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摘要：

我國是一個地域廣闊的國家，煤炭礦產資源儲量豐富，成為促進經濟快速增長的主要動力。但是隨著煤礦資源的大肆的開采，致使煤炭資源急劇減少，如何能夠利用先進技術來提升煤礦開采效率，提升資源利用效率顯得尤為必要。在煤礦綜合自動化系統設計中，結合國內外相關經驗基礎，深入剖析我國當前煤礦綜合自動化系統中存在的問題，充分發揮自動化系統的優勢，建立完善的監測、控制和管理一體化的系統，提升煤礦生產成效。文章主要就煤礦綜合自動化系統的研究和設計進行分析，結合實際情況，從多種角度來完善系統功能，提升煤礦開采成效。

關鍵詞：

煤礦；自動化系統；研究；設計；現場總線

國外在煤礦開采和管理中應用的系統經過不斷完善和創新，已經發展到現在的第四代以微機技術為基礎的綜合自動化系統，在實際應用中取得了較為可觀的成效。我國從國外引進的HIMASS系統是美國新研發的煤礦綜合自動化系統，承擔著煤礦生產安全監測的重擔，包括煤礦下各種溫度、負壓和瓦斯指標的監測，設備的正常運轉情況等等，實現全自動化的生產和監控。由此看來，加強煤礦綜合自動化系統的研究和設計分析是尤為必要的，對于后續理論研究和實踐工作開展具有一定參考價值。

1我國煤礦控制系統中存在的問題

我國對于煤礦控制系統的研發和設計重視程度較高，自上個世紀80年代以來，相繼研發出了一系列監控系統，但更多的是集中在控制階段，設置控制中心，在井下設置多個測控分站，將收集得來的信息傳輸到主站，經過處理后下達控制命令，最終由分站執行。信息傳輸主要是通過電纜和光纖，根據相應的通信協議實現，但是其中仍然存在一系列問題有待完善：其一，通信協議不規范。當前很多監控系統均是采用各自廠家的通信協議，所以不同廠家生產的系統之間兼容性不強，很容易造成設備重復購置，或是軟件無法重新升級等后果[1]。其二，井下信息傳輸設備物理接口協議不規范，致使用戶無法拓展系統功能，在實際應用中由于不同系統的調制頻率和收發電壓幅值差異，導致不同系統分站不兼容；其三，煤礦監控系統所使用的設備多數是單片機或微處理器為核心，自身不具備計算機聯網功能以及網絡互聯協議等。

2煤礦綜合自動化系統設計

2.1綜合自動化系統結構

在煤礦綜合自動化系統設計中，主要是發揮計算機和網絡技術的優勢，建立完善的自動化系統實現對井下機電設備的自動化控制，并將收集所得信息集中在統一的網絡平臺上。運用多種現代化信息技術和自動化技術，建立完善、統一的控制系統，對傳統的煤礦生產運行方式進行創新和完善，形成全方位的煤礦生產過程控制自動化、生產調度自動化和業務運轉網絡化，進而更為全面地對煤礦生產情況監督和管理，確保生產活動能夠安全有序運行，一旦出現異常情況可以及時發出預警信號予以解決[2]。生產控制層各個節點設備主要是在統一的調度室延伸到井下，井下的光纖作為數據傳輸介質，節點則是作為嵌入式設備，充當系統的信息收集站。生產控制層將不同廠家生產、技術方式、不同標準信息進行加工和處理，實現信息資源的貢獻，有效解決以往信息資源不能共享和溝通不暢的問題，提升信息資源利用效率，為后續生產管理活動有序開展奠定基礎[3]。煤礦生產過程中涉及到的環節較多，在生產活動開展中會產生大量的信息，這些信息中蘊含大量的生產信息，如果分散處理，可能造成信息的丟失和損壞，形成信息孤島，影響到信息資源的共享和利用。

2.2軟件體系結構

煤礦綜合自動化系統的軟件主要是采用組態化設計，整合井下環境監控子系統和生產環節的自動化控制系統，建立統一的自動化系統。組態軟件是通過I/O驅動，從現場收集到的信息加工和處理后，以直觀生動的圖形方式呈現在計算機屏幕上；加工主站的控制命令傳輸到I/O設備中，對于重要的歷史數據存儲在數據庫中，為后續的數據使用提供檢索和利用功能。一旦出現異常情況，可以向值班人員發出預警信息，并做好預警信息的記錄[4]。

（1）實時數據庫。作為組態軟件中核心部分，具備歷史數據檢索功能，一旦出現事故報警處理，存儲報警數據信息，實現數據的科學分析和計算，還可以實現I/O數據連接等等。實時數據庫中主要由幾個部分組成，其一，組態數據庫作為該系統中的核心配置，主要是負責記錄收集得到的設備運行情況，將數據屬性和相關性進行分析，為后續數據庫系統完善提供數據支撐；其二，事件庫則是在事故報警中的數據信息，可以自動化處理緊急事情；其三，主動規則庫，用戶可以根據實際需要來選擇要監控的事件。

（2）I/O驅動。組態軟件的實施數據庫主要是為了實現設備之間的通信連接，實現資源信息的共享和交換，I/O驅動是設備交互的橋梁，實時性和可靠性是數據庫正常運行的首要前提，為了確保數據信息的正常傳輸，應統一硬件設備結構。DCS和PLC控制設備；Etherent、Profibus現場總線通信接口裝置；PC總線工業計算機板卡裝置。

2.3關鍵技術設備

煤礦綜合自動化系統中主要包括環網交換機、綜合接入網關設備，其中環網交換機則是構建礦井工業網絡系統的主要設備，自身具有十分突出的特性，電源輸入范圍廣、電源波動范圍大以及容易安裝和檢修等優勢，能夠更好的適應惡劣環境。綜合接入網關則是實現監測系統互聯和分站接入功能的裝置，將現場總線信息數據收集到特高新網絡中，借助光纖傳輸到系統中，較之傳統的監控系統而言，有效改善了監控系統封閉性缺陷。

3結束語

綜上所述，煤礦作為推動社會經濟持續增長的重要動力，逐漸進入到深井作業階段，對于開采技術和工藝提出了更高的要求。應用信息化技術，建立煤礦綜合自動化系統可以實時監控井下生產情況，實現生產活動的統一調度和安排，降低人工管理可能存在的失誤可能性，提升工作成效。與此同時，井下一旦出現安全隱患和異?，F象，及時發出預警信號，實現工作面電、瓦斯控制，分析潛在的爆炸情況，提高礦井自動化管理水平。

參考文獻：

[1]史麗萍，王攀攀，張廣龍，等.多協議以太網網關在煤礦綜合自動化系統的研究與開發[J].繼電器，2014，35（24）：43-47.

[2]羅驅波，孫彥景，錢建生，等.煤礦綜合自動化系統的研究與設計[J].礦業安全與環保，2012，35（3）：4-7.

[3]郭龍.基于OPC技術的煤礦綜合自動化系統的研究與設計[D].河北工程大學，2013.

[4]張杰，于含.煤礦綜合自動化系統解決方案的研究[J].煤礦機械，2012，33（10）：254-255.

作者:王紅凱 單位:陜煤彬長胡家河礦業有限公司