摘要：目前大部分煤礦建立了多種自動化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是在不同的階段相繼建設(shè)起來的，很難對整個系統(tǒng)工程進(jìn)行自動化管理，因此建立一套完善的煤礦綜合自動化系統(tǒng)是非常有必要的，它不僅能夠?qū)ΦV山進(jìn)行統(tǒng)一的自動化管理，通過有效合理地整合現(xiàn)有資源來獲取更大的效益，還能夠保障煤礦的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦開采技術(shù)；綜合自動化系統(tǒng)；自動化管理；安全生產(chǎn)；煤礦企業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD67 文章編號：1009-2374（2015）25-0016-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.008

隨著信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用到各個行業(yè)和領(lǐng)域，對于目前的煤礦開采技術(shù)來說，計算機(jī)技術(shù)的全面運(yùn)用是其最為顯著的特點(diǎn)，它能夠使規(guī)劃、信息、控制以及監(jiān)測等不同的部門職能統(tǒng)一在一起，形成一個整體的系統(tǒng)。由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜化和多樣性，易于造成事故的發(fā)生，因此基于煤礦發(fā)展的需求來說，煤礦綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)是必不可少的。

1 煤礦自動化與信息化的現(xiàn)狀

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，煤礦的安全生產(chǎn)以及信息化和自動化的實(shí)現(xiàn)是我國煤礦發(fā)展的主要需求，如今已經(jīng)有越來越多的礦井在投入建設(shè)或者已經(jīng)建設(shè)了綜合自動化的管理系統(tǒng)，雖然取得了一些成就，但也存在著很大的問題，目前在煤礦的檢測控制以及管理方面存在著一系列的問題和缺陷：

第一，一些煤礦的自動化系統(tǒng)管理不夠集中，各個部門的信息之間不能互通，從而造成了資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，由于煤礦的自動化子系統(tǒng)處于相對獨(dú)立的狀態(tài)，因此造成了各個子系統(tǒng)之間不能夠有效地進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合，致使每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)不能很好地銜接，進(jìn)一步降低了煤礦生產(chǎn)的效率。

第二，由于部分煤礦信息化與系統(tǒng)化建設(shè)不健全導(dǎo)致材料的嚴(yán)重浪費(fèi)，通訊線路之間出現(xiàn)重復(fù)投資建設(shè)的現(xiàn)象，這大大增加了投資建設(shè)的費(fèi)用，而且造成了整個系統(tǒng)龐大的維護(hù)量，維修起來不僅困難，還耗費(fèi)了大量的資金。

第三，各個系統(tǒng)之間都要建設(shè)相對應(yīng)的管理制度，并且要設(shè)置相對應(yīng)的管理崗位和管理人員，各個系統(tǒng)還需要配備相關(guān)的維修人員、值守人員和巡檢人員等，這導(dǎo)致了人力資源和管理資源的浪費(fèi)。

第四，由于信息系統(tǒng)的單一，因此很難對礦山的整體進(jìn)行統(tǒng)一的管理，再加上各個系統(tǒng)間無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有效共享，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的檢測和調(diào)度，這些在一定程度上大大影響了生產(chǎn)力水平的提高，不能使各種資源進(jìn)行有效的整合，從而不能發(fā)揮出其工作效率和最大限度地創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

2 煤礦綜合自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)以及其效益價值

2.1 煤礦綜合自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)

2.1.1 建設(shè)全礦井能夠自動控制信息傳輸以及及時處理信息的總集成的系統(tǒng)平臺，在平臺的建立下實(shí)現(xiàn)在地面的集控中心對井下的排水、供電、軌道、通風(fēng)、壓風(fēng)、選煤等設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，最大限度地實(shí)現(xiàn)井下以及其他崗位無人值守的狀態(tài)，減少工作人員的工作量提高工作效率，確保礦井的安全。

2.1.2 建立全面的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，在地面接入煤礦的自動化平臺，實(shí)施煤礦的安全監(jiān)控以及各個工作人員的定位等，從而使礦井的自動化信息和安全生產(chǎn)監(jiān)測信息達(dá)到集中和共享的狀態(tài)，對井下所有重要地點(diǎn)的溫度、風(fēng)速、風(fēng)門以及局扇開停進(jìn)行全自動的監(jiān)測，此外對于井下工作人員的分布情況也進(jìn)行在線的監(jiān)測和統(tǒng)計。

2.1.3 建立礦井的電視監(jiān)控系統(tǒng)，通過視頻的監(jiān)控系統(tǒng)把井下的攝像機(jī)信號以及地面的重要地點(diǎn)的信號傳輸?shù)降孛娴囊曨l服務(wù)器上，在集控中心進(jìn)行圖像的切換和顯示，保障了地面的遠(yuǎn)程控制。

2.1.4 建立全面的礦井移動通信系統(tǒng)，使井下的工作人員能夠與集控中心清晰地通話，進(jìn)一步加強(qiáng)各個部門和各個系統(tǒng)之間的聯(lián)系，為地面的遠(yuǎn)程控制提供便利暢通的通訊手段。

2.1.5 建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺以及數(shù)據(jù)處理平臺，完成煤礦的綜合自動化系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的無縫安全對接，把煤礦井下現(xiàn)場的安全監(jiān)控信息、井下的視頻監(jiān)控信息、自動化信息以及管理信息系統(tǒng)有效地連接起來，實(shí)現(xiàn)各個部門、各個系統(tǒng)的各類信息在整個公司的互通和共享。

2.2 煤礦綜合自動化系統(tǒng)的效益分析

煤礦綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)所能創(chuàng)造的效益價值包括安全效益、投資效益、管理效益以及生產(chǎn)效益四個方面：

2.2.1 安全效益。建設(shè)煤礦綜合自動化的系統(tǒng)，可以通過建立系統(tǒng)全面的地面監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)一步全方位地實(shí)時監(jiān)控井下工作人員的工作情況和工作狀態(tài)，以確保井下工作人員的工作效率和人身安全。另外，能夠使數(shù)據(jù)達(dá)到互通和共享，通過報警聯(lián)動來減少礦井事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

2.2.2 投資效益。通過煤礦綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)可以減少傳輸設(shè)備和傳輸線纜的重復(fù)投資建設(shè)，也能節(jié)省一部分維修資金，節(jié)省軟件開發(fā)和數(shù)據(jù)庫以及組態(tài)軟件的重復(fù)投資建設(shè)，建設(shè)一個數(shù)據(jù)平臺和監(jiān)控平臺以及傳輸平臺為一體的綜合性自動化的系統(tǒng)，達(dá)到一次性的投資和管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長期的受益。

2.2.3 管理效益。為了使煤礦企業(yè)在進(jìn)行煤礦生產(chǎn)時能夠有效地進(jìn)行整體的管理和調(diào)度，必須要建設(shè)一個管理和監(jiān)測融為一體的煤礦綜合自動化的系統(tǒng)，這樣一來就可以不斷提高煤礦集中管理的效率，為煤礦企業(yè)提供了一個可靠安全又高效的管理平臺。

2.2.4 生產(chǎn)效益。煤礦綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)，可以在設(shè)備出現(xiàn)故障的時候，能更有效地進(jìn)行判斷和分析，從而盡量減少停機(jī)事故的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命，減少在進(jìn)行人工操作時造成的操作失誤，此外還可以解決運(yùn)輸上的管理和調(diào)度問題，進(jìn)一步提高運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍省?/p>

3 煤礦綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計遵循的原則

煤礦綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)需要滿足全面性、計劃性、準(zhǔn)確性、及時性、預(yù)見性、務(wù)實(shí)性、靈活性等特性，在進(jìn)行煤礦的綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計的過程中要遵循以下五個方面的原則，才能使整個建設(shè)更加合理有效和完整：

3.1 人機(jī)能夠協(xié)調(diào)配合完成工作的原則

煤礦的綜合自動化系統(tǒng)平臺的建設(shè)需要達(dá)到一種在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)任何故障的情況下都能夠自動報警的狀態(tài)，并且能夠有效地完成數(shù)據(jù)的自動采集，從而使整體的管理以及監(jiān)測的工作效率都能夠提高。

3.2 通過信息資源的有效整合實(shí)現(xiàn)綜合管理的原則

各個部門之間應(yīng)該有效的實(shí)現(xiàn)信息的互通和共享，不能沒有溝通和銜接，各自為政，達(dá)到既沒有多余無用的信息，又要保持信息的全面和豐富，在安全保密的前提下使每一個部門的工作人員都能夠很容易得到自己所需要的信息。

3.3 兼顧分步實(shí)施與統(tǒng)一規(guī)劃的原則

在建設(shè)煤礦綜合自動化系統(tǒng)的體系時，要同時兼顧分步實(shí)施與統(tǒng)一規(guī)劃，進(jìn)行任務(wù)計劃的分配時，從總體的目標(biāo)出發(fā)，然后把建設(shè)的任務(wù)逐步的向下傳達(dá)，任務(wù)傳達(dá)完之后在具體實(shí)施任務(wù)的時候，要遵循從高到低、從下往上的原則，也就是首先要根據(jù)底層部門的實(shí)際情況，逐步往中層和高層邁進(jìn)，一步步地最終完成目標(biāo)計劃。這樣不僅可以使整個規(guī)劃建設(shè)協(xié)調(diào)一致，不產(chǎn)生不必要的沖突和矛盾，還可以保證信息來源的有效性和信息處理時的依據(jù)性。

3.4 兼容并蓄的原則

應(yīng)該把各類子系統(tǒng)的功能都融合到煤礦的綜合自動化系統(tǒng)的平臺中，在充分發(fā)揮各個子系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集中有效的調(diào)度與監(jiān)控。

3.5 相對穩(wěn)定與適應(yīng)變化結(jié)合的原則

由于信息技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，煤礦產(chǎn)業(yè)很容易面臨技術(shù)與管理的革新，為了更快適應(yīng)新形勢的變化，煤礦的自動化系統(tǒng)隨時會進(jìn)行調(diào)整和改造，因此在這種情況下，要盡量從長遠(yuǎn)的利益和目標(biāo)出發(fā)，不斷完善和穩(wěn)定系統(tǒng)的建設(shè)，使系統(tǒng)在生命周期內(nèi)不用頻繁的改造和更換，進(jìn)而達(dá)到能夠穩(wěn)定有效的使用。

4 煤礦綜合自動化系統(tǒng)的整體架構(gòu)

煤礦綜合自動化系統(tǒng)主要是以1000M的工業(yè)以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)支撐，它主要分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)兩層：內(nèi)網(wǎng)主要是為了防止病毒或者黑客的入侵等，進(jìn)而接入各個子系統(tǒng)和控制層；外網(wǎng)主要是為了方便公司內(nèi)部的管理人員以及行政人員進(jìn)行遠(yuǎn)程的管理和監(jiān)控，它的組成主要就是信

息網(wǎng)。煤礦綜合自動化系統(tǒng)的架構(gòu)是由四個層次組成的：

4.1 接入層

它主要是為了實(shí)現(xiàn)與各個子系統(tǒng)的有效接入，把系統(tǒng)智能的控制設(shè)備和各個子系統(tǒng)通過接口或者其他的工業(yè)總線有效接入1000M工業(yè)以太網(wǎng)，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)則通過網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)與1000M以太網(wǎng)的接入。

4.2 數(shù)據(jù)的收集處理層

它主要是為了實(shí)現(xiàn)對各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)收集和處理，各個子系統(tǒng)把系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)收集處理層，然后再經(jīng)過一定的處理之后形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，接著再上傳到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，最后是把統(tǒng)一之后的數(shù)據(jù)上傳到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺。這樣一來就能夠方便上層系統(tǒng)隨時的顯示、調(diào)用和處理。

4.3 控制層

控制層是一個開放性的網(wǎng)絡(luò)，它連接了整個操作監(jiān)控站的計算機(jī)以及其他的智能控制單元，是整個煤礦綜合自動化系統(tǒng)的中間層。它主要是實(shí)現(xiàn)對各個子系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，控制層的設(shè)備為了能夠防止井下出現(xiàn)安全事故的發(fā)生，適應(yīng)井下的特殊工作環(huán)境，選用專門的具有煤礦防爆合格證和煤礦安全標(biāo)志的設(shè)備，而且還采用了先進(jìn)的智能控制設(shè)備，具有高技術(shù)、高可靠性的特性。為了減少網(wǎng)絡(luò)的單點(diǎn)，進(jìn)而增強(qiáng)通訊網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)突發(fā)狀況時具備的生存能力，現(xiàn)場要采用放射式的冗余網(wǎng)絡(luò)，

通過建立一個環(huán)狀的光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余。

4.4 信息層

所謂的信息層主要采用的是工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)把服務(wù)器、人機(jī)接口和網(wǎng)關(guān)通過Web服務(wù)器連接到整個管理信息系統(tǒng)平臺上，從而實(shí)現(xiàn)對公司內(nèi)部各個系統(tǒng)信息的管理和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。這種技術(shù)適應(yīng)了當(dāng)今信息技術(shù)的發(fā)展，有效地避免了由于黑客或者病毒的侵入而造成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓的問題，能夠通過圖形、圖像、聲音以及數(shù)據(jù)等不同的方式來為管理人員提供決策的依據(jù)，方便他們進(jìn)行各類報表的查詢，提供了一個安全的生產(chǎn)信息。

5 煤礦綜合自動化系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)

5.1 通訊系統(tǒng)

通訊系統(tǒng)對于其時效性和即時性的要求非常高，它在整個煤礦安全生產(chǎn)的調(diào)度過程中起著不可替代的重要作用，通訊系統(tǒng)主要分為無線的通訊系統(tǒng)和有線的通訊系統(tǒng)，最終的目的都是為了保障在任何情況和任何狀態(tài)下都盡量能夠有效地運(yùn)行通訊系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時的聯(lián)系。

5.1.1 無線的通訊系統(tǒng)。無線通訊系統(tǒng)的建立為工作人員在進(jìn)行煤礦生產(chǎn)時遇到突發(fā)狀況時可以有效地進(jìn)行應(yīng)急救援提供了前提和基礎(chǔ)，也保障了生產(chǎn)的調(diào)度和安全監(jiān)控的有效實(shí)施，它主要是由礦井光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了系統(tǒng)主干傳輸平臺，用有線主干以及無線終端相結(jié)合的無線通信網(wǎng)絡(luò)來全權(quán)覆蓋煤礦井下的全部地點(diǎn)，包括地面上相關(guān)的重要部分，有效地實(shí)現(xiàn)了人員之間及時的語音通訊和人員之間的管理。無線的通訊系統(tǒng)主要是由電源、語音網(wǎng)關(guān)、管理主機(jī)、礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、礦用無線通信基站等組成的，可以為各類的工作人員和監(jiān)測人員實(shí)施定位，還可以實(shí)現(xiàn)井上以及井下的無線通信。

5.1.2 有線的通訊系統(tǒng)。有線通訊系統(tǒng)的建立主要是因?yàn)榭紤]到無線的通訊系統(tǒng)會受到來自不同方面的干擾，抗干擾的能力比較差，從而造成通訊信號的混亂，因此才需要建立有線的通訊系統(tǒng)。有線通訊系統(tǒng)主要是為了實(shí)現(xiàn)在無線通訊系統(tǒng)受到強(qiáng)大的干擾而不能正常的進(jìn)行工作時，代替無線通訊系統(tǒng)完成井下的部分單機(jī)與地面之間的通話、井下某個地點(diǎn)與調(diào)度室之間的通話、井下的工作人員與地面工作人員間的通話、幾個工作人員同時的通話以及在出現(xiàn)突發(fā)狀況時工作人員的緊急呼叫。有線通訊系統(tǒng)主要是由位于地面的主交換機(jī)與井下以及地面各地點(diǎn)的電話單機(jī)組成，各個地點(diǎn)的電話單機(jī)通過現(xiàn)場的總線連接到主交換機(jī)中。

5.2 工業(yè)電視系統(tǒng)

工業(yè)電視系統(tǒng)是煤礦實(shí)現(xiàn)自動化信息化遠(yuǎn)程監(jiān)控的一個輔助系統(tǒng)，它可以直觀地對現(xiàn)場的重要的設(shè)備以及工作環(huán)節(jié)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)視，工業(yè)電視系統(tǒng)是由現(xiàn)場的傳輸光纜、防爆攝像機(jī)等組成的，可以有效地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的資源共享。

5.3 大屏幕顯示系統(tǒng)

通過設(shè)置大屏幕的顯示系統(tǒng)從而對煤礦綜合自動化系統(tǒng)的各種圖像以及視頻等進(jìn)行多畫面、高清晰的顯示和分析，配備多臺電視組成電視墻，可以通過這些進(jìn)一步清晰直觀地看到各種信息的展示，不僅可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控和集中調(diào)度，還可以使工作人員及時地做出判斷和處理。

5.4 不間斷的電源系統(tǒng)

不間斷的電源系統(tǒng)對于整個煤礦生產(chǎn)也是非常重要的，它主要是為煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)和計算機(jī)服務(wù)器等重要設(shè)備提供不間斷的電源支持，在出現(xiàn)大面積停電的時候，可以有效地應(yīng)對這種突發(fā)狀況，使整個系統(tǒng)能夠保持正常的工作，而且還保證煤礦綜合自動化系統(tǒng)不會因?yàn)橥蝗坏耐ｋ娛鹿识斐蓳p壞。

5.5 集控中心機(jī)房

集控中心機(jī)房主要是包括空調(diào)的工程、電氣工程以及安全工程、消防工程與設(shè)備監(jiān)控工程等部分，它的環(huán)境不僅是為了滿足工作人員對溫度、濕度以及噪音干擾等

的需求，還為了滿足計算機(jī)等各種微電子設(shè)備的需求。

5.6 接地防雷系統(tǒng)

接地防雷系統(tǒng)是為了避免由于巨大的電流以及雷擊對電信和各種計算機(jī)設(shè)備造成的危害，它是必須根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定和合理的標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)場的一些實(shí)際情況來進(jìn)行建設(shè)的，是為了最大限度地保障工作人員和相關(guān)設(shè)備的安全。

6 結(jié)語

煤礦綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)是煤礦企業(yè)發(fā)展的趨勢，也是必然要求，我們應(yīng)加快煤礦管理系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的綜合自動化和信息化的建設(shè)，為了保障煤礦的生產(chǎn)安全，為了能給煤礦的各項(xiàng)經(jīng)營與管理提供高效便捷的信息服務(wù)渠道，我們應(yīng)該結(jié)合當(dāng)今信息技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新的理念，進(jìn)一步總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，取其精華，去其糟粕，不斷完善和提高煤礦行業(yè)信息化的水平，實(shí)現(xiàn)有穩(wěn)定可靠的性能、快速準(zhǔn)確的應(yīng)用以及先進(jìn)實(shí)用、功能齊全的綜合自動化集成系統(tǒng)，在大力保障煤礦安全生產(chǎn)的前提下創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭龍.基于OPC技術(shù)的煤礦綜合自動化系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].河北工程大學(xué)，2013.

[2] 晏鳳華.對煤礦綜合自動化系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2014，（6）.

[3] 郭志博.礦井綜合自動化系統(tǒng)在煤礦的建設(shè)應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2014，（5）.

[4] 喬良.基于組態(tài)技術(shù)的煤礦綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].天津大學(xué)，2013.

[5] 朱隆貴.綜合自動化系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[J].能源與環(huán)境，2011，（5）.

作者簡介：劉會軍（1974-），男，湖北鄂州人，神華新疆能源有限責(zé)任公司工程師，研究方向：電氣自動化。

（責(zé)任編輯：周 瓊）