煤矿综合自动化系统讲座（三） 孟凡强 2010年8月 QQ：469177341 phone：18611194695

总纲要 煤矿主要生产工艺 煤矿综合自动化系统 煤矿综合自动化系统解决方案 煤矿生产系统、安全系统 业务需求 基本概念 建设内容 关键技术 自动化、信息化、数字化比较 煤矿综合自动化系统解决方案 生产自动化 安全监控 安全生产管理辅助系统

第三部分 煤矿综合自动化系统解决方案

一、矿井生产自动化系统 解决煤炭生产与辅助生产系统的自动控制，能够实现在地面调度中心监测一线生产工艺数据及设备运行状态，为矿井安全生产提供设备保障；能够实现远程控制，减少危险场所投入人员，增强矿井安全生产能力。 主要生产环节：采煤、掘进、运输、提升、洗选、计量； 辅助生产环节：通风、排水、压风、供电； 其他环节：供热、日用消防及给排水、水处理。

一、矿井生产自动化系统 1.采煤工作面监控系统 （1）主要设备：采煤机、刮板输送机、破碎机、转载机、顺槽胶带机；其他还有乳化液泵、清水泵、液压支架。 （2）监控内容：采煤机的牵引速度、方向、位置、电机电流、电压、电机温度、缺水监测；液压支架的工作状况；监测泵站的工作状态、参数、故障信息；监测刮板机、转载机、破碎机运行状态及相关参数；监测被控电机工作电压，电流，温度，运行状态，故障状态；移动变电站电力参数。 （3）解决方案：采煤工作面监控系统由专门产品，如Promos控制系统、KTC101等。

一、矿井生产自动化系统 1.采煤工作面监控系统 RS485、以太网接口；ModBus/OPC

一、矿井生产自动化系统 1.采煤工作面监控系统 实现与矿调度中心通讯，实现数据上传；在调度中心监控站画面显示工作面生产工艺过程；可以实现工作面前后刮板输送机、破碎机、转载机及泵站设备顺序启停、闭锁控制功能。

一、矿井生产自动化系统 2.井下胶带运输监控系统 （1）主要设备：采区胶带运输机、大巷胶带运输机等； （2）监控内容：设备开停状态、故障状态、皮带保护信号（跑偏、打滑、撕裂、堆煤、闭锁等）、电机电流、电压、电机三相定子绕组温度等； （3）解决方案：井下胶带运输监控系统2种控制方案；一种是采用专门控制系统，Promos、KTC101等，胶带综合保护装置；另一种是采用PLC控制系统，配置跑偏、打滑、堆煤、撕裂、拉绳开关等传感器等。

一、矿井生产自动化系统 2.井下胶带运输监控系统 1）通讯接口：RS485、RJ45； 2）通讯协议： ModBus、OPC、TCP/IP。

一、矿井生产自动化系统 2.井下胶带运输监控系统 （1）胶带输送机之间连锁，实现正常顺序起、停控制，即逆煤流起车、顺煤流停车； （2）设有胶带保护装置，实现故障自动停车、声响报警； （3）系统能够矿综合自动化联网； （4）在矿调度中心，能够实时采集设备运行状态及参数等，并能完成远程控制； （5）具有沿线语音通讯和急停闭锁功能。

一、矿井生产自动化系统 3.提升监控系统 主要提升机监控系统，对于有些矿斜井提升采用胶带运输机。 （1）主要设备：提升机及变频控制设备等； （2）监控内容：提升/下放信号、速度及开车准备状态、故障状态、主回路高低压供电开关状态、电机电流、欠压、过速等信号； （3）解决方案： 采用 PLC（一般为西门子S7-300）。上述信号通过硬结线接至PLC柜接线端子排。 PLC配置以太网通讯模块，通过TCP/IP工业以太网协议，RJ45接口与上位监控计算机和矿井调度网络连接。在矿调度中心能实时监测提升机运行状态，及设备综合保护参数；并能确定提升物料、上下人员的情况。提升机房配置后台工作计算机，监测提升机运行状态及状态参数。

一、矿井生产自动化系统 3.提升监控系统

一、矿井生产自动化系统 4.井下主排水监控系统 （1）主要设备：主排水泵、电动闸阀、电磁阀等； （2）监控内容：工作状态、电机电流、电压、电机温度、出口压力、流量、水仓水位、电动闸阀全开全关状态及阀位值等； （3）解决方案： 采用PLC控制，外设流量、压力、水位等传感器监测水量参数，通过硬接线接入PLC，4~20mA 模拟量信号；现场开关量信号通过硬接线接至PLC。 PLC配置以太网模块，实现PLC与工业以太网通讯；在井下中央泵房设置工业以太网交换机，通过井下光纤环网，实现数据传输，能够在矿调度中心实现水泵遥测、遥信、遥控“三遥”功能。

一、矿井生产自动化系统 4.井下主排水监控系统

一、矿井生产自动化系统 4.井下主排水监控系统 遥信：系统具有通讯接口功能，系统与调度中心监控主机通讯，传送数据，交换信息； 遥测：可在矿调度中心，对泵房设备运行状态实时在线监控，实时监测、检测水仓水位、水泵出水压力、出水流量、电机温度等状态参数，能够监测中央变电所高低压开关柜电气参数，如电压、电流、无功功率、有功功率等； 遥控：在调度中心监控主机能够实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。能够远程操作水泵启停，实现无人值守。

一、矿井生产自动化系统 5.主通风机监控系统 （1）主要设备：主通风机（主扇）、风门绞车等； （2）监控内容：通风机出口温度、通风机轴承温度、风速、全压、静压、动压、电流、效率、功率、电机温度及风流量。 （3）解决方案： 配置一台风机在线监测仪一套PLC控制系统。风机在线监测仪配置相应的数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块来实现风道风量、负压等参数信息采集和实现风机的自动化控制。风机在线监测仪通过通讯接口（一般RS485）与PLC实时通讯，完成之间的控制信息的交换。 风机PLC控制系统配置工业以太网通讯接口，接入矿井综合自动化系统的井下光纤工业以太环网上。在矿井生产调度指挥中心可观察到通风机房监控系统中的各种参数和运行状态。通讯协议采用TCP/IP协议。

一、矿井生产自动化系统 5.主通风机监控系统 （1）主要设备：主通风机（主扇）、风门绞车等； （2）监控内容：通风机出口温度、通风机轴承温度、风速、全压、静压、动压、电流、效率、功率、电机温度及风流量。 （3）解决方案： 配置一台风机在线监测仪一套PLC控制系统。风机在线监测仪配置相应的数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块来实现风道风量、负压等参数信息采集和实现风机的自动化控制。风机在线监测仪通过通讯接口（一般RS485）与PLC实时通讯，完成之间的控制信息的交换。 风机PLC控制系统配置工业以太网通讯接口，接入矿井综合自动化系统的井下光纤工业以太环网上。在矿井生产调度指挥中心可观察到通风机房监控系统中的各种参数和运行状态。通讯协议采用TCP/IP协议。

一、矿井生产自动化系统 5.主通风机监控系统

一、矿井生产自动化系统 5.主通风机监控系统 ①控制功能： a．具备就地手动/远方手动/自动等运行方式，控制方便、灵活； c．能够实现风机的无人值守控制，实现运行参数（风量、负压、电流、电压、振动、温度等）的远程在线监测； d．实现风机运行的分级控制，解决风机系统远程控制与就地控制的冲突问题； e．现风机运行过程中的风门开启、关闭与风机运行的逻辑闭锁功能，防止各种误操作的发生； ②显示报警功能： a．障报警显示。 b．在调度中心监控站画面显示矿井通风机系统运行状况，在服务器存储采集的信息，构建历史数据库；在调度中心实现矿井通风机系统设备信息的WEB发布。 ③系统特点 a．选用先进的控制器，系统的实时性好，可靠性高，数据处理速度快； b．提供标准通讯接口和OPC协议，可兼容风机在线监测仪，在监控主机显示风速、风压、瓦斯浓度等各工艺参数；可以方便的和矿井环境安全监控系统联网，实现集中管理，有利于把握全矿的安全状况； c．具有历史数据储存功能，为风机检修、查找故障提供数据支持； d．系统具有以太网、RS485接口，可方便与矿井综合自动化控制网络、电力监控系统联网。

一、矿井生产自动化系统 6.空气压缩机监控系统 （1）主要设备：空气压缩机及附属设备等； （2）监控内容： 温度：一级气缸排气温度、二级气缸排气温度、后冷却器排气温度、冷却水进水总管水温、空气压缩机组冷却水排水温度、空气压缩机传动机构润滑油温度、空气干燥器装置进气温度、空气干燥器装置排气温度、加热再生吸附式空气干燥装置加热器温度、加热再生吸附式空气干燥装置再生气进气温度、加热再生吸附式空气干燥装置再生气排气温度、冷冻式空气干燥装置蒸发温度等。 压力：压缩机空气站供气母管压力、一级气缸排气压力、二级气缸排气压力、储气罐气压、空气压缩机组冷却水进水（阀后）压力、空气压缩机组传动机构润滑油压力、空气干燥装置压差、空气过滤器压差等。 流量：压缩空气站供气母管流量。 电源回路：电压、电流、启停、故障等。

一、矿井生产自动化系统 6.空气压缩机监控系统 （3）解决方案： 系统由硬件、软件、及网络部分组成。 （3）解决方案： 系统由硬件、软件、及网络部分组成。 硬件由控制分站、操作台、各类传感器、中间继电器、信号变送器、监控分站组成。 采用PLC控制系统，控制系统通过光纤把信号接入工业以太网实现远距离监控。监测需要的所有信号，经传感器检测，送入相应的信号变送器转换成标准信号，由变送器送入控制柜内配置的I/O模块，形成监控的原始信号源。

一、矿井生产自动化系统 6.空气压缩机监控系统

一、矿井生产自动化系统 7.矿井供电监控系统 地面变电所（站）：主变电所（6kV、35kV、110kV）、场地变电站； 井下变电所（站）：井下中央变电所、采区变电所、移动变电站。 矿井供电监控系统在综合自动化解决方案中都是作为集成接入系统，一般有2种方案。 地面、井下变电所（站）统一考虑，组成专用的电力监控网； 各变电所（站）单独考虑，分别接入综合自动化监控网络。

一、矿井生产自动化系统 7.矿井供电监控系统 （1）地面主变电所： 主要设备：高低压开关柜等； 监控内容：开关柜分合闸状态、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电度、过流保护、短路保护、漏电保护等； 解决方案：配置微机智能综合保护，完成上述电量数据采集及监测，安装后台管理机，与综保通讯；后台管理机提供以太网接口，OPC协议或标准Modbus协。

一、矿井生产自动化系统 7.矿井供电监控系统 （1）地面主变电所：

一、矿井生产自动化系统 7.矿井供电监控系统 （1）地面主变电所： 遥信：系统具有通讯接口功能，系统与调度中心监控主机通讯，传送数据，交换信息，实时显示设备工作状态； 遥测：可在矿调度中心，实时监测电压、电流、有功功率、无功功率等参数，可检测高压柜分合闸状态； 遥控：在调度中心监控主机能够实时显示上述各参数，超限报警，故障画面自动弹出，实时显示设备故障信号，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。可以具备远程操作开关柜的功能。

一、矿井生产自动化系统 7.矿井供电监控系统 （2）采区变电所： 主要设备：矿用隔爆高低压开关柜等； 监控内容：开关柜分合闸状态、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电度、过流保护、短路保护、漏电保护等； 解决方案：配置井下测控分站，完成上述电量数据采集及监测；井下测控分站提供标准通讯接口（以太网或RS485通讯接口），OPC协议或标准Modbus协议。

一、矿井生产自动化系统 7.矿井供电监控系统 （2）采区变电所：

一、矿井生产自动化系统 7.矿井供电监控系统 （2）采区变电所： 遥信：系统具有通讯接口功能，系统与调度中心监控主机以以太网通讯，传送数据， 交换信息。 遥测：可在矿调度中心，实时监测电压、电流、有功功率、无功功率等参数，可检测高压柜分合闸状态。 遥控：可以实现远程操作开关柜的功能。

一、矿井生产自动化系统 8.洗煤厂综合自动化系统 比较复杂；洗煤工艺不同，控制策略不同； 分为控制系统、工业电视系统、管理信息系统。 （1）控制系统 光纤 Controller Link CS1G-CPU45H CS1G-CPU42H 工控机 UPS-1KVA 集控室 新主站(2#PLC) 原系统 光纤收发器 交换机 (Hub) 屏蔽双绞线 新分站(1#PLC)

一、矿井生产自动化系统 8.洗煤厂综合自动化系统 （1）控制系统：PID算法，以重介洗选为例 密度控制 液位控制 （2）工业视频系统：现场设置摄象机；集控中心安装监视器。通过与控制网络互联，动态显示选煤厂设备的运行状态。 （3）管理信息系统：生产调度、技术管理， 煤质化验管理。

一、矿井生产自动化系统 9.其他合自动化系统 辅助运输监控系统 制氮监控系统 日用消防及给排水监控系统 水处理监控系统 锅炉及供热监控系统 。。。。。。

二、矿井安全监测系统 矿井安全：环境安全、人员安全、设备安全； 煤矿事故：瓦斯（煤尘）爆炸、透水、冒顶、火灾、机电事故8类； 措施：针对不同类型事故发生原因，采取不同解决方案，做到事故预防。 瓦斯监测系统、人员定位跟踪系统为例。

二、矿井安全监测系统 1.、瓦斯监测系统 在井下采煤工作面、掘进工作面、主要巷道、机电硐室及等处设置各种传感器，监测瓦斯、温度、风速、负压等各类环境参数，监测风门开关、风筒开关、各种机电设备开停等生产状态参数及电压、电流、功率、电度、馈电状态等电力参数。当出现超限情况时，地面调度中心及现场均应有声、光报警。通过远程断电器实现瓦斯风电闭锁、瓦斯断电、故障闭锁及其它必要的控制。 系统结构 地面中心主站、井下分站、前端传感器。 分站之间通过现场总线（如CAN总线通讯）； 通过专用网络将数据传到主站。

二、矿井安全监测系统 1.、瓦斯监测系统

二、矿井安全监测系统 1.、瓦斯监测系统 配备传感器类型： 1）瓦斯传感器 2）一氧化碳传感器 3）风速传感器 4）局扇风机开停传感器 5）风门传感器 6）瓦斯断电器 7）开停传感器

二、矿井安全监测系统 2、人员定位跟踪系统 针对井下移动人员（也可以是移动设备）为监测对象。可供用户随时查询 的多种应用表格或图形，如区域的人员分布情况表、某个特定人员的活动 轨迹图、全矿井下井人员的考勤结果表等，实现对下井作业人员和井下运 输车辆的位置监测功能以及多种实用的报警功能。 系统结构 主要由地面中心站、数据传输接口、井下通讯分站、井下射频接收器、射 频编码发射卡、报警装置、本安电源等设备组成。 系统中，射频编码发射卡发射代表动目标特定身份的编码信号，由井下射 频接收器接收并通过通讯分站将数据传输至地面中心站。地面中心站对接 收到的包含时间信息、位置信息和动目标特征码的数据进行处理。

二、矿井安全监测系统 2、人员定位跟踪系统

二、矿井安全监测系统 2、人员定位跟踪系统

二、矿井安全监测系统 2、人员定位跟踪系统 （1） 实现井下坑道作业面工作人员有效识别，及时准确的提供井下人员的数量、分布情况和每个人员当前位置及各时间段的活动轨迹，为事故处理和救援工作提供可靠的数据依据，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。 （2） 提供直观的矢量巷道图，可以随时方便的观察井下人员的分布和系统设备的工作状态。同时，以简便快速的数据处理和查询手段提高协助救援工作的效率。 （3） 实现各部门工作人员上下井考勤功能，能够出具各部门及个人的各种综合、明细考勤报表，为管理层对生产部门及个人的工作考核提供依据。 （4） 实现井下定点考勤功能，可以帮助监督特殊部门工作人员是否在规定时间到规定地点工作，以达到强化井下作业管理的目的。 （5）异常数据报警功，主要包括禁区报警和下井时间超长报警。