智慧矿山建设中生产综合监控系统及联动控制的研究

技术研究

智慧矿山建设中生产综合监控系统及联动控制的研究张志强（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司机电信息部，山西长子046600）

摘要：当前，中国对煤矿安全生产和科技发展提出了更高的要求，唯有利用成熟的自动化、信息化手段对传统的煤

炭生产系统进行升级改造，才能实现各生产系统间的无人干预智能联动控制操作，改变传统的采矿方式。结合霍尔辛赫煤矿综合信息自动化系统建设实际，分析了智慧矿山的架构，详细介绍了生产综合监控系统的建设准则和各种功能。关键词：智慧矿山；综合监控系统；联动控制；基本功能中图分类号：TD672文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2019)09-0084-03

ResearchonProductionIntegratedMonitoringSystemandLinkageControlinIntelligentMineConstruction(ElectromechanicalInformationDepartment,HuoerXinheCoalIndustryCo.,Ltd.ofShanxi,Zhangzi046600,Shanxi,China)Abstract:Atpresent,Chinahasputforwardhigherrequirementsforcoalminesafetyproductionandscientificandtechnologicaldevelopment.Onlybyusingmatureautomationandinformatizationmeanstoupgradeandtransformthetraditionalcoalproductionsystem,cantheintelligentlinkagecontroloperationbetweentheproductionsystemsberealizedandthetraditionalminingmodebechanged.CombiningwiththeconstructionpracticeofintegratedinformationautomationsysteminHuoerXinheCoalMine,thispaperanalyzedthestructureofintelligentmine,andintroducedindetailtheconstructioncriteriaandvariousfunctionsofproductionintegratedmonitoringsystem.

Keywords:intelligentmine;integratedmonitoringsystem;linkagecontrol;basicfunction

ZHANGZhiqiang

0引言

国外智慧矿山建设起步比较早，已形成了一套先进的煤矿智慧矿山建设体系和行业标准。国内煤炭生产企业经历了机械化→自动化→数字化的发展阶段，当前已有部分企业在信息化建设方面走在了前列，建设了生产指挥中心，实现了在生产指挥中心就可以完成井下各系统的监测和操作。本文以霍尔辛赫煤矿综合信息自动化系统建设实际为例，对其智慧矿山建设中生产综合监控系统及联动控制进行分析和研究，为同类型煤矿的综合信息自动化系统建设提供参考。1工程概况

矿的现场实际特点进行的，整体设计考虑了各系统的安全性、可靠性及接口的平滑性和易维护性。设备选型力求保证先进、稳定、可兼容及易用，软件力求保证可靠、操作简单、响应速度快，面向应用切实能够反映煤矿的实际需要，充分考虑数据的交互和利用。霍尔辛赫煤矿智慧矿山的应用架构分为设备层、控制层、生产执行层、经营管理层和决策支持层，如图1所示。该矿生产综合监控系统涵盖全矿井的采掘、运输、地面生产、通风、供配电、供排水、安全、环境等方面，集控员可在同一平台上对生产过程进行集中管控和监测，由生产执行层对数据进行统计分析，用于指挥安全生产。霍尔辛赫煤矿是一座大型现代化矿井，设计生产能力为4Mt/a。近年来，针对霍尔辛赫煤矿提出了“智慧矿山示范矿井”的建设目标，秉承系统先进、适量减员的思路，在吸收国内外成熟、先进自动化和信息化技术的基础上，致力于实现“人、设备、系统”之间准确无误的协同作业，将矿井内受监控对象及相关信息有效地集成到统一的平台上，从而提高设备的开机率，最终实现安全生产、减员增效的目标。3生产综合监控系统的建设

2霍尔辛赫煤矿智慧矿山架构分析

霍尔辛赫煤矿智慧矿山的建设是结合霍尔辛赫煤收稿日期：2019-07-18

基金项目：“十三五”国家重点研发计划项目（2017YFC0804409）作者简介：张志强，1985年生，男，山西长子人，2016年毕业于重庆大学采矿工程专业，高级工程师。

依据霍尔辛赫煤矿的建设特点，生产综合监控系统接入19类子系统，其中，13类子系统实现了远程控制，从而实现了“少人或无人值守”的目标。3.1生产综合监控系统的建设准则生产综合监控系统分为3个层次，分别为设备接入层、过程控制层和信息层[1]。a)设备接入层。根据霍尔辛赫煤矿底层子系统的建设情况及信息系统的建设情况共设计接入19类子系统，系统硬件通过以太网通信接口、软件通过标准协议与各子系统连接，为实现过程控制提供基础数据保证。b)过程控制层。根据各子系统的工艺流程实现远程启停设备、异常数据分级预警和报警，实现相关系统之间的连锁、联动。·84·

2019年第9期张志强：智慧矿山建设中生产综合监控系统及联动控制的研究2019年9月

决策

支持层

经营绩效管理系统企业决策支持系统（2个）

经营管理层

销售管理设备管理ERP物资管理项目管理系统财务管理

人力资源管理

生产管理子系统调度管理子系统机电管理子系统

综采工作面监控提升系统监控主运输系统监控通风系统监控供配电系统监控供应商关系管理审计管理节能减排管理办公自动化客户关系管理科技管理行政后勤管理造价管理制度管理综合统计党群管理安全管理产运销协同调度档案管理煤炭生产监管

计划与全面预算管理系统知识管理战略资源管理系统（19个）

设计子系统节能环保子系统综合分析子系统

矿压微震监测顶板压力监测人员与车辆定位水文地质监测生产生产

执行

执行层系统煤质管理子系统一通三防子系统安全管理子系统

供排水系统监控洗煤厂集中监控装车系统监控三维展示子系统

（10个）

工业电视系统束管监测生产执行系统平台

生产综合

控制层监控

系统

安全…监测监控监系统控（20个）

…监控系统（13个）

生产综合监控平台

设备层传感器、执行机构、摄像头等

ERP.企业资源计划。

机电设备

图1霍尔辛赫煤矿智慧矿山总体架构图

c)信息层。建立综合信息展示平台，采用面向对象技术，对不同的数据信息（安全、生产、成本、监测数据等）进行综合分析，最终生成报表、图表，为企业决策者有效实施管理和制订计划提供可靠依据。生产综合监控系统平台采用面向属性对象技术，集工程组态、操作、信息管理于一体，将生产系统中所有受控对象及相关信息集成到平台上，通过属性链接、定制化的工作界面、安全控制等，保证信息正确，以便及时做出正确的判断；具备兼容性，可兼容第三方的应用方案；具备C/S（客户机/服务器)与B/S（浏览器/服务器）相结合的分布式架构，工程师站采用C/S架构设计，便于点对点实现远程控制，信息层采用B/S架构设计，便于管理层、决策层浏览相关系统信息；具备快速备份和恢复功能；支持应用数据、非结构应用数据的导入/导出；建立了系统的数据库，采用关系型数据库分别建立实时库和历史库，实现数据资源共享；系统平台采用模块化设计，可以连接多个操作界面，并支持多种标准协议接口。3.2生产综合监控系统的功能生产综合监控系统具有四大功能，即基本功能、控制功能、联动功能、设备挂牌功能，包含16个模块，可以有效利用自动化系统的数据，使自动化、信息化技术既面向现场又辅助管理。3.2.1生产综合监控系统的基本功能生产综合监控系统的基本功能如下：a)依据子系统现场生产工艺流程制作工控组态画面，画面具有漫游功能，并支持多画面切换。b)实时监测井下生产和安全状况，实现对机电设备运行状况的动态监控。生产综合监控平台应能对采集的生产工况参数进行分析，自动完成过程控制。c)生产综合监控平台实时、历史数据库具备自定义采集的周期和存储的周期，数据至少可以保存3a。d)任意调用监测监控点的实时、历史数据曲线，支持模糊查询、精确查询、组合查询等查看方式，曲线的坐标值依据所查询的测点自动生成相应的刻度值，并可自定义，曲线支持放大、缩小功能。e)系统支持报表的生成，提供多种报表函数、报表工具条，根据需求可自定义报表，具备自定义报表中文打印功能。f)可以任意查询接入子系统中设备的开停情况、累计信息量及统计图表，通过分析影响生产的多种因素以及各种影响因素在生产中所占的权重，绘制直方图、柱状图、饼图等，以便进行综合分析，为制订生产计划提供科学的决策依据。g)系统支持单个、批量事件报警功能，通过短信和E-mail发送分级别的报警和事件信息。h)系统能够进行自身故障的在线诊断，依据自诊断故障进行分级报警。i)系统能够对大型耗能设备进行用电量统计，根据各用电设备运转情况实现在线监控，并且根据用电情况合理地控制现场设备。j)系统支持操作权限管理功能，根据不同用户赋予不同的权限功能，同时具备操作日志记录、管理功能。k)系统应提供直观的过程组态控制画面，可随时访问设计图纸、统计图表、现场视频等相关信息，可个性化定制管理界面，使集控员、值长和监督管理人员以多种手段来保证生产设施的运行和满足生产要求[2]。3.2.2生产综合监控系统的控制功能系统依据各子系统工艺流程，控制地面和井下各种被集成的主要设备的运转。为保障所控制设备的正常运转，在非正常工作模式下启动相应的预设模式，控制各相关系统工作。集控员通过系统的人机界面选择设备的控制方式。系统控制方式主要有以下几种：a)单点控制，限制点设置，修改模拟量阈值设定的命令；b)模式控制，通过一组顺序或并发执行的控制命令；c)程序控制，通过一组带条件判断的顺序来执行·85·

2019年第9期2019年9月

的控制指令；d)时间表控制，根据配置的时刻表启动控制指令；e)系统联动控制，由某种状态或事件触发，涉及多个子系统协同动作的一组控制指令。3.2.3生产综合监控系统的联动控制a)跨系统报警联动。生产方面以井下煤仓为核心，利用仓内煤位传感器，并设置报警级别（预警、报警自动启停设备），实现采煤机、顺槽皮带、主运输皮带、地面生产系统、工业电视等系统之间的跨系统联动，同时也可以以电力监控系统和主排水系统为核心实现各系统间的智能联动。b)超限测值的综合自动化联动。以安全监测监控系统数据为核心实现电力监控系统、顺槽皮带、综采机、主运输皮带、地面生产、工业电视、应急广播等系统之间的联动。c)异常数值与手动联动。在环境监测系统的数据出现超限或设备出现故障时，操作员可根据各种系统数据所反映的现场情况进行人为的控制干预（即手动控制）。d)综合信息自动化系统数据与调度室LED系统联动。系统与工业实时数据库关联，实时播报当前报警信息并在LED屏幕上滚动播放，由当班调度员统一调配处理报警信息，直至报警信息消失后系统自动切换成当日总值班、带班领导信息。e)语音系统联动。主运输监控系统沿线语音扩音系统与应急广播系统对接，实现控制室与输送机沿线检修人员、皮带沿线人员的对讲，并实现分区选择和集中选择[3]。3.2.4生产综合监控系统的设备挂牌功能系统选择在线对一个或多个设备的控制禁止功能，其主要通过设备挂牌实现，从而保障远程控制的安全。设备挂牌种类包括检修牌、禁止牌、故障牌等，并采用不同图元表示。设备挂牌后可控制输出，以确保检修人员在现场作业时其他操作员不能发送控制指令，仅保留对挂牌设备的监视功能，数据正常扫描刷新，摘牌后恢复对设备的控制功能。4结语

总之，未来煤炭生产企业要想实现高效、绿色、安全生产的可持续发展目标和提高企业的经济效益、竞争力，智慧矿山建设是必由之路。但由于智慧矿山建设的复杂性和信息技术发展的迅猛，智慧矿山的建设将是一个长期的发展目标。因此，要瞄准国际前沿，应用成熟的信息化、自动化、智能化技术提升管控能力，实现数据共享、子系统的联动、生产过程的优化、无人值守或少人值守系统的完善，从而促进煤矿企业的创新和发展。参考文献：［1］丰华.浅谈阳煤五矿机电现代化建设［J］.能源与节能，2015(6)：［2］陈超.浅析综合自动化系统在双马煤矿中的规划［J］.计算机

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（责任编辑：刘晓芳）

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研究区具有丰富的自然资源，开发生态旅游是促进风景旅游区实现可持续发展的重要手段之一[17]。开展生态旅游，要注重开发利用过程中经济效益、社会效益和生态效益的有机统一，良好的旅游环境能吸引更多的游客，促进服务业发展，增加当地居民收入；稳定的经济效益能更好地保障基础设施建设，增加宣传保护成效，增强游客对生物多样性的保护意识和责任感。生态旅游还应做到因地制宜、适度开发、生态保护与开发利用并重，科学分析生态环境承载力，合理控制人类干扰程度，维持区域生态系统功能稳定，实现人与自然和谐共生。参考文献：［1］赵建昌.旅游干扰对贺兰山典型草原生物多样性及土壤性质

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（责任编辑：高志凤）

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