数字化矿井

2024-07-12

数字化矿井（共5篇）

数字化矿井篇1

当前, 随着IT技术的迅猛发展, 煤矿的生产管理也进一步智能化和自动化, 很多煤矿在井下铺设了高速网络, 使得煤矿的生产更加高效和安全, 如何实现井上与井下的管控一体化, 数字化矿山系统的应用就显得尤为重要。该系统可以提供矿井的安全与生产信息的在线实时显示、历史数据查询、报警联动等功能。特别是在综合自动化平台进行数据的深加工、提炼, 建立专业管理模块, 为企业高管提供数据决策依据, 最终实现了子系统之间的联动运行, 真正的实现了“管控一体化”, 实现较大的安全效益。

1 数字化矿山系统结构

数字化矿山系统建设的主要内容是建设统一的网络传输平台, 监控矿井的各个控制系统及各个管理子系统的状态, 将各状态传输到集成平台, 形成一个集数据、视频、语音的综合数据管理系统, 能很好地对数据通信与采集, 图文与视频的显示进行综合智能判断。并且能在突发情况下准确地做出反应, 协调各个子系统的工作, 达到实时监控的目的。

整个数字化矿山系统包括硬件系统和软件系统两部分组成。

2 硬件架构

系统硬件架构包括网络层、管控层 (管理、控制层) 、设备层三层体系结构。

2.1 网络层

数字化矿山网络系统的主干网结构采用环形工业以太网, 主干网传输介质为光纤, 采用工业以太网交换机进行数据交换。地面、井下各设一个单环网, 两个环网相联构成一个统一的矿井监控信息子网, 该子网运行在一个相对独立的网段中, 通过硬件防火墙与以后建立的矿企业网隔离。工业环网与企业信息网间采用双网卡信息发布服务器+防火墙技术。

系统的功能有三层, 处于控制层的工业以太网、处于管理层的通用以太网和现场设备层。处于控制层的工业以太网与处于管理层的通用以太网可以交换数据, 由于在上下网段采用了相同协议, 因此可以自由通信, 互操作性强。系统设置了两级防火墙, 处于第二级的防火墙可以用来对不同权限的合法用法进行授权, 屏蔽非法访问内部网络的不合法用户。

为了达到信息控制和信息管理的目的, 交换机附近的工业设备通过各环网结点来连接。信息管理网采用以太网技术和标准的TC P/IP协议, 能实现对各个管理部门的网络连接, 达到对矿区的各方面生产情况进行实时监控, 从而实现人力、财力、物力协调配置以及项目的全面自动综合, 为管理决策提供依据;信息化控制网采用G EPO N千兆无源以太网络技术, 井上、井下各区域控制器控制信号和设备监控站采集信息能及时稳定传送有关系统。

2.2 管控层

数字化矿山系统管控层的“控”是通过控制服务器对所有可执行的各子系统职能执行元件或设备进行远程控制, 实现无人值守, 其综合自动化系统的核心是控制层的管控服务器;“管”是在建立各个子系统之上的数据平台管理模块, 是综合自动化的核心, 具有了管理功能的系统才是一个完善的全矿井自动化系统, 最终达到“管控一体化”的境界。

系统中的后台关键应用了中央数据库系统、TD-A U TO SER V ER管控平台和数据库服务器、W EB服务器的硬件平台, 采用高端企业级服务器。管控服务器、数据库服务器采取双机互备的方式。调度中心的监控操作中心基站采用5台研华工控机, 配置5台19寸三星显示器。每一台监控工作站都能实现互相替代, 实现完全冗余, 保证操作不受影响。为了使系统信息层管理网内的客户端能够浏览到煤矿生产相关的信息数据, 系统添加了服务器, 用于提供B/S访问功能。配置1台W EB服务器, 安装在信息管理网内, 用于提供最终的W EB应用发布。

2.3 设备层

设备层主要是矿井已建设的包括:生产调度管理系统、人员定位系统、安全监测监控系统、主通风机监控系统、电力监控系统、压风监测系统、主平硐长距离弯曲带式输送机集中控制系统、综采工作面电液控系统、地面、井下瓦斯抽采监测监控系统、数字工业电视系统、D LP调度室显示系统、选煤厂集中控制系统、生产供水及水处理控制系统等二十余个管理子系统。

3 软件架构及相关功能

数字化矿山系统软件由综合自动化平台软件、实时W EB服务器软件、接入组件组成。基于网络平台运行, 以网络操作系统W IN-D O W S2000系列SER V ER为运行环境, 以M S SQ L-SER V ER、D B 2、O R A C LE等关系数据库作为支撑。

3.1 综合自动化平台软件架构

系统采用B/S模式设计三层网络体系结构:浏览器、应用程序服务器、数据库服务器 (图1) 。

客户浏览器作为客户端应用的容器, 属于表示层, 包含着系统的显示逻辑。客户通过浏览器提出请求服务, W EB服务器验证用户身份后, 与数据库服务器进行交互, 在H TTP协议下把请求内容返回客户端, 再以主页形式显示在客户浏览器中。

B/S结构实现了客户机模型和客户端零配置, 有效地简化了客户机的工作, 维护工作只需在服务器上进行, 并且易于管理和维护。由于采用了多层设计和组件技术, 方便二次开发, 系统扩展性强。

3.2 系统平台软件基本功能

1) 区域环境作业评估模块:全面汇总区域测点信息, 给予该区域作业状态综合评价。当评价某区域处于提醒或报警状态时, 可能过不同颜色和声音信号给出相应提醒和报警信息。如用绿、黄、橙、红来表示安全、异常、危险、很危险四个等级。评价的因素包括重要设备的开停、运行参数以及测点的值域范围等。

2) 效能管理评估模块:根据矿井主要生产设备运行的数据统计, 可以实时统计单位吨煤能耗量, 计算矿井主要生产设备的开停机率, 对主要生产设备开停、故障进行统计并予以报警, 对主要机电设备的故障进行分类分析统计, 为矿井管理者提供决策依据。

3) 应急预案提示模块:针对常见故障, 系统建立应急预案库。并且通过完整的预案库管理工具, 可以不断完善预案库。当系统产生报警、警告和提示信息时, 本模块可自动弹出处理预案, 供调度室指挥人员及时有效处置。另外, 可设置系统预案自动执行机制, 达到外部相关条件时, 可以启动预案的自动执行功能并记录结果。

4) 多系统联动模块:控制联动不仅仅体现在子系统里的联动, 主体现在子系统间的联动, 例如“移峰填谷”。只有这样才能有效地整合和调动矿上所有的资源, 为矿井操控人员或调度人员提供第一手的判断资料, 减少不必要的时间, 增加企业的效益, 体现出矿井综合自动化控制系统的意义。

5) 通风管理模块:服务于矿山从通风安全数据测定、工程图件管理、安全分析计算、远程安全信息传输、安全信息处理及资源优化配置到系统评价的全过程, 对于预防和处理矿井系统性、全局性的恶性事故提交图形及计算的确定分析, 直接进入矿井通风安全的日常技术管理, 为矿井通风安全提供极为有效的高科技含量的日常技术支持系统。

6) 生产调度管理系统:是对生产过程、调度指挥、统计分析及调度台帐的日常管理, 包括:调度值班情况、调度汇报、多种通知、多种记录、生产计划、生产日报、主提升情况、煤炭外运、地销等生产调度信息, 并且自动生成报表以供查询。

7) 安全管理系统:系统内容涵盖了煤矿生产中人、机、环境因素, 从降低煤矿生产中的不安全行为以及不安全状态入手, 可实现煤矿安全生产的量化管理。煤矿安全管理业务全过程数字化, 可实现事故量化预测, 提高事故防范能力, 为煤矿安全生产管理中业务过程、领导决策、隐患排查及救灾抢险提供了一揽子解决方案。

8) 地测管理系统:煤矿地质测量空间信息网络管理系统是数字矿山建设的基础。该系统以已建成的网络环境作为基本运行平台, 由专业基础数据管理、电子档案管理、矿图编制平台、远程管理系统、虚拟矿山系统、辅助决策系统等几大部分组成, 适合煤田地质勘探、煤矿生产部门、通风安监部门办公自动化的需要。

9) 办公自动化系统:在深入研究矿山企业办公特点, 合理优化再造办公流程, 利用网络技术, 整合办公设备和人机信息系统, 协助完成公务活动。O A系统能处理矿山企业日常事务, 实现信息共享和及时传递, 能有效提高工作效率和降低工作成本, 推进安全、高效生产。

4 数字化系统在矿井中的应用

通过对数字化矿山系统的应用, 不仅能实现对生产过程的自动化, 还能实现了管控一体化。在地面中央监控室能对矿井主要生产环节如煤流、采、运、供电、排水、通风、洗选等生产环节进行集中监控, 部分系统实现了可靠的无人值守运行, 有效地提高了矿井生产效率;另外可将环境监测、工业电视、绞车提升、通风机、调度通信等系统的信息集中于统一的数据库进行管理、存档、检索。同时实现了整个矿井的综合自动化网络和管理信息网络的无缝连接, 矿各级领导和有关职能部门均可以通过网络终端进行综合自动化系统的实时监测、数据报表显示查询。矿调度人员及相关管理人员也能同步掌握生产设备运行状态、产量及井下安全情况, 便于快速做出反应, 及时调度, 实现了快速、实时、可视、管控一体的综合自动化管理。数字化矿山系统的应用, 可以改变了煤矿员工的生产条件, 树立企业新形象, 达到减员增效的目的, 提高企业效益的目的;可以促进了本安型矿井的建设, 为企业的决策提供了准确的各类依据改进决策方法;实现煤矿的安全生产全过程监控及实时管理自动化目标, 提高了矿井的数字化、综合自动化控制水平, 为安全生产打下了坚实的基础。

参考文献

[1]刘瑞生.屯留煤矿综合自动化及数字化矿井建设模式研究, 2006.

[2]霍骥川.数字化矿山的建设与实施.河北煤矿, 2011.

数字化矿井篇2

【关键词】全数字提升机；电控系统；应用

随着科学技术的发展，特别是矿山机电技术和计算机技术的发展，使煤矿机电装备自动化控制在矿井广泛应用，提高了机电使用效率，大幅提高煤矿生产效率，本文主要阐述两种数字提升机在矿井的应用。

1、全数字直流提升机电控系统

主控系统一般采用可编程序控制器，其软件主要完成提升机运行的顺序逻辑控制、算术计算、比较及通讯等功能。一些提升机的主控系统还完成了提升机的行程控制功能，因其行程控制实时性要求较高，因此，此类型的主控系统对可编程序控制器有很高的要求。按提升机电控系统控制功能的具体要求，应选择不同类型的PLC。

传动控制系统主要实现提升机速度、电流双闭环控制、逻辑无环流换向控制等功能，以及变流器的监测和保护功能。

监控系统通过采集与主轴直联的旋转编码器信号、井筒开关信号及其余运行信号，对提升机行程、速度等重要参数进行监视，完成过卷、等速度段超速、减速段连续速度保护、定点速度保护等保护功能，起到主控系统、传动控制系统等保护的热冗余后备保护。

液压制动控制系统是实现故障安全优先要求提升机系统的重要环节，完成工作制动和紧急制动等控制。根据制动控制原理不同，紧急制动应分为恒减速制动和恒力矩制动（二级制动）。前者是在制动过程中控制系统按减速度闭环调节液压制动系统的制动油压实现减速度不变的控制；而后者是根据预先设置的油压和时间进行紧急制动。恒力矩制动过程中减速度与实际负载的状态相关，适合负载基本恒定的主井提升系统；恒减速制动可依负载调整制动力，适合有人员提升的副井提升系统。

井筒信号系统是提升机行程控制与保护的重要部分，分别在井筒中不同位置设置同步校正开关、定点速度检测开关和过卷开关等，以使控制系统获得提升容器在井筒中的确切位置，实现准确测量行程。

数字控制技术与一般的提升机电控系统相比，在安全回路中增加了一套软件安全回路，即系统分别有硬件和软件两套安全回路，前者的回路由继电器系统实现，而后者的回路由主控系统的软件实现，主控系统的信号以继电器常开触电形式传入硬件安全回路中，因此，硬件安全回路是提升机电控系统中最终保护环节，其设计满足“故障安全优先系统”的设计要求，可以确保提升机的安全可靠运行。

目前，全数字直流提升机在我国煤矿应用较为广泛。

2、全数字交—交变频提升机电控系统

全数字交—交变频提升机近些年来发展很快，目前煤矿主要使用的是SIEMENS公司和ABB公司生产的交—交变频提升机。某煤矿主井提升系统主要采用国内最大的40t箕斗，由2x3000kW双电机拖动。其电控系统是具有国际先进水平的大型、全数字交-交变频同步电机调速系统。在世紀初投入使用以来，运行稳定，性能良好，取得了较好的生产效率和经济效益。

2.1提升机电控系统组成

系统由整流变压器、励磁变压器、自动化控制计算机，主控PLC系统，闸控PLC系统、操作台，交—交变频全数字调速系统、装卸载站控制装置、液压站等电机系统构成。

自动化控制计算机采用德国SIEMENS公司的SIMAllCS7系统PLC产品S7-400，通过口网与传动控制系统和装（卸）载站进行数据交换。主要由主控PLC系统、监控PLC系统、闸控PLC系统、操作台构成。

交—交变频传动系统：

（1）交—交变频同步电动机传动系统主回路接线如图1所示。

交—交变频器由三台电网自然换流可逆三相桥式整流装置组成，采用逻辑无环流三相有中心点接线方式，由三台整流变压器供电，输出端采用星点连接。

（2）交—交变频同步电动机控制系统，采用SIEMENS公司的SIMADYN-D多功能控制装置，与上位PLC实现通讯，完成提升机的行程控制和速度控制。

交—交变频同步电机控制系统采用磁场定向矢量控制。其原理基于直流电机良好的转矩控制原理，将交流电机通过坐标变换等效为直流电机进行控制，实现与直流电机调速系统相同的调速性能。

2.2自动化控制PLC系统

提升机系统的操作和控制一定要具有安全性及可靠性，本项目的自动化控制采用2套PLC系统（主控PLC系统和监控PLC系统）完成提升机的工艺控制；闸控PLC系统与ABB的抱闸控制装置共同实现制动功能；通过操作台控制提升机的运行。

主控PLC控制系统（PLCI）。主控PLC控制系统采用SIEMENS公司SIMATICS7系统。主要完成提升过程逻辑控制和保护，完成重要故障的显示和报警，成对液压站的控制等功能。

安全电路采用冗余结构，同时采用PLC与继电器两种并行控制。安全回路中串入主控PLC系统判定的系统故障，监控PLC系统判定的系统故障，确保系统的安全可靠性。

按照故障性质，有不同形式的停车方式：紧急停车、事故停车。若出现故障，不可开车，故障解除后，经复位后才可使安全回路正常。

2.3拖动系统的行程控制

矿井提升机在工艺上是在两定点之间运行，控制系统的控制效果体现在对位置（行程）的控制上。提升机的安全性也要求电控系统具有性能优良、安全可靠的行程控制。本系统采用位置闭环控制技术以确保提升箕斗在预定地点准确停车。

拖动系统的行程控制功能具有以下几个特点：

矿井数字程控通信系统篇3

关键词：通讯,七号信令,DDK-6调度机,C&,C08行政机

淮南矿业集团是国家13个亿吨级煤炭基地, 顾桥煤矿是淮南矿业集团新一轮发展的标志性矿井, 地质储量18.7亿吨, 可采储量9.68亿吨, 设计能力500万吨, 主要生产系统留有1000万吨条件, 在生产和安全的各个环节的设计上, 均体现了世界煤矿建设最先进的技术;经过几年开采, 井下战线长, 生产环节多, 调度通讯工作在矿井安全生产中的作用非常突出, 为了保证矿井调度生产的畅通、稳定性, 让行政通讯和调度通讯发挥专网专用的特性, 2005年12月对矿井通讯系统进行了改造:将行政通讯和调度通讯使用不同的程控机进行通讯, 中央区原行政、调度通讯系统共用的华为C&C08型程控机改造为只作行政通讯用, 具备长话、市话和局话等功能, 调度通讯系统使用联创公司的DDK-6多媒体数字调度机, 只做矿井调度、生产指挥专用;南区使用联创DDK-6多媒体数字调度机, 由于生产范围小, 将调度、行政系统合二为一, 通讯系统的重新构建, 使我矿的行政、调度通讯工作迈上了一个新台阶, 有力促进了矿井的安全生产。

1 通讯系统架构的设计

顾桥矿通讯系统由中央区行政交换机、调度交换机、南区调度行政交换机、光传输设备、线路等组成。

中央区行政交换机使用华为C&C08型交换机, 线路覆盖中央区地面范围, 容量960门 (配线架960路) , 号码资源1000门;系统采用数字中继方式 (60路) 通过2.5GSDH光传输设备与局中心通讯站连接, 为矿井话务唯一出局方式, 各通讯分站点连接成环, 某一分站出故障能保证矿井通讯继续正常运行;中央区行政交换采用数字中继方式 (30路) 与南区调度行政交换机连接, 实现行政通讯系统等位拨号, 采用模拟中继方式 (8路) 与中央区调度交换机连接, 采用模拟中继方式 (2路) 与中央区选煤厂调度交换机 (型号:浙江大华DH2000) 连接, 采用模拟中继方式 (2路) 与中央区仓储配送中心调度交换机 (型号:华为C&C08-S) 连接, 系统具备记费系统, 具备4个话务等级:矿内 (中央区、南区) 、集团公司内、市话、长话, 完成中央区、南区行政电话计费;系统后备电源系统, 当市电断电后能满足整机运行时间大于4小时。

中央区调度交换机使用江西联创DDK-6交换机, 线路覆盖中央区井下及地面范围, 容量384门 (配线架500路) , 系统采用数字中继方式 (30路) 通过PDH光传输设备与南区调度行政交换机连接, 实现调度通讯系统等位拨号;南区调度行政交换机也使用联创DDK-6交换机, 由于生产范围小, 将调度、行政系统合二为一, 容量576门 (配线架800路) , 安全栅200路, 实现行政和调度电话的共用, 具备记费系统, 具备4个话务等级:矿内 (中央区、南区) 、集团公司内、市话、长话;可以完成南区行政电话计费;中央区和南区分别从矿主、副井各设置一根HUYVA-100X2X0.8井筒电缆以覆盖井下各采场地点的电话安装, 调度机后备电源市电断电后满足整机运行时间大于4小时。

2 DDK-6数字调度机技术参数

2.1 系统的控制结构

系统采用集中控制、分级管理, 即集中与分散相结合的控制方式, 保证了用户接入方式灵活, 功能易扩充, 二次开发方便。系统由五个相对独立的部分组成:主控层、子系统层 (远端驱动单元、信令转接单元、用户模块部份) 、后台维护计费管理系统、调度台部分以及安全栅。

主控层是系统的核心, 它接受各子系统、维护管理系统送来的各种信息, 并进行分析、处理;完成系统二级交换、呼叫链接的控制;子系统层分为用户模块层、信令转换单元、远端驱动单元三种, 完成各种接口电路的控制, 全机控制系统采用分级管理、集中控制的控制方式, 构成主机强大的处理能力。

2.2 系统交换网络

系统采用两级交换网络, 二级交换为双网双平面结构。模块层采用8条PCM入、8条PCM出的256X256时隙的一级交换网络, 每个模块出两条PCM分别到主控的两个交换平面, 主控二级交换网络采用单T1024X1024交换平面, 共交换32条PCM, 其中4条用于语音提示、会议等, 剩下28条PCM用于与子模块相连。

2.3 安全栅

井下本安型话机在井上装有安全栅, 为系统的防爆安全提供了可靠的保障。安全栅的安全电路单元不仅对地面雷击等感应电流起到隔离、抗干扰作用, 而且在井下的用户线路发生短路时, 能迅速消耗电路中短路电流的能量, 使线路在故障状态下产生的电火花能量相当小, 不足点燃爆炸性混合物, 具有电气防爆性能, 确保了煤矿井下使用的安全性, 自应用以来, 未出现任何安全事故。

2.4 调度台部分

调度控制机采用2B+D接口和主机相连, B信道传送语音, D信道传送数据。操作台为大型双座席触摸式键盘, 调度员的每个操作可在操作台上进行也可在计算机键盘或鼠标上进行, 录音方式改变传统的录音机录音方式, 直接将PCM信号进行数字录音, 音质优良, 放音直接在计算机上查找, 直观方便;控制机和主机采用一对普通市话电缆相连, 距离可达4.5公里;操作台键盘可实现对每个用户的呼叫, 能完成录音、扬声、会议、主讲、听众、夜服、转接、强拆、重拨等功能。

2.5 后台维护管理系统

后台维护管理系统硬件是一标准配置的586以上PC系统, 软件采用WIN95, 后台管理系统界面直观, 操作简单, 功能齐全;采用界面友好的中文视窗设计, 实时状态显示, 使得维护管理人员可以及时了解系统状态, 直观简明地完成所有系统维护管理操作。

2.6 智能调度网的组成

集团公司通过数字中继七号信令完成各矿 (各分公司及各车间) 话音调度网汇接。通过话音网组织全局电话会议 (单呼、组呼、群呼) , 实现全矿务局任一网上有权多媒体计算机通过智能调度网调用、查看任意矿 (任意分公司及车间) 、任何时间的监测监控数据、表格、曲线和动态图形, 实现矿务局任一网上有权多媒体计算机通过智能调度网调用、播放任意矿 (分公司或车间) 、任何时间的录音文件。实现矿务局任一网上有权多媒体计算机通过智能调度网观看任意矿 (任意分公司或车间) 的电视监控图像。

顾桥矿中央区和南区调度机通过数字中继七号信令与集团公司总调度联网, 实现了光缆信号传输, 组成了智能调度专用网, 实现了与地面程控电话对接, 加强了集团公司总调度室与各矿井之间的通信联系, 做到了调度命令的快速传达。对于全局、各矿的通信系统的稳定、畅通是很重要的。

参考文献

数字化矿井篇4

合理开发与利用有限的煤炭资源, 提高煤矿企业自动化、数字化、信息化程度, 是我国煤炭行业可持续发展的需求, 也是我国煤炭行业信息化建设面临的重大课题。美国、德国、加拿大等发达国家的矿山提升系统大部分已经采用了数字化系统[1]。我国一些大型的、自动化程度高的矿山企业也纷纷引进了数字化提升系统, 但这些技术大多是以引进为主, 且以工业以太网为通信监控网络的还很少。

目前, 工业以太网已经在煤炭行业的信息管理层、过程监控层得到了一定的应用。作为数字化矿井建设的通信集成工具, 工业以太网也正发挥着越来越重要的作用。本文将着重介绍基于工业以太网双环网的数字化矿井提升机监控系统的设计。

1 工业以太网在数字化矿井建设中的应用

数字化矿山是真实矿山整体及生产过程、管理过程等的数字化体现, 其最终表现为高度信息化、自动化、高效率, 以至实现在矿山信息化高速环形以太网基础上的矿山自动化控制[2]。计算机技术、网络技术和自动控制技术的发展引发了各领域远程监测、监控的技术革新。管理、生产过程的信息体系结构向网络化、信息化方向发展必然是计算机技术、网络技术、自动控制技术在各领域发展的潮流, 也必然是引导构建数字矿井体系的技术依托。在煤矿安全管理、生产的各个系统中, 应用工业以太网技术构建整个矿井的信息数字化体系, 能够实现数据集中管理、信息共享, 以至大大改善煤矿系统的“信息孤岛”和“网络瓶颈”现象。数字化矿井是每一个数字化子系统在信息平台上的一个有机集成, 而作为其子系统的数字化矿井提升系统是数字化矿井的一个重要分支。图1为典型的数字化矿井体系模型, 该模型中整个系统的通信链路是由双环网来实现的。

2 基于双环网的数字化矿井提升机监控系统结构

数字化矿井提升机监控系统主要用于对提升机的运行状态以及数据的获得等进行实时监控, 并将其组态到数字化矿井体系结构中。数字化矿井提升机监控系统为整个数字化矿井体系中的子系统, 由上层管理层、中层过程控制层和底层检测及执行机构组成局域网。由于数字化矿井工业以太网已经形成, 在该子系统中, 利用工业以太网卡、以太网I/O器、实时工业以太环网交换机将其引入到数字化矿井工业以太网中。

双环网是网络拓扑结构中的一种, 其特点是网络交换机依次由2根光纤连接, 再首尾相连形成封闭的双环网, 从而大大加强了数据通信的可靠性[3]。根据系统需要实现的功能, 数字化矿井提升机监控系统的总体结构和组网体系主要由通信链路、中央集中控制室和监控单元3个部分组成, 如图2所示。该系统的通信链路也是由双环网来实现的。

3 数字化矿井提升机监控系统软硬件设计

数字化矿井提升机监控系统的硬件部分如图3所示, 由中央控制器、动力装置、液压制动系统、信号检测系统、工业以太网交换机、操作台、监控主机组成。中央控制器由西门子S7-300系列的315-2DP及以太网模块CP343-1组成;动力装置由主电动机、变频器、减速器、卷筒和底座等机械部分组成[4];液压制动系统由液压站和制动器组成;信号检测系统由各种检测安全回路等的传感器组成;工业以太网交换机实现接入数字化矿井体系;操作台设置2个手柄, 分别用于速度辅助给定及制动力给定。监控主机监控提升机的各种运行参数和设定工作方式等。

软件部分由上位机监控系统组态软件实现, 是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁, 可以在线监测提升机运输系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。为保证提升机运行的高度安全性, 上位机监控系统具有全行程速度连续监视、停车位置监视和运行方向监视等功能。通过它可以设定系统的工作方式、控制方式和发布系统的各种控制命令, 以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。

4 结语

在总结数字化技术、工业以太网技术在各领域特别是在煤矿领域应用的基础上, 提出了数字化矿井体系的典型模型, 并介绍了基于双环网的数字化矿井提升机监控系统的设计。该系统已在山东省某矿井使用, 应用结果表明, 该系统运行稳定可靠, 特别是作为数字化矿山的一个分支, 具有较高的推广和应用价值。

摘要：介绍了工业以太网在数字化矿山建设中的应用现状, 提出了一种基于双环网、西门子S7-300PLC的数字化矿井提升机监控系统的网络架构, 介绍了该系统的软、硬件设计。该系统能够实现对提升机工作状态、运行参数、故障参数、故障状态等的监视功能及提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车及紧急制动等的控制功能。实际应用表明, 该系统运行稳定可靠, 检测及保护功能完善。

关键词：数字化矿山,提升机,监控系统,工业以太网,PLC,双环网

参考文献

[1]赵安新.数字化矿山及其关键技术应用[D].西安:西安科技大学, 2006.

[2]王致杰, 李越基, 李明, 等.基于PLC控制的提升机自动装卸载系统[J].矿山机械, 2008 (3) :47-49.

[3]满海波.基于工业以太网的恒压供水控制系统设计[D].昆明:昆明理工大学, 2005.

数字化矿井篇5

在矿井开采中,为了掌握矿区藏煤量和巷道开采进度,需要矿井记录人员在井下观测点记录大量的数据。在实地测量时一般使用有色标尺,以与背景色形成较为明显的对比。在标尺的附近区域,一般手写一些数据参数,如煤层厚度、观测点编号等。地质记录系统采用防爆数码相机拍摄巷道实景图,在后续核对时再对手写数字进行人工判读,效率较低。针对这种情况,本文提出一种手写数字自动识别方法,利用计算机图像处理技术对特定区域的数字进行自动定位和识别,实现了对观测点图像的自动处理,提高了工作效率。

1 手写数字自动识别方法

1.1 颜色过滤及数字区域定位

常见的测量长度标尺为黄色,首先根据颜色对标尺进行定位[1,2]。在过滤图像样本时,选择黄色的RGB特征值范围:红色分量R和绿色分量G取值均较大,为230以上;蓝色分量B取值相对较小。相邻区域的颜色均值也较大,为200以上。根据特征值的范围,设定滤波条件为

undefined

式中:P(i,j)为当前像素点值;AVG为当前像素点4邻域颜色平均值。

当满足过滤条件时,当前像素点设置为0,否则不改变像素点值。过滤效果如图1所示,可见该方法能够将煤层过滤掉,而将标尺较好地保留下来,为后续标尺上方区域数字的定位提供了较为准确的定位范围。

数字区域定位步骤[3,4]:

(1) 对过滤后的图像进行投影运算,通过统计水平方向上的像素点值确定标尺的上下两个纵坐标,通过统计垂直方向的像素点值确定标尺的左右两个横坐标,从而得到标尺的区域位置坐标。

(2) 采用固定阈值二值化方法对图像进行二值化处理。

(3) 根据地质记录工作的相关要求,数字编号一般书写在标尺的右上角,因此在标尺右上角长为1/2标尺长度、高为1/3标尺长度的区域内进行检索。若检索到较大连通区域,则为包含数字的区域。数字区域定位结果如图2所示。

1.2 数字分割

由于原图像中的数字字体较小,为方便识别处理,对数字进行归一化操作,将数字区域放大到100×76像素点单位,效果如图3(a)所示。多位数由多个并列的单个数字组成,因此要先切分数字串,然后再分割单个数字。具体的数字分割算法:

(1) 定义单个数字分割的网格数为25。

(2) 根据数字的上、下、左、右边界,得出数字所占区域的宽w和高h。

(3) 划分5×5个小矩形区域。前4×4格的宽x=w/5, 高y=h/5。最后一列的宽度为w-4x,最后一行的高度为h-4y。

对数字串切分、分割的效果如图3(b)所示。统计每个小矩形区域内像素点的百分比,将其作为每个数字的特征值,结果见表1。

表1中序号值越大,模板也越大,即特征越多,数字越容易区分,识别的结果也越准确,但同时计算量增加,运算时间增长,所需要的样本库大小也成倍增加,综合考虑,设置特征值个数为6×6。一般样本库的个数为特征值个数的5～10倍。

1.3 样本训练

样本训练过程是为手写体数字建立模板的过程,是一个独立的运算设计过程。训练过程的好坏直接影响识别率的高低。因此训练样本的选择极为重要,训练样本集应选择合适的数量和数据分布。

为了训练好每种字迹的数字,提高对不同字迹数字的识别率,应尽可能对多种字迹的数字进行训练,一般情况下每个数字需要10个样本[5]。将提取出来的特征值通过手工指定样本归类存入对应数字dat文件。每个数字所对应的样本集合被单独存放在X.dat文件中,例如5的样本集合存在5.dat文件中。0～9共10个数字则需要创建10个dat文件。将经过样本训练的新特征值以数组的形式,按照样本归类累加存放到与数字相对应的dat文件中。

1.4 数字识别

采用基于欧氏距离公式和模板匹配的算法对数字进行识别[7]。模板匹配即把未知样本和一个已训练好的样本库相比较,看它们是否相同或近似。设已训练好的样本库中有多个模板,其特征向量为Yi=(yi1,yi2 … yi25)T,i=1,2 … 10,待识别数字X的特征向量为X=(x1,x2 … x25)T。采用最短欧氏距离公式计算X与Yi的距离:

undefined

若存在i,使得d(X,Yi)

具体识别算法:

(1) 打开数字Y (Y<10,初始值为0)的特征值存储文件Y.dat,将训练集中该数字的特征值依次读取出来并存放在字符串stringData中。

(2) 使用式(2)计算待测数字X与训练集中数字Y的每个特征值的距离,并将结果存放在二维数组numberTrained[]中。

(3) 循环计算待测样本和训练集中已知样本之间的距离。

(4) 找出数组numberTrained[]中的最小值及其位置,从而得到与待测样本距离最近的数字,即待测数字的识别结果。

2 结语

矿井地质记录中手写数字自动识别方法实现了对手写数字的自动识别,相对于现有的人工判读方法有一定的优势。今后将进一步研究手写英文、数字复合书写方式和汉字手写等标记的自动识别。

摘要：针对目前矿井地质记录中采用人工判读方式识别手写数字效率较低的问题,提出了一种手写数字自动识别方法,详细介绍了颜色过滤及数字区域定位、数字分割、样本训练、数字识别等步骤。该方法利用计算机图像处理技术实现了对特定区域数字的自动定位和识别,提高了工作效率。

关键词：矿井,地质记录,手写数字,自动识别,图像处理

参考文献