雁南煤矿矿井综合自动化系统改造.pdf

中国新技术新产品 高 新 技 术 雁南煤矿矿井综合 自动化系统改造 张志强 赵树权 神华大雁公司雁南煤矿，内蒙古 呼伦贝尔 0 2 1 0 0 0 摘 要本文介绍了神华大雁集团雁南矿矿井综合 自动化系统的规划、设计和改造，使雁南矿的自动化各 系统实现 异构条件下的互联互通与资源共享，构建统一的网络平台、统一的软件平台、统一的管理平台，以安全生产为前 提，最大程度地避免重复投资及资源浪费，实现自动化子系统无人或少人值守，并对人员和设备实时管控，达到 安全管理的一体化，优化人力资源配置，保障矿井安全高效生产。 关键词 自动化 系统 ；信 息化 ；P L C；系统改造 中图分类号13 6 6 文献标识码 A 0 ． 前言 神华大雁集 团公司雁南煤矿于1 9 9 3 年开工建设 ，1 9 9 6 年缓建，2 0 0 3 年复工，2 0 0 5 年l 2 月投入生产。矿井可采储量 2 3 2 6 0 万吨 设计年生产能力 万吨，服务年限．年，, 8 3 0 0 7 7 5 是呼伦贝尔地区第一对现代化立井提升矿井。全矿现有职 工1 0 6 6 人，实行矿队两级管理，矿机关设有8 个职能科室， 基层单位设有5 个区队。 矿井提升系统中的主井提升机引用德国西玛格、西门 子公司生产的世界先进的内装摩擦式矿井提升机 ，副井提 升机采用的是新一代机电一体化数字控制设备。矿井投入 生产后 ，按照建设 “ 两型三化”矿井的工作 目标 ，深化企 业管理，科学组织生产，当年达到一期1 8 0 万吨设计能力。 随着开采工艺的变革，以及矿井提升、通风 、运输等 环节经过多年的重大技术改造 ，雁南煤矿安全、生产系统 的机电装备水平及监测监控 、人员定位系统有了很大的提 高，这些子系统已具备 自动化接入条件 ，为建设现代化、 智能化的煤矿打下了坚实的基础。目前 ，从矿井信息化和 综合 自动化发展来看 ，距离集团数字矿山建设规划的现代 化 、智能化矿井的安全生产和综合管理要求还相差很远。 主要是现有的矿井生产监控系统和自动化装置 自成体系， 处于 “ 信息化孤岛”和 “ 自动化孤岛”状态，信息不能共 享 ，需要的光缆、电缆多 ，维护困难、造价高 ，无法形成 “ 管控一体化” ，矿井综合 自动化平台的建立能够有效地 解决这些问题。 1 ． 改造方案 综合 自动化系统改造内容主要是由工业以太网传输平 台、一体化生产控制平台 集团信息公司 自主知识产权软 件 、安全生产执行系统 集团推广 及矿井各 自动化子 系统接人和改造接人几部分组成 。本文主要阐述各子系统 自动化改造完善方案。 1 工业以太网传输平台 目前井下环网已经建设 ，只需增加一台核心交换机和 地面环网的建设。已建成的管理网络平台采用技术成熟的 星型以太网交换结构 ，骨干采用千兆光纤 1 0 0 0 Mb p s 互 一 1 6一 联，接入层百兆 1 0 0 Mb p s 到桌面 ，工业以太网和管理网 采用网闸进行物理连接 ，建立可满足 日常办公 、安全 、生 产、经营、监测控制等多种应用的高质量信息网络。 2 一体化生产控制平台 ①软件系统 一 体化生产控制平台 综合 自动化平台 位于神华数 字矿山5 层架构的L 1 设备层和L 3 生产执行系统之间，其监控 的范围涵盖矿井生产的采掘、运输、地面生产、通风、供 配电、供排水、安全等多个方面，主要完成面向设备的监 视与控制。 一 体化生产控制平台建成后 ，将实现以采 、掘、机、 运 、通为核心 的多专业数据集成 、多手段的设备诊断监 测 、多维度的生产数据分析 ，实现各个系统之间的智能联 动调用 ，为生产调度指挥提供运营决策辅助支持。 ②数据中心硬件平台 系统硬件平台部署两台数据采集服务器为双机备用 ， 部署两台实时数据库服务器 ，其核心功能是对来 自数据采 集服务器数据的存贮和管理 ，并为信息管理系统 、生产过 程信息系统提供实时和历史数据 ；部署1 台关系数据库服务 器 ，其数据来 自冗余的数据采集服务器 ，生成历史数据， 进行存储，对每个采集点配置历史存储周期 ；部署1 台WE B 服务器 ，工矿图和实时， 历史数据通过wE B 服务器发布给不 同的部门使用、浏览；部署1 台网管防病毒服务器 ，部署两 台工程师站和6 台操作员站。 3矿井自动化各子系统 ①主井提升系统监控 接人 雁南煤矿主井提升电控系统是由一套双C P U热备的西 门子s 7 4 0 0 P L C S 7 3 0 0 1 ／ O 通信分站组成。s 7 4 0 0 P L C 与s 7 3 0 0 模块通过D P 总线通信，监控计算机通过D P 卡与P L C 进行 通信。 此提升系统是一套相对独立、自成体系的系统 ，具备 接人集成条件。只是在此硬件上增 IJ S 7 4 0 0 冗余P L C 扩展 以太网模块，通过以太 网模式接入环网交换机。在软件上 需厂家配合提供P L C 点表 ，通过O P C 方式接入综合 自动化系 统。同时，在主井车房配置一台带拾音数字摄像机，实现 高 新 技 术 现场声音 、视频采集 ，实现一体化生产控制平台对主井提 升系统的远程监测和控制，达到具备无人值守的条件。 ②副井提升系统监控 接入 副井提升系统电控系统主控制器采用西门子S 7 3 0 0 软 冗余模式 ，通过DP 总线实现C P U、I O 分站、监控计算机通 信。 由于此系统是一套相对独立，自成体系的系统，具备 接人集成条件。只是在硬件上增9 n s 7 3 0 0 冗余P L C 扩展以太 网模块 ，通过以太网模式接人环网交换机。软件上需厂家 配合提供P L C 点表，通过O P C 方式接人综合 自动化平台。同 时，在副井车房配置一台带拾音数字摄像机，实现现场声 音、视频采集 ，可实现一体化生产控制平 台对副井提升系 统的远程实时监测功能。 ③井下排水系统监控 改造 井下建有 中央水泵房和采区水泵房两个泵房 ，中央 水泵房有5 台离心泵 ，采区泵房有3 台离心泵。对 中央水泵 ’ 房进行 自动化改造后 ，可实现远程就地对水仓水位实时监 ．测、各阀门及水泵 自动开停、各泵电力参数监测等功能， 并根据液位情况 、用电负荷 自动启停、轮换水泵 ，达到无 人值守要求。 中央水泵房配置两台矿用可编程控制器，分别采集传 感器及水泵、闸阀信号，通过就地操作台实现就地监控 ， 接入井下环网通过一体化生产控制平台实现远程监控。 ④井下供配电系统监控 接入／ 改造 井下供 电 系统 由井下 中央 变 电所 、采 区变 电所 组成 。 井下 中央变电所高压开关柜与低压开关柜已经进行独立监 控 ，设有独立的监控主机和监控系统 。井下采区变电所内 置1 9 台高压馈电开关，1 5 台低压馈电开关，4 台移动变压 器 ，3 台照明综保。在井下中央变电所和采区变电所安装监 控通信分站，变电所高压开关柜、高爆开关 、馈 电开关智 能保护器通过R S 4 8 5 接 口用屏蔽通信电缆直接并接到本变电 所监控通信分站的R S 4 8 5 接 口上 ，各开关智能保护器通过 R S 4 8 5 总线与监控通信分站通信。监控通信分站内置以太网 交换机通过网线连接本变电所千兆以太网交换机将通信信 号传输到以太环网。 在地面调度指挥中心安装监控主机和专业组态软件 ， 组成监控平台，监控主机通过以太网与井下变电所设备通 信。通过软件处理 ，实现对 电力系统的遥信 、遥测 、遥 控、遥调和数据统计，生产管理功能。 ⑤主扇通风系统监控 接入， 改造 主通风机房配置两台对旋式轴流风机 ，每台风机有两 台电机 ，每台电机均由一台AB B 变频器拖动。通风机配置风 速、风温 、负压 、振动传感器 ，并接人风机预埋温度传感 器 ，实时监测风机运行状态 ；对立式风门加装开到位、关 到位传感器 ，对风门位置状态进行监测 ；在风机房配置p l e 控制器和就地触摸显示屏 ，采集各传感器 、变频器频率参 数、电流 、电压参数及风机和风门的开停状态 ，控制通风 机和风门的启停 ；控制器配置以太网模块 ，通过光 电转换 中 国 搏 新 产虽⋯ ⋯ 模块就近接人环网交换机 ；通风机房配置含拾音设备数字 摄像机，实现对通风机环境的监测，摄像机通过网线就近 接人环网交换机。 通风机监控系统接入后，具备风机 、风门、相关安全 参数等的远程实时监测和控制功能，能够就地／ 远程一键启 停风机、一键反风、风机 自动倒台轮换功能，达到无人值 守要求 。 ⑥压风系统监控 接入， 改造 压风机房配置有4 台上海飞和集团提供的F H O G 一 1 3 2 F 风 冷式螺杆压缩机 ，每台压风机各配置1 个风包，通过连接管 理及阀门构成整个压风机供风系统。目前不能实现压风机 系统的 自动控制和自动倒台，也不能实现压风机的远程控 制。改造方式如下 更换主管路进气 阀门、出气阀门为电动闸阀，更换排 污阀为电磁阀；对气罐加装温压力传感器监测气罐压力 ， 气罐温度采用已有传感器 ；在空压机配电柜加装低压电力 采集模块 ，实现对各压风机电力参数采集 ；配置p i e 控制 器和就地触摸显示屏，接入现有各压风机控制器 、电力综 保、电动阀门、电磁阀及压力、温度传感器，实现对整体 空压机监测和控制；控制器配置 以太网模块，就近接入环 网交换 机；压风机房配置一定数量含拾音设备数字摄像 机 ，实现对压风机环境的监测 ，摄像机通过网线就近接入 环网交换机。 压风机监控系统改造接人一体化生产控制系统后 ， 具备压风机 、阀门、气罐等远程实时监测和控制功能 ，能 够根据气罐压力 自动启停、倒台压风机 ，达到无人值守 目 的。 ⑦智能灯房监测 接人 目前 ，智能矿灯已建成，采用济源华科C L F 1 0 O WG 智能 矿灯架及矿灯智能管理系统。由于智能矿灯系统自带计算 机监控软件 ，且 日常维护管理均需放置于灯房 ，因此设计 从其上位机进行数据接入。接人方式为硬件上通过智能 矿灯监控系统计算机接人地面环 网交换机；软件上需厂家 配合 ，提供相应数据接 口 开放数据或提供通用数据对接 格式 ，完成软件及数据对接，集成到综合 自动化平台。 2 ． 经济效益 通过综合 自动化系统改造后 ，实现在调度指挥中心集 中监测监控井上、下生产安全信息、控制井上、下机电设 备，做到部分机电设备无操作工 ，机电硐室无人值守，达 到减人提效的 目的。全矿井综合 自动化改造完成后可以减 少岗位人员2 0 人 ，按照煤矿每人年6 ． 5 万元计算，年节约1 3 0 万元 。 参考文献 [ 1 ] 郭志博 ． 矿井综合 自动化系统在煤矿的建设应用分析 Ⅱ ] ． 内 蒙古煤炭经济，2 0 1 4 5 4 8 5 0 ． 【 2 ] 韩建国． 神华智能矿山建设关键技术研发与示范 o ] ． 煤炭学 报 ，2 0 1 6 1 2 3 1 8 1 3 1 8 9 ． 一 1 7