毕业设计(论文)开题报告 机电与信息工程学院 电气工程及其自动化专业 课题名称: 神东煤矿的信息化建设 毕业设计(论文)起止时间: 2014年2月17日～2014年6月10日(共16周) 学生姓名: 学号: 指导老师: 报告日期: 2014年3月11日 说明： 1. 本报告必须由承担毕业设计(论文)课题任务的学生在开学的第2周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 2. 每个毕业设计(论文)课题撰写本报告一份，作为指导教师、系主任审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据，并接受学院的抽查。 3. 开题报告采用B5纸型，双面打印。 (一) 课题研究的背景和目的 煤炭是我国国民经济和社会发展的基础，我国属于贫油富煤国家，目前煤炭能源约占我国能源生产和消费中的73%，并且在未来相当长时间内煤炭作为重要能源的地位不会改变，因此煤炭仍是事关国民经济可持续发展的基础产业。 安全是煤矿生产最重要的问题，目前我国煤矿生产主要采用井工开采的方式，而且生产环境条件复杂，保障煤炭生产安全尤为重要。经过多年的发展，我国煤炭行业的安全状况有了明显的提高，但是井下伤亡事故依然很严重，重大恶性事件是有发生，已经成为制约我国煤炭工业发展的瓶颈问题。煤矿灾害事故的频发直接危害矿工的生命和家庭幸福，给社会带来不安定因素，还会给煤炭企业，社会带来巨大的经济损失，严重的影响了煤炭企业的后续发展的动力；矿难频发还会带来不良的社会影响，也会严重的影响我国的环境质量和国际形象。由于我国煤层赋存条件，地质构造复杂，高瓦斯，煤与瓦斯突出煤层较多，致使煤矿安全问题复杂化，而且随着采掘深度的加大和高产高效矿井的发展，给我过煤矿安全生产有提出了许多新的技术问题。因此采取科学，系统完善的措施改变我国煤炭安全状况及落后面貌，加强管理和安全技术的研究与应用，有效预防控制各类伤亡事故的发生和经济损失，建立有效的安全监控系统成为目前煤炭行业安全需要解决的迫切问题。 国内外的现状 (1) 国外煤矿安全监控系统的现状：20世纪末以来 ,随着计算机技术、通信技术和微电子技术的发展 ,先进采煤国家应用机电一体化和自动化技术 ,实现了煤矿生产过程自动化和集约化生产 ,开发了全矿井综合自动化监控系统 ,集语言、数据、图像于一体 ,融监测、控制、通信功能、无线接入技术于一网 ,兼容各种专用监控系统功能 ,覆盖全矿井各生产和生产辅助环节 ,实现了对综采工作面和矿井运输、通风、排水、供电等设备工况参数以及矿井瓦斯浓度等环境参数的自动化监测和控制。全矿井综合监测控制系统有代表性的产品有美国 MSA公司生产的 DAN6400系统 ,德国 BEBRO公司的 PROMOS系统等。 (2) 我国煤矿安全监控系统的现状1983年 ～1985年 ,我国煤矿从欧美国家先后引进了数十套不同型号的煤矿安全监控系统。1985年以后 ,通过消化吸收 ,先后研制出 KJ4、KJ66、KJ70、KJ75、KJ80、KJ90、KJ92等不同型号的监控系统 ,目前装备的安全监控系统大约有 30多种 ,存在着通用性差、兼容性差、智能程度低等问题。 1) 现有煤矿安全监控系统大多针对某一监控对象 (如环境安全、提升运输、设备开停等 )开发 ,各设备生产厂家缺乏统一标准 ,从而造成设备、配件互不通用 ,系统扩展和升级能力差。 2) 现有煤矿安全监控系统的通信协议和传输设备物理层协议缺乏统一的标准。应用于煤矿安全监控系统中的现场总线有:德国的 Profibus、intel公司的 B ITBUS、德国 Bosch公司的 CAN、瑞士佳乐公司的 Dupline等和串行通信总线 (RS232、RS485) ,我国绝大部分监控系统采用RS485串行通信总线传输方式。监控系统以主从结构传输方式 ,无法构建多主冗余系统;现有的各种现场分站采用各自现场总线的专用通信协议 ,很难相互兼容;系统可靠性低、实用性差 ,难以满足实时监控的要求。 3) 现有监控软件均为某一监控目的而开发 ,用户难以通过简单的操作实现多方面监控的目的 ,只停留在对被监测量的实时采集、存储、超限报警及断电和以曲线、图形和报表形式输出的水平 ,只实现了对数据的最基本处理和利用。多数监控系统局限于参数的监测 ,缺少监控能力 ,更无监管功能 ,很难实现煤矿安全集中监控和全矿区的监管。 4) 系统缺少远程智能故障诊断和远程维护功能 ,虽然系统可以对被监控对象进行实时的监测 ,并在出现监测参数超标或异常时 ,对被监控对象进行控制 ,但是对所产生的故障不能进行实时的诊断 ,需 要靠人工进行分析、判断 ,常常由于维护滞后使系统不能正常工作。 5) 现有监控系统不具备煤矿事故决策支持系统的功能 ,无法对煤矿事故进行预报、预警及向用户提供避免事故的对策和方案。矿井终端监控设备缺乏黑匣子功能 ,因而也不能对事故起因分析提供有效依据。 (二) 设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法 1.煤矿信息化的概述 目前，我国煤矿已广泛将信息技术用于生产、安全、管理、市场等各个领域。随着计算机技术、网络技术、数据库技术、自动化技术、传感器技术、数字视频技术和现代管理技术的发展，煤矿信息化正向信息扩展、高度集成、综合应用、自动控制、预测预报、智能决策的方向发展。信息化是指对矿井地理、生产、安全、设备、管理和市场等方面和信息进行采集、传输处理、应用和集成等等，从而完成自动化目标 2.煤矿信息化建设的主要方面和大致目标 1）自动化监控监测系统 矿井人员定位考勤系统：实时观察动态目标的移动情况、查询目标的历史数据、确定动态目标的当前位置等。 矿井光纤工业电视系统：矿井工业电视系统是数字化矿井的基础，是综合自动化系统的重要组成部分，是矿井生产自动化、无人值守的有力保障。可以为安全生产、调度指挥、科学决策提供更为直观、可靠的工具 压风、供水管路远程监控系统：矿井压风、供水管路远程监测系统能够对压风、供水系统的各管路状态进行自动监测，并对这些数据处理，判断出事故的原因及故障点，以便进行快速维修。 主通风机在线监控系统：实时监测风机风压（静压、全压）、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机与风机效率、风峒大气参数（温度、湿度、大气压力）等风机运行各种参数。监测风门位置、风机开停状态、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息。控制风门开/关、风机启/停。 筒仓实时在线监测系统：由于筒仓内储煤的长期堆放，储煤温度将逐渐升高，极易引起自燃，甚至爆炸，必须采用安全防范措施。筒仓安全监测装置是为了储煤筒仓安全运行而专门设计的配套产品，本装置对筒仓内温度、可燃气体、有害气体、烟雾及料位等参数进行监测，以保证储煤筒仓安全运行。 智能应急救援语音系统：矿用智能应急救援语音系统结合煤矿安全生产的需要，以安全监测监控、综合自动化系统原始数据为依据，以各种应急预案为基础，开发出智能语音告警及应急救援模块。日常可以进行安全宣传、教育，在指定区域播放安全规章、安全措施、注意事项等，增强职工安全意识。还可共享安全监控系统有关数据，经过定制，当出现瓦斯超限、风机不能正常工作等情况时，自动在特定区域发出安全告警，指挥相关人员撤离或采取必要的措施。如果检测到安全监控系统告警，井下出现重大安全事故时，可以根据事先设定程序，调动相关应急预案，指挥现场人员撤离；也可以人工调用应急预案语音材料，播放给指定区域，并可以通过麦克风，直接指挥有关人员撤离。根据需要，可以播放背景音乐。结合数字视频技术，可以实时观察工况直观图像，做到数据、语音、视频的真正联动。 瓦斯联网短信报警系统：对煤矿及各矿井井下数据进行实时监测，同时可监测到主机，开停和井下各设备的运行情况，做到真实反应。从联网平台上可以明确地反应出煤矿井下监控系统是否在线，是否在传送数据。当传感器、分站等损坏时，联网平台上会出现报警提示。对整个联网监控系统中的时间（包括煤矿的井下监控系统的时间）进行统一校正，使整个网络系统的时间达到一致。此功能对于瓦斯超限取证非常重要，如果井下监控系统的时间不正确，那么就会导致数据存储丢失或数据取证不正确。可以根据电子地图来选择最短及最安全的避灾线路，以达到有效的引导救援工作，同时可通过GIS系统的测距功能测量出所走路线的距离。选定某一个探头的瓦斯值， 可以得到该探头的瓦斯浓度走势图, 根据走势图，可以分析出该探头所在位置的瓦斯浓度变化情况,对可能发生的危险及时进行预防和处理。 矿灯房信息化管理系统：动态显示矿灯当前状态，包括充电、绢充（充满）、工作（取走）和故障。 煤矿自动化配煤装车系统：自动配煤系统基于在线灰分仪的监测数据(灰分或发热量)，通过调节给煤机变频器频率，实现选煤厂配煤过程的自动控制，以提高配煤产品的质量及其稳定率。 煤矿井下自动排水系统：实现井下泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。自动排水系统可以由计算机自动检测水仓水位并自动控制某一水泵的开停，检测运行参数、分析差数进行对设备的保护。 胶带机远程集中控制系统：系统在自动状态下根据煤流情况，起、停皮带，节省电能。 可显示各皮带、给煤机的起停状态、电源指示、松闸指示灯。还可显示各皮带机跑偏闭锁、纵向撕裂、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水等信号，并可查询皮带保护点及显示。 煤矿井下变电所远程监控系统：在地面可动态显示井下个变电所高压开关的实时运行状态，实施监测故障信息。 微震监测系统：实现对震动的系统远程设置、数据实时分析、事件定位、事件能量判定、数据存储等。 矿井生产虚拟现实系统：虚拟现实系统可以模拟井下各种复杂的作业环境,供采矿工程专业的人员实习、训练,这样既可以降低实习费用,又可缩短教学时间,让更多的人接受高等教育,同时还可对井下工人进行上岗前的操作及安全教育培训。虚拟现实技术用于大型设施、设备的设计和制造已有许多成功的实例。把虚拟现实技术用于对煤矿整体仿真方案中，则更显示出虚拟现实技术的优势。由于井下场地狭窄，环境恶劣，因此对井下设备的设计、运行、维修都提出了很高的要求。煤矿设备的虚拟设计和制造，其意义不仅仅是节约资源和时间，而是完成在地面或在常规条件下无法进行的工作。用虚拟现实来模拟一个真正的矿井灾害，使人们更彻底更直观地了解矿井灾害的各方面因素，从而更有效地采取防灾和救灾措施。该虚拟过程的实现有着重要的意义：它可以减少矿山救护时的实际训练费用，并大大减少训练时的危险性，而且还可以不受时间、地点、天气的影响，任意设置实际灾害中可能出现的一些特殊情况。它也可以提高煤矿安全及生产管理人员的安全意识，提高管理水平，预防重大灾害的发生，提高矿井救灾人员处理灾害的决策应变水平，并把矿井灾害的伤亡和损失降到最低。同时可以协助调查事故原因。另外，通过软件演示可以实现矿井安全救灾防灾的实际培训。 2）协同办公信息化建设：实现自定义电子表单、公文收发、流程审批等功能，有效解决煤矿业务经常变化的实际情况；实现远程和移动办公，极大提高办公效率；同时结合手机短信功能，保证管理人员有任务到达或邮件到达时第一时间自动通过手机短信提醒；实现能和矿井自动化系统进行数据交互，为管理人员提供实时、准确的矿井安全生产状况。 个人信息： 个人信息管理包括：日程安排、名片管理、个人文档、备忘录；对信息进行新增、修改、复制、删除、查看、查询、过滤、排序、打印等。 公文管理：公文管理包括：收文登记、收文管理、收文查询、发文登记、发文管理、发文查询。对于繁杂的办公事宜，可自设实时提醒功能，随时提醒您收到的新邮件、需要您处理的事务等； 办公流程管理 档案管理： 档案管理包括：档案维护、档案查询、档案组卷、案卷查询、档案借阅、借阅规则、档案归还、档案催还。 公共信息： 公共信息包括：新闻、公告栏、大众服务、电话号码簿、航班时刻表、列车时刻表、邮编区号、推荐网站、论坛、人员外出、人员来访。 会议管理： 对会议进行安排、通知、查看、查询等。 综合管理： 具有车辆管理、会议管理、党团群办公、学习交流、安全培训考试、新闻、通知等日常管理功能； 电子邮件： 此邮件为内部邮件，只能在内部使用，可以进行新邮件的发送、接收邮件，对邮件进行综合管理。系统实现与手机短信功能的紧密结合，保证管理人员有任务到达或邮件到达时自动通过手机短信提醒； 3）生产调度信息化建设：生产调度管理是对煤矿生产过程、调度决策、统计分析及调度台帐的系统化管理，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、主副井提升情况、材料消耗、事故处理统计、煤炭外运、地销等生产调度信息的集中管理。通过收集煤矿生产过程中的主要调度数据，并对其进行分析，评估安全生产管理状况，为优化生产管理提供依据，以保证生产经营计划的贯彻落实。 煤矿基础数据管理：构建全矿生产指标、队组生产任务完成、采面衔接等基础数据管理。 矿井档案管理：对矿井的基础档案进行集中维护和管理、查询。 调度基础业务：包括日常事务管理、调度作业管理、综合事务管理三大部分，是生产调度管理系统核心部分。 下井值班管理：下井值班管理是对全矿的值班、交接班、下井进行统一管理、监控、统计、查询的模块，包括管理人员下井、调度员交接班、调度人员下井、调度员交接班、队干上岗汇报、下井交接记录、领导跟班、领导值班、领导跟班8个子模块。 事故信息管理：事故信息管理模块下辖伤亡事故、非伤亡事故、无计划停电停风事故、事故分析会议记录、伤亡事故统计、非伤亡事故统计6个功能模块，是整个生产调度管理系统中对煤矿事故信息集中进行管理、监控、统计、查询的部分，是系统的核心模块之一。 生产计划管理：计划是煤矿企业经营管理的龙头，通过对计划的执行与跟踪，可时时掌握企业生产经营状况，包括公司生产计划管理、矿生产计划、洗选煤生产计划。 生产验收管理：生产验收管理涉及包括７个模块，包括维护工程验收记录、维护原煤煤质化验记录、采煤量分配确认、审批采煤量分配确认、查询工程验收记录、查询原煤煤质化验记录、查询采煤量分配情况等功能。 煤矿设备物资管理：涵盖物资需求计划制订、采购计划制作、物资出入库管理、项目管理 、物资核算、物资分析等物资管理的全过程。通过物资申请计划、采购、仓储、保管、领用等活动，解决物资供需之间存在的时间、空间、数量、品种、规格以及价格和质量等方面的矛盾，衔接企业运作中的各个环节，确保日常事务处理的顺利进行。 煤矿劳保用品管理：提供劳保用品的采购入库、退货、库存盘点、往来账款管理、发放计划以及实际发放管理、统计查询等功能，实现对劳保用品的一体化管理。 综合统计查询：综合统计是对生产管理过程中的信息的分类、汇总，是跟踪与分析生产管理效果的手段之一。综合查询可以按日期时间、队组、单位、人员、作业地点、项目名称……等等海量的查询选项，对系统进行纵向、横向的全面查询，方便用户个性化、定制化的得到自己想要的数据展示形式，从而是煤矿整体的信息化管理水平、业务数据管理水平上一个新台阶。 生产报表管理：生产报表管理是整个系统中集中设计、控制、管理、维护、查询报表的部分。可以 灵活自如的设计满足煤矿生产需要的报表样式、可以灵活的定义报表数据的查询周期和内容。 4）煤炭运销管理信息化建设：系统将煤炭企业的生产活动和经营活动有机地结合起来，实现销售业务的闭环管理，使企业的资金流、物流、信息流得以循环畅通，实现业务、财务的动态一体化。 基础数据管理：基础数据主要包括标准字典、数据定义项目、业务定义项目等功能，符合国家及行业相关标准，例如：铁路局、铁路站、铁路经由、煤种等。支持用户定义数据对象，例如：运费核算数据对象、结算数据对象；支持用户定义业务核算项目，例如：运费项目、结算项目。 合同与计划管理：合同与计划管理完成销售合同与销售计划。具体包括合同的签订、日常维护及执行跟踪，销售计划的编制、控制以及执行跟踪等。合同与计划管理主要包括合同管理、合同查询、合同跟踪、销售计划管理以及销售计划查询等功能。 调度与发运管理：调度与发运管理完成发运的车辆调配计划、发运装车计划、发运登记、中转站点暂存等业务处理。系统涵盖铁路运输销售的请配车、轨道衡计量，汽运地销中的地磅以及现场控制，中转站点的出入库及存量调整等。调度与发运管理主要包括月请车计划管理、日请车计划管理、装车通知单、调运计划管理、过磅单、站存登记管理等功能。 质量管理：质量管理主要处理每日的销售及相关产品的抽样化验业务，同时也具备产品（主要是销售产品）的质量分析。化验数据提供质量信息给销售结算业务，给销售政策的制定、销售价格的制定提供准确的数据依据。质量管理主要包括化验单管理、化验报告、产品质量分析等功能。 结算管理：结算管理负责对外销售产品、代垫费用等业务结算，同时还负责对内部各单位的往来结算业务。结算业务是销售业务的重点，是确认内外部往来的支撑点，结算业务需要考虑公司及市场的各种销售政策、销售产品的质量等因素确认清算货款，同时根据公司内部制定的分配策略以及销售量确定内部分配比例清算内部往来，结算管理还负责用户付款及转款业务处理。结算管理主要包括基准价格管理、调价管理、发运汇总管理、收款管理、转款管理、结算管理以及内部结算管理等功能。 统计决策：统计决策主要集中运销业务中的各种数据分析报表，系统除预置大量的分析报表外还支持对其进行扩展，用户可以根据自己的业务和管理需要制定分析报表，让系统更贴切自身使用。统计决策主要包括订货分析、发运分析、价格分析以及存量分析等分析报表。 3.煤矿信息化建设的现状 1）煤矿安全监控监测 据调查，至2007年10月末，全国已安装瓦斯监测监控系统装备的低瓦斯矿井12882处，安装率为83.0%。其中原国有重 点煤矿已安装537 处，安装率为98.2%；国有地方煤矿已安装1181处，安装率为86.5%；乡镇煤矿已安装11164处，安装率为82.0%。目前绝大多数高瓦斯矿 井、煤与瓦斯突出矿井都装备了监控系统。起步较早的黑龙江省以及山西，安徽 、河南、吉林、河北、重庆、江苏、新疆9个省区市，已经实 现了省内或者产煤市县范围内的联网。 2）煤矿安全生产监控系统 目前，国内常见的煤矿安全生产监控系统有以下几种。一是KJ4监测系统，已在70多个矿井推广使用了100多套，覆盖面积 较广，二是KJ95 煤矿综合监控系统；三是TF200频分复用型矿井监测监控系统，能集中、连续、远距离监测各种环境参数 工况状态，系统监测实时性好；四是 HI—MASS安全生产监控系统，是国内为数不多的采用工业现场总线构成的井下环境及 生产监测监控系统。山西省3970个应实行集中监控的矿井 中，目前已有95%的煤矿完成了监测监控系统建设，90%以上煤 矿分别实现了省(区)、市、县，矿(集团公司)4级联网运行。 3）煤矿安全生产调度系统 煤矿安全生产调度系统实际上是指多个系统的综合性系统，包括煤矿井上、井下的通信系统，煤矿生产监测、监控系统， 工业电视监测系 统，计算机网络系统等，主要借助生产调度指挥系统。目前，该系统的信息化技术水平从高到低，呈现出 大型煤矿高于中型煤矿、而小型煤矿 普遍较低的规律。我国许多矿井采用语音通信和数字通信，国外生产的漏泄通信可以 传输语音、数字和图像，但图像传输的性能还有待于提高 。国内开始使用的漏泄通信效果较好，宽带漏泄通信系统最大提 供32路全双工话音/数据通信和16路单向模拟视频通信，实现了煤矿各种信号 的综合网络传输。 目前，我国已有40多个煤矿采用基于PHS的矿井无线通信系统。有条件的煤矿建立了KJ28工业电视系统，发展了多媒体调 度室装备。 4）煤矿安全综合自动化系统 20多年来，我国经过自主与协作开发，已研制成功了多套安全综合自动化系统。主要有：主运输系统的遥测遥控、井下排 水系统的遥测遥 控、通风系统的遥测遥控、供电系统的遥测遥控与遥调、煤流计量、工业电视监视系统等。现已有多座矿井采用100 M或1000 M工业以太网构成全矿井综合自动化网络传输平台。各种生产监控系统均架构在这个统 一的平台上，形 成各自的逻辑网络VPN。调度指挥监控中心成为全矿各种安全、生产信息的集散地和生产指挥中心，各种安全与生产信息使用统一的数据仓库平 台，逐步建立健全上层各种信息管理与决策支持系统，真正形成3层信息结构的矿 山信息化体系。 5）煤矿安全信息管理 当前，国家把全国煤矿安全生产信息管理技术列为发展重点，目的就是运用计算 机技术，对煤矿生产中各种隐患数据进行 收集并处理，有 的直接形成专业曲线图表，增强危情报告的准确性。同时，更深层次的分析和数据挖掘，可以对矿井整 体进行安全综合分析。同时，提供的安 全信息快速查询，有助于提高险情发生时的迅速决策，以减少隐患事故的发生。 目前，我国国有重点煤矿基本建立了煤矿安全生产信息管理系统，主要进行安全日常管理、灾害预防与处理、事故管理、 矿山救护管理、 事故统计分析、安全评估、人员信息管理、安全监测信息处理分析及安全教育与安全技术培训等。从2002 年开始，各地建立的安全监管局网站 ，承担着安全生产信息在网上发布的功能，为互联网用户提供了一个了解安全生产政 策、法规和安全生产综合信息的电子网络信息平台。2007 年煤炭行业在视频会议系统方面的投入为0.44亿元。各集团公司通过FTP、电子邮件等方式从管属的各煤矿业务处理系统中接受数据，建立本 集团公司的煤矿安全评价管理信息系统。 目前，各级安全监管与煤矿安全监察机构基于互联网初步建立了日常使用的各类安全信息系统管理。主要包括以生产快报 、伤亡事故统计 、行政执法统计、煤炭经济运行统计为基本功能的安全生产调度与统计系统。部分省级安全监管部门应用 较多的是重大危险源监控系统，煤矿安全监察机构应用较好的是煤矿安全生产许可证管理和行政执法系统。 方法：对比法，与其他煤矿进行对比，发现不足； 联系实际，根据实际中所运行的情况去发现不足。 评价指标： (三) 设计(论文)完成进度计划 1）查找资料（已完成，时间：上学期） 2）科研报告（已完成，时间：开学第一周） 3）开题报告（已完成，时间：开学第三周） 4）初稿（未完成） 5）终稿（未完成） 6．指导教师审阅意见 指导老师签字： 年 月 日 7．系主任意见 系主任（签字）： 年 月 日
