基于物联网的煤矿综合自动化方案的实现

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【摘 要】结合作者在综合自动化的建设经验，以及自动化系统的建设思路，结合物联网理念，对系统在设计阶段和实际应用进行了详细分析，提出了煤矿综合自动化的实现方法。

【关键词】煤矿企业；自动化；实现方案

前言

煤矿综合自动化系统，是利用工业以太网为通信平台的煤矿综合自动化系统，通过接口和协议的标准化，完成了各系统的互连，形成了统一的传输网络平台和统一的数据库平台，是整个矿井数字化、信息化建设过程中实现数据采集、数据整合、过程控制、数据的关键层。为实现工业网络和管理信息网络数据无缝连接，提供了统一的数据平台，为实现企业的智能决策管理打下基础，有广泛的应用前景。

1、综合自动化系统建设思路

1.1对自动化系统的要求

随着煤矿综采综掘装备及技术应用的不断成熟，运输及提升能力的不断提高，对通风、排水、防火、供电、监测等系统的安全性要求不断增强，使得矿井对机电设备及其控制系统的自动化技术依赖程度愈来愈高。为了将各系统有机的集中控制，需要建立安全可靠的数据通道和统一的平台，在进行技术整合的同时，统一各子系统之间的数据接口和物理接口，消除子系统之间的数据孤岛现象，为管控一体化提供必须的基础，从而实现远程集中智能化监控，达到减人提效增安全的目的。

1.2平台设备的选用

煤矿的特点决定了整个系统必须具有很高的可靠性和可用性，以此保障生产活动的正常进行和井下工作人员的安全。因此在选型时充分考虑所选设备的冗余性和容错能力，并能够适应井下恶劣的工作环境和防爆要求。①实时历史数据库采用容错架构的服务器；②通信线路采用环网技术组建，核心交换采用热备冗余技术，环网之间进行耦合冗余连接，光缆敷设时，使用多芯单模备份光纤；③采用先进的的数据存储及备份系统，对自动化关系数据库、实时数据库及企业Internet网络中数据库的重要数据进行实时的存储与容灾备份，确保自动化及其相关重要数据的安全性和可靠性；④后备供电采用数字监控技术，提高电源监控的灵活性和稳定性，采用双变换在线式结构，解决电压波动、电源干扰、闪电雷击等问题，对设备提供全面的保护；电池组采用模块化设计，能够随意组合和扩展，保证应用系统数据的不间断性及完整性。现场工业交换机均采用在线式UPS供电方式；⑤重视自动化工业网络跨出到企业网络的安全保护硬件。

1.3煤矿综合自动化系统构成

煤矿综合自动化系统是一个包括井下生产监控，井上综合信息管理于一体的大型控制系统，具体应包括带式输送机监控系统，井下排水控制系统，变电所控制系统，瓦斯超标监控系统，井下人员定位系统，主风扇通风系统，主井提升、副井提升系统等多个子系统。

煤矿综合自动化系统主要硬件构成包括2台核心交换机，实现系统的环网冗余，为了保证整个系统各类数据处理的实时高效，要求该交换机自愈合时间不大于500ms，另外系统包括若干二级交换机，各类数据存放的服务器，整个自动化控制系统以工业以太网为传输介质，采用骨干光纤环网的方式与各个子系统相连。

2、煤矿综合自动化系统网络结构与连接方式

2.1系统的结构

根据实际需要，煤矿综合自动化系统结构采用了C/S与B/S的混合结构，各种现场信息，各类设备运转情况的数据收集等功能利用C/S结构完成。煤矿综合信息管理与，采用B/S的结构，保证企业人员随时随地在只要有互联网的环境下即可通过IE浏览器进行各类数据的查询。综合自动化系统具体分为现场设备层、控制层与信息管理层3个层次。设备层主要是将现场各种设备连接到各类传感器、控制器上，负责生产现场设备运行情况数据及故障数据的采集；控制层主要负责采集的各类信息高速、稳定地传输；信息管理层主要通过工业以太网将各个PLC、上位机、服务器互联，实现企业信息的集中监控与管理。

2.2系统的连接方式

①RS485与工业以太网的互联

对于使用RS485标准通信的各种设备，不能直接连入工业以太网，需要设计相应的转换协议，将数据进行转换后接入系统核心交换机，具体连接方式如图1所示。

②CAN与工业以太网的互联

各类CAN总线接口设备，通过CAN以太网智能协议转换模块再接入交换机，实现与以太网的连接，CAN以太网智能协议转换模块集成了一路CAN-bus接口和一路EtherNet接口以及TCP/IP协议栈，可以轻松完成CAN-bus网络和EtherNet网络的互连互通。

3、上位机监控软件的实现

对于现场采集的各类数据，需要实时在上位机中直观显示，对各类故障及时报警，上位机的监控软件的开发使用WINCC组态软件完成，WINCC是第1个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。

通过WINCC组态软件将现场采集的数据通过图表的形式表示，对于现场场景通过直观的动画进行显示，并将数据、故障信息通过Web方式在企业内部网络中，使企业决策者实时掌握生产与故障的信息。使用WINCC组态动画搭建的风机监控系统主界面如图2所示。利用该监控系统可以在调度室监测风机电压、频率、温度、功率等信息，并可以通过界面中简洁的操作实现对风机的远程操控，提高工作效率。

4、结语

通过分析煤矿综合自动化系统构成与建设思路，结合物联网理念，分析了煤矿综合自动化系统网络结构与连接方式，并实现了煤矿各类采掘、输送、供电等设备的监测，运行稳定，具有良好的推广价值。