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安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造與應(yīng)用

文檔作者：程勁松文檔來源：江蘇煤炭工業(yè)協(xié)會		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月07日
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2015年第40卷第2期
Vo1．40 No．2
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management 117
doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2015．02．048
安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造與應(yīng)用
程勁松
(江蘇煤炭工業(yè)協(xié)會，江蘇南京210024)
[摘要] 2013年國家能源局委托北京中礦信電科技股份有限公司牽頭，聯(lián)合中煤、平煤、徐
礦、汾西、開灤等五個礦業(yè)集團，依托徐礦集團三河尖礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、礦井綜
合自動化系統(tǒng)，借鑒采用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，通過技術(shù)改造，建設(shè)了煤礦安全生產(chǎn)智能決
策系統(tǒng)，有針對性地解決了煤炭生產(chǎn)自動化子系統(tǒng)及安全保障子系統(tǒng)直接的智能
閉鎖、控制聯(lián)動、自動決策等問題，實現(xiàn)了生產(chǎn)智能化、監(jiān)控智能化、決策智能化。
[關(guān)鍵詞] 智能決策；自動化控制；數(shù)據(jù)傳輸；系統(tǒng)
[中圖分類號]TD79 2[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1672．9943(2015)02 117 3
0 引 言
目前部分煤炭企業(yè)已經(jīng)或正在建設(shè)眾多基于
傳感器和計算機控制的自動化子系統(tǒng)，同時建立
統(tǒng)一傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)信息集成，在
信息的感知(各類傳感器)、傳輸(工業(yè)以太網(wǎng))、集
成(數(shù)據(jù)庫)、展示(實時監(jiān)控)等方面都有涉及。但
在最為關(guān)鍵的應(yīng)用層面(即信息集成后挖掘信息
間的關(guān)聯(lián)性，提升信息的價值，形成有效的應(yīng)用信
息)卻成效甚微，成為綜合自動化工程真正發(fā)揮效
能的瓶頸，亟需解決?；谛斓V集團三河尖煤礦在
自動化與信息化建設(shè)方面相對落后的現(xiàn)狀以及在
瓦斯、水等防治方面的壓力，有必要采用新設(shè)備、
新技術(shù)提升礦井安全生產(chǎn)水平。
1 項目主要改造內(nèi)容
礦井安全生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)分5個層面，每
個層面都有很多相關(guān)的分系統(tǒng)，如圖1所示。這些
廠 ]I信息l絲至纂的綜合利用和反饋：信息管理中心、聯(lián)動閉
：j 分析運算、智能決策控制、信息的展
信息集成分類和管理：通訊驅(qū)動程序、信息的采
集、分類、篩選、存儲、查詢等
傳輸通道信息：現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、局域網(wǎng)、
無線網(wǎng)絡(luò)、PDA、手機等
l系統(tǒng)ll獲取和解析感知層信息，并執(zhí)行針對特定系統(tǒng)的
I蕉劍星l1處理：PLC控制系統(tǒng)、檢測分站、通訊分站等
圓l 蓍 凝
圖1 礦井安全生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
分系統(tǒng)有些是成熟的系統(tǒng)，有些是需要進(jìn)行擴充
和提升的系統(tǒng)，也有些是需要研發(fā)的新系統(tǒng)。根據(jù)
三河尖礦的實際情況，工程在5個層面都規(guī)劃了
部分分系統(tǒng)，主要目標(biāo)是搭建完整的系統(tǒng)構(gòu)架，選
擇目前具備條件的系統(tǒng)和功能進(jìn)行測試和應(yīng)用，
并為后續(xù)系統(tǒng)的進(jìn)一步完善提供硬件和軟件基
礎(chǔ)。
2 改造技術(shù)關(guān)鍵
2．1 執(zhí)行感知層
(1)無線紅外便攜瓦檢儀。無線紅外便攜瓦
檢儀采用紅外光檢測環(huán)境瓦斯?jié)舛龋啾葌鹘y(tǒng)催
化劑型便攜瓦檢儀具有精度高、壽命長、偏移小、
可靠性高等優(yōu)點，同時該便攜瓦檢儀具備無線通
訊功能，可與智能終端配對使用，實現(xiàn)佩戴人員周
邊環(huán)境信息的遠(yuǎn)程實時上傳和管理。三河尖煤礦
改造后配置了200臺設(shè)備作為試點應(yīng)用。
(2)網(wǎng)絡(luò)攝像儀。改造前三河尖礦配置的視
頻監(jiān)控采用模擬視頻，存在清晰度低、覆蓋范圍
小、應(yīng)用不靈活、施工困難、數(shù)據(jù)無法共享等一系
列問題，改造后采用高清晰、低照度網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字?jǐn)z
像儀。利用計劃建設(shè)的工業(yè)千兆光纖網(wǎng)絡(luò)和無線
網(wǎng)絡(luò)作為傳輸通道，采用有線和無線兩種傳輸方
式，實現(xiàn)可靠、高清、全面、靈活的視頻監(jiān)控。三河
尖煤礦擴充共計新增新型網(wǎng)絡(luò)攝像儀50臺套。
2．2 系統(tǒng)控制層
(1)綜采工作面自動化控制系統(tǒng)。自動化綜
采工作面主要設(shè)備由電液控制系統(tǒng)、液壓支架、采
煤機構(gòu)成。主要包括以下功能：①實現(xiàn)在線監(jiān)測
工作面設(shè)備工況及故障并傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心；
1 18 程勁松安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造與應(yīng)用
2015年4月
Apr．，2015
②實現(xiàn)對泵站、液壓支架移架的遠(yuǎn)程控制，可實現(xiàn)
采煤機的遠(yuǎn)程啟動與停車。
(2)基于智能終端的單兵安全信息系統(tǒng)。該
系統(tǒng)的主要組成包括：多功能智能終端、無線傳輸
網(wǎng)絡(luò)(wIFI或3G)及系統(tǒng)管理(包括服務(wù)器硬件、
服務(wù)器應(yīng)用軟件及終端應(yīng)用軟件等)。該系統(tǒng)的管
理部分設(shè)置于調(diào)度機房(或其他機房)，下井人員
通過佩戴智能終端實現(xiàn)單兵信息的應(yīng)用。礦按計
劃配備了500臺智能終端，并提供了相配套的服
務(wù)端軟件和終端軟件。
(3)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通訊擴播系統(tǒng)。井下所有范圍
在VOIP的通訊系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝了一套堅強的礦
井應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備防水、防火、抗
砸、不怕斷電等特質(zhì)，實現(xiàn)日常播放音樂、找人、下
達(dá)調(diào)度通知等，在礦難發(fā)生時，井下能夠多點報
警，調(diào)度能夠快捷地指導(dǎo)人員撤離。礦難發(fā)生后，
能夠在2 h內(nèi)保持地面與井下的通話聯(lián)絡(luò)，最大
程度地減少人員傷亡。系統(tǒng)組成包括：地面控制主
機、通訊中繼、擴播終端、軟件及專用線纜等。
(4)斜巷安全監(jiān)控系統(tǒng)。該礦在礦井主要斜
巷實施了移動數(shù)字監(jiān)控技術(shù)，把便攜式數(shù)字?jǐn)z像
儀安裝在斜巷內(nèi)運行車輛的前后，將數(shù)字視頻信
息實時傳輸給操作人員，使操作人員及時了解車
輛前后及沿途的狀況，杜絕了碰撞行人等危險事
故的發(fā)生。
(5)井下皮帶自動化控制系統(tǒng)。該礦井下皮
帶運輸系統(tǒng)中，有部分進(jìn)行了自動化改造，但由于
設(shè)計改造年代較遠(yuǎn)，改造廠家選用設(shè)備不統(tǒng)一，改
造前系統(tǒng)基本處于停用狀態(tài)，此次改造以全面改
造為主要思路。通過改造，實現(xiàn)了在每條單一皮帶
的集控基礎(chǔ)上，能夠?qū)φ麄€井下主運皮帶的聯(lián)合
優(yōu)化控制。每條皮帶相關(guān)的給煤機為自動控制，最
終實現(xiàn)了井下主運皮帶的無人值守優(yōu)化運行。
(6)井下排水自動化控制系統(tǒng)。礦井下有6
個泵房，6個泵房升級改造的主要內(nèi)容如下：① 改
造各出水閥門為電動閘閥，電動閘閥的控制回路
設(shè)計在就地控制PLC柜中。② 改造各管路閥門為
電動閘閥，配置閘閥專用控制箱，與集控PLC柜
以硬接線方式進(jìn)行集成。③ 改造各射流閥門為電
動球閥，電動球閥的控制回路設(shè)計在就地控制
PLC柜中。④ 增加部分傳感器，主要包括超聲／雷
達(dá)水位傳感器、流量傳感器、溫度傳感器，現(xiàn)有的
壓力和負(fù)壓傳感器由機械改為電氣式，壓力傳感
器可采用三通方式另加，或替換現(xiàn)有。⑤ 改造高
低壓配電系統(tǒng)，可考慮為開關(guān)柜增加綜保裝置。此
部分改造可同時結(jié)合井下配電自動化改造，控制
系統(tǒng)與綜保通訊后主要對遙信和遙測量進(jìn)行處
理，但與水泵相關(guān)的供電回路的分合控制仍以硬
件接線為主。⑥ 加水泵就地控制柜，就地控制柜
采用PLC為核心控制器，柜體采用防爆型，就地
控制柜主要是實現(xiàn)每臺水泵的全自動啟動和停止
的順序控制。就地控制柜采用一拖一的方式，即用
1臺就地柜控制1臺水泵。⑦ 增加1臺集中控制
柜，采用PLC為核心控制器，主要實現(xiàn)一400 m排
水系統(tǒng)的水泵綜合自動調(diào)度、輪值、峰谷運行。集
中控制柜與就地控制柜之間采用現(xiàn)場總線通訊。
(7)井下供電系統(tǒng)的自動化改造。三河尖礦
井下有7個變電站／所，升級改造的主要內(nèi)容如
下：①對還不具備綜合保護裝置的配電柜進(jìn)行改
造，對于低壓柜，加裝了低壓綜合保護裝置。使用
的綜合保護裝置達(dá)到了至少具備通訊功能和三遙
(或四遙)功能。②在每個變電站配置了多個通訊
管理分站，該通訊分站具備通訊通道，通訊方式是
以太網(wǎng)通訊，但考慮到目前產(chǎn)品的局限，增加了以
太網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備來實現(xiàn)通訊分站的以太網(wǎng)接人。③
同時通訊分站具備與其他控制系統(tǒng)的通訊能力，
采用可編程的通訊分站如PLC等，這樣就實現(xiàn)了
供電系統(tǒng)和其他自動化系統(tǒng)的統(tǒng)一傳輸(OPC)和
統(tǒng)一的軟件編程。把PLC作為通訊分站。④通訊
分站直接與地面控制中心的供電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通
訊，實現(xiàn)了每個變電站的各高低壓柜的遙測和遙
信及部分柜體的遙控。
(8)地面壓風(fēng)機房無人值守系統(tǒng)。系統(tǒng)功能
主要包括：對壓風(fēng)機排氣壓力、管線壓力、噴油壓
力、油過濾壓力、排氣溫度、分離器罐排氣溫度、噴
油溫度進(jìn)行監(jiān)控；監(jiān)控壓風(fēng)機相關(guān)設(shè)備的運行狀
態(tài)、運行時間、事故狀態(tài)信息；實現(xiàn)了壓風(fēng)機房的
無人值守。
(9)現(xiàn)有系統(tǒng)的集成接入。其內(nèi)容主要包括：
主井提升系統(tǒng)、副井提升系統(tǒng)、地面洗煤廠集控系
統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位管理系統(tǒng)。
2．3 信息傳輸層
(1)工業(yè)千兆光纖網(wǎng)絡(luò)。三河尖煤礦目前配
置的井下網(wǎng)絡(luò)為帶寬百兆的以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面
小，傳輸能力相對較低，需要進(jìn)行升級改造。改造
后采用千兆光纖單環(huán)型結(jié)構(gòu)組建三河尖礦工業(yè)控
制以太網(wǎng)，包括地面工業(yè)以太網(wǎng)和井下工業(yè)以太
網(wǎng)兩個環(huán)網(wǎng)，地面工業(yè)部分和井下部分共用2臺
2015年第4O卷第2期
Vo1．40 No．2
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management 1 1 9
核心交換機，構(gòu)成冗余雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)。地面配置5臺千
兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機，井下配置了9臺千兆交換
機，布線方式本著永久巷道布置。同時地面和井下
在方案實施時配置星型節(jié)點百兆交換機(或利用
現(xiàn)有百兆交換機)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用進(jìn)口高可靠性的
工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備。井下網(wǎng)絡(luò)布線綜合考慮布線的
長度、覆蓋面并考慮礦井建設(shè)過程中巷道的廢止
和開拓等各方面的因素，對于北翼、東三、東四等
采區(qū)采用星型結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴展，因此主體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
基本可長期使用。具體如圖2所示。
圖2 井下環(huán)網(wǎng)布置示意圖
地面環(huán)網(wǎng)主要包括主、副井車房、機電科集控
室、洗煤廠和皮帶工區(qū)控制室，已有系統(tǒng)就近接
人。三河尖礦風(fēng)井在礦外面，距離礦本部有2 km，
綜合考慮布線及協(xié)調(diào)因素，使用工業(yè)無線以太網(wǎng)
實現(xiàn)了風(fēng)井系統(tǒng)數(shù)據(jù)、視頻的傳輸。三河尖礦地面
千兆網(wǎng)光纜布置如圖3所示。
圖3 地面環(huán)網(wǎng)布置示意圖
(2)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)。采用WIFI無線網(wǎng)絡(luò)作為
井下網(wǎng)絡(luò)的主要標(biāo)準(zhǔn)，符合IEE802．1la／b／n標(biāo)準(zhǔn)，
具備橋接功能。傳輸帶寬為400M和54M兩種。采
用KZC24無線基站作為主要設(shè)備，由于基站信號
覆蓋范圍理論為200 m，因此為實現(xiàn)最理想的信
號覆蓋，井下按150 m左右布置1個基站，并在巷
道轉(zhuǎn)彎、出入口等地布設(shè)基站作為補充。此次改造
布置1 60個井下基站，基站就近接人千兆工業(yè)以
太環(huán)網(wǎng)。
2．4 信息集成層
(1)服務(wù)器、終端計算機等硬件設(shè)備。它是整
個礦井安全生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)的硬件平臺在服務(wù)
器上安裝系統(tǒng)平臺及各類授權(quán)。技術(shù)改造配置了
4U高性能服務(wù)器4臺，其他2U型各類服務(wù)器6
臺，同時配置服務(wù)器機柜、后備電源、數(shù)據(jù)存儲陣
列、多臺高性能終端計算機等。
(2)高性能實時、歷史數(shù)據(jù)庫。本次改造采用
工業(yè)專用數(shù)據(jù)庫，以SQL Server數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)進(jìn)
行二次開發(fā)，將存儲信息進(jìn)行二進(jìn)制編碼，以實現(xiàn)
高性能、高速率、大容量的存儲。
2．5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層
(1)礦井集成管控軟件。主要是實現(xiàn)各類自
動化、信息化子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測監(jiān)控、遠(yuǎn)程
操作等功能，主要包括：數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測、操作
控制、報警記錄、事件記錄、趨勢分析、報表統(tǒng)計、
權(quán)限管理等功能。
(2)調(diào)度指揮系統(tǒng)。主要包括安全生產(chǎn)報表
系統(tǒng)；軟交換調(diào)度系統(tǒng)；各安全生產(chǎn)子系統(tǒng)集成系
統(tǒng)；大屏幕顯示系統(tǒng)等。
(3)安全生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)軟件。它是整個
軟件系統(tǒng)的核心，該軟件既與集成管控軟件銜接，
又與企業(yè)信息管理系統(tǒng)對接，有機結(jié)合了企業(yè)信
息系統(tǒng)與生產(chǎn)安全信息的統(tǒng)一管理，并為各類用
戶(包括監(jiān)控操作人員、調(diào)度人員、管理人員、現(xiàn)場
作業(yè)人員)提供信息存儲、匯總、中轉(zhuǎn)、查詢等服
務(wù)。具體功能模塊包括：安全生產(chǎn)信息管理、大型
設(shè)備管理、專家診斷分析、智能聯(lián)動控制、智能決
策支持等。
3 技術(shù)改造效果
該安全生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)的應(yīng)用在礦井綜合
自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，借鑒采用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，建設(shè)
針對煤礦安全生產(chǎn)的智能決策系統(tǒng)，有針對性地
解決煤炭生產(chǎn)自動化子系統(tǒng)以及安全保障子系統(tǒng)
直接的智能閉鎖、控制聯(lián)動、自動決策等問題，實
現(xiàn)了生產(chǎn)智能化、監(jiān)控智能化、決策智能化。三河
尖煤礦在安全生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)建成后，形成安
全生產(chǎn)快速的預(yù)警機制和智能化應(yīng)急預(yù)案等綜合
信息化系統(tǒng)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
[作者簡介]
程勁松(1970一)，男，工程師，畢業(yè)于天津工程師范學(xué)
院工業(yè)電氣自動化技術(shù)專業(yè)，長期從事機電專業(yè)安全管理
工作。
『收稿日期：2014—11—04]

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