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【摘 要】本文主要介绍了目前煤矿安全综合自动化系统的发展趋势、项目背景，着重阐述了利用工业以太网环网技术形成的煤矿安全综合自动化系统的技术原则、系统结构、系统性能、系统要求等。
【关键词】煤矿；工业以太网；自动化；
一、 项目背景
煤炭是国民经济和社会发展的基础。当前，快速增长的经济，对煤炭工业提出了更高的要求，为此，必须确保煤炭工业持续、稳定、健康的发展。
我国的煤矿安全形势十分严峻，安全生产是目前制约煤矿综合效益进一步提升的瓶颈。按照国务院关于加强煤矿安全生产的要求，以煤矿安全生产作为总体规划原则，从技术装备、管理模式、信息技术等角度，加大对矿井生产安全的投入，是煤炭工业健康发展的必然要求。
此外，煤炭企业要想在激烈的市场竞争中取胜，实现企业现代化以及管理体制和运行机制的创新，提高企业综合竞争能力，就必须运用信息技术增强企业的技术创新和管理创新能力，实现信息系统现代化，实现企业信息化，使“以信息化带动工业化”的战略得以有效实施，发挥后发优势，实现跨越式发展。
近年，大型煤炭企业“矿井信息系统”发展水平突飞猛进，成为提高煤矿安全和生产管理水平的重要工具。矿井信息系统通过一体化的数字传输网络，集成生产安全综合自动化系统、工业电视系统及语音通讯系统，在信息处理软件的平台上，实现企业生产和管理数据、视频、音频等信息的自动化、智能化处理。
二、技术原则
1）系统所有设备符合煤矿安全规程。
2）遵循“五高”建设方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先；
3）技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，做到适用、好用、够用、易扩展；
4）充分利用现有资源，在技术先进的基础上，做到经济实用；
5）坚持控制与管理一体化，实现设备、监控与管理之间无缝隙的数据共享与一体化集成；
6）网络通讯功能强大，易于与其它系统集成。
三、系统结构
1、系统概述
矿井信息系统设计总体上可分为三层：信息管理层、综合自动化层、设备控制层，本文论述主要针对综合自动化层。
矿井生产安全综合自动化系统是通过工业以太网和信息化管理软件对生产和安全数据信息的集成。系统主要由控制中心、控制分站及综合自动化网络平台构成。
按照功能的不同，矿井生产安全综合自动化系统共分为以下子系统：
1）瓦斯报警系统；
2）井下供电系统，地面供电系统；
3）主副井提升系统；
4）生产采煤监测系统；
5）井下排水系统；
6）通风系统；
7）胶带运输自动化控制系统；
8）洗煤厂和电厂监测系统。
综合自动化平台采用工业以太网方式，将井下各个子系统进行系统集成。各子系统采集的数据通过网络方式与现有的企业内部局域网相接，达到数据共享，统一集中调度管理和控制为目的。传输介质采用光纤。
2、综合自动化网络平台
随着工业以太网技术的不断发展，可靠性不断的提高，在能源的很多行业已采用工业以太网技术进行控制系统的连接。工业以太网技术优点非常突出，与企业网具有相同的灵活的组网结构，倾向于环网连接，网络结构保护性很好，设备抗强干扰、高温、高电磁能力非常强，设备端口密度高，传输实时性是企业网的100倍。满足工业环境传输数据包流量小、传输实时、可靠、传输不间断的特点和要求。
综合自动化网络系统满足以下性能：
1）硬件设备符合有关国家标准和行业标准，满足防爆、防尘、抗高温潮湿和电磁干扰的要求。用于爆炸环境的设备，通过国家指定的检测机构的防爆檢验。
2）在物理上和逻辑上考虑网络信道的冗余，确保网络通路的安全。当某一子系统的通讯或元器件出现故障时，不能影响其他子系统的通讯和整个网络的传输性能。
3）系统应随着矿井建设和发展进程做到整体规划分步实施，留有充分的扩展余地，并能随着技术的发展方便升级。
4）系统可靠性高、稳定性强、人机界面友好、操作简单、维护方便。
5）充分考虑系统平台和数据的安全性。应具有可靠的身份认证机制、数据备份和病毒防护功能。
通过三层网络对全矿的各个子系统进行实时监控，实现整个矿井监控的自动化。同时，将必要的生产管理数据传至数据服务器，上传管理信息系统进行综合管理，在第一时间内让调度人员及各层领导获得需要的信息。为适应控制与管理一体化的技术发展趋势，系统实现设备、监控和管理的无缝隙数据共享和一体化集成。
3、控制中心
控制中心设立调度工作站、工程师站和数据服务器。
调度工作站的功能：
1）根据操作人员不同，设定不同的使用权限，各司其职；
2）提供交互式全中文界面的操作平台，各子系统设备运行状态及参数直观动态显示；
3）根据工艺流程及联锁关系实现各子系统的自动/手动控制；
4）实时设定各种运行、生产工艺参数；
5）实时监视各子系统设备的运行参数及状态，同时将各参数数据贮存在硬盘上，将必要的数据上传至数据服务器；
6）实时监视各子系统传感器的当前状态及参数；
7）对各个设备及必要传感器的故障状态实时报警，报警方式为声光报警。并且打印实时报警，同时将报警数据贮存入数据服务器，便于统一管理，以便对报警信息进行事故分析；
8）随时查询、打印实时趋势以及规定期限内任意时段的历史趋势；
9）随时查询、打印规定期限内任意时段历史数据报表。
调度监控网络实施后，调度员可在调度室终端上监视控制矿井生产过程，完成对全矿生产相关环节的“遥测、遥信和遥控”，实现矿井的综合自动化。
1）实时运行参数监测。各监控系统实时采集生产工况参数，可以采用图形、报表的形式显示系统的实时工况及目前产量、仓储等。
2）实时过程控制。分析采集的参数，系统自动完成过程控制，或由调度员集中操作控制。
3）历史数据查询。以上生产实时监测数据均可存贮于生产实时数据历史数据库中，可实现历史回显、历史趋势分析，及运用直方图、饼图等进行综合分析。
4）设备故障及模拟量超限报警。当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现语音报警、实时打印故障功能。服务器将该故障信息存入故障信息数据库，供以后统计分析。
4、控制分站
综合考虑监控点的分布及工艺要求，设置若干控制分站，各分站通过工业以太网与控制中心联接，实现资源共享，进行全矿信息的统一管理。
四、系统达到总体要求如下：
1、充分考虑企业的行业特点，即生产过程兼有离散和连续的特点，而且安全要求高，生产过程综合自动化主要表现为生产环境的安全监测、大型设备监控、生产过程监测、井下人员管理以及重要环节的自动化，并在此基础上实现系统的集成。
2、系统全面考虑生产过程中的任一环节的监测、自动化，要将矿井的安全生产过程作为一个整体来考虑，以达到各环节间的“无缝连接”。
3、提前考虑，充分利用先进的自动化技术、网络技术、信息技术、视频技术为矿井的生产管理提供语音、数据、图像三种类型的信息，使生产过程自动化与生产调度管理的信息化走向一体化，实现管控一体化。
4、系统能够实现对远程监控、远程诊断以及优化调度，有关人员可在任何时间和地点通过网络用标准化的、统一的图形界面了解企业的安全生产情况。
【关键词】煤矿；工业以太网；自动化；
一、 项目背景
煤炭是国民经济和社会发展的基础。当前，快速增长的经济，对煤炭工业提出了更高的要求，为此，必须确保煤炭工业持续、稳定、健康的发展。
我国的煤矿安全形势十分严峻，安全生产是目前制约煤矿综合效益进一步提升的瓶颈。按照国务院关于加强煤矿安全生产的要求，以煤矿安全生产作为总体规划原则，从技术装备、管理模式、信息技术等角度，加大对矿井生产安全的投入，是煤炭工业健康发展的必然要求。
此外，煤炭企业要想在激烈的市场竞争中取胜，实现企业现代化以及管理体制和运行机制的创新，提高企业综合竞争能力，就必须运用信息技术增强企业的技术创新和管理创新能力，实现信息系统现代化，实现企业信息化，使“以信息化带动工业化”的战略得以有效实施，发挥后发优势，实现跨越式发展。
近年，大型煤炭企业“矿井信息系统”发展水平突飞猛进，成为提高煤矿安全和生产管理水平的重要工具。矿井信息系统通过一体化的数字传输网络，集成生产安全综合自动化系统、工业电视系统及语音通讯系统，在信息处理软件的平台上，实现企业生产和管理数据、视频、音频等信息的自动化、智能化处理。
二、技术原则
1）系统所有设备符合煤矿安全规程。
2）遵循“五高”建设方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先；
3）技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，做到适用、好用、够用、易扩展；
4）充分利用现有资源，在技术先进的基础上，做到经济实用；
5）坚持控制与管理一体化，实现设备、监控与管理之间无缝隙的数据共享与一体化集成；
6）网络通讯功能强大，易于与其它系统集成。
三、系统结构
1、系统概述
矿井信息系统设计总体上可分为三层：信息管理层、综合自动化层、设备控制层，本文论述主要针对综合自动化层。
矿井生产安全综合自动化系统是通过工业以太网和信息化管理软件对生产和安全数据信息的集成。系统主要由控制中心、控制分站及综合自动化网络平台构成。
按照功能的不同，矿井生产安全综合自动化系统共分为以下子系统：
1）瓦斯报警系统；
2）井下供电系统，地面供电系统；
3）主副井提升系统；
4）生产采煤监测系统；
5）井下排水系统；
6）通风系统；
7）胶带运输自动化控制系统；
8）洗煤厂和电厂监测系统。
综合自动化平台采用工业以太网方式，将井下各个子系统进行系统集成。各子系统采集的数据通过网络方式与现有的企业内部局域网相接，达到数据共享，统一集中调度管理和控制为目的。传输介质采用光纤。
2、综合自动化网络平台
随着工业以太网技术的不断发展，可靠性不断的提高，在能源的很多行业已采用工业以太网技术进行控制系统的连接。工业以太网技术优点非常突出，与企业网具有相同的灵活的组网结构，倾向于环网连接，网络结构保护性很好，设备抗强干扰、高温、高电磁能力非常强，设备端口密度高，传输实时性是企业网的100倍。满足工业环境传输数据包流量小、传输实时、可靠、传输不间断的特点和要求。
综合自动化网络系统满足以下性能：
1）硬件设备符合有关国家标准和行业标准，满足防爆、防尘、抗高温潮湿和电磁干扰的要求。用于爆炸环境的设备，通过国家指定的检测机构的防爆檢验。
2）在物理上和逻辑上考虑网络信道的冗余，确保网络通路的安全。当某一子系统的通讯或元器件出现故障时，不能影响其他子系统的通讯和整个网络的传输性能。
3）系统应随着矿井建设和发展进程做到整体规划分步实施，留有充分的扩展余地，并能随着技术的发展方便升级。
4）系统可靠性高、稳定性强、人机界面友好、操作简单、维护方便。
5）充分考虑系统平台和数据的安全性。应具有可靠的身份认证机制、数据备份和病毒防护功能。
通过三层网络对全矿的各个子系统进行实时监控，实现整个矿井监控的自动化。同时，将必要的生产管理数据传至数据服务器，上传管理信息系统进行综合管理，在第一时间内让调度人员及各层领导获得需要的信息。为适应控制与管理一体化的技术发展趋势，系统实现设备、监控和管理的无缝隙数据共享和一体化集成。
3、控制中心
控制中心设立调度工作站、工程师站和数据服务器。
调度工作站的功能：
1）根据操作人员不同，设定不同的使用权限，各司其职；
2）提供交互式全中文界面的操作平台，各子系统设备运行状态及参数直观动态显示；
3）根据工艺流程及联锁关系实现各子系统的自动/手动控制；
4）实时设定各种运行、生产工艺参数；
5）实时监视各子系统设备的运行参数及状态，同时将各参数数据贮存在硬盘上，将必要的数据上传至数据服务器；
6）实时监视各子系统传感器的当前状态及参数；
7）对各个设备及必要传感器的故障状态实时报警，报警方式为声光报警。并且打印实时报警，同时将报警数据贮存入数据服务器，便于统一管理，以便对报警信息进行事故分析；
8）随时查询、打印实时趋势以及规定期限内任意时段的历史趋势；
9）随时查询、打印规定期限内任意时段历史数据报表。
调度监控网络实施后，调度员可在调度室终端上监视控制矿井生产过程，完成对全矿生产相关环节的“遥测、遥信和遥控”，实现矿井的综合自动化。
1）实时运行参数监测。各监控系统实时采集生产工况参数，可以采用图形、报表的形式显示系统的实时工况及目前产量、仓储等。
2）实时过程控制。分析采集的参数，系统自动完成过程控制，或由调度员集中操作控制。
3）历史数据查询。以上生产实时监测数据均可存贮于生产实时数据历史数据库中，可实现历史回显、历史趋势分析，及运用直方图、饼图等进行综合分析。
4）设备故障及模拟量超限报警。当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现语音报警、实时打印故障功能。服务器将该故障信息存入故障信息数据库，供以后统计分析。
4、控制分站
综合考虑监控点的分布及工艺要求，设置若干控制分站，各分站通过工业以太网与控制中心联接，实现资源共享，进行全矿信息的统一管理。
四、系统达到总体要求如下：
1、充分考虑企业的行业特点，即生产过程兼有离散和连续的特点，而且安全要求高，生产过程综合自动化主要表现为生产环境的安全监测、大型设备监控、生产过程监测、井下人员管理以及重要环节的自动化，并在此基础上实现系统的集成。
2、系统全面考虑生产过程中的任一环节的监测、自动化，要将矿井的安全生产过程作为一个整体来考虑，以达到各环节间的“无缝连接”。
3、提前考虑，充分利用先进的自动化技术、网络技术、信息技术、视频技术为矿井的生产管理提供语音、数据、图像三种类型的信息，使生产过程自动化与生产调度管理的信息化走向一体化，实现管控一体化。
4、系统能够实现对远程监控、远程诊断以及优化调度，有关人员可在任何时间和地点通过网络用标准化的、统一的图形界面了解企业的安全生产情况。