煤矿综合信息化与自动化培训课件

　　煤矿综合信息化与自动化

　　1、煤矿信息化与自动化是煤矿安全生产的需要

　　煤炭是我国的主要能源，约占一次能源70%左右。国民经济和社会可持续发展离不开煤炭工业的持续健康发展。到2020年要使国内生产总值在2000年基础上再翻两翻，按目前能源消耗水平，将消耗标准煤40亿吨。考虑节能技术的推广和应用，也将消耗标准煤30～32亿吨，其中原煤22～23亿吨。

　　煤矿安全生产除需要严格规章制度，先进的开采和管理方法，可靠的采、掘、运、抽、通、排设备外，更离不开煤矿信息化和自动化技术及装备。这包括环境与生产监控与遥控、灾害预测预报、人员定位、生产调度通信、救灾通信、安全生产监管等。

　　煤矿井下的恶劣环境也给煤矿信息化和自动化带来了困难。煤矿井下的恶劣环境主要体现在有瓦斯等易燃、易爆性气体，有硫化氢等腐蚀性气体，有淋水，环境潮湿，空间狭小，矿尘大，电磁干扰严重，电网电压波动大，工作场所分散且距离远，无线传输衰减大等。

　　这就要求煤矿信息化和自动化设备满足电气防爆、传输距离远、网络结构宜采用树形结构，电网电压波动适应能力强，抗干扰能力强，抗故障能力强，不宜采用中继器，传感器宜采用远程供电，设备外壳防护性能要求高，有线传输与无线传输相结合，工业以太网与工业现场总线相结合等要求。

　　因此，针对煤矿井下的特殊环境和煤矿安全生产的需求，探讨煤矿信息化和自动化的发展方向，研究如何通过煤矿信息化和自动化建设减少伤亡事故发生，降低百万吨死亡率，保障煤矿安全生产具有十分重要的意义。

　　2、煤矿信息化和自动化的现状

　　安全生产监测、监控系统

　　采、掘、运、提等设备的单机自动化

　　综采工作面的设备自动化

　　煤矿运输设备的机电一体化

　　矿井提升设备的机电一体化

　　信息管理系统

　　计算机数据网络平台

　　安全生产监控与灾害预报包括通风安全监控、轨道运输监控、胶带运输监控、提升运输监控、供电监控、排水监控、矿山压力监控与预报、火灾监控与预报、水灾监控与预报、煤与瓦斯突出监控与预报、大型机电设备健康状况监控与预报等。

　　(1)通风安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等;并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制、风窗、主通风机、局部通风机控制及地面遥控;通风系统故障、瓦斯爆炸预报等

　　(2)轨道运输监控系统主要用来监测信号机状态、电动转撤机状态、机车位置、机车编号、运行方向、运行速度、车皮数、空(实)车皮数等;并实现信号机、电动转辙机闭锁控制、地面遥控及调度等。

　　(3)胶带运输监控主要用来监测皮带速度、轴温、烟雾、堆煤、横向撕裂、纵向撕裂、跑偏、打滑、电机运行状态、煤仓煤位等，并实现顺煤流启动，逆煤流停止闭锁控制和安全保护、地面遥控及调度;皮带火灾预报等。

　　(4)提升运输监控系统主要用来监测罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、阻车器状态等，并实现推车、补车、提升闭锁控制等。

　　(5)供电监控系统主要用来监测电网电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状态、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面遥控及调度。

　　(6)排水监控系统主要用来监测水仓水位、水泵开停、水泵工作电压、电流、功率、阀门状态、流量、压力等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面遥控及调度。

　　(7)火灾监控系统主要用来监测一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、温度、压差等，并通过风门、风窗控制，实现均压灭火控制;注氮灭火控制;自然发火预报等。

　　(8)矿山压力监控系统主要用来监测地音、红外发射、电磁发射、顶板位移、位移速度、位移加速度等，并实现矿山压力预报。

　　(9)煤与瓦斯突出监控系统主要用来监测煤岩体声发射、红外发射、电磁发射、瓦斯涌出量、工作面煤壁温度等，并实现煤与瓦斯突出预报。

　　(10)大型机电设备健康状况监控系统主要用来监测机械振动、油质量污染等，并实现故障诊断。

　　(11)人员定位系统主要用来监测下井从业人员的位置，实现考勤管理、人员调度和救灾。

　　(12)工业电视监视系统主要用来监视主要设备和工作场所，通过图像处理对异常状况报警，并为地面遥控和井下无人值守提供遥视图像。

　　管理信息系统(MIS)：

　　办公自动化系统

　　调度报表系统

　　人事工资管理系统

　　物资库存管理系统

　　财务系统

　　设备管理系统

　　地测图管理系统

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　　存在的主要问题

　　缺乏统一的通信及信息交换标准

　　网络结构不规范

　　应用软件设计理念陈旧，开放性差

　　以纵向集成代替横向集成

　　系统智能化程度不高

　　所采集的信息量少，利用率低

　　系统不具有开放性和互操作性

　　3、煤矿信息化和自动化的发展方向

　　系统的高度集成化

　　控制、决策、故障诊断功能的集成化

　　网络结构的分布分散化

　　系统的开放化和网络化

　　系统的管控一体化

　　系统的智能化

　　4、煤矿综合信息化、自动化系统模型

　　现场总线

　　FF

　　Profibus

　　CAN

　　DeviceNet

　　ControlNet

　　FF H1 现场总线

　　国际标准IEC 61158的第9类现场总线，FF(现场总线基金会)的低速现场总线。目前主要用于过程控制。

　　协议分为物理层、数据链路层、应用层(现场总线访问子层FAS和现场总线报文子层FMS)、用户层4层。

　　物理层标准为IEC61158-2，31.25Kbps,最大距离1900m，支持总线本安供电，但功率较小，不能满足多个甲烷传感器的要求。

　　用户层提供了设备描述(DD)和功能块(FB)。

　　设备描述是实现互操作性的基础。

　　功能块把现场设备的各种功能标准化(模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、PID控制、逻辑和数学运算等)。变速器或执行器装入功能块，可组态成完整的闭环控制系统。

　　Profibus

　　国际标准IEC 61158的第3类现场总线，德国西门子公司开发，Profibus用户组织(PNO)支持。

　　3个部分

　　Profibus-DP：主要用于离散控制(PLC等)现场级。物理层有RS-485和光纤两种接口。

　　Profibus-PA：主要用于过程控制现场级，物理层采用IEC61158-2(同FF)，在DP基础上扩展了功能块等。

　　Profibus-FMS：主要用于监控级，物理层有RS-485和光纤两种接口。

　　CAN

　　CAN(Controller Area Network)总线最初是德国Bosch公司为汽车电气控制系统开发的。是一种不完全的现场总线协议

　　CAN 的特点

　　MAC子层采用CDMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)协议--非破坏性逐位仲裁。提高了重负荷时的吞吐率

　　比特流分为显式(dominant)比特和隐式(recessive)比特两类。分别表示逻辑“0”和“1”。使得非破坏性仲裁得以实现。

　　便于上层协议使用生产者/消费者模式。

　　低成本、易开发、实时性好、抗噪声性能好。

　　DeviceNet

　　是国际标准IEC 61158的第2类总线ControlNet的最低层总线。

　　是IEC 62026(低压开关设备及控制设备与控制器之间的接口标准)所推荐的4种总线中的第2种，我国的国家标准GB/T 18858.3-2002 《低压开关设备和控制设备 控制器-设备接口》等同采用该标准

　　管理机构是ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)， ODVA中国分部设在上海电器科学研究所。

　　使用生产者/消费者模式通信，取代传统的源/目的的传输方法。

　　可选择主/从、多主、点对点或混合的通信模式。协议支持轮循、周期、状态改变、选通、应用触发等多种数据传输方式。轮循适用于主/从方式。周期方式适用于模拟量。状态改变方式用于开关量。使用周期和状态改变连接可以大幅度减少交换的数据。

　　设备规范文件保证了协议的开放性、设备的互操作性和互换性 。

　　设备规范文件描述了：设备类型的对象模型，设备类型的I/O 数据格式，配置数据和访问该数据的公共接口

　　设备规范文件可根据(例如煤矿用传感器)需要进行增补。

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

　　可以扩展标准到62.5Kbps/1000m以满足煤矿需要。