1 系统简介
计算机网络技术快速发展，网络应用在各行各业的逐步普及，煤炭生产目前逐步实现了自动化，生产效率大大提高。因于煤矿开采的特殊环境，属于高危险的行业,如何高效的对煤矿生产过程和全矿井生产安全环境进行监控、监测，并实现生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化则是煤炭行业发展目前要面对的问题。因此建设基于物联网技术的煤矿综合自动化系统，构架涵盖煤矿企业经营管理、安全监控、生产控制、设备监控的各个层次的矿井综合自动化监测监控信息平台工程，实现数字化矿井是当前的紧迫任务。大唐电信研发的煤矿综合自动化网络信息平台系统正是适应了当前的需求，有广泛的应用前景。
2 系统的配置和特点
2.1 系统的配置
煤矿综合自动化系统以为用户提供综合解决方案为宗旨。综合自动化目标是实现全矿井综合自动化系统软件组态化设计，建立全矿井监测、控制、管理一体化的大型开放式分布控制系统，将煤矿的环境安全信息和设备工况信息统一在一个网络平台上，改造传统的矿井生产运行方式。系统配置图如图1所示：整个系统配有两台核心交换、若干接入交换机、采集服务器、历史归档服务器、Web服 务器、硬件防火墙等硬件设备。系统软件配置有SQL2008实时据库、WINCC组态软件、OPC通讯协议和杀毒软件等。系统采用双1000M光纤环网结构，地面1000M环网和井下1000M环网。地面1000M光纤环网可以接入：安全监控系统，35kV中央变电所，主扇通风系统、压风系统、主井提升、副井提升系统、束管监测预报、工业水处理系统，注氮、注浆、视频系统和人员定位系统等系统。井下1000M光纤环网可接入：井下皮带综保系统、井下排水、井下变电所、综采皮带系统、采煤机控制系统等各个子系统。
图1 综合自动化系统网络配置图
系统整体设计遵循先进性、合理性、安全性、实用性、可靠性、互联性、扩展性易于操作的原则。
2.2 系统配置的特点
整个系统配置有如下特点：
1.两台核心交换机实现系统的环网冗余，整个系统自愈合时间小于300mS，有效的保证了煤矿对数据处理的高要求，保证系统的稳定性。
2．实时数据采集服务器将各个子系统的实时数据通过光纤环网实时采集，并存储在磁盘阵列中，以便于实时数据的监控和历史数据的查询，实现系统的事故追忆和历史数据查询。
3.Web服务器据有实时数据发布功能，随时为用户提供网上信息浏览服务，用户可以通过网内IE浏览器实时的查询和访问数据。工业以太网的信息只能单向由WEB服务器向管理网发送，管理人员通过矿信息管理网上的PC终端，用IE浏览器访问工业以太网的Web服务器。
4 采用防火墙与局域网相连的高端硬件防火墙和杀毒软件确保网络的安全法用，防止非户的登录、计算机病毒的侵入及传播。
5.系统采用C/S和B/S架构,数据采集系统为C/S结构。易于数据的读取，数据发布采用B/S的结构易于数据的浏览和访问。
2.2 系统的结构
系统分为三个网络层次：设备层、控制层及信息层 设备层：将底层设备直接联结到煤矿井下的各种控制器上，采用智能化的接口设备，降低成本，方便安装，并可实现快速故障诊断； 控制层：将I/0网络功能和对等信息传输网络结合起来，实现具有I/0控制、闭锁和报文传送，保证信息的实时性和确定性；信息层：采用Ethernet,通过TCP/IP协议，将可编程控制器、网关、人机接口和控制软件连接至企业的信息系统。系统功能
3 系统的接入方式
整个系统的传输网络为工业以太网，交换机为三层网络交换机，通过光纤环网与操作执行层（设备层）网络间信息交换与信息共享。根据目前设备、技术的情况和未来技术发展的方向，子系统的接入方式分为：
1.OPC协议接入方式
通过在管控网络单元的服务器中设计有支持OPC协议的组态软件，可直接与具有OPC服务器的现场单元系统存取数据，便可以与数据源进行通讯应用程序和现场过程控制建立桥梁，相互之间进行实时数据交换（如图2所示）。
图2 OPC系统直接接入图
2.上位机实时数据库接入方式
上位组态软件支持与其它的数据库系统接入的方式（如图3所示）通过简单的开发可方便地集成，包括 Microsoft SQL Server和Oracle，ODBC，DDE动态数据。
图3 上位机接入图
3.RS485总线转换以太网接入方式
对于RS485/422和CAN总线通讯方式的设备，通过数据转换协议将实时采集数据转换为支持工业以太协议的实时数据传输给接入交换机，采集服务器对数据进行统一处理（如图4所示）。
图4 RS485接入图
4. 井下KJJ136接入交换机
KJJ136矿用隔爆兼本安网络交换机由西安大唐电信自主研发的具有CAN/以太网信号转换模块、485/以太网接口的1000M以太网交换机（如图5所示）。
图5 KJJ136接入图
4 系统实现的主要功能及特点
4.1 系统实现的主要功能
综合自动化集成系统，利用标准软件接口采集不同系统的数据信息，进行集中处理、存储和发布，WINCC组态软件模拟生产过程，将数据以图形及表格的方式动态表现出来，实现了从设计、编程、硬件组态、测试到操作诊断和远程维护的全过程组态应用，并通过Web方式在网络上发布，使信息资源有机整合到一起，得到最大限度的利用，便于企业领导及时掌握煤矿生产情况并做出合理决策。系统有以下功能：
1. 生产各子系统的集中监控
自动化软件平台是基于网络和组态软件的集中监控系统，在网络数据中心可实现对网络中各个子系统的集中监控。系统具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式转换、振动给煤机点动操作等功能控制，平均响应时间小于10s。如图6在主扇风机集中监控系统中可以监测风机电压、频率、温度，电机的定子温度，轴承温度，功率以及风机入口静压、风机流速等参数并可以实现就地、远程自动控制。
图6 风机监控系统
2. 显示功能实现
系统流程图画面能实时显示各胶带机、风机、提升机、泵房、变电所、工作面等相关设备及所有子系统信息状况；当被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后出语音、文字告警提示，扫描周期可短至1秒。
如图7在变电所监控流程中可以实时监测运行参数和馈电开关的运行状态，实现远方合分闸功能，实时监测电压、电流、有功功率、无功功率等参数，可检测高、低压柜分合闸状态等参数。
图7 变电所监控系统
3. 故障自诊断及报表功能
系统可准确判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示以及打印输出，故障自动切换时间<20秒。系统可以方便的对历史数据进行查询，便于故障原因的查寻分析和追踪，最大历史数据可以储存六个月。
4.2系统的主要特点：
1. 利用工业以太网形式在煤矿构建具有环网冗余技术的矿井综合自动化网络平台模式，根据我国煤矿井下采煤实际情况，选用1000Mbps工业以太网构建煤矿井下自动化控制网络平台，并采用环网冗余技术，保证信息传输的可靠性。主干传输介质采用本质安全矿用阻燃光缆，井下使用专用隔爆兼本安电源箱供电，确保网络设备的本质安全防爆性能。
2. 井下监测监控系统实现了安全监测与生产监测两系统的合二为一，实现了生产方面各类重要设备运行状况的自动实时监测。
3. 通过接口和协议的标准化，实现各系统的互连，保证了原系统的稳定、安全运行。
4. 以信息集成平台为核心，基于分布式实时数据库、OPC技术、工控组态技术，自主开发了组态软件，实现了各子系统的无缝集成和安全生产实时数据的Web浏览。
5 项目应用及其结果
目前，西安大唐电信公司的综合自动化软件平台已应用于多个项目：
1. 宝钢南京梅山铁矿综合自动化系统
2. 中煤西川煤矿综合自动化系统
3. 神华宁煤汝箕沟煤矿综合自动化系统
4. 山东古城煤矿综合自动化系统
应用表明,设计的系统能够促进信息共享,保证对全矿井安全状况和生产过程进行实时监控、调度。
采用了环形的光纤工业以太网技术，故障后系统可自动恢复，恢复时间小于300ms，而目前采用的非环形工业以太网或现场总线技术，系统故障后需人工维修，恢复时间一般在半小时以上，因此，该系统可靠性提高了100倍以上。另一方面实现异构条件下的信息连通与共享，将全矿井各自动化子系统的数据和功能集成，避免了信息孤岛，极大地提高了集成程度。 
