【摘要】文章提出了对综合自动化发展的关键技术讨论，包括高速网络的建立、子系统接入标准、监控数据中心、分控中心、数据分析中心等，从关键要点阐述了综合自动化的现状和发展，为行业内综合自动化技术的发展提供了参考思路。
【关键词】综合自动化;高速网络;分控中心;数据利用
1.前言
近几年，全矿井综合自动化“热”在煤矿日渐升温，截止到2010年底，保守估计全国已装备各类全矿井综合自动化系统数百套之多，为煤矿的信息化建设及安全生产发挥了积极的作用。但纵观已装备系统的现状，普遍存在重接入子系统数量，轻子系统数据综合利用的现象，将综合自动化变成堆积自动化，形成系统内的离散信息，造成综合自动化系统投效比较低，影响综合自动化系统技术及市场的健康发展。综合自动化是基于矿井高速网络，建立于各子系统之上的系统，其综合各子系统信息，制定优化控制策略，协调各子系统控制关系，对各子系统的数据进行综合分析处理、深度挖掘产生出价值高于原始数据的信息，这就是综合自动化的全部内涵。本文就全矿井综合自动化系统的几个关键技术问题进行探讨。
2.矿井信息高速网络
高速网络是矿井综合自动化的基础，如果没有高速信息网络，矿井井下的海量子系统数据无法及时传输上来，数据传输将成为综合自动化发展的瓶颈。随着高速网络成功应用于井下，矿井综合自动化已从专家学者研究课题，迅速转变为一个个工程案例。可见高速网络的应用是这一转变的重要推手。
目前，应用在矿井的高速网络类型主要有三种：a：工业以太环网;b：无源光网络（GEPON）;c：多信道工业环网（MCTP）。这三种网络各自有其技术特点，工业以太环网以其技术稳定、产品化程度高、网管软件丰富等优点著称，但也存在带宽利用率不高的缺点;无源光网络带宽可利用率高、主要传输设备无源，但对传输介质光缆熔接损耗要求较高。
其中，矿井高速网络以工业以太环网居多，该架构以成熟的工业以太网交换机作为基础，经过矿用化处理后应用到煤矿井下。工业交换机矿用化处理主要包括隔爆或者本安处理，接口隔离、以太网转换成总线接口、配置后备电池等等，只有经过完善的矿用化处理，才适合在矿井下应用。
3.监控数据中心
目前，煤矿各个子系统的自动化应用已基本建立，各种传感器应用也比较广泛，在各个子系统中也保存了大量监测数据。对于各个子系统来说，只能对自己本系统数据进行有限的利用，而想要利用其它系统的数据则存在一定的困难，比如由于各子系统数据结构封闭，外部系统很难有效获取数据，包括原始的现场数据和分析的结果。矿井综合自动化系统在用户的应用情况并不算良好，多数还只是停留在子系统的搬移，即只是将原来子系统的数据、画面等搬到所谓的自动化平台中，而缺乏对这些数据的进一步的综合利用，而且这个平台对于用户的管理系统，决策支持系统等来说，同样存在数据无法共享的问题，使其成为了一个更大的信息孤岛，无法为外界提供更有用的信息，没能发挥进一步的作用。各个部门的信息仍处于孤岛状态，这不利于煤矿管理人员、煤矿安全监督人员实行监管和开展安全事故应急处理。[1]
综合自动化发展需要建立一个煤矿监控数据中心，提供开放的一致的数据共享平台，在这个平台中除了能将数据原本再现外，同时能提供广泛的业务逻辑支持。建立数据接入组件，支持文本文件、OPC、数据库等方式获取各子系统数据，然后将所有獲取到的数据，通过统一的对外发布的接口，将数据提供给数据压缩与存储程序，根据预定的数据压缩算法，将数据压缩处理后，存储到事务型数据库中。压缩算法的选择需综合考虑压缩率、实现难度、处理效率等因素。
根据确定的煤矿业务，通过建模工具建立数据分析模型，同时需要建立从事务型数据库到数据仓库的数据转换规则，将历史数据从事务型数据库导入到数据仓库，数据分析服务根据分析模型就可以得出分析结果。如果煤矿业务需求发生变化，或者用户提出新的需求，则需要修改或新建数据分析模型，数据仓库中的数据也可能需要重新加载，以适应不断变化的业务需求。数据发布服务提供业务分析的结果，以及相关的实时和历史数据，供展现层或第三方使用。
4.分控中心
综合自动化基本功能要实现对系统的自动控制，但综合自动化平台上的控制是基于系统集控的，数据与控制来源于子系统单机控制，但高于单机系统。主要有两大特点：（1）有逻辑闭锁关联关系的相关子系统间实现联合集控;（2）集控系统平台要面向对象，面向使用部门，面向管理部门，建设一个基于实用为目的的综合自动化分控中心。
综合自动化软件平台基于分控中心模式架构，主要实现以下功能：面向使用部门，面向关注对象，将相关联子系统汇总建立分控中心，实现子系统高效远程集控;在接入矿井多个子系统的基础上，建立分层控制架构，实现系统分层分级控制。以某个矿井综合自动化分控中心为例，按矿井部门职能设立原煤生产分控中心、电力系统分控中心、机电分控中心、通风分控中心四大分控中心和辅助监测中心，相关子系统按类别分组，通过分控中心实现系统远程集中控制。
其中，相应的分控中心面向管理部门如下：
（1）原煤生产分控中心：面向生产科，实现对原煤系统，包括采掘工作面系统、井底配仓、综采运输顺槽、采区大巷运输、一水平东翼运输胶带、主斜井皮带等系列原煤生产流程相关的子系统集中远程控制。
（2）电力系统分控中心：面向动力科，实现对地面110KV变电所、副井10KV变电所，井下中央变电所、3-1采区变电所、2-1采区变电所等矿井动力相关的系统集中远程控制。
（3）机电分控中心：面向机电部，实现对井下主排水、矿井水处理、生活污水处理等与水处理有关的系统控制，实现对压风机监控系统、热交换站控制系统、副井提升监控系统等与机电有关的各类控制系统。
（4）通风分控中心：面向通风科，实现对主扇通风控制系统、人员定位系统、安全监控系统、火灾束管监测系统、顶板压力安全监测系统、矿灯房信息管理系统等与通风管理相关的系统集中控制和监测。
图1 综合自动化架构图
子系统接入分控中心可以通过两种途径，子系统存在上位机的，直接通过上位机以太网接口接入，软件接口可采用OPC或者PLC、电力系统等专业接口;子系统无上位机的，则由子系统PLC或其他专业执行器直接接入分控中心，接口同样可以采用OPC或其他标准专业接口;按专业配置基于组态软件或专业后台软件的控制软件，实现对关联系统的控制，并对综合自动化系统平台提供数据接口。
5.数据分析与利用
数据的分析与利用主要通过数据分析中心实现，数据分析中心是综合自动化平台除分控中心以外的另一个重要模块，在采集各分控中心数据及各类监测系统的基础上，根据矿井管理需求，对数据进行分类处理，按功能进行专业处理，完成数据到信息的转变过程，将采集上来的子系统海量数据转换成直观、有用的信息提供给使用者做决策参考。综合自动化平台通过数据分析中心主要实现将系统数据分析处理，转化成信息展示。从枯燥繁琐的数据，变成有用的信息，让子系统数据发挥作用。
综合自动化平台数据分析中心软件按管理需求分层次设计，调度指挥中心、机电各部门、生产各部门可根据业务需求定制相应的控制模块和信息化处理模块，实现对子系统数据的挖掘利用与增值处理。
数据的挖掘处理是在接入系统海量数据的基础上，结合各专业分析理论或者生产工艺，提炼出对安全、生产有价值的信息，主要的数据信息化处理如下：
（1）信息处理1：区域生产作业环境评估
通过对各子系统已接入的环境参数进行重组和计算得出每个区域的评价结果，也可结合现有其它系统（如：通风瓦斯预测、安全量化评估管理系统、人员监测系统等）进行区域状态的综合评定，并在图中实时显示，系统可输入算数、逻辑等各种表达式进行运算得到评价结果。可以起到矿井安全多层防护作用，加快安全事故隐患排查效率，达到事前预警，从而提高矿井灾害预防能力。实现目标：平台操作人员能简单地、一目了然了解矿井各区域安全情况和实时人数，通过屏幕上红色、橙色、绿色等颜色直观地判断目标区域是否安全。
（2）信息处理2：系统或设备联动
实现设备启动、停车或异常时，相关系统及时弹出信息，关联显示当前状态，确保设备运行安全和稳定。如胶带机启车时，相关电气设备运行数据的及时显示和胶带机机头或机尾摄像头图像的显示。实现目标：设备异常或启停时，操作人员无需更进一步操作，即可在一个统一界面上观察到该状态操作人员必须观察的运行数据、实况图像等。
（3）信息处理3：生产设备在线管理
实现在线设备的状态、相关参数的实时监测，协助（库存状况）和监督（实时提醒）在线设备的及时检修，提高煤矿生产效率及生产安全性;实现目标：重点设备的维护实现无纸化、实时、高效。
（4）信息处理4：生产效能评估
通过对当前和历史数据进行分析和统计，得出全矿各系统在某段时间内累计影响生产的时间以及影响生产的主要因素，通过历史追忆的形式分析得出全矿井的能耗比、各生产环节的故障率，从而减少各类故障和资源浪费，实现节能增效。实现目标：生产投入与产出透明展示，能耗、效益直观显示。
（5）信息处理5：自动预警
通过矿用监控数据中心接入各个子系统，然后对已接入的测点进行自动分类监测、处理，由已接入测点的设置和一段时间内的历史数据，根据预警值算法计算得出该测点的预警参考值，并由此参考值对测点的实时值进行处理得到测点的预警状态。实现目标：在没有达到报警状态前就掌握目标的变化趋势，让各种超限报警消失在萌芽状态。
（6）信息处理6：应急预案管理
矿井生产的情况瞬息万变，一旦发生异常需要及时处理以保障人员和设备安全，降低风险。应急预案管理可在异常事件发生时，自动按照预案的设计启动处理流程而不需要人员的干预，同时调度人员根据实际情况做出的判断，也可以通过该管理平台向外发布，进行及时的应急指挥。实现目标：矿井各类预案进入系统，进行无纸流程化处理，遇到紧急情况按预案过程提示一步步进行处理，减少次生事故的发生。
6.结束语
将煤矿各生产环节监测监控子系统就近接入高可靠性、高速率的综合监控主干网络是必然的发展趋势[3]，综合自动化平台在子系统接入的基础上发展，在国内刚刚发展了不到十年，基本经历了数据采集阶段、数据汇总阶段，目前正朝着数据增值利用的方向发展。只有真正把采集到的海量子系统数据分析处理，形成数据中心，进行分析和增值处理，矿井综合自动化系统才能更健康地发展、有效地提供矿井辅助管理手段。
参考文献
[1]牛聚粉，程五一，王成彪.煤矿安全信息共享系统的设计及实现[J].工矿自动化，2008（1）：52-53.
[2]陆铮，汪丛笑.工業以太网在全矿井综合自动化系统中的应用[J].工矿自动化，2006（3）：31-33.
[3]陈荣光，闫晓峰，李娟.矿用GEPON系统的研究与实现[J].工矿自动化，2008（5）：44-47.
作者信息：段瑞威（1981—），男，江苏东海人，现供职于天地（常州）自动化股份有限公司，一直从事煤炭信息化工作。
