风井扇风机系统、井上下电力监控系统、压风机系统等都没纳入综合自动化系统。
鉴于以上现状,对钱家营煤矿综合自动化系统进行了改造,改造后的综合自动化系统可使钱家营煤矿实现“有人巡视、无人值守”,最大限度减少下井人员,提高了生产效率。并对该矿节能降耗起到了一定的作用[1]。
1 综合自动化系统改造原则
(1) 实现对涉及矿井生产和安全的各系统智能调度、集中监控,在物理上要进行必要的调控分离;
(2) 对于各生产和安全系统配置统一的巡检和维护人员,实现系统的无人值守;
(3) 实现五融合:
网络融合:多网融合采用统一的数据传输主干道;采用多环双网双冗余增加网络传输的可靠性[2];
系统融合:建立子系统之间的联系,体现系统之间的联动、相互渗透;
软件融合:统一软件开发平台、开发工具、数据接口、通信协议;
功能融合:融合系统间的功能,便于操作、查询、决策;
数据融合:建立统一的数据仓库中心、合理的数据结构,实现数据共享。
(4) 充分利用现有的资源条件,将现有的系统进行自动化改造,无缝融入到综合自动化系统中;
(5) 努力做到技术上先进,有一定的前瞻性;经济上可行,避免盲目追求先进造成浪费。
2 综合自动化系统改造实施
2.1 综合自动化环网升级为GEPON
利用已有的百兆环网交换机作为支线交换机,并尽可能地利用地面及井筒的原有光缆资源;采用GEPON(千兆无源光纤网络)技术对现有网络进行升级改造,采用多环双网双冗余的网络架构,使传输速率达到1 000 M。根据接入系统及设备的分布特点,合理设置节点,为系统远程集中监测监控提供畅通无阻的高速传输通道,实现多网融合[3,4]。
GEPON由光纤网络终端(OLT)、矿用光网络终端 (ONT)、无源光纤分配器(POS)3个部分组成。GEPON 光纤环网冗余结构通过建立一个环状的光纤以太网结构来实现网络冗余,减少网络单点故障,增强整个通信网络在突发情况下的生存能力。如图1所示,地面采用双OLT设备,由于每个OLT设备向ONT设备提供4个千兆以太网光纤端口,其具有二层/三层交换和光纤端口冗余功能,通过单环网交叉接入OLT设备完成单环网间冗余,保证环网传输的可靠性。
钱家营煤矿地域分布较广,现场控制点的数量多且相对分散,且规划的工业电视系统为IP数字工业电视。因此,自动化控制环网按区域、节点数量、规模可划分为三环(加支线分支)双网双设备的网络结构。
地面环网设5个ONT网络终端:主副井、选煤厂、110 kV变电所、压风机房、胶带队。东西风井、锅炉房、选煤厂配电室等其它站点以支线方式就近接入ONT网络终端;
井下东翼环网设5个ONT网络终端:-600中央水泵房、一石门变电所、付石门变电所、二石门变电所、四采上部变电所。三石门变电所、三采平石门变电所、四采下部变电所、十一采变电所等其它站点以支线方式接入ONT网路终端;
井下西翼环网设5个ONT网络终端:-850中央水泵房、西翼变电所、五川变电所、付六变电所、正六变电所。
自动化控制环网按照网络节点与网络应用不同,分为中央网络与接入GEPON环网的主环网2个部分。
中央网络核心设备与同机房的环网接入设备互连,以保证不同环网之间的数据传输。中央网络设置于中央设备监控机房,用于提供接入环网的上联,以及大量服务器的接入。同时,中央网络通过安全措施与信息管理网互联。中央网络设置一台Cisco 的C3750G交换机作为中央网络核心交换机,通过与OLT线路终端连接将环网数据进行汇聚。
主环网采用当今技术领先的GEPON每个独立环网中的网络节点配置1台高性能的网络终端,所有的网络终端通过光纤环网一一对应互连并最终连接至位于中央机房的2台OLT线路终端,形成一个三环冗余网络。
OLT设备有2种线路冗余方式,一种是在机内安装环形冗余控制器,其可以实现10～20 ms的冗余控制,当用户需要快速冗余恢复结构时可以采用这种方式;另一种是软件切换千兆光以太网端口进行冗余,4个千兆光以太网口,2个工作,2个备用,当工作端口线路出现故障,几秒钟内自动切换到备用线路。
在中央机房及调控中心的各个服务器、工作站等设备可直接通过快速以太网卡直接与中央监控室的核心交换机的快速以太网端口(RJ45)相连,提供10 /100 /1 000 M的端口速率。
现场的各个PLC或其它设备则直接通过双绞线与现场就近的网络终端的快速以太网端口(RJ45)相连,并也提供10 /100 M的端口速率。
采用GEPON专用网络管理软件对网络设备进行统一管理。
2.2 调控中心及机房升级改造
钱家营煤矿调控中心及机房升级改造设计内容主要包括智能调度中心、集中监控中心、中心机房、综合自动化平台硬件[5]。
(1) 智能调度中心
建立统一的智能调度中心,对原有的资源进行利用、改造,进行各工位的职能及功能划分。智能调度中心布置如图2所示。
(2) 集中监控中心
建立统一的集中监控中心。将原有场地改造成集中监控中心,布置2排控制台、10个工位,每个工位配置1套操作站和1部联系电话。集中控制中心布置如图3所示。
(3) 机房
对现有的中心机房进行面积扩展,建设为一个高标准的现代化中心机房,主要从环境、电源、布线及防雷等方面考虑,配置统一的服务器网络机柜及KVM,并布置机房维护工作区域。
(4) 综合自动化平台硬件
为能保障综合自动化平台软件系统稳定可靠地运行,对钱家营煤矿现有的硬件设备进行规划和升级,根据改造后综合自动化平台的B/C/S混合架构,建立的硬件结构如图4所示。
为进一步加强网络安全,在信息网络和工业网络采用双层隔离技术——网闸+防火墙,完成信息网络和控制网络之间的隔离,如图5所示。
2.3 综合自动化调控中心软件平台建设
综合自动化系统软件以操作系统WindowsServer 2008为运行环境,以关系数据库SQL Server 2008 为数据库支撑,其由综合自动化平台软件、数据采集软件、实时Web服务器软件、监测引擎、控制引擎、扩展功能模块等组成。
为在集中监控中心能对各子系统实现远程集中监控,在地面中心控制室配置iFIX的C/S模式,iFIX SCADA数据采集服务器通过GEPON环网与各子系统的下位机等设备通信,采集相关数据。数据采集服务器与综合自动化平台软件级联,将采集到的数据送至软件平台进行综合处理,并采用iFIX客户端方式配置控制操作终端,实现对各子系统的远程集中监控操作。
综合自动化管理软件是建立在综合数据平台基础之上,通过对统一的数据仓库提取数据后再进行多方面的分析,如经济分析、设备优化分析、区域环境分析、设备寿命分析、通风安全分析等。经过对矿井机电设备数据分析,使全矿设备电能负荷、机械损耗最优化;经过对矿井机电、安全数据分析,使矿井人员分配最优化,减少生产不必要的环节,用自动控制代替手动操作;经过对矿井机电、安全数据分析,使矿井生产管理流程化,提高了生产效率,减少了生产中的间接环节,促进了生产的连续性、管理的实时性和直观性[6],如图6所示。
3 结语
通过利用GEPON技术、数据库技术、网络安全技术,钱家营煤矿的综合自动化系统的改造在注重信息采集和处理的同时,也注重对信息进行综合处理及生产和安全自动化系统的联合监测监控,真正实现了“五融合”,达到了调控分离,具备了无人值守的条件,为钱家营煤矿减人提效、节能降耗、人本安全做出了应有的贡献;同时该矿综合自动化系统的改造成功应用已成为开滦集团下属其它矿井类似项目新建或升级改造主要效仿对象,具有一定的推广价值。
参考文献
[1]钱建生,李鹏,顾军,等.基于防爆工业以太网的煤矿综合自动化系统[J].中国煤炭,2006(3):29-31.
[2]钱建生,赵培培,李鹏,等.工业以太网交换技术在煤矿中应用[J].煤炭科学技术,2005(4):11-14.
[3]陈荣光,闫晓峰,李娟.矿用GEPON系统的研究与实现[J].工矿自动化,2008(5):44-47.
[4]王婧,李斌.无源光网络(PON)技术研究[J].通信与信息技术,2008(3):60-65.
[5]崔柳,李真.论煤炭企业的信息化[D].上海:中国科学院上海冶金研究所,2005:41-43.
矿井水泵自动化控制系统分析 篇2
摘要：对井下水泵的控制系统进行分析，并探讨了排水系统的构成，从硬件以及软件等部分对井下水泵自动控制系统进行分析，并总结了该系统在井下的应用效果，结果表明，设计的基于PLC的水泵自动化控制系统具有稳定性高、操作控制简单，功能齐全等优点，并可以降低井下工作人员劳动强度，提升矿井自动化水平。
关键词：水泵；排水；控制系统；PLC
在井下煤炭进行回采的过程中，井下涌出的水需要利用水泵及时、高效率的排出到地面，以保证煤矿井下能够安全的进行生产。水泵是整个井下排水系统的核心部件，若排水系统中的水泵出现故障则会给矿井排水工作造成严重影响，严重时可能会造成淹井事故，带来严重的财产损失，因此，保证井下水泵系统的安全高效运行至关重要。基于此，笔者在PLC的基础上，对煤矿井下的水泵自动化控制系统进行设计研究，并对设计的系统进行了现场实验，结果表明，系统可以高效平稳的运行，保证了井下排水系统的安全，可靠。
1.控制系统分析
随着科学技术的向前发现，PLC控制程序已经替代了原有的继电器控制方式，成为现阶段直流使用方式，在对PLC系统进行开发时，需要选择安全、可靠、能够配备的电气元件，并能够适应井下复杂、恶劣的环境条件。严格按照矿山有关标准对元件进行选型，并在设计之初就应充分考虑到井下存在的各种难题，这样才能使得系统可靠，稳定。在对系统进行设计时，需要根据矿井的实际需求，完善采用的PLC硬件以及软件，并能实现自动调整工作状态的目的。在设计的系统中需要实现对水位的自动监测。
2.井下排水系统组成
矿井井下中央水泵房中布置5台离心泵，其中2台水泵工作，2台水泵备用，1台水泵用作检修，与井下的水泵房中水泵相连接的排水管路共有3条，每一台水泵都与两条排水管路进行连接，当一条排出管路出现故障时，另外一条排水管路可以及时的进行替换。井下水泵工作流程为：当井下水位超过一定高度时，与射流泵连接到一起的电磁阀开启，此时射流泵开始向水泵中进行注水，离心水泵入口处的真空度压力值达到设备启动状态的设定的阈值时，驱动水泵的电机开始启动，当水泵出口处的压力值达到设定值时，水泵出口的电动阀开启，开始向排出管路中进行排水。当排水水泵停机时，需要先将出口处的电动阀进行关闭，最后再关闭水泵的电机。
3.系统运行特点
当系统中的组成部件（水泵、阀门或者排水管路）出现故障时，自动控制系统会发出报警信号，同时自动向系统切换至另外不受到影响的管路。同时设计的系统可以实现自动的错开用电高峰期，在用电的低谷段以及平段内运行，水泵运行后将水仓内的水通过排水系统排出后，当水位下降到设计时的低位时，水仓可以腾出较大的空间，这样可以尽量做到避开井下用电的高峰段，同时也可以节省一定的电量。设计的自动控制系统具有手动控制，半手动控制以及全自动控制等三种控制方式，当对设备进行检修或者进行试车时可以采用手动控制方式，通过设置在水泵房中的控制柜来实现对系统进行手动控制；选择半自动控制方式时，井下的工作人员选择哪几台水泵处于工作状态，并由PLC控制器来选择设备的开启或者关闭。选择全自动控制方式时，PLC控制系统可以接收到井下布置的各种传感器的信息，并通过预先设定的程序完成对水泵的自动控制运行，这个过程不需要人工进行参与。在系统中布置的上位机采用的是动态软件，以便达到对水泵及附属的其他设备的监控作用，对井下水仓内的水位，排水系统中的流量、压力、轴承温度、驱动装置的电流、电压等参数进行显现，并提供各类信息的存储，故障提升以及事故报警等功能，同时还可以实现对各类数据报表的打印，历史数据的查询，报表的统计工作等。
4.系统硬件
系统的PLC采用西门子生产的S7-300系列，CPU模块是314，选用PS307电池模块，选用4块型号为SM321的数字量输入模块；1块16×220v，AC的继电器，1块32×24v，DC开关模块，5块型号为SM331的模拟量输入模块；通信信息处理模块1块，型号为CP340。在井下水泵房内安装各种类似的传感器，达到对设备运行状态的实时在线监控，水泵房内的5台水泵均配备YD2010型智能电力参数监控设备，对电机的电量参数进行监控，相关数据传输到PLC控制器中，控制器的CPU对输入数据进行计算，并综合判断。井下水仓水位传感器采用的`是型号为CYB31的液位变送传感器；对水泵压力进行测量的是压力变送器型号为CYA602；采用ZDY-I型真空计对真空度进行测量，该型号的真空计稳定性好，测量精度高，响应速度快，并可以在井下的复杂环境中应用。对电机轴承温度进行测量的温度传感器采型号为WZPD。
5.系统软件设计
（1）系统软件的操控方式如图1所示。（2）井下水泵房设备的自动开启与关停。通过对启动井下水泵数量程序，以及水泵工作模式轮换程度，就可以知道井下正在运转，处于工作状态的是具体哪个编号的水泵，并自动对水泵的工作状态进行检查，当满足水泵开机条件时，系统自动开启水泵运行。并避开井下用电的高峰时段，选择用电平稳或者底谷段，为了节省设备用电，在井下用电高峰结束前只需要保持井下水位不超过设计的最高水位值即可。（3）工作状态自动切换。在井下水泵房中每个水泵中都安装两个数据存储设备，用以对设备的运行时间以及设备的运行次数进行记录，当启动井下水泵时，系统会根据相关数据自动判断运行时间最短且稳定性最高的水泵进行工作，当两台水泵的工作时间比较接近时，且工作时间都是最少的，系统会根据水泵的运送次数进行判断，选择运行次数最少的水泵作为优先启动的设备。当系统中的某台水泵启动时，系统会根据与水泵相连的两条管路中运行工作最短的一条，若两条管路运行时间较为接近，则选择运行次数最少的管路。
6.总结
在煤矿井下采用设计的自动控制系统，运行结果表明：该系统具有操作控制简单，功能齐全，维修管理较为简便的特点，系统能够保持长时间的平稳稳定。与以往采用的系统相比，能节省大量的人力，降低井下工作人员的劳动强度，并提高了矿井的自动化水平。
参考文献
[1]张耀军.矿井主排水泵自动化控制系统的研究思路探索[J].硅谷,2014,7(17):61+77.
矿井综合自动化系统 篇3
关键词：矿井综合自动化 ；工业以太环网；工业视频监控系统
中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0045-01
矿井综合自动化是将矿井的各种自动化子系统集成在一起进行综合控制与管理，以实现矿井的优化运行、优化控制、优化管理的目的，从而提高企业核心竞争力，是矿井实现高产高效的有效手段。而達到此项建设目的，矿井工业以太环网、工业视频监控系统的可靠运行是不可或缺的。
1 建设范围
（1）井下主要皮带运输区域、主要变电所安装有网络交换机。（2）在环境相对安全稳定的大巷敷设工业环网所用光缆。（3）在公司调度室建立核心交换机机房。（4）在井下主要运输皮带、上下井口、缆车、地面变电站、风泵房、通风机房、主提升系统安装工业视频监控系统。（5）将工业视频监控画面在公司调度室能够录像、在主要值班地点能够实现画面监控。
2 工业以太环网在矿井中的应用
（1）工业以太环网组成结构。工业以太环网主要分为两部分：井下工业以太环网、井上工业以太环网，每部分主要由西门子网络交换机和光缆组成，井上下工业以太环网通过设立在公司调度室的核心交换机相连形成井上下环网互通并与行政办公网相连，实现三网合一但又各成体系的模式。（2）工业以太环网的作用。矿井综合自动化工业以太环网的建成，实现了控制系统的集中、高速传输。目前我公司主要接入环网的设备有各主要设备的监控摄像仪、各种PLC控制、通讯系统的电话交换机、人员定位系统的串口服务器、电脑等设备，随着自动化的日趋发展，我公司还将逐步将更多的设备接入工业以太环网。（3）工业以太环网的管理。作为矿井综合自动化最基础、最重要的组成，对工业以太环网必须有严密的管理制度及管理方法。首先，工业以太环网交换机应有稳定可靠的电源，并对不间断电源定期测试，对于在停电状态下不能提供2小时以上供电的不间断电源应及时更换电池。其次，对井上下工业以太环网光缆应加强宣传教育，应让每名员工了解光缆的用途及保护方法，在日常工作中避免因对光缆的不了解而发生损坏光缆的现象；同时管理单位应加强对光缆的日常巡视。
3 网络视频监控系统在矿井综合自动化中的应用
在煤矿综合自动化系统中，网络视频监控系统是不可或缺的，它是煤矿综合自动化系统中的一个重要系统。视频监视系统既是一个独立的子系统，又和其他子系统相联系。如果要实现无人值守，基本上每个子系统都要配置视频监视。 作为一种可视化手段，目前视频监控系统在吕家坨矿业分公司的主副井提升系统、主排水系统、主供风系统、皮带运输系统、主供电系统中都得到了广泛使用，大大地提高了调度室对现场环境情况的掌握。所以网络视频监控系统在矿井综合自动化系统中起到了不可或缺的作用，要想实现减人提效的目的就必须有一套完善的网络视频监控系统。
4 结语
煤矿综合自动化系统建成之后，为吕家坨矿业分公司远程监控、皮带运输、生产安全环境监测、生产过程信息综合利用、抢险救灾、紧急预案等提供了一个完整的平台，实现了矿井生产调度的统一管理，对于矿井提高生产产量、减少生产事故、减员提效、提高吕家坨矿业分公司核心竞争力有着重要作用。
参考文献
矿井综合自动化系统 篇4
随着现代科学技术的不断发展, 煤矿开采经历了由最原始的人力开采逐渐过渡到机械化开采、由机械化发展到当今的自动化、打造数字矿山的过程。作为煤矿企业管理生产活动的指挥中枢——生产调度, 也必将随着自动化、信息化程度的不断提高, 由传统的调度方式转变为现代化的生产调度指挥中心, 利用计算机网络技术建设自动化、信息化系统, 将大量的生产信息汇集到调度中心, 使调度中心直观、迅速、有效地判断生产过程中存在的问题, 准确地下达调度指令, 保证矿井生产秩序的正常进行, 提高工作效率, 增加企业活力, 为企业取得更大的竞争力。因此, 梁宝寺能源有限责任公司大力发展、积极推进矿井安全生产综合自动化系统的建设, 建立了现代化的、覆盖矿井安全生产系统的综合自动化系统, 实现了煤炭生产的综合调度和生产过程自动化。
1 矿井安全生产综合自动化系统的组成及功能
矿井安全生产综合自动化系统建设完成后能够使煤矿井上下各生产环节的生产工况信息在异构条件下联通与共享, 使不同功能的应用系统联系起来, 协调有序地运行, 使各自独立的监控系统信息整合在一起实现共享;系统平台建设完成后能够对全矿井安全、生产的主要环节进行实时监测、监视和必要的控制, 实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化, 为矿井安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害提供有效手段, 为企业信息化的应用和发展奠定基础, 实现“三网合一”。
矿井安全生产综合自动化系统网络结构如图1所示。
建设矿井安全生产综合自动化系统可使煤矿实现如下功能:
(1) 生产的信息化促进全矿的管理信息化, 大量的安全生产监测数据是管理信息化的基础, 通过对监测数据进行转换、整理、挖掘, 管理系统对全矿的安全生产状况进行综合性动态分析, 为领导科学决策提供依据。
(2) 综合自动化信息系统与管理信息系统有机结合, 可加强企业内部协作与通信, 提高生产和管理效率, 增强企业的市场竞争力, 使煤矿企业的信息化进程实质性地跨上一个新台阶。
(3) 使管理人员从繁杂的手工事务性劳动中解脱出来, 以便从事更高水平的管理工作。
(4) 实现对网络的集中管理, 对网络上的各种设备进行监控和处理, 为网络的正常运行提供保障。
(5) 能够有效的实现生产、安全管理和综合查询等功能, 使其成为一个综合性的信息化网络。
整个地综合自动化系统在煤矿生产过程中具有实时性、可靠性、开放性、易于管理和维护、安全性的特性。
2 矿井安全生产综合自动化系统的实现
矿井安全生产综合自动化系统以TCP/IP和Web技术为基础, 以开放性、网络化为特征, 立足于Web和Infarnet (面向控制设备的现场总线及工业控制网络) +Intranet (实时数据库和人机操作界面) +Internet (远程人机交互) 一体化, 实现企业管控数据流之间的无缝连接, 从而使管控一体化解决方案变得简捷和现实可行。系统结构如图2所示。
各子系统的设计与实现分述于下。
2.1 副井提升机控制子系统
该系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。接入内容:提升系统参数监测。
该系统实现了在网络终端 (调度室和相关部门或领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测副井的运行参数, 如快上、快下、慢上、慢下、急停、电枢电流、实际速度、电动机平均温度、罐笼速度、主轴温度、天轮温度、电动机温度、过卷、停车点等的功能。
2.2 主井提升机监控子系统
该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。接入内容:装卸载控制部分。
该子系统提供的功能:实时数据分类显示、当前故障/报警显示、故障报警显示、综合查询、系统图、历史曲线、报表统计等。
该子系统实现了在网络终端 (调度室和相关单位或领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测主井装卸载系统的运行参数、煤仓煤位、机斗位置、运行速率、装煤重量、给煤机运行情况、提升勾数等的功能。
2.3 通风机监测子系统
该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用FTP接口方式。接入内容:通风机的在线参数信息。
目前, 该子系统能够实时监测风机的振动、电动机及轴承温度/负压、电动机电压/电流/功率/效率/温度等参数, 没有上位机。将上位机挂接在环网上, 可通过上位机软件采用FTP方式将各个点的信息取到管控服务器。该子系统实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测风机的振动、风机轴承温度/负压/风量、电机电压/电流/功率/效率温度等参数的功能。
2.4 压风机自动控制子系统
原有系统:每台风机采用了一套PLC对温度、风压、电流等进行数据采集, 完成风机的自动闭锁等功能。集控部分通过一套PLC对3台压风机信息集成和闭锁控制。
该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。
在压风机房建设具有上位机的独立DCS系统, 压风机上位机就地接入环网。通过上位机软件, 采用OPC方式可将各个点的信息取到管控服务器。该子系统实现了在网络终端 (调度室和相关单位或领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测风机开停、温度、电流、风压等参数的功能, 还可通过权限远程控制压风机的启停, 实现岗点的无人值守。
2.5 矿井安全监控监测子系统
该子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用TDCOM接口方式。
接入内容:矿井安全监控监测参数。原采用百兆环网传输安全监测系统数据不变, 地面安全监测主机和地面中心千兆环网交换机相连接, 平台管控服务器通过TDCOM软件接口从安全监测主机获取数据, 以实现在调度室或领导办公室对安全监测系统的监测。
2.6 井下胶带监控子系统
原有系统已具备胶带就地控制机。
子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。
接入内容:胶带集中控制。
井下胶带监控子系统的各胶带控制机 (PLC) 通过所支持的RS485接口就近接入环网交换机, 设在调度中心的胶带主控机与各胶带控制机 (PLC) 进行数据交互。管控服务器通过OPC软件接口从胶带主控机获取数据并可发布命令。该子系统实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 通过浏览器、采用多种方式 (图形、表格) 监测胶带的开停、电流、闭锁开关状况、跑偏等的功能, 并在调度中心通过权限可远程控制胶带的启停。
2.7 井下110 kV电力监控子系统
子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。
接入内容:各变电所改造后的开关信息。
井下各变电所系统的监控主站或分站通过所支持的快速以太网接口就近接入千兆环网交换机, 设在调度中心的电力监测主机与环网各区域的电力主站或分站进行数据交互。管控服务器通过OPC软件接口从电力监测主控机获取数据, 实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 采用浏览器及多种方式 (图形、表格) 监测开关柜的电流、电压、功率等的功能, 还可通过权限远程控制电力开关的分合闸。
2.8 井下主排水子系统
原有系统:井下主排水有5台水泵, 无自动控制系统。
子系统接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用OPC接口方式。
接入内容:排水泵的控制信息。
井下主排水子系统控制机通过所支持的快速以太网口就近接入环网交换机, 管控服务器通过OPC软件接口从主控机获取数据, 实现了在网络终端 (调度室和领导办公室) 采用浏览器及多种方式 (图形、表格) 监测水泵电动机的开停状态、电动机电流/温度、电动闸阀开度、真空度、流量、润滑压力等的功能, 并可在调度中心通过权限远程控制水泵的启停, 逐步实现无人值守。
2.9 工业电视系统
接入方式:硬件采用以太网络, 软件采用IE链接接口方式。
工业电视系统采用数字式工业电视, 地面摄像机通过单路数字视频服务器接入环网;井下本安摄像机分别采用单路视频服务器、4路视频服务器接入环网。调度中心采用流媒体平台, 工业电视流媒体服务器挂在信息层网络中, 安全生产综合自动化平台通过视频服务器的IE链接实现接入。
2.10 大屏幕可视化系统
大屏幕采用VTRON (威创) 品牌的DLP投影系统, 选用60英寸3×2 (列×行) 布置在中心调度室。大屏幕多屏处理器挂在控制层网络上, 通过主控软件控制大屏幕;两侧为18台TCL 29'监视器, 最终在调度中心实现部分生产过程可视化。
2.11 人员定位管理系统
接入方式:硬件采用以太网络, 软件通过FTP接口方式上传, 并采用IE链接方式接入。
该子系统的监控分站通过所支持的RS485接口就近接入千兆环网交换机, 设在调度中心的2台人员定位监控主备机与环网各区域的人员定位分站进行数据交互。管控服务器通过FTP接口软件从人员定位的主控机获取数据, 以实现在调度室和相关单位或领导办公室对井下所有人员信息的监测功能。
3 结语
综合自动化系统的建立不仅仅是现代化煤矿的标志, 从本质上它将计算机网络与煤矿生产的各个方面根据不同的需要巧妙地结合起来, 以可视化、系统化的方式直观地反映在调度中心或领导办公室的计算机上, 改变了以前煤矿生产中繁杂的信息汇总渠道, 大大提高了工作效率, 促进了安全生产管理的现代化程度, 加快了技术进步, 巩固了现代化煤矿企业的管理水平, 带动了企业各项工作的创新与发展。梁宝寺能源有限责任公司建立的现代化、覆盖矿井安全生产系统的综合自动化系统, 实现了煤炭生产的综合调度和生产过程自动化。
参考文献
[1]PHILIP M, JOHN B.软件项目管理——过程控制与人员管理[M].陈勇强, 费琳, 译.北京:电子工业出版社, 2002:15-20.
[2]辛希孟.信息技术与信息服务国际研讨会论文集:A集[C].北京:中国社会科学出版社, 1994.
[3]中国互联网络中心.中国互联网络发展状况统计报告[EB/OL]. (2005-01) [2009-06-12].http://tech.blogchina.com.
变电站综合自动化系统介绍 篇5
变电站综合自动化系统
第一章
变电站综合自动化技术基础 第一节
变电站综合自动化的基本概念
一、常规变电站状况
电力系统的环节：发、输、配、用 变电站的基本作用：配电 常规变电站的二次系统构成：
继电保护 就地监控 远动装置 录波装置 保护屏 控制屏 中央信号屏 录波屏
常规变电站的二次系统的缺点：
(1)安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。
(2)供电质量缺乏科学的保证。指标：U、F、谐波
(4)不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。
(5)维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平。
二、变电站综合自动化的基本概念
变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。
变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。
三、变电站实现综合自动化的优越性
(1)提高供电质量，提高电压合格率。
(2)提高变电站的安全、可靠运行水平。
(3)提高电力系统的运行、管理水平。
(4)缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。
(5)减少维护工作量，减少值班员劳动，实现减人增效。
第二节
变电站综合自动化的内容、主要功能及信息量
一、变电站综合自动化的内容 电气量的采集 电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。
由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢复正常操作。
高压电器设备本身的监视信息(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)。将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行方式科和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。
二、变电站综合自动化的基本功能
监控子系统的功能
微机保护子系统的功能
自动控制装置的功能
远动及数据通信功能 2.1 监控子系统的功能(一)数据采集
(1)模拟量的采集
1）交流模拟量：U、I、P、Q、COS、F 2）直流模拟量： DC220V、DC5V、DC24V(2)开关量的采集(3)电能计量
1）电能脉冲计量法
2）软件计算方法
(二)事件顺序记录
包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录
(三)故障记录、故障录波和测距
(1)故障录波与测距
微机保护装置兼作故障记录和测距 采用专用的微机故障录波器
(2)故障记录
记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压
(四)操作控制功能
操作人员都可通过电脑屏幕界面对断路器和隔离开关进行分、合操作，对变压器分接开关位置进行调节控制，应保留人工直接跳、合闸手段，断路器操作应有闭锁功能
(五)安全监视功能
越限监视
监视保护装置是否失电 自控装置工作是否正常等
(六)人机联系功能
(1)人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。
(2)显示画面的内容 ：
1)显示采集和计算的实时运行参数
2)显示实时主接线图 3)事件顺序记录
4)越限报警
5)值班记录
6)历史趋势
7)保护定值和自控装置的设定值
(3)输入数据：变比、定值、密码等 ①定时打印报表和运行日志； ②开关操作记录打印； ③事件顺序记录打印； ④越限打印； ⑤召唤打印； ⑥抄屏打印； ⑦事故追忆打印。
①主变和输电线路有功和无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间； ②母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及相应的时间； ③计算受配电电能平衡率； ④统计断路器动作次数；
⑤断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数； ⑥控制操作和修改定值记录。
(1)谐波源分析(2)谐波检测与抑制(七)打印功能
(八)数据处理与记录功能
(九)谐波分析与监视
2.2 微机保护子系统的功能
（一）保护功能：
①高压输电线路的主保护和后备保护； ②主变压器的主保护和后备保护； ③无功补偿电容器组的保护； ④母线保护； ⑤配电线路的保护；
⑥不完全接地系统的单相接地选线。
(1)它的工作不受监控系统和其他子系统的影响(2)具有故障记录功能
(3)具有与统一时钟对时功能
（二）辅助功能：
(4)存储多种保护整定值
(5)当地显示与多处观察和授权修改保护整定值
(6)设置保护管理机或通信控制机，负责对各保护单元的管理。
(7)通信功能
(8)故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。
2.3 自动控制装置的功能
（1）电压、无功综合控制
（2）低频减负荷控制（3）备用电源自投控制（4）小电流接地选线控制（1）系统内部的现场级间的通信（2）自动化系统与上级调度的通信
（1）功能综合化
（2）分级分布式、微机化的系统结构（3）测量显示数字化（5）运行管理智能化
（1）其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；
（2）从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安2.4 远动及数据通信功能
第三节
变电站综合自动化的基本特征
（4）操作监视屏幕化
第四节
变电站综合自动化的结构形式
装等形式。
一、集中式综合自动化系统
集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能
集中式结构最大的缺点是：
1)每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大 2)软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。3)组态不灵活，影响了批量生产，不利于推广。
4)集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。
二、分层(级)分布式系统集中组屏的综合自动化系统
（一）分层分布式结构的概念
所谓分层式结构，是将变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三个级分层布置。
间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和继电保护部分。
站控层的主要功能就是作为数据集中处理和保护管理，担负着上传下达的重要任务。
管理层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便，界面汉化，使运行值班人员极益掌握。
（二）中、小型变电站的分层分布式集中组屏结构
（三）大型变电站的分层分布式集中组屏结构
（四）分层分布式集中组屏综合自动化系统结构特点
（1）可靠性高，可扩展性和灵活性高；
（2）二次电缆大大简化，节约投资也简化维护量。
（3）分布式系统为多CPU工作方式，各装置都有一定数据处理能力，从而减轻了主（4）继电保护相对独立。
（5）具有与系统控制中心通信功能。（6）适合于老站改造。主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆投资。控制机的负担。
三、分散分布式系统与集中相结合的综合自动化系统结构
分层分散式结构的变电站综合自动化系统突出的优点如下：
(1)简化变电站二次部分配置，缩小控制室的面积。
(2)减少了施工和设备安装工程量。
(3)简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。
(4)分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。
以上几点都说明采用分层分散式的结构可以降低总投资，在今后的技术条件下，应该是变电站综合自动化系统的发展方向。
第二章
变电站综合自动化系统的硬件原理
第三章
变电站综合自动化系统的微机保护、监视与控制子系统 第一节
继电保护基本知识
一、继电保护应满足的要求（1）选择性
（2）快速性
（3）灵敏性
（4）可靠性
二、主保护、后备保护和辅助保护
（1）主保护是指满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。
（2）后备保护指的是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。（3）辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。
三、继电保护的基本原理
（1）反映电流改变的，有电流速断、定时过流及零序电流等保护；（2）反映电压改变的，有低电压（或过电压）、零序电压保护等；（3）既反映电流又反映电流与电压间相角改变的，有方向过电流保护；
（4）反映电压与电流的比值，即反映短路点到保护安装处阻抗（或距离）的，有距离保护；（5）反映输入电流和输出电流之差的，有变压器差动保护等。第二节
输电线路的微机保护、监视与控制子系统一、输电线路继电保护原理
1、电网相间短路的三段式电流保护
（1）无时限（瞬时）电流速断保护 此种保护的动作电流是按躲过被保护输电线路末端最大短路电流整定的，它没有时限元件。
（2）带时限（限时）电流速断保护 保护范围限定在相邻线路无时限电流速断保护的保护区内，在无时限电流速断保护的基础上增加了一个时限元件△t=0.5s。
（3）定时限过电流保护
定时限过电流保护的动作是按躲过最大负荷电流整定。
定义：方向继电器又称为功率继电器，它的动作具有方向性，即规定当功率由母线流
2、电网相间短路的方向电流保护
向线路时它才动作，进而使整个方向电流保护动作切除故障。
二、输电线路的自动重合闸
定义：自动重合闸装置就是将跳闸后的断路器自动重新投入的装置，简称AAR装置。
1、单电源供电线路的三相一次自动重合闸
（1）当线路发生瞬时性故障或由于其他原因使断路器误跳闸时
（2）线路上发生永久性故障时
（3）手动跳闸及遥控跳闸时
（4）闭锁重合闸
（5）手动合闸到故障线路时
2、双电源供电线路的三相一次自动重合闸
（1）故障点断电时间问题
（2）同步问题
（3）重合闸实现方式：
①检无压 ②检同期
3、自动重合闸与继电保护的配合（1）重合闸前加速保护
（2）重合闸后加速保护
三、自动按频率减负荷 运行规程规定：电力系统的运行频率偏差为±0.2Hz，系统频率不能长时间运行在49.5～49Hz以下，事故情况下，不能较长时间停留在47Hz以下，系统频率的瞬时值绝不能低于45Hz。
1、自动按频率减负荷的基本工作原理
2、自动按频率减负荷的实现方法
①采用专用的自动按频率减负荷装置
②把自动按频率减负荷的控制分散设在每回馈线保护装置中 ①时限闭锁方式
②低电压带时限闭锁
③低电流闭锁方式 ④滑差闭锁方式
3、对自动按频率减负荷装置闭锁方式的分析
第三节
电力变压器的微机保护、监视与控制子系统一、概述
1、保护内容
（1）主保护配置：
①比率制动式差动保护
②差动速断保护 ③本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放 ①三段复合电压闭锁方向过电流保护 ②三段过负荷保护
③冷控失电，主变压器过温报警 ④二段式零序过电流保护
⑤一段两时限零序电流闭锁过电压保护 ⑥一段两时限间隙零序过电流保护
（2）后备保护配置：
2、配置方案
（1）双绕组变压器
后备保护可以配置一套，装于降压变压器的高压侧（或升压变压器的低压侧）
后备保护可以配置两套： 一套装于高压侧
另一套装于中压侧或低压侧的电源侧
（2）三绕组变压器
二、变压器差动保护基本原理
用环流法构成的两绕组变压器电流差动保护的原理接线图
三、变压器差动保护的特殊问题
（1）两侧电流互感器的形式不同
（2）两侧电流互感器的变比不同
（3）变压器各侧绕组接线方式不同
（4）变压器空载合闸时的励磁涌流
（5）在运行中改变变压器的变比
四、变压器微机保护的电流平衡
（1）微机变压器保护电流互感器接线原则
（2）电流平衡的调整系数
五、电力变压器比率制动差动保护（1）比率制动式差动保护的基本原理
定义：
① 比率制动式差动保护的原理简单地说就是保护的动作电流（差动电流定值）随外部② 比率就是指差动电流与制动电流之比。
③ 制动电流这样选取：在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用，而在内部故障时短路电流按比率增大，即能保证外部不误动，又能保证内部短路有较高的灵敏度。
制动作用最小。
（2）和差式比率制动的差动保护原理
（3）变压器励磁涌流的判断及二次谐波制动系数
励磁涌流的特点：
较
二次谐波制动比定值=0.15（4）变压器的差动速断保护 定义：差动速断保护是差动电流过电流瞬时速动保护。差动速断的整定值按躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，其整定值可取正常运行时负荷电流的5～6倍。
（5）电流互感器断线监视
六、电力变压器后备保护
（1）复合电压闭锁方向过流保护
① 复合电压闭锁过流保护为三段式： I段动作跳本侧分段断路器（或桥断路器）Ⅱ段动作跳本侧断路器 Ⅲ段跳三侧断路器 ② 复合电压启动判剧： ① 最大值可达额定电流的6~8倍
② 波形是非正弦的，含有很大的非周期分量，特性曲线几乎全部偏在时间轴的一边 ③ 包含以二次谐波为主的高次谐波 ④ 波形之间出现间断
⑤ 励磁涌流开始瞬间，衰减很快
励磁涌流的闭锁条件：将二次谐波分量算出，作为制动分量，与基波分量进行比
关 母线线电压小于本侧母线线电压的低电压定值 负序电压超过负序电压定值 或的关系 ③
方向：
如果作为变压器相邻元件的后备保护，则变压器指向母线为正方向 如果作为变压器本身的后备保护，则母线指向变压器的正向为正方向 I段用于发警告信号 II段用于启动风扇冷却器 III段用于闭锁有载调压 ①
中性点直接接地保护方式
由两段式经零序电压闭锁的零序电流构成，每段设一个时限。I段时限跳母联（或分段）②
中性点不接地的零序保护方式
装设I段两时限的零序无流闭锁零序过电压保护，第一时限跳母联或分段开关，第二时③
中性点经放电间隙接地的零序保护方式（2）变压器过负荷保护
（3）变压器零序保护
断路器或跳三绕组变压器中压侧有源线路；II段时限跳本侧（或全跳）断路器
限跳本变压器各侧
I段两时限方式，第一时限跳高压侧母联开关（或分段开关），第二时限跳本变各侧开第四节
电力电容器的微机保护、监视与控制子系统一、电力电容器的内部和外部故障
（1）电容器内部故障的原因
（2）电容器的外部故障及系统异常
（3）电容器保护配置：
过电压和欠电压的电压保护 限时过电流保护
防止电容器内部故障的电容器组专用保护（1）与电容器串联的电抗器
（2）避雷器的过电压保护
（3）电容器组的电压保护。主要用于防止系统稳态过电压和欠电压。（4）电容器组的电流保护
二、并联补偿电容器组的通用保护
三、电容器组内部故障的专用保护
（1）单Y形接线的电容器组保护：
① 采用零序电压保护 ② 桥式差流的保护方式 ③ 电压差动保护方式
（2）双Y形接线的电容器组保护：采用不平衡电流或电压保护（3）三角形接线的电容器组保护：采用零序电流保护
第五节
电压、无功综合控制子系统一、变电站电压、无功综合控制的原理
在变电站主要的调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和控制无功补偿电容器。有载调压变压器可以在带负荷的情况下切换分接头位置，从而改变变压器的变比，起控制无功补偿电容器的投切，可改变网络中无功功率的分布，改善功率因数，减少网
到调整电压和降低损耗的作用。损和电压损耗，改善用户的电压质量。
二、电力系统的电压、无功综合控制的方式
(1)集中控制：指在调度中心对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。
(2)分散控制：指在各个变电站或发电厂中，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。
(3)关联分散控制：指电力系统正常运行时，由分散安装在各厂、站的分散控制装置或控制软件进行自动调控，调控范围和定值是从整个系统的安全、稳定和经济运行出发，事先由电压、无功优化程序计算好的，而在系统负荷变化较大或紧急情况或系统运行方式发生大的变动时，可由调度中心直接操作控制，或由调度中心修改下属变电站所应维持的母线电压和无功功率的定值，以满足系统运行方式变化后新的要求。
(4)关联分散控制的实现方法 一是通过监控系统的软件模块实现；另一种是由独立的关联分散控制装置实现。第六节 变电站综合自动化系统的其他子系统一、备用电源自动投入装置 定义：备用电源自投装置是因电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。
（1）备用电源的配置
① 明备用的控制
② 暗备用的控制
①工作电源确实断开后，备用电源才投入。
②备用电源自动投入切除工作电源断路器必须经延时。
③手动跳开工作电源时，备自投投入装置不应动作。
④应具有闭锁备自投装置的功能。
⑤备用电源不满足有压条件，备自投装置不应动作。
⑥工作母线失压时还必须检查工作电源无流，才能启动备自投投入。
（2）微机型的备用电源自投装置的基本特点 ⑦备自投装置只允许动作一次。
二、小电流接地系统单相接地故障的检测
（1）概述
根据系统中发生单相接地故障时接地电流的大小划分：
①
小电流接地系统：
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地
② 大电流接地系统：中性点直接接地（2）小电流接地系统的接地电流 第六节 变电站综合自动化系统的其他子系统
①中性点不接地系统单相接地故障时的接地电流
特征：当电网发生单相接地故障后，非故障电路电容电流就是该线路的零序电流，故障线路首段的零序电流数值上等于系统非故障线路全部电容电流的总和，其方向为线路指向母线，与非故障线路中零序电流的方向相反，系统中性点电压发生较大的位移。
实现方法：基于基波零序电流方向的自动接地选线原理
②中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障时的接地电流
特征：在单相接地时，故障线路首端的5次谐波电流在数值上等于系统非故障线路5实现方法：基于5次谐波零序电流方向的自动接地选线原理 次谐波电流的总和，其方向与非故障线路肿次谐波零序电流方向相反，由线路指向母线。第五章
数字化变电站简介
变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价，这已经成为不争的事实。然而，技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电站自动化系统即将出现 数字化变电站自动化系统的特点
1.1智能化的一次设备
一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
1.2网络化的二次设备
变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。
1.3自动化的运行管理系统
变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。数字化变电站自动化系统的结构
2.1 过程层
过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：(1)电力运行实时的电气量检测；(2)运行设备的状态参数检测；(3)操作控制执行与驱动。
2.2 间隔层
间隔层设备的主要功能是：(1)汇总本间隔过程层实时数据信息；(2)实施对一次设备保护控制功能；(3)实施本间隔操作闭锁功能；(4)实施操作同期及其他控制功能；
(5)对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；
(6)承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。2 数字化变电站自动化系统的结构 2.3 站控层
站控层的主要任务是：
(1)通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；
(2)按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；
(3)接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；(4)具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；
(5)具有(或备有)站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能；
矿井综合自动化系统 篇6
【关键词】变电站自动化系统工程设计
【中图分类号】TP27 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0084-01
0、引言
随着各种高新技术在变电站管理系统中的应用，我国的变电站自动化的程度越来越高，变电站综合自动化系统也越来越完善。下文中笔者将结合自己的工作经验，对变电站综合自动化系统以及监控自动化系统的设计问题进行分析，因为良好的系统设计是系统应用的基础。以下仅为笔者拙见，诸多不足，还望批评指正。
1、设计原则
就目前我国的大型枢纽变电站综合自动化的有关设计规程来看，首先要符合初步的设计审定原则，然后要结合变电站以及运行部门的实际情况，采用计算机设备和信息技术将系统运行中所要应用的监控功能、数据采集和处理（SCADA）、远动功能等统一起来，实行综合的自动化管理，提高变电站的管理效率，这样一来，220kV以下的变电站就可以基本实现无人值班。
2、某220kV变电站综合自动化系统的设计详情
2.1 系统组成
2.1.1 系统基本形式的选择及配置情况①在变电站的综合自动化的系统设计的过程中，如果选择局部的分散式产品的组合形式，将会使得其管理过程中的各项功能独立行使，即监视、控制操作功能、RTU功能以及通信功能的独立运行。②在变电站的综合自动化系统的设计过程中，双机系统的实行可以有效的扩展系统总线的运行经验，并且可以有效的保障系统的稳定性。③在变电站的综合自动化的设计的过程中，继电保护以及相关的安全性的自动化系统的设置应该同其他的系统结构相分离，以保证其能够在系统的运行异常下及时的做出正确的处理措施。
2.2 监控系统的基本功能及设计标准
2.2.1 数据采集所谓数据采集，就是指在变电站的运行的过程中，对其运行过程中的工作数据和信息进行实时的搜集和储存，并对一些特殊的信息进行及时的处理和反应。下文中笔者将从几个方面对数据采集的设计要求和标准进行详细的论述：①状态量：状态量的设计过程中，包括对断路器、隔离开关以及各种分开关的接头的设置，设计的标准是将其故障的信号量按照光电隔离的标准输入系统。②模拟量：模拟量的设置不仅包括不同的系统电压等级线路的有功功率设置，还包括无功功率的设置和电流以及母线电压等级的频率。模拟量的设置标准要根据交流采样的结果来确定。
2.2.2 电度计量在电度计量的过程中，采用RS485串行口可以实现持续一个月的电量累计，并且能够按照不同的峰、平、谷等不同的形式进行统计分类。
2.2.3 控制操作所谓控制操作，就是指对各种变电设备的跳、合操作的控制，以及对主变压器的各种调压操作的控制，值得注意的是控制操作的设计，要注重对控制操作执行前的确认。控制操作的执行标准要注意的是：输出继电器线路直径不得大于0.09mm，并且容量应该控制在DC220V，5A的范围内。另外，要保证控制操作能够同220kV母联断路器相连，这样就可以保证隔离开关的，TN闭合，实现“五防”功能和双向通讯的功能的发挥。
2.4 隔离开关“五防”设备所谓隔离开关的“无防”设备，就是指在变电站运行的过程中，能够对工作人员强制执行安全防护程序，按照国家变电站的要求实现对五种特殊情况的预防：①首先，要防止对开关的误操作；②其次，要防止隔离开关在负荷状态下的拉合；③再次，要防止工作人员进入为断电的间隔区；④其四，要防止地线的拉闸时的带电；⑤最后，要地线合闸过程中的带电操作。
在隔离开关的“无防”设备的设计过程中，要注意的是对各个刀闸的开合状态和位置、性能等进行严格的区分，但是要统一在系统操作中，以便能够通过一把电脑钥匙来完成多种操作项目的控制。
2.5 计算功能数据库中应有按现场要求的二次计算量：主变压器高压侧负荷率及日平均负荷、最高负荷（年、月、日、时）、最低负荷。220kV及110kV各线路所采集模拟量的平均值、最高值、最低值。（年、月、日）各母线电压最高、最低值（年、月、日、时、分），月波动率及特定日期的电压合格率。电度量累计，失电时有保护措施，不丢失累计。（年、月、日）母线电压不合格累积时间及由此计算的电压合格率。电容器投切次数及可调率，变电所功率因数的合格率。有载调压装置调节次数累计和日最高调节次数记录及停运时间记录。实时数据可在线进行上下限值测点投退的修改，二次计算量的参数可由用户增加和修改。
2.6 历史数据的记录与处理日志报表数据库存一年半历史。可方便的形成各种历史数据点，并可方便的实现历史数据的报表打印和显示修改功能。
2.7 安全监视通过CRT对全所主设备、辅助设备的运行进行监视，并对各运行参数进行实时显示。系统定周期对模拟量检测，越限报警，并可记录和查阅。系统定周期对开关量状态进行检测。事件顺序纪录（SOE）点有变化立即报警。有报警信息可在CRT上以汉字显示，并在打印机上以汉字打印。事故音响报警功能。事故和预告报警音响应有区别，并有语音报警。系统具有定时、随机打印的功能。事件记录（数据修改、操作设备）存盘及打印。
2.8 事件处理当发生事故、故障、状态变化、越限等事件时，综合自动化系统应自动作一系列处理，如推出简报、登录一览表、发出音响、推出画面、自动事故追忆、画面变色闪烁、数据变色等，预告信号应按登记区别处理。
2.9 画面显示画面种类包括监控系统配置图、主接线图、棒状图、曲线图、操作显示、组态显示、报警及各种表格显示。①运行人员可方便的调出画面。②程序员可在CRT上修改和编辑画面。③趋势图可由用户在线定义所要显示模拟量、测点起始时间、采样周期。
2.10 自诊断功能系统本身具有对软硬件的自诊断功能。发生局部故障时CRT上以汉字显示及在打印机上以汉字
打印。自恢复功能。
2.11 运行人员操作记录系统记录运行人员所进行的操作项目和每次操作的精确时间。
2.12 操作票功能根据实时状态信息来编制操作票，满足各种操作要求，并可人工修改。
2.13 通信功能与省调及市调、县调的通讯要求如下：①与省中调调度自动化系统通讯采用制式、规约应统一。②与市调。县调调度自动化系统通讯采用部颁规约。③系统应能方便地开发出其它通信规约。④系统应具有将来实现数据网络通信（广域联网）的接口。⑤由市级调度应能实现远方遥控。
2.14 对时采用GPS卫星对时，能与变电站内所有微机装置实现软件对时。
2.15 电源监控系统应配备UPS不问断电源系统或者交直流切换器，站用电消失后保证供电时間不应小于1小时。
3、监控系统的主要技术指标
3.1 软件配置系统软件应提供开放式多任务的操作系统，多窗口的人机界面，友好的支持软件，数据库管理软件，有丰富运行经验的应用软件。
4、硬件配置
硬件配置的最基本的要求就是要能够满足变电站的系统的基本的功能和技术要求，并且要留有一定的设备备用空间，以便满足日后的系统功能的拓展。
5、结束语
矿井综合自动化系统 篇7
河南煤业化工集团有限责任公司焦煤公司赵固一矿位于焦作煤田东部,2009年5月投产,是一个新型现代化矿井。对于如何做到“减人提效、节能降耗、人本安全”,赵固一矿提出了“增加人不如增加设备,增加人不如培训人”的理念,通过对人才的培养和对新设备、新技术的应用,来达到减员增效的目的,对于新设备和新系统的管理问题,赵固一矿在焦煤公司率先应用了矿井综合自动化系统,通过综合自动化系统平台运行,实现了对各个子系统的管控一体化。
1 系统网络结构
矿井综合自动化系统建设的内容主要是建设统一的网络传输平台,将矿井的各个控制系统及各个工业现场的视频监控汇聚到集成监控平台,实现相关联业务数据的综合分析,集控中心人员或相关专业部门人员通过相应的权限对安全生产的主要环节、设备进行实时监测和必要的控制,实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化[1],为矿井预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段。
整个矿井综合自动化系统包括网络层、监控层和设备层三层体系结构[2,3]。网络层包括矿井管理信息网络、矿区环网、网络安全防护、网络间数据交换及统一的网络管理平台;监控层包括调度监控中心主控系统监控网、井上下监控工业以太主干网、核心交换机、数据库服务器、应用服务器、I/O服务器、存储、供电电源的冗余等;设备层包括矿井安全生产监控系统、瓦斯监测系统、主井提升监测系统、通风机监测系统、压风机监测系统、工业电视、调度通信系统、矿井人员定位系统等15个子系统。赵固一矿矿井综合自动化系统网络拓扑结构如图1所示。
2 系统结构分析(1)网络层
整个矿井综合自动化系统网络管理主要针对工业以太网设备进行管理,包括为中心网络及矿区环网的所有网络设备提供一个统一的网络管理平台。在网络层的安全方面,通过网络防火墙、物理隔离网闸、流量分析等手段来制定内外网信息交换标准与规范,并制定统一的接口开发及数据传输标准,通过建设一个高稳定性、高安全性、高可用性的网络安全系统,保证控制网核心业务系统与信息管理系统网络间实现安全情况下的数据信息交换,并有效地防止内外网络对核心业务系统的攻击、保护内部关键数据库服务器的安全。
(2)监控层
考虑到全矿实时监控的信息量,为保证整个系统稳定运行,均衡负载,采用了高性能的I/O服务器承担子系统类型的I/O处理任务。I/O服务器采用2台服务器实现双机热备,系统热备及冗余切换功能由SCADA软件IFIX SCAD SERVER自身提供的冗余机制实现;数据库服务器与应用服务器2台主机采用双机集群、任务分担工作模式;正常工作状态下,一台运行数据库服务器,一台作为应用服务器,通过心跳线来检测彼此的服务器运行状态;一旦发现对方服务器有故障,将自动接管对方的服务,由单台服务器同时担任数据库和应用服务器的角色。数据库服务器与应用服务器分别与中心网络的2台核心交换机赫斯曼4002通过1 000 M光纤连接,与SAN存储网络同样采用双4 GB FC连接,保证系统的网络I/O吞吐及系统的安全可靠性。
(3)设备层
设备层主要是已接入系统平台的子系统,根据系统控制方式的不同,具体可分为利用IFIX进行OPC通信和PLC控制接入2个部分,当OPC调试完成并通信成功后可以用IFIX系统进行OPC通信。要用IFIX实现OPC通信,首先要建立OPC连接,然后读取要连接的OPC服务器的变量和数据,之后两者就可以以OPC的方式交换数据了。采用PLC控制的系统,可以对PLC增加以太网模块,与交换机进行物理上的网络连接(见图2,其中虚线框内为新增加的以太网模块)。
3 系统问题分析
通过系统的安装和试运行,发现系统存在以下问题:
(1)组态软件的选择
目前比较常用的组态软件有组态王、力控、WinCC、IFIX、HMI、MGCS等6种,赵固一矿选用的是IFIX,它具有稳定性好、软件可以编辑动画效果图、制作的操作界面效果好等特点[3],但是在通过Web远程访问时会有2 s左右的延时,造成画面延缓,影响了系统的整体使用效果。所以在选用组态软件时,要充分考虑矿井安全生产的实际需求,选择合适的组态软件。
(2)系统的安全性
为保证系统的安全性和稳定性,在做好系统安全防护的情况下进行子系统的安全接入,但是在对子系统进行查杀处理的过程中,杀毒软件可能会误删除子系统中的重要插件,影响矿井安全生产,所以在子系统接入的过程中要充分和子系统厂家进行沟通,避免误删除的现象。
(3)电源稳定性
在信息采集中心应用了较为保险的供电方式,使用2倍于实际负荷的UPS电池组,并在UPS机头接入了双回路自动切换电源柜,运行至今,效果良好。在环网交换机上,采取了就近取电的方式,用单独的综合保护器控制,并加装了可支持设备运行4 h的后备电源,在使用过程中,因为井下个别地方经常停电,造成后备电池组亏损,已不具备后备电源功能,影响了环网的稳定性,后期应为环网敷设专用供电环网,以保证环网的稳定性。
(4)环网交换机
因防爆外壳的容量限制,一台井下分站可扩容的交换机数量受到限制,因此,必须合理配置交换机的光口和电口数量。由于赵固一矿工业电视监控系统是通过自动化环网进行传输,井下安装的摄像头基本上距离都超过了5类网线的最大传输距离,一台摄像头就单独占用了一个光口,造成了浪费,因此,在前期设备配置时,尽量要考虑矿井实际情况,在交换机的接口配置上做好选型工作。
4 结语
矿井综合自动化系统的建成极大地提高了赵固一矿系统管控一体化程度,有效地提高了矿井生产自动化和管理现代化水平,实现了全矿井系统的统一管理与数据共享。当系统出现故障和报警时能够快速反映出故障部位和报警位置,方便了系统的维护,缩短了系统故障的排除时间,减少了设备故障带来的经济损失,达到了减员增效的目的。
该系统目前功能完善,使用方便。在后期,赵固一矿将会陆续加大子系统的接入量,争取早日实现全矿各子系统的集中管控,为提高矿井综合自动化程度、信息化管理水平和强化煤矿安全生产能力奠定坚实基础。
摘要：介绍了基于工业以太环网的全矿井综合自动化系统的网络结构及其在赵固一矿的应用情况,并对其应用中出现的一些问题进行了分析。实际应用表明,综合自动化系统的建成极大地提高了赵固一矿的矿井生产自动化和管理现代化水平,实现了全矿井系统实时数据和运行状态的远程实时监测、统一管理与数据共享。
关键词：矿井,综合自动化系统,网络平台,工业以太环网
参考文献
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[2]张建,汤俊,邓荣.全矿井综合自动化系统在杉木树煤矿的应用[J].工矿自动化,2010(7):111-113.
矿井综合自动化系统 篇8
在煤矿自动化控制系统的实现过程中, 需要使用许多底层控制器设备 (如传感器、驱动器、执行机构等) , 这些设备的制造商可能来自不同厂家。当计算机系统需要与底层控制器设备通信时, 必须有相应的驱动程序来支持。由于不同厂家生产的设备采用的通信协议和规约没有统一的标准, 这就使得计算机系统与底层控制器设备通信时需要定制编写该设备的驱动程序, 形成了单个的控制子系统, 不仅工作复杂, 而且没有可重复利用性。
为了在各煤矿自动化控制子系统应用程序之间建立一个标准接口, 矿井综合自动化系统采用OPC (OLE for Process Control) 技术[1]在底层控制器设备与矿井综合自动化系统之间形成标准的数据存取规范模式, 以该模式支撑矿井综合自动化系统与各煤矿自动化控制子系统之间的通信。本文主要介绍OPC技术在煤矿综合自动化系统中的应用。
1 OPC技术原理
OPC技术以OLE/COM机制作为应用程序的通信标准, 它采用Client/Server模式, 具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点, 主要针对硬件设备的驱动程序由硬件生产厂商或专门的公司来完成, 并提供具有统一OPC标准接口的Server程序, 然后软件生产厂商按照OPC标准来编制访问Server程序[2], 这样即可实现计算机系统与底层控制器设备的数据通信。OPC技术原理如图1所示。
2 基于OPC技术的矿井综合自动化系统结构
矿井综合自动化系统是对整个煤矿所有系统设备的工作状态进行监测、控制和统一管理的系统。矿井建设的生产管理系统、环境监测系统都可以通过OPC技术接入到矿井综合自动化系统中[3]。基于OPC技术的矿井综合自动化系统结构如图2所示。
(1) 信息层:
矿井综合自动化系统的数据通信是建立在工业以太环网及TCP/IP协议架构之上的, 这种架构很容易连接其它遵循该网络协议的子系统, 实现数据在信息层上的集成, 将企业安全、生产、成本、监测等数据进行综合分析, 并在信息层中加入Web服务器用于实现在Internet上的远程浏览访问, 从而使矿领导能够及时了解全矿的生产、安全信息。
(2) 控制层:
实现统一平台综合管理、综合数据存储功能。OPC采集各子系统的实时数据, 并可发送各种控制功能命令, 建立统一的矿山数据仓库, 存储海量的工业级实时数据、管理级业务数据及可进行决策分析的管理级实时数据, 存储供综合分析、三维展示、综合查询的大型综合数据。
(3) 设备层:
实现各专业子系统的自动控制与监测功能。各子系统根据各自的生产工艺流程, 采用智能传感器和执行器实现自主的自动化控制与监测, 通过与PLC或上位机的硬件通信, 建立基于TCP/IP的硬件通信机制, 采用OPC技术或其它的数据通信标准建立通过工业以太网络实现远程监测与控制的软件通信机制[4]。
(4) OPC客户端和服务器:
矿井综合自动化系统的OPC客户端模块负责采集各子系统上位机OPC服务器中的数据, 即矿井综合自动化系统与各子系统上位机通过OPC建立通信联系, 由各子系统上位机通过组态软件带有的设备驱动程序与现场设备通信, 从而实现整个系统的数据采集和交换功能[5]。
矿井综合自动化系统包括自动化系统程序模块和OPC通信程序模块 (OPC Client) , OPC Client作为系统数据通信模块, 与控制层的OPC Server进行数据通信, OPC Server驱动程序的开发商必须执行接口规范标准的全部功能特性。OPC Client通过OPC的接口部件调用功能函数来实现与OPC数据信息的通信处理工作, 从而能够采集到硬件设备的数据以及发送控制命令。矿井综合自动化系统数据采集流程如图3所示。
3 基于OPC技术的矿井综合自动化系统的应用
潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿是一座千万吨级现代化矿井, 采用的矿井综合自动化系统由天地 (常州) 自动化股份有限公司研制并实施, 目前已将综采工作面电液监控系统、6216大采高自动化综放工作面系统、胶带集控系统、无人值守变电所监控系统、主胶带监测系统、选煤厂集控系统、安全监测系统、南风井风机监测系统、西风井风机监测系统、电子秤监测系统、35 kV变电所监测系统、6207自动化工作面监测系统等12个子系统成功接入到矿井综合自动化系统中, 如图4所示。
4 结语
实际应用表明, 王庄煤矿综合自动化系统采用OPC技术成功接入了12个不同厂家生产的子系统, 整个系统运行稳定可靠, 能实时监测煤矿井下生产的主要环节, 为合理指挥生产、预防事故发生、设备预防检修、事故调查分析等提供了现场数据, 有效提高了煤矿安全生产水平。
参考文献
[1]孙敏, 张成钢, 李成铁.OPC技术在组态软件中的应用[J].制造业自动化, 2004, 26 (2) :74-75, 78.
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矿井综合自动化系统 篇9
潞安环能股份有限公司余吾煤业公司是一座特大型现代化矿井, 配备有多种自动化系统, 并建立了工业以太环网, 为建立全矿井综合自动化系统提供了基础保障。但是, 由于各自动化系统采用的技术差异较大, 难以对各自动化系统信息进行高效、有机的整合, 以满足煤矿高产、高效、安全生产的需要。
2008年11月, 余吾煤业公司安装了一套由天地 (常州) 自动化股份有限公司开发研制的全矿井综合自动化系统。该系统在保留原有设备、投资的基础上对该公司原有的自动化系统进行升级改造, 建立了矿井综合自动化软件平台, 实现了不同技术背景的自动化系统的有机整合、各类信息的深加工利用以及分级遥控功能, 为该公司的生产过程控制、运行与管理提供了整体解决方案, 有效解决了系统的实时性问题、保护原有投资问题、设备选择范围问题、资源合理配置问题、系统的包容性和扩展性问题。
1 系统结构及工作原理
1.1 系统结构
余吾煤业公司的全矿井综合自动化系统总体上分为3层:管理层、控制层、设备层, 其网络拓扑结构如图1所示。设备层由煤矿专用、成熟的设备厂商负责并实施;控制层已建立了工业以太环网, 并配置有管控服务器, 直接与各自动化系统的工程师站或PLC通信;管理层已建设完毕, 主要由管理服务器、数据库服务器、Web服务器及相关的软件通过基于TCP/IP协议的Ethernet组成, Ethernet贯穿于全公司各管理职能部门, 并通过防火墙与控制层隔离, 以提高系统的安全性。
1.2 系统工作原理
各自动化系统的现场设备如PLC或专业控制器就近接入工业以太网, 工程师站和管控服务器通过地面交换机接入网络, 建立数据传输的高速通道, 并采取以下作业步骤, 实现信息的有机集成。
(1) 在管控服务器中安装矿井综合自动化软件平台, 通过控制层和设备层将各自动化系统的数据通过工程师站或现场PLC集成到矿井综合自动化软件平台上。集成方式采用简单、易行的应用层协议, 即运用统一的通信协议、统一的接口、统一的编码方式将各自动化系统的监控数据进行采集、分析、处理、汇总, 除了安全监控系统采用文件方式进行数据交换外, 其它自动化系统全部采用OPC方式接入矿井综合自动化软件平台。
(2) 将矿井综合自动化软件平台与设备管理信息系统、安全管理系统、综合消息平台进行联机。其中, 各自动化系统、设备管理信息系统、安全管理系统提供基础信息, 而预警信息通过消息平台发送到相关管理人员的手机上或通过计算机桌面消息方式提醒管理人员, 使他们能及时了解矿井的安全生产状况, 在必要时采取解决措施。
(3) 当所有的数据经过分析处理后, 在调度室大屏幕和调度台工作站上显示。监控数据和矢量图形采用在线组态方法, 可创建形象、直观的生产动态监视画面, 实时显示矿井生产工况和环境监测数据, 从而使调度管理人员在紧急情况下及时远程遥控井下设备。
(4) 系统对集成后的各类数据进行深加工、分析, 以产生比较有价值的信息和实现多系统之间的互联动。例如可以直观地在大屏幕上显示矿井各区域的安全状况, 可以在危险时及时提供该区域的人员分布情况、视频图象、主要设备运行情况、救灾物资储备情况、人员撤离路线等信息。
(5) 由于矿井综合自动化软件平台支持Web方式浏览数据, 公司领导和各生产职能部门可通过网络随时掌握矿井生产动态和安全状况。
全矿井综合自动化系统的工作原理如图2所示。
2 系统主要功能
(1) 实现了不同自动化系统的数据集成。全矿井综合自动化系统通过简单易行的应用层协议实现了各自动化系统监控数据的采集、分析、处理、汇总, 包括环境监控系统、电力监控系统、调度通信系统、
数字工业视频系统、人员监测系统、胶带运输系统、洗煤厂集中控制系统等的数据, 为数据的进一步应用提供了基础。
(2) 实现了不同自动化系统间的互联动, 即环境监控系统、电力监控系统、数字工业视频系统、安全管理系统、调度通信系统、短信报警平台间的互联动功能。
(3) 实现了数据传输故障诊断功能。全矿井综合自动化系统利用本地丰富的软、硬件资源, 采用一定的技术策略实时监控不同自动化系统的运行情况及工业控制网络, 准确判断影响数据传输的故障, 为系统的正常运行及日常维护提供了保障。
(4) 建立了区域生产作业环境评估机制。全矿井综合自动化系统通过综合分析不同作业地点影响安全的各类数据, 给出该工作地点正常、异常、较危险、很危险的评价结果。评价结果通过不同的颜色区分显示, 从而将矿井各作业地点的安全状况直观展示给调度人员, 提高了调度人员的管理效率。
(5) 实现了系统分级控制功能。全矿井综合自动化系统可通过矿井综合自动化软件平台控制多个自动化系统中设备的开停, 以保证当井下发生紧急情况时, 根据需要通过该软件平台手动或自动控制井下设备, 以减少不必要的损失。
(6) 建立了应急预案指挥体系。全矿井综合自动化系统建立了一个针对各种危险源和事故的预案库及完整的预案库管理工具, 并可不断地修正和完善预案库。当系统产生危险提示或井下发生事故时, 系统自动启动预库案, 并调出相应的避灾路线图, 指导调度指挥人员正确及时地处理危险或事故。当具备外部相关条件时, 系统可启动预案库的自动执行工具, 并可记录结果。
3 关键技术的应用
(1) 采用管理层、控制层、设备层3层体系结构组建的全矿井综合自动化系统, 对不同技术背景的自动化系统进行信息整合
3层体系结构分别对应管理信息网、工业以太环网、现场总线的网络结构。该方案的好处:工业以太环网本身具有信息传输容量大, 在传输线路上具有冗余功能, 可接入现场的现场总线型设备、传统的RS485接口设备、具有以太网接口的设备等特点;通过矿井综合自动化软件平台实现各自动化系统信息的无缝衔接。
目前, 国内部分厂家采用组态软件开发矿井综合自动化软件平台。由于组态软件具有通用性, 在数据整合和处理上采用脚本来处理信息, 运行效率较低, 难以对现有各自动化系统的信息进行高效、有机的整合。为了最大限度地保护在原有自动化系统上的投资, 本文介绍的矿井综合自动化软件平台采用基于微软DCOM组件技术、Web Service技术等先进、成熟的技术, 可以为各种专家系统提供基础数据, 也可以方便地进行升级、扩展, 具有运行效率高、稳定、可靠等特点。
(2) 采用独特而易行的应用层协议整合不同自动化系统的数据信息
全矿井综合自动化系统采用在应用协议层上进行数据整合的方式, 应用成熟、通用的技术开发一个简便可行的应用层协议解决不同协议自动化系统间数据难以整合的问题。该方法简单易行、投资少, 各相关自动化系统厂商对原系统的改进工作量小, 便于实施。
与传统的采用统一类型设备更换原有系统的方案、附加支持统一协议设备进行协议转换的方案相比, 全矿井综合自动化系统在适应性、保护原有投资、减少投资等诸多方面具有明显的优势, 适合该公司的实际需要。
(3) 矿井综合自动化软件平台采用自动跟踪各自动化系统配置的技术
当各自动化系统的配置信息发生改变时, 矿井综合自动化软件平台能够自动更新系统配置, 大大减少了系统的维护强度和工作量, 同时又保证了数据的正确性。
(4) 矿井综合自动化软件平台具有在线动态更新配置功能
与采用组态软件开发的矿井综合自动化软件平台相比, 本文介绍的矿井综合自动化软件平台具有在线组态功能。当系统配置发生改变或工艺流程图形发生改变时, 组态软件需要系统停止运行, 重新配置完成后再重新运行系统。而该软件平台可以在不影响系统运行的前提下在线更新配置;当配置发生改变后, 系统自动加载新的配置信息, 大大提高了系统的运行效率。
(5) 将日常维护管理与矿井综合自动化软件平台结合起来, 实现管控一体化
通过矿井综合自动化软件平台实时采集现场数据信息, 对数据进行加工处理、分析预测, 形成决策意见, 同时依据相关的规章制度和专家经验, 综合评价多种参数, 并用评价结果指导和调节各生产系统或环节的运行, 有效地预防和控制灾害。
(6) 采用分级控制策略
采用分级控制策略可优化均衡网络中的信息流量, 既保证了系统的实时性要求, 又解决了多种形式信息的共网传输问题;在充分保留各自动化系统功能特点的基础上, 可协调各自动化系统运行于最佳状态;可在任何一台工作站上实现对井上、井下任何一台设备的控制。
4 结语
全矿井综合自动化系统有效实现了余吾煤业公司由15个不同厂家生产的、具有不同协议的自动化系统的集成、生产工艺流程图形在线重组、自动化系统的远程遥控、设备在线监控管理、超限报警信息的短消息发送、不同自动化系统之间的联动等功能。该系统自2008年11月21日开始试运行以来, 运行稳定可靠, 能及时、准确地对全矿井安全、生产的主要环节进行实时监测、监视和必要的控制, 实现了全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化, 对于提高煤矿生产的安全水平、事故灾害预测预报水平以及生产业务管理水平起到了非常重要的作用。
参考文献
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[3]陆铮.工业以太网在全矿井综合自动化系统中的应用[J].工矿自动化, 2006 (3) .
关于矿井生产综合信息自动化的思考 篇10
关键词：煤矿,自动化建设,技术,设备,应用
矿井生产综合信息的自动化水平提高意味着煤矿企业由传统走向了现代, 同时也能够衡量企业的运营效率以及管理水平。目前, 我国针对煤矿安全生产“管理、装备、培训”并重的准则, 出台了一些相关政策, 对矿井中的装备有了更高的要求, 以确保员工能够安全地开采资源, 现在已经有很多国有煤矿企业开始着重提高矿井生产综合信息的自动化水平。通过总结、继承以及发展等环节的工作, 矿井面貌已改善良多, 实现了安全高效地进行开采工作。
1 矿井生产综合信息自动化建设的整体思路
开展矿井生产综合信息自动化建设要以“安全、先进、开放”思想为中心, 围绕这个主线, 可以将矿井生产的自动化建设分为如下几个方面———“三个层次”、“三个阶段”、“六项要求”。
其中, “三个层次”就是把系统分成信息层、监控层以及设备层, 如图1所示。顾名思义, 信息层主要包括矿井管理信息网络系统、管理信息应用系统以及自动化办公网络系统。监控层的主要作用就是实时监控自动化系统是否能够正常工作, 以保证员工的人身安全。设备层就是指自动化系统所用到的设备而组成的设备体系, 比如机电运输自动化、安全监测监控等设备。
“三个阶段”就是指整个创建过程包括三个阶段, 三个阶段有着不同的任务。第一阶段的主要任务就是整合原有网络体系, 建立全新的综合信息化平台, 使各个系统之间能够相互依存、相互帮助以及信息共享。除此之外, 还要对井下设施进行改造, 以实现矿井生产监测监控、安全监测监控、运输管理以及工业以太网经营管理四大系统的自动化;第二阶段的主要任务是把矿井工作面建成一个综合自动化放顶煤工作面;第三阶段的主要任务是把矿井建成一个综合自动化工作面, 集掘、锚、运及架棚于一体, 达到矿井全方位自动化的目的。
“六项要求”就是指综合自动化系统要具有可靠性、开放性、兼容性、安全性、实用性以及可管性。
2 系统关键技术
2.1 软件技术
综合自动化系统的软件结构采用组态化设计, 实现了矿井环境监控子系统、各个生产环节的子系统以及系统本身的全部整合。组态软件通过I/O口的驱动, 能够在现场获得实时数据, 然后对其进行必要的加工, 再以图形的方式直观地显示在电脑屏幕上。
另外, 用I/O设备接收来自控制策略和操作员的控制数据, 调整执行机构的控制参数并对其进行控制。如果历史数据需要保存, 该软件可以进行实时存储, 并且能够检索历史数据。一旦发生事故报警, 操作人员能通过其收到声音或图像的报警信息。
实时数据库是组态软件的核心及引擎, 它能实现历史数据的存储和检索、数据处理、事故报警及存储、I/O数据连接等大部分功能。实时数据库也是图形界面系统和I/O驱动等组件的核心, 它们之间可以通过高效率的内部通信来共享数据。实时数据库主要包含组态数据库、事件库、主动规则库、优先级库、历史数据库以及内存实时数据库六个部分。
实时数据库的最终目的是与下面的设备完成通信并共享数据, 来实现特定的功能。因此, I/O驱动便成为组态软件和其他设备通信的纽带和桥梁。
实时数据库和输入输出系统是相互独立互不干扰的, 但是输入输出系统的实时性以及可靠性是实时数据库能够实时进行的保障。由于设备种类较多, 通信方式也不尽相同, 所以要统一硬件设备结构。
2.2 关键技术设备
综合自动化系统所用到的关键技术设备主要有两种, 分别是环网交换机和综合接入网关。隔爆型环网交换机符合工业以太网的标准, 是构建矿井工业以太网网络的重要组成部分。它有着诸多优点, 比如电源输入范围广、允许电源波动范围大、有过压和过流保护、容易安装和检修以及设置简单便于维护等, 具有较强的环境适应能力, 在高温潮湿等恶劣条件下也可以正常工作。综合接入网关可以实现各种监测系统以及各种类型的分站的接入功能及协议转换, 能够通过光纤通信, 把各类现场信息接入到矿井主干通信网络。与此同时, 该设备可以直接和矿井里的常用设备相连接, 从而打破了传统矿井监控系统的封闭性。
3 矿井生产综合信息自动化的实际应用
随着社会的发展, 矿井生产综合信息自动化的应用越来越广泛, 实现了矿井综合信息管理和监控的网络化, 实现了生产的自动化, 开创了中国煤矿行业使用高科技改造传统煤业的先河。目前, 大柳塔煤矿成为世界首家实现煤炭生产综合自动化的矿井, 该矿井包括了变电所电力监控系统、生产监控系统及带式输送机保护系统、矿井通风机三遥及井下主排水泵三遥系统、安全监测系统和工业电视系统、矿井自动化调度网络、综合信息管理网等等。
4 结语
矿井生产综合信息自动化是我国发展的一项重要技术, 它的成功开发, 使我国的煤矿生产和管理的全过程都实现了自动化管理及控制, 填补了中国煤矿开采领域在全面自动化和信息化方面的空白, 使我国工业化更趋完整。同时, 要时刻注意系统出现的问题并及时解决, 为其能够正常运行打好坚实的基础, 保证矿井的安全生产。
参考文献
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