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【摘要】随着国家大型煤矿的建设，煤矿综合自动化全监控系统的建设越来越成为煤矿建设的关键，是建设安全高效矿井的前提，通过神华亿利能源公司黄玉川煤矿建设现代化矿井的一些经验，根据管控一体化思想，结合工业自动化技术，信息化技术，嵌入式技术，网络技术和通讯技术等，通过对矿井生产安全、地测信息以及井巷工程等信息的广泛利用和深度开发，实现全矿井生产过程集中监控，调度计算机网络化，信息管理决策网络化。
【关键词】煤矿；监控系统；数字化矿山；综合自动化
1.黄玉川煤矿综合自动化的总体目标和设计原则
在保证安全的前提下，煤矿综合自动化建设的目标确定如下：
①综合自动化系统由地面生产指挥中心、信息管理中心、井上工业以太网、井下以太网和设备控制层组成。综合自动化控制网按区域、节点数量、规模划分为3个子环网，即井下子环网、地面子环网。采用1000M的工业环网的架构。三个子环网通过地面调度指挥中心的中心交换机进行汇聚，并通过中心交换机实现不同的环间的数据通信。中心交换机选用两台模块化、多端口、高性能的中心交换机与井上、井下子环网连接，实现网络冗余。
②在实现对矿井生产设备的集中监控的同时，建设一套包括：井下无线通信、矿井人员管理系统、矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统、矿井安全监测监控系统、工业电视及大屏幕信息显示系统和企业经营管理系统在内的煤矿生产、安全、经营综合自动化办公平台，实现整个矿井的生产信息、管理信息的集成化管理，构成“数字化”矿山的基本框架。使整个系统配置合理，信息共享，提高指挥效率和生产率。
③在实现设备层、控制层全面自动化的基础上，提高信息层的技术含量。通过引用、开发及实施具有现代生产管理思想的软件系统，使综合自动化系统能发挥更大的整体效益。
2.综合自动化系统主要内容
煤矿综合自动化控制系统为实时监控网络结构，具有完善的生产监控管理能力。它主要由以下系统组成：
⑴生产指挥中心：配置最先进的大屏幕拼接显示系统，实现生产调度和安全监测的集中管理。
⑵井上电力监控系统：地面变电所采用微机综合自动化系统、具有快速、完善、可靠的自动保护。在控制室内实现对地面变电所的“三遥”(遥测，遥信，遥控)控制。在生产指挥中心可对全矿地面变电所进行检测及遥控分合闸，实现无人值守。
⑶井下电力监控系统：具有快速、完善、可靠的自动保护。在控制室内实现对井下变电所的"三遥"控制。在生产指挥中心可对全矿井下变电所进行检测及遥控分合闸，断线自动检测与工作站智能综合选漏，实现无人值守。
⑷主运输及井下带式输送机监控系统：输送机的控制系统通过PLC联入控制网，在设备闭锁状态下，所有的运输设备开、停及配仓、倒仓等操作均在指挥中心进行，不再设现场固定岗位。系统内各胶带机正常运行工况的监视、异常工况的报警和紧急事故处理、运煤量、耗电量的计量与记录等。
⑸主通风机监控系统：主通风机可实现授权遥控、现场集中、就地手动三种控制方式，能自动切换风机，自动反风，实现少人值守。在控制室内实现对主扇风机和辅机的"三遥"控制，甲烷、风量、负压等参数的实时监测。
⑹井下排水监控系统：采用液位计、压力计、流量计、电控阀等，实现井下排水自动化，实现无人值守。实现主排水泵按水位自动启停，按水位变化率增加排水泵的运行台数。在控制室内可实现对排水系统的运行监测与远程控制。
⑺工业电视系统：为能实时、直观地了解矿井各主要环节的生产、运行情况，便于调度，设置一套矿井工业电视系统，采用模拟传输，工业电视墙设在矿井生产指挥中心，由4×3台29″电视监视器组成，可通过电视墙对井下重要的生产和运输系统进行实时监视、及时调度。通过监控系统以太网可实现远程实时监视和控制，满足单路、多路录像文件的检索查询及传输。
⑻综采工作面生产监测、监控系统：通过接口设备将采煤机及液压支架等的数据通过井下工业以太网上传，可在生产指挥中心实时监测工作面采煤机、液压支架等设备的现场运行情况。在控制室内实现对单机设备的工况检测和故障在线诊断。
⑼掘进工作面监测、监控系统：利用总线信息网络监控技术，实现掘进切割与支护的协调作业，监视掘进后的配套运输和掘进头的通风环境。
（10）选煤厂集控系统：通过工业以态网与选煤厂集中控制系统连接，能实现在矿井调度监控中心，对整个选煤厂的生产系统、装车站的集中监测监控。在控制室内实现正常运行工况的监视；异常工况的报警和紧急事故处理；用户、煤质、煤量的统计记录。
（11）其他生产辅助系统，如矿压检测，井巷测绘，水文地质观测等等。
3.综合自动化控制系统方案与网络结构
煤矿的综合自动化控制系统，采用Ethernet/IP工业网络，实现煤炭生产采掘运的综合调度和生产过程自动化。
煤矿综合自动化系统所需覆盖的范围广、规模大、控制距离长、涉及工艺多、信息量大，点对点控制无法实现现场的实际要求，为了最大限度的保证系统的可靠性和实时性，就必须采用多级异构网络结构，并保证异构网络之间的互联互通。
CIMAS的体系结构一般分为三级：管理层，控制层和设备层。第一层由管理计算机，管理信息系统、生产自动化系统、办公自动化系统、决策支持系统等构成，对生产经营进行综合管理和调度；第二层由监控计算机、工程师站、操作员站等构成，完成对生产过程的监视、控制策略的实现等；第三层包括控制器、各种传感器和执行机构等，对现场设备进行调节、控制等，完成对数据的采集和信息的传递。
设备层：主要采用现场总线方式将现场设备、传感器、变送器、开关、显示屏和操作终端与PLC连接，以快速、稳定的与控制层实时交换数据。
控制层：建立一条贯穿于井上、井下的高速以太冗余环网，将各子系统的主机作为工业控制环网的一个节点，把各现场子系统整合于基于TCP/IP的以太网中。通过OPC、DDE、数据库共享、FTP文件上传等软件接口完成各子系统的信息整合，达到在地面调度中心对全矿生产及相关环节的集中监控，从而实现包括作业计划，生产调度，资源调度，产能优化，质量管理等各项功能。并与上层矿级管理系统（信息层）进行信息交換，实现矿井的管控一体化。
管理层：即矿级管理系统。基于工业以太网，以TCP/IP为协议平台，利用现代IT技术实现更强大的工业控制网络数据管理、Internet接入、远程数据访问及无线网络接入等服务和功能，将信息管理和上层决策管理实现无缝连接，实现更强大的安全生产三维可视化，安全生产调度，人力资源劳动工资管理，物资供应管理，机电设备管理，经营决策，OA办公自动化据管理，更好地实现控制与管理一体化和信息，消除了以往煤炭管理、生产中“信息孤岛”。
4.结束语
煤矿综合自动化监控系统平台，实现了矿井生产调度的统一管理，同时为自然灾害的有效预防、抢险救灾的统一调度指挥、远程管理监测提供了有力的支持工具，对于矿井提高生产产量、减少生产事故、安全生产提供了有力保障。
参考文献
[1]罗驱波,孙彦景,钱建生.煤矿综合自动化系统研究与设计[J].矿业安全与环保,2008.
[2]黄岭松.矿井综合信息自动化系统原理及应用[J].煤矿机械,2004.
【关键词】煤矿；监控系统；数字化矿山；综合自动化
1.黄玉川煤矿综合自动化的总体目标和设计原则
在保证安全的前提下，煤矿综合自动化建设的目标确定如下：
①综合自动化系统由地面生产指挥中心、信息管理中心、井上工业以太网、井下以太网和设备控制层组成。综合自动化控制网按区域、节点数量、规模划分为3个子环网，即井下子环网、地面子环网。采用1000M的工业环网的架构。三个子环网通过地面调度指挥中心的中心交换机进行汇聚，并通过中心交换机实现不同的环间的数据通信。中心交换机选用两台模块化、多端口、高性能的中心交换机与井上、井下子环网连接，实现网络冗余。
②在实现对矿井生产设备的集中监控的同时，建设一套包括：井下无线通信、矿井人员管理系统、矿井安全生产综合管理三维可视化信息系统、矿井安全监测监控系统、工业电视及大屏幕信息显示系统和企业经营管理系统在内的煤矿生产、安全、经营综合自动化办公平台，实现整个矿井的生产信息、管理信息的集成化管理，构成“数字化”矿山的基本框架。使整个系统配置合理，信息共享，提高指挥效率和生产率。
③在实现设备层、控制层全面自动化的基础上，提高信息层的技术含量。通过引用、开发及实施具有现代生产管理思想的软件系统，使综合自动化系统能发挥更大的整体效益。
2.综合自动化系统主要内容
煤矿综合自动化控制系统为实时监控网络结构，具有完善的生产监控管理能力。它主要由以下系统组成：
⑴生产指挥中心：配置最先进的大屏幕拼接显示系统，实现生产调度和安全监测的集中管理。
⑵井上电力监控系统：地面变电所采用微机综合自动化系统、具有快速、完善、可靠的自动保护。在控制室内实现对地面变电所的“三遥”(遥测，遥信，遥控)控制。在生产指挥中心可对全矿地面变电所进行检测及遥控分合闸，实现无人值守。
⑶井下电力监控系统：具有快速、完善、可靠的自动保护。在控制室内实现对井下变电所的"三遥"控制。在生产指挥中心可对全矿井下变电所进行检测及遥控分合闸，断线自动检测与工作站智能综合选漏，实现无人值守。
⑷主运输及井下带式输送机监控系统：输送机的控制系统通过PLC联入控制网，在设备闭锁状态下，所有的运输设备开、停及配仓、倒仓等操作均在指挥中心进行，不再设现场固定岗位。系统内各胶带机正常运行工况的监视、异常工况的报警和紧急事故处理、运煤量、耗电量的计量与记录等。
⑸主通风机监控系统：主通风机可实现授权遥控、现场集中、就地手动三种控制方式，能自动切换风机，自动反风，实现少人值守。在控制室内实现对主扇风机和辅机的"三遥"控制，甲烷、风量、负压等参数的实时监测。
⑹井下排水监控系统：采用液位计、压力计、流量计、电控阀等，实现井下排水自动化，实现无人值守。实现主排水泵按水位自动启停，按水位变化率增加排水泵的运行台数。在控制室内可实现对排水系统的运行监测与远程控制。
⑺工业电视系统：为能实时、直观地了解矿井各主要环节的生产、运行情况，便于调度，设置一套矿井工业电视系统，采用模拟传输，工业电视墙设在矿井生产指挥中心，由4×3台29″电视监视器组成，可通过电视墙对井下重要的生产和运输系统进行实时监视、及时调度。通过监控系统以太网可实现远程实时监视和控制，满足单路、多路录像文件的检索查询及传输。
⑻综采工作面生产监测、监控系统：通过接口设备将采煤机及液压支架等的数据通过井下工业以太网上传，可在生产指挥中心实时监测工作面采煤机、液压支架等设备的现场运行情况。在控制室内实现对单机设备的工况检测和故障在线诊断。
⑼掘进工作面监测、监控系统：利用总线信息网络监控技术，实现掘进切割与支护的协调作业，监视掘进后的配套运输和掘进头的通风环境。
（10）选煤厂集控系统：通过工业以态网与选煤厂集中控制系统连接，能实现在矿井调度监控中心，对整个选煤厂的生产系统、装车站的集中监测监控。在控制室内实现正常运行工况的监视；异常工况的报警和紧急事故处理；用户、煤质、煤量的统计记录。
（11）其他生产辅助系统，如矿压检测，井巷测绘，水文地质观测等等。
3.综合自动化控制系统方案与网络结构
煤矿的综合自动化控制系统，采用Ethernet/IP工业网络，实现煤炭生产采掘运的综合调度和生产过程自动化。
煤矿综合自动化系统所需覆盖的范围广、规模大、控制距离长、涉及工艺多、信息量大，点对点控制无法实现现场的实际要求，为了最大限度的保证系统的可靠性和实时性，就必须采用多级异构网络结构，并保证异构网络之间的互联互通。
CIMAS的体系结构一般分为三级：管理层，控制层和设备层。第一层由管理计算机，管理信息系统、生产自动化系统、办公自动化系统、决策支持系统等构成，对生产经营进行综合管理和调度；第二层由监控计算机、工程师站、操作员站等构成，完成对生产过程的监视、控制策略的实现等；第三层包括控制器、各种传感器和执行机构等，对现场设备进行调节、控制等，完成对数据的采集和信息的传递。
设备层：主要采用现场总线方式将现场设备、传感器、变送器、开关、显示屏和操作终端与PLC连接，以快速、稳定的与控制层实时交换数据。
控制层：建立一条贯穿于井上、井下的高速以太冗余环网，将各子系统的主机作为工业控制环网的一个节点，把各现场子系统整合于基于TCP/IP的以太网中。通过OPC、DDE、数据库共享、FTP文件上传等软件接口完成各子系统的信息整合，达到在地面调度中心对全矿生产及相关环节的集中监控，从而实现包括作业计划，生产调度，资源调度，产能优化，质量管理等各项功能。并与上层矿级管理系统（信息层）进行信息交換，实现矿井的管控一体化。
管理层：即矿级管理系统。基于工业以太网，以TCP/IP为协议平台，利用现代IT技术实现更强大的工业控制网络数据管理、Internet接入、远程数据访问及无线网络接入等服务和功能，将信息管理和上层决策管理实现无缝连接，实现更强大的安全生产三维可视化，安全生产调度，人力资源劳动工资管理，物资供应管理，机电设备管理，经营决策，OA办公自动化据管理，更好地实现控制与管理一体化和信息，消除了以往煤炭管理、生产中“信息孤岛”。
4.结束语
煤矿综合自动化监控系统平台，实现了矿井生产调度的统一管理，同时为自然灾害的有效预防、抢险救灾的统一调度指挥、远程管理监测提供了有力的支持工具，对于矿井提高生产产量、减少生产事故、安全生产提供了有力保障。
参考文献
[1]罗驱波,孙彦景,钱建生.煤矿综合自动化系统研究与设计[J].矿业安全与环保,2008.
[2]黄岭松.矿井综合信息自动化系统原理及应用[J].煤矿机械,2004.