華豐煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)原有安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、-450及－750中央泵房排水監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、礦井地面供電及－450、-750中央配電所自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、主運(yùn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、大巷信集閉系統(tǒng)。
目前這些監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)都處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，每套自動(dòng)化系統(tǒng)井上、下均有獨(dú)立的通訊線路，造成通訊線路大量重復(fù)投資，維修、維護(hù)困難，信息不能互通。因此，需要建立統(tǒng)一的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，使煤礦并下的安全信息、設(shè)備的工況信息和控制信息在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上傳輸。
1 確定自動(dòng)化集成系統(tǒng)目標(biāo)及方案
1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)
對(duì)井下各控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令，并能監(jiān)視各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及生產(chǎn)和安全參數(shù)；井上與集團(tuán)公司廣域網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)華豐礦與公司之間信息的及時(shí)交換。
建立一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度中心集中控制和監(jiān)視，井下各系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，僅有巡檢工進(jìn)行巡視和維護(hù)，巡檢工可以就地緊?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況向地面調(diào)度中心匯報(bào)需要起停哪些設(shè)備，但設(shè)備的起停是由調(diào)度員根據(jù)總體情況來(lái)確定和操作，實(shí)現(xiàn)全礦管控一體化。
能夠把井下的光纖攝像儀通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)骄险{(diào)度中心，整合傳輸通道。
系統(tǒng)隨著礦井建設(shè)整體規(guī)劃分步實(shí)施，并能隨著技術(shù)的發(fā)展方便升級(jí)。
1.2系統(tǒng)功能要求
自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)與各類子系統(tǒng)如安全監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、提升控制系統(tǒng)、選煤廠集控系統(tǒng)、礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)、水泵控制系統(tǒng)、主扇監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)等組成監(jiān)控網(wǎng)，管控中心為監(jiān)控網(wǎng)的服務(wù)器，并將各子系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合后處理。管控中心負(fù)責(zé)將實(shí)時(shí)、歷史及綜合分析后的信息提供給信息系統(tǒng)中的客戶，并接受客戶對(duì)各子系統(tǒng)的操作請(qǐng)求。具體功能要求如下：
（1）在物理上和邏輯上都要考慮到網(wǎng)絡(luò)信道的冗余，確保網(wǎng)絡(luò)的安全。
（2）當(dāng)系統(tǒng)某一子系統(tǒng)的通訊或元器件出現(xiàn)故障時(shí)，不能影響其它子系統(tǒng)的通訊和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。
（3）對(duì)系統(tǒng)井下部分和網(wǎng)絡(luò)部件要充分考慮防爆、防塵、抗高溫潮濕和電磁干擾的要求。地面系統(tǒng)充分考慮防雷和抗電磁干擾的設(shè)置。
（4）系統(tǒng)在調(diào)度中心能及時(shí)、準(zhǔn)確地采集各個(gè)子系統(tǒng)的生產(chǎn)工況、生產(chǎn)和安全參數(shù)，并以畫面和圖表的形式表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)可以根據(jù)生產(chǎn)和調(diào)度的要求起、停現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。
（5）充分考慮先進(jìn)性、實(shí)用性和兼容性，做到擴(kuò)展容易，升級(jí)方便，并能做到異構(gòu)子網(wǎng)的互連。
（6）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)或數(shù)值?？煞诸愶@示或全部顯示。
（7）當(dāng)設(shè)備故障或模擬量超限時(shí)，監(jiān)控子系統(tǒng)與自動(dòng)化平臺(tái)同步顯示故障設(shè)備名稱、報(bào)警測(cè)點(diǎn)名稱及數(shù)值，并將故障信息和報(bào)警信息存人數(shù)據(jù)庫(kù)，供以后統(tǒng)計(jì)分析。
（8）在服務(wù)器中建立綜合歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，定時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，為今后的統(tǒng)計(jì)分析提供參考。
（9）充分考慮系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性。系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的身份認(rèn)證機(jī)制、完善全面的日志、數(shù)據(jù)備份和病毒防護(hù)功能。人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
（1）環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)。設(shè)計(jì)方案采用了環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)，提供了礦井自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性。在物理上和邏輯上考慮到傳輸信道、管控服務(wù)器、調(diào)度主機(jī)、供電電源的冗余，確保傳輸通路、數(shù)據(jù)服務(wù)、監(jiān)控工作站、供電電源的安全可靠。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，有雙電源冗余輸人。
（2）異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通。設(shè)計(jì)方案分別在網(wǎng)絡(luò)級(jí)和串口級(jí)提供了多種符合國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)的接口方式，便于各種子系統(tǒng)的接人，實(shí)現(xiàn)最大限度的信息共享奮它能夠集成不同廠家的硬件設(shè)備和軟件產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間互操作，并將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成。
（3）先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)方案采用B/S模式設(shè)計(jì)三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，便于及時(shí)、準(zhǔn)確地采集各個(gè)子系統(tǒng)的工況、生產(chǎn)和安全參數(shù)，方便管理層實(shí)時(shí)查詢、分析和決策。
（4）實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)集成。以信息集成平臺(tái)為核心，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流在企業(yè)統(tǒng)一信息平臺(tái)上集成起來(lái)，同時(shí)，針對(duì)統(tǒng)一信息平臺(tái)開發(fā)各種綜合應(yīng)用，形成集成化、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。各種圖形、圖像、報(bào)表信息都可以通過Web的方式在任何一臺(tái)終端統(tǒng)一瀏覽，統(tǒng)一界面。
（5）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。在集成化的數(shù)據(jù)管理中，數(shù)據(jù)一旦被輸人，整個(gè)系統(tǒng)中都可以使用。提高了工程效率，降低了工程的實(shí)施難度。
（6）集成化的編程組態(tài)。實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)、編程、硬件組態(tài)、測(cè)試到操作診斷和遠(yuǎn)程維護(hù)的全過程組態(tài)應(yīng)用。所有的部件都可以有一個(gè)軟件進(jìn)行組態(tài)，采用統(tǒng)一化的用戶圖形界面和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，使用起來(lái)輕松自如；采用模塊化的設(shè)計(jì)，使用戶根據(jù)需要進(jìn)行選擇；采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，保證了符號(hào)和變量在項(xiàng)目中的一致性，便于維護(hù)和提高效率。
2 監(jiān)控集成系統(tǒng)的建設(shè)
綜合自動(dòng)化整合系統(tǒng)一期主要整合自動(dòng)化系統(tǒng)。
（1）在傳輸平臺(tái)上，采用西門子的工業(yè)光纖以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)，敷設(shè)13km礦用阻燃光纜，在井下－750調(diào)度站、-750泵房、－450泵房，井上主運(yùn)車房共設(shè)立四個(gè)接人節(jié)點(diǎn)，安裝六臺(tái)西門子SCALANCEX－4004兆交換機(jī)與調(diào)度中心構(gòu)成冗余的千兆環(huán)網(wǎng)。
（2）洗煤廠通過光端機(jī)連接到主運(yùn)車房的交換機(jī)上，地面供電新站通過光端機(jī)連接到調(diào)度中心的交換機(jī)上。
（3）井下－750主運(yùn)PLC通過礦用本安型數(shù)據(jù)光端機(jī)與-750調(diào)度站交換機(jī)相連，井下－326主運(yùn)PLC通過礦用本安型數(shù)據(jù)光端機(jī)與－450泵房交換機(jī)相連，地面主運(yùn)PLC通過屏蔽網(wǎng)線直接接入西門子交換機(jī)網(wǎng)口上，－450大巷信集閉系統(tǒng)通過礦用本安型數(shù)據(jù)光端機(jī)與－450泵房交換機(jī)相連。
（4）主運(yùn)系統(tǒng)已經(jīng)安裝的高頻通過視頻分配器分出后進(jìn)入視頻服務(wù)器轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像后接入交換機(jī)進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng)，新增攝像儀采用礦用防爆型網(wǎng)絡(luò)攝像儀在各地點(diǎn)就近接入交換機(jī)。
（5）在軟件集成上，采用西門子先進(jìn)的WinCC組態(tài)軟件，通過一致的軟件界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類自動(dòng)系統(tǒng)的綜合、集中監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。
（6）該系統(tǒng)提供的擴(kuò)展接口，便于將來(lái)其它系統(tǒng)的接入和集成。
3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析
（1）經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)省了大量傳輸線路和維護(hù)費(fèi)用，今后新上的工業(yè)電視及音頻通訊，無(wú)需每個(gè)系統(tǒng)、每個(gè)攝像儀都要自地面向井下敷設(shè)通訊線路，節(jié)約投資。
（2）社會(huì)安全效益。提高整合集成的管理效益使礦井各類信息聯(lián)通與共享，各自動(dòng)化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管控，使信息資源和設(shè)備資源能充分發(fā)揮作用。
實(shí)現(xiàn)全礦井的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的網(wǎng)絡(luò)化、信息化、科學(xué)化，提高礦井勞動(dòng)效率及現(xiàn)代化管理水平。
由于各自動(dòng)化系統(tǒng)信息共享，WINCC系統(tǒng)開發(fā)的緊急預(yù)案在發(fā)生緊急情況下，保證了各系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)和信息的綜合利用，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了可靠的依據(jù)。
華豐煤礦井下應(yīng)用千兆工業(yè)以太網(wǎng)，千兆交換機(jī)下井，為煤礦開創(chuàng)了先例，為煤礦信息化、數(shù)字化衷展積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。