煤矿综合信息化自动化培训PPT课件

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4、煤矿综合信息化、自动化系统模 型
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基本模型
管理信息系统
管理层
信息交换与处理中心 / 数据仓库
综合监控监测系统
监控层
调工 度业 通电 信视 中系 心统
井 下 人 员 监 测 系 统
井
下 安 全 与 生 产 监
井 下 设 备 监 控
1、煤矿信息化与自动化是煤矿安 全生产的需要
煤炭是我国的主要能源，约占一次能源 70%左右。国民经济和社会可持续发展离不开 煤炭工业的持续健康发展。到2020年要使国 内生产总值在2000年基础上再翻两翻，按目 前能源消耗水平，将消耗标准煤40亿吨。考虑 节能技术的推广和应用，也将消耗标准煤30～ 32亿吨，其中原煤22～23亿吨。
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（6）排水监控系统主要用来监测水仓水 位、水泵开停、水泵工作电压、电流、功率、 阀门状态、流量、压力等，并实现阀门开关、 水泵开停控制、地面遥控及调度。
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（7）火灾监控系统主要用来监测一氧化 碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、温度、 压差等，并通过风门、风窗控制，实现均压 灭火控制；注氮灭火控制；自然发火预报等。
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因此，针对煤矿井下的特殊环境和煤矿安全生产的需求，探讨煤矿 信息化和自动化的发展方向，研究如何通过煤矿信息化和自动化建设减少伤 亡事故发生，降低百万吨死亡率，保障煤矿安全生产具有十分重要的意义。
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2、煤矿信息化和自动化的现状
安全生产监测、监控系统
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（4）提升运输监控系统主要用来监测 罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、 阻车器状态等，并实现推车、补车、提升闭 锁控制等。
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（5）供电监控系统主要用来监测电网 电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状 态、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈 电开关闭锁控制、地面遥控及调度。
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现场总线
• FF • Profibus • CAN • DeviceNet • ControlNet
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FF H1 现场总线
• 国际标准IEC 61158的第9类现场总线，FF（现 场总线基金会）的低速现场总线。目前主要用于 过程控制。
• 协议分为物理层、数据链路层、应用层（现场总 线 访 问 子 层 FA S 和 现 场 总 线 报 文 子 层 F M S ） 、 用 户层4层。
MAC子层采用CDMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）协议－－非破 坏性逐位仲裁。提高了重负荷时的吞吐率
比特流分为显式（dominant）比特和隐式（recessive）比特两类。分 别表示逻辑“0”和“1”。使得非破坏性仲裁得以实现。
便于上层协议使用生产者/消费者模式。 低成本、易开发、实时性好、抗噪声性能好。
冗余操作员服务器2 工程师站2
工业以太网交换机
东风井自动化子系统 东风井
安全生产监控系统
防爆交换机
人员考勤定位系统
防爆交换机
海域变电所及泵房系统
100M 工 业 以 太 网
防爆交换机
防爆交换机 海域皮带自动化系统
防爆交换机
其它自动化子系统
其它自动化子系统
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集团公 司计算 机网络
地 面 设 备 监 控
控
设 设备 备控 控制 制层 层 （过程控制层）
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网络结构模型
自动化系统
企业资源计划 (ERP)
控制管理层
控制层和设备层
矿井安全监控系统
束管系统
其他系统
工业网络 (Industrial Ethernet/Field Bus)
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（8）矿山压力监控系统主要用来监 测地音、红外发射、电磁发射、顶板位移、 位移速度、位移加速度等，并实现矿山压力 预报。
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（9）煤与瓦斯突出监控系统主要用 来监测煤岩体声发射、红外发射、电磁发 射、瓦斯涌出量、工作面煤壁温度等，并 实现煤与瓦斯突出预报。
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DeviceNet
• 是国际标准IEC 61158的第2类总线ControlNet的 最低层总线。
• 是IEC 62026（低压开关设备及控制设备与控制器 之间的接口标准）所推荐的4种总线中的第2种，我 国的国家标准GB/T 18858.3-2002 《低压开关设 备和控制设备 控制器-设备接口》等同采用该标准
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Profibus
• 国际标准IEC 61158的第3类现场总线，德国西门 子公司开发，Profibus用户组织（PNO）支持。
3个部分
• Profibus-DP：主要用于离散控制（PLC等）现 场级。物理层有RS-485和光纤两种接口。
• Profibus-PA：主要用于过程控制现场级，物理 层采用IEC61158-2（同FF），在DP基础上扩展 了功能块等。
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• Profibus-FMS：主要用于监控级，物理层有RS-
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CAN
CAN（Controller Area Network）总线最初是德国Bosch公 司为汽车电气控制系统开发的。是一种不完全的现场总线协议
应用层 表述层 对话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 ISO OSI 7 层次模式
• 管理机构是ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）， ODVA中国分部设在上海电器科 学研究所。
• 使用生产者/消费者模式通信，取代传统的源/目的的 传输方法。
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• 可选择主/从改变、选通、应用触发等多 种数据传输方式。轮循适用于主/从方式。周期方式 适用于模拟量。状态改变方式用于开关量。使用周期 和状态改变连接可以大幅度减少交换的数据。
• 物理层标准为IEC61158-2，31.25Kbps,最大 距离1900m，支持总线本安供电，但功率较小， 不能满足多个甲烷传感器的要求。
• 用户层提供了设备描述（DD）和功能块（FB）。
设 备 描 述 是 实 现 互 操 作 性 的 基 础 。
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功 能 块 把 现 场 设 备 的 各 种 功 能 标 准 化 （ 模 拟 量 输 入 、 模拟量输出、开关量输入、开关量输出、PID控制、 逻辑和数学运算等）。变速器或执行器装入功能块， 可组态成完整的闭环控制系统。
• 设备规范文件保证了协议的开放性、设备的互操作性 和互换性 。
• 设备规范文件描述了：设备类型的对象模型，设备类 型的I/O 数据格式，配置数据和访问该数据的公共接 口
• 设备规范文件可根据（例如煤矿用传感器）需要进行
增补。
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集 团 公 司 LAN
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煤矿安全生产除需要严格规章制度，先进的开采和管理方法，可靠的采、 掘、运、抽、通、排设备外，更离不开煤矿信息化和自动化技术及装备。这包 括环境与生产监控与遥控、灾害预测预报、人员定位、生产调度通信、救灾通 信、安全生产监管等。
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W EB服 务 器
防火墙
接工业电视系 统
安全监控、人员跟综 iF IX
皮带运输系统 iF IX
东风井监控
井下泵房监控
井下供电系统
海域防水闸
iF IX
iF IX
iF IX
iF IX
其他系统 iF IX
交换机
工程师站1
冗余操作员服务器1
洗煤厂自动化子系统
工业以太网交换机
副井口
工 业 以 太 网 交 换 机 *2
W EB服 务 器
束管、安全监控系统 主运输三遥系统 通风机三遥系统 排水三遥系统 供电三遥系统
其他系统
W IN C C
W IN C C
W IN C C
W IN C C
W IN C C
W IN C C
工程师站
冗余操作员服务器 1
OS M
交换机 冗余操作员服务器 2
100M 工 业 以 太 网
1#变 电 所 分 站
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（2）轨道运输监控系统主要用来监测信 号机状态、电动转撤机状态、机车位置、机 车编号、运行方向、运行速度、车皮数、空 （实）车皮数等；并实现信号机、电动转辙 机闭锁控制、地面遥控及调度等。
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（3）胶带运输监控主要用来监测皮 带速度、轴温、烟雾、堆煤、横向撕裂、纵 向撕裂、跑偏、打滑、电机运行状态、煤仓 煤位等，并实现顺煤流启动，逆煤流停止闭 锁控制和安全保护、地面遥控及调度；皮带 火灾预报等。
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（10）大型机电设备健康状况监控系 统主要用来监测机械振动、油质量污染等， 并实现故障诊断。
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（11）人员定位系统主要用来监测下 井从业人员的位置，实现考勤管理、人员调 度和救灾。
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（1）通风安全监控系统主要用来监测甲烷 浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓 度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、 风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机 开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等； 并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭 锁控制、风窗、主通风机、局部通风机控制及 地面遥控；通风系统故障、瓦斯爆炸预报等
（12）工业电视监视系统主要用来监 视主要设备和工作场所，通过图像处理对异 常状况报警，并为地面遥控和井下无人值守 提供遥视图像。
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管理信息系统(MIS)：
办公自动化系统
调度报表系统
人事工资管理系统
物资库存管理系统
财务系统
设备管理系统
地测图管理系统
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对象层 (Object layer)
报文处理优先排序 报文接收过滤
传输层 (Transfer layer)
故障限制 错误检测和报告 确认 报文帧形成 总线仲裁
物理层 (Physical layer)
位描述 传输速率 信号电平和定时
CAN 层次结构
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CAN 的特点
煤矿井下的恶劣环境也给煤矿信息化和 自动化带来了困难。煤矿井下的恶劣环境主 要体现在有瓦斯等易燃、易爆性气体，有硫 化氢等腐蚀性气体，有淋水，环境潮湿，空 间狭小，矿尘大，电磁干扰严重，电网电压 波动大，工作场所分散且距离远，无线传输 衰减大等。
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这就要求煤矿信息化和自动化设备满足 电气防爆、传输距离远、网络结构宜采用树 形结构，电网电压波动适应能力强，抗干扰 能力强，抗故障能力强，不宜采用中继器， 传感器宜采用远程供电，设备外壳防护性能 要求高，有线传输与无线传输相结合，工业 以太网与工业现场总线相结合等要求。
通风机分站
11采 区 变 电 所 分 站 S 7 -3 0 0
S 7 -3 0 0 工作面顺槽皮带机
网关
主斜井皮带机分站 S 7-3 0 0
1 2 M P R O F IB U S
采、掘、运、提等设备的单机自动化
综采工作面的设备自动化
煤矿运输设备的机电一体化
矿井提升设备的机电一体化
信息管理系统
计算机数据网络平台
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安全生产监控与灾害预报包括通风安全 监控、轨道运输监控、胶带运输监控、提升 运输监控、供电监控、排水监控、矿山压力 监控与预报、火灾监控与预报、水灾监控与 预报、煤与瓦斯突出监控与预报、大型机电 设备健康状况监控与预报等。
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存在的主要问题
缺乏统一的通信及信息交换标准 网络结构不规范 应用软件设计理念陈旧，开放性差 以纵向集成代替横向集成 系统智能化程度不高 所采集的信息量少，利用率低 系统不具有开放性和互操作性
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3、煤矿信息化和自动化的发展方向
系统的高度集成化 控制、决策、故障诊断功能的集成化 网络结构的分布分散化 系统的开放化和网络化 系统的管控一体化 系统的智能化