对矿井自动化监控技术的应用探究

刘志锦

山东能源新矿集团孙村煤矿泰安智诚自动化设备有限公司  山东新泰   271200

摘要：煤矿生产安全环境关系到每一个矿工的生命安全和矿井的财产安全。随着煤矿现代化程度的不断提高, 科学技术的发展越来越多地运用到了煤矿产业中, 矿井自动化监控技术中矿井的自动化综合监控系统凭其安全性、科学性、高效性、经济性终将成为主流技术, 提升煤矿现代化和自动化水平, 提高企业监控与管理水平。

关键词： 煤炭技术 煤矿矿井 自动化监控技术 应用探究

1 矿井自动化监控技术规划

1.1 矿井自动化监控技术结构组成

矿井自动化监控技术由设备层、控制层和信息层3大网络体系机构构成。系统的基础系统、接口和地层设备是设备层的主要构成部分;控制层作为监控和管理平台对设备层发生作用;信息层则是企业信息化的综合平台。

1.2 煤矿数字自动化综合监控系统功能结构

组成煤矿数字自动化综合监控系统的子系统主要包括5个环节:

(1) 设备和环境安全监控子系统。此系统起到对2个环节的监控, 一是对矿井上、下环境安全状况的监控与预测;二是对全矿井上、下生产设备状况及运行状况的监控。

(2) 工业电视监控子系统。此系统通过视频图像这种直观方式达到对煤矿井上、下重要场所的监控。

(3) 工业以太环网系统。作为整个系统的基础网络平台, 其通过千兆级网络建设, 实现数据、信息、音频、视频的统一网络传输。

(4) 调度中心子系统。此系统是整个系统数据处理和信息显示发布的核心内容, 沟通各子系统协调工作。

(5) 信息处理服务器系统。

2 对矿井自动化监控技术各子系统的应用认识

2.1 设备和环境安全监控子系统

(1) 已有监控系统的标准化管理

煤矿井下有许多系统自身已实现自动化监控, 对这些系统要实现标准化的整合与管理, 才能提高矿井生产安全、经济效益和现代化科学管理水平。比如:可以采用标准数据采集接口, 按照标准通信协议达到监控数据的采集与转换, 再经过工业以太网络系统达到数据信息的集中传输, 将已有的监控系统综合整合到系统平台上, 实现对已有监控系统的集中监控与管理。

(2) 新增监控系统的监控实现

煤矿井中还有一些没有完全实现自动化监控的系统, 这些系统需要增加自动化程度, 则有必要进行技术改造, 实现自动化控制, 能有效地保证系统数据达到数字化的采集和集中传输, 提高煤矿井中工作效率。

2.2 工业电视监控子系统

(1) 已有工业电视监控系统

对于已有的工业电视系统最直接的方式就是通过在摄像头终端加装网络视频编码服务器的方式, 接入到工业以太网络系统或者是就近的企业网络系统中, 实现数字化视频监控。

(2) 对新增地点的视频监控

对于煤矿井上、下新增地点的视频监控, 要分地点分区域实现监控。井上新增点可采用普通的彩色摄像机进行监控;井底需采用高清摄像机才能保证传输到调度中心的信号信息清晰、准确无误;此外, 每台摄像机的视频信号转换都需要配置单独的网络视频编码服务器, 经过压缩后成为数字信号。通过转换后的视频信号, 要分为井上和井下2部分进行系统接入。井下部分就近原则, 选用本区域内的工业以太网交换机接入系统, 通过工业以太网现实网络信号的传输;井上部分则需接入到企业局域网络的交换机中, 通过企业局域网络实现网络信号的传输, 最终实现井上与井下工业以太网的信号并入输出。

2.3 工业以太环网系统

工业以太环网是一种实现办公自动化网络与工业监控网络无缝对接的必需子系统, 其在技术上与一般商用以太网能实现兼容, 但在产品的强度、使用性能和材质的选择等方面都能满足工业现场的特殊需要。在结构上工业以太环网包括拓扑结构和冗余结构。

(1) 拓扑结构系统

此种系统结构的工业以太环网最常用于煤矿井下作业中。由于煤矿井下多见狭长巷道的特点, 且其中每个需要监控的工作区域都集中在巷道里, 因此拓扑结构系统的工业以太环网能够在每个工作区域的中心区域内设置管理点, 如变电所、胶带头等。

根据矿井这一特点, 工业以太环网的拓扑结构可采用星型和环形网络相结合的网络拓扑结构。该结构适用于每个相对独立的工作区域内, 实现区域内环境、设备等数据按星型集中接入本区域的网络交换设备中, 达到分支网络仍有百兆的网络流量交换。

(2) 冗余结构系统

此结构中需要充分考虑到网络系统的安全性能和可靠性能, 因此环网冗余技术方式是冗余结构系统中的首要选择。煤矿井中的工业以太网采用光缆为网络传输凭介, 要根据实际情况选择单环或双环形式的网络拓扑冗余结构系统。

2.4 调度中心子系统

作为整个系统数据处理和信息显示发布的核心。煤矿井中整个自动化监控技术系统的数据和视频信息都需要经过调度中心系统的统一调度与分配环节, 在经过工业以太环网统一传输后实现数据信息的存储、分析、处理、反馈和集中输出显示。在整个自动化监控技术系统中, 调度中心子系统则负责完成信息处理和集中显示2方面的系统功能。

2.5 信息处理子系统

2.5.1 服务器系统选择

(1) WEB服务器。是构建WEB应用服务不可缺少的服务系统, 其通过对浏览器/服务器结构模式应用系统平台的搭建, 方便各级管理人员或上级单位随时随地浏览网站或查询数据信息需要。

(2) 数据服务器。数据服务器主要处理整个信息处理系统中数据信息的存储、分析和管理工作, 其通过对客户端/服务器结构模式应用平台的选择, 为调度中心、各个监控中心和操作中心提供可靠的数据分析和信息支持。

(3) 视频服务器。视频服务器的功能是能较好地完成工业电视系统中的数字视频信息储存、管理和应用。体现了科学化管理与应用。此服务器是兼适用客户端/服务器结构模式和浏览器/服务器结构模式的一种视频监控平台。

2.5.2 软件选择

整个信息处理子系统的应用软件包括客户端/服务器结构数据查询监控系统, 浏览器/服务器结构查询监控系统、数据采集集成处理系统、系统维护、数据库服务系统、紧急备份系统6大部分。

2.5.3 信息处理集中显示设备选择

(1) DLP光源方式选择

DLP投影单元光源分为单灯光源、智能双灯光源2种技术方式。煤矿井下24h不间断的作业特点, 决定了其生产方式和生产安全需要安全性能极高的光源系统作保障。调度中心作为煤矿井中的安全指挥和监控中心, 要对煤矿安全生产起到全时段监控和指挥调度的作用。因此, 要求煤矿调度中心的集成信息处理显示系统具有非常高的清晰度、可靠性能和稳定性能, 具有支持连续24h作业和快速故障智能恢复的能力。因此, 根据这一安全生产的特殊实际应用需求, 智能双灯光源技术应成为DLP大屏幕投影拼接技术方式的首选技术。

(2) DLP显示器分辨率选择

DLP投影单元最常见的显示分辨率有高清和标清之分, 分别为1440×1050和1024×768两种分辨率。煤矿监控系统中DLP显示器显示内容主要突出模拟动态图和有关表格, 以工业电视视频信号输出为主, 这些画面显示对DLP显示屏分辨率没有较高要求, 因此可采用标准的1024×768显示分辨率技术。

(3) 显示屏幕内容选择

自动监控系统中的信息处理集中显示在DLP大屏幕投影拼接系统中, 显示的内容主要包括2方面:一是, 以工业电视监控子系统显示的视频监控图像。这部分视频监控图像将被直接输入调度中心的!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!视频信号, 经过初次数字化和解码还原成为视频信号信息, 最终以视频矩阵切换形式在DLP大屏幕上得到显示。二是, 环境安全监控与设备监控子系统中的各种监控应用程序界面。操作站操作员通过对调度中心机房设备和环境安全监测操作显示到DLP大屏幕上。包括无线通信及人员定位跟踪系统界面。

3 结语

综上所述, 煤矿数字自动化综合技术体现了高科技术与煤矿开采产业的结合, 体现了传统煤矿自动化监控技术与管理方式的不断革新, 是建设高产高效本质安全型现代化矿井的重要技术保障, 具有较高的经济效益和社会效益。此外, 随着数字化矿山在全国范围内的不断推广和技术上的不断更新, 自动化监控系统显示出越来越重要的作用, 其成为实现“管控一体化”不可或缺的组成部分。自动化监控系统的组成部分包括设备和环境安全监控子系统、工业电视监控子系统、工业以太环网系统、调度中心子系统和信息处理集成系统5个部分。各个部分的相互协调和技能选择, 通过调度中心实现调配, 实现信息数据和视频信息的资源共享。各个系统工作的相互影响决定了自动化监控系统工作状态的工作程序, 大大提高了矿井工作效率和安全环境。

参考文献

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