白皮书煤矿安全生产综合自动化系统.pdf

煤矿煤矿安全生产安全生产综合自动化系统综合自动化系统 产品白皮书产品白皮书 接入、监视、控制、联动、智能 集中监视、集中控制、集中调度 西安极聚软件科技有限西安极聚软件科技有限公司公司 2 目目 录录 1 综合自动化系统概述 . 3 1.1 系统必要性 . 3 1.2 系统目标 . 3 1.3 系统功能 . 3 1.4 经济效益 . 4 2 煤矿综合自动化集控系统组成 . 5 2.1 网络传输平台 . 5 2.2 集中监控平台 . 6 2.3 系统接入平台 . 8 2.4 MES 扩展平台 . 8 2.5 通风安全监控子系统 . 8 2.6 压风机监控子系统 . 9 2.7 轨道运输监控子系统 . 9 2.8 胶带运输监控子系统 . 10 2.9 提升运输监控子系统 . 10 2.10 供电监控子系统 . 11 2.11 排水监控子系统 . 11 2.12 火灾监控子系统 . 11 2.13 矿山压力监控子系统 . 11 2.14 煤与瓦斯突出监控子系统 . 11 2.15 大型机电设备健康状况监控子系统 . 12 2.16 人员定位子系统 . 12 2.17 工业视频监控子系统 . 12 3 煤矿综合自动化集控系统技术特点 . 12 3.1 高性能后台服务 . 12 3.2 支持分布式部署应用 . 12 3.3 支持主分中心两级结构 . 12 3.4 支持面向对象的配置和访问 . 13 3.5 高性能冗余机制 . 13 3.6 方便的安装与部署 . 13 3.7 全面的数据接口，丰富的驱动支持 . 14 4 煤矿综合自动化集控系统为您带来的优势 . 14 4.1 更便捷的工作方式 . 14 4.2 更高的监控效率 . 14 4.3 更全面的监控信息 . 15 4.4 更短的自动化子系统实施周期 . 15 4.5 更低的监控维护成本 . 15 5 性能参数 . 15 5.1 工业以太网 . 15 5.2 SCADA 软件 16 6 公司介绍 . 16 3 1 综合自动化系统概述综合自动化系统概述 1.1 系统必要性系统必要性 为提高煤矿生产能力和安全生产管理水平， 多数煤矿已安装或即将建设多种 自动化系统，如：安全监测系统、提升自动化系统、排水自动化系统、主运自动 化系统、 通风自动化系统、 供电自动化系统、 选煤自动化系统、 工业电视系统等。 这些监测监控系统大多是在不同阶段建设，处于相互独立的状态，造成了很 多问题，比如： 1、通讯线路重复投资、重复建设； 2、整体可靠性差，不利于煤矿安全生产。 3、各种系统自成体系，需要专门、独立的值班和维护人员； 4、各种系统自成一体，信息不能互通，不能发挥自动化系统的综合效益； 5、系统维护量大，维修、维护困难； 因此， 为了从系统工程的角度整体上对矿山进行统一的自动化管理， 防止 “信 息孤岛”现象，有效整合各种资源和发挥自动化集成的最大效益，需要建立统一 的煤矿综合自动化系统。 1.2 系统目标系统目标 1. 在地面井下建立工业以太环网，真正做到井下固定岗位无人值守，实现 远程集中监测与控制。 2. 通过千兆工业以太网真正在煤矿实现管控一体化。 3. 通过实时高速多媒体宽带自动控制及综合信息平台，实现数字化矿井。 1.3 系统功能系统功能 1. 把各个自动化系统组成监控网，管控中心接收和处理各自动化系统的实 时数据，并且将实时、历史及综合分析后的信息提供给信息系统中的客户，接受 客户对各子系统的操作请求，从而实现全矿井的管控一体化。 2. 在物理上和逻辑上都要考虑到网络信道的冗余，确保网络通路的安全和 无单点故障。当系统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 统的的通讯和整个网络的传输性能。 4 3. 硬件设备选型须符合有关国家标准和行业标准，并通过国家技术监督局 认定的检测机构的型式检验。用于爆炸环境的设备，还必须通过国家技术监督局 认定的检测机构的防爆检验，并取得“防爆合格证“。下井设备还应取得国家煤矿 安全局的“煤矿安全标志“。 4. 对于井下部分的系统和网络部件要充分考虑满足防爆、防尘、抗高温潮 湿和电磁干扰的要求， 必须经过煤安认证。 地面系统要考虑防雷和抗电磁干扰等。 5. 系统在调度中心能及时、准确地采集各个子系统的生产工况、生产和安 全参数，并以画面和图表的形式表现出来，同时可以根据生产和调度的要求起、 停现场的设备。 6. 当设备故障或模拟量超限时，监控子系统与自动化平台同步显示故障设 备名称、报警测点名称及数值，通过多种形式进行报警，并将故障信息和报警信 息存入数据库，供以后统计分析。 7. 在服务器中建立综合历史数据库，定时将监测数据写入数据库，为今后 的统计分析提供参考。 8. 人机界面友好，操作简单，维护方便。 9. 充分考虑系统的先进性、实用性和标准性，做到扩展容易，升级方便， 并能与异构子网进行互连。 10. 系统要求可靠性高、稳定性强，能够满足煤矿生产的环境要求。 11. 充分考虑系统和数据的安全性，系统应具有较强的身份认证机制、完善 全面的日志、数据备份和病毒防护功能。 1.4 经经济济效益效益 1、投资效益 节省传输通道（光纤、通讯设备等）的重复投资费用和维护费用； 节省数据库、组态软件、软件开发等重复投资费用； 搭建传输平台、数据平台和监控平台，一次投资，长期受益； 2、安全效益 在地面集中监测监控，井下减员，减少井下人员伤亡的可能性； 改善工作环境，提高安全系数，保障职工人身安全； 数据共享，报警联动，减少由于矿井灾难所造成的损失； 5 3、人员效益 实现无人值守和定期巡检，有效降低人员成本； 实现设备自动控制，减少工人劳动强度； 减少岗位用工，提高全员效率； 4、生产效益 减少人工操作失误，延长设备使用寿命； 提高对设备的故障分析和判断能力，减少停机事故； 加强对运输的调度和管理，提高运输能力； 5、管理效益 为矿井自动化系统提供一个高速、安全、可靠的管理平台； 提高整体集成水平，发挥自动化系统的综合管理效益； 实现煤矿管控一体化，提高煤矿的安全生产管理调度水平。 2 煤矿综合自动化集控系统煤矿综合自动化集控系统组成组成 2.1 网络传输平台网络传输平台 1. 通过1000兆工业以太网交换机，能够将地面井下的数据信号、图像信号、 音频信号统一传输到调度中心，实现三网合一。 2. 通过在地面井下关键地点，设置工业以太网交换机，能够就近将附近的 PLC等自动化设备接入到交换机上。 3. 通过多台工业以太网交换机，在地面井下形成一个工业以太网的环网， 提供标准的TCP/IP传输服务，以替代以前的传输通道。 4. 要求网络延时小，传输性能稳定可靠，环网的故障恢复时间300ms。 5. 考虑到要接入大量数字视频摄像头，网上数据流量较大，采用实时通讯 技术，为实时控制数据在千兆环网上提供专用传输通道，在传输时与TCP/IP数据 相比具有优先性。 6. 采用工业级设备，保证系统的可靠性。 7. 网络平台无单点故障，系统故障时可自动切换，保障可靠传输。 6 2.2 集中监控平台集中监控平台 1. 系统容量：系统输入/输出点位能够满足可采集无限个监控点；巡检周期 符合行业规定。 2. 高可用性和冗余功能：组态软件采用Client/Server架构，在调度中心设 立两台互为冗余服务器，数据集中存储在两台服务器上，两台服务器间自动实现 数据的同步，并互为热备，当某台服务器故障时，另一台自动接替，以防止数据 丢失或控制失控。 3、具有友好的操控界面，丰富的全汉字的图形组态，可实现复杂漂亮的图 形画面，并支持动化技术、图形缩放技术、多级窗口技术，各种数据、曲线、各 种仪表盘等的实时显示，并能方便地进行多画面切换；当设备故障或模拟量超限 时，监控子系统与自动化平台同步显示故障设备名称、报警测点名称及数值，并 将故障信息和报警信息存入数据库，供以后统计分析。 7 4. 显示功能：系统在调度中心能实时、准确地采集各个子系统的数据，并 以画面和图表的形式表现出来，在任何一个操作站上，操作人员根据授权可以监 视各子自动化系统的设备运行情况， 同时可以根据生产和调度的要求控制现场的 设备。 5. 打印功能：能实时或按时间段打印各子系统相关设备的运行参数和运行 状态，如开停状态、故障类型、故障发生时间等。 6. 实时数据管理界面的功能：生成实时数据库，实时数据库在线监测、实 时数据库的在线修改。系统具有编辑态、置数态和运行态三个状态，在编辑态下 可修改系统的一些静态和统计数据，在置数态下可对一些动态数据进行修改，在 运行态下只能对实时数据进行监视。 7. 报表曲线功能：系统提供自由制作报表的工具、报表编译器，它是图文 合一的报表组态工具，有丰富的编辑手段，可生成各种图文并茂的图形报表。报 表包括日报、周报、旬报、月报、季报、年报。曲线画面形象地显示了作为时间 函数顺序数据，可显示历史、当前和将来的变化趋势，即历史趋势曲线。实时曲 线画面只反映画面显示时刻一定时间间隔的实时数据的变化趋势， 历史趋势曲线 画面则反映给定某个时间段的实时数据变化趋势。通过报表、曲线将矿井的各个 主要参数连续的记录，以曲线的方式记录并保存，以便以后的查询，调用管理。 8. 历史事件记录功能：按时间顺序，将各个历史动作的顺序、时间记录下 来，供事后分析用。 9. 事故追忆功能：在某传感器输出超过预警门限时，把系统中的主要参数 记录下来，供事后分析用。时间段长度可由系统维护人员在系统数据库中修改， 事故前追忆点数和事故后延续点数也可在参数中修改。 10. 控制功能： 控制软件实现的控制具有远程启动、 停止、 复位和测试功能， 并具有可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式转换等功能。 11. 故障自诊断功能：应具有强大的系统自诊断功能与故障报警功能，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， 易于管理与维护； 12. 系统维护和可扩展性：在工程师站上可以进行组态编程，同时兼做网管 工作站，当系统监控需求变化时可以很方便的自行调整。同时，应为将来新上的 自动化系统留下接口，可以方便地组态和集成。 8 2.3 系统接入平台系统接入平台 1. 硬件接入：支持PLC接入方式、子网络接入方式、上位机接入方式、扩展 接入方式。 2. 软件接入：支持驱动接入方式、OPC接入方式。 2.4 MESMES 扩展平台扩展平台 综合自动化PCS层能够把现场采集的设备数据和生产数据提供给生产执行 MES层，这些数据经过MES层加工处理后，可以对设备效能进行分析，以便优化生 产过程。同时对工程项目、生产调度和生产作业进行管理，实现报警联动和应急 预案。 2.5 通风安全监控通风安全监控子系统子系统 通风安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、 氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒 状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等；并实现甲烷超 限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制、风窗、主通风机、局部通风机控制及地 面遥控；通风系统故障、瓦斯爆炸预报等。 9 2.6 压压风风机机监控监控子系统子系统 压风安全监控子系统采用模拟画面，动态显示地面压风机和井下压风机、阀 门等主要设备的运行工况。实现对设备运行参数的自动检测，如：空气压缩机电 机定子及轴承温度检测，空气压缩机风压、风温检测，风量的检测等。提供压风 机、冷却泵的远程控制指令给定窗体。实现远程控制功能，调度中心可以对压风 机设备进行远程操作。提供压风系统事故报警功能，满足就地无人职守运行。 2.7 轨道运输监控轨道运输监控子系统子系统 轨道运输监控系统主要用来监测信号机状态、电动转撤机状态、机车位置、 机车编号、运行方向、运行速度、车皮数、空（车皮数等；并实现信号机、电动 10 转辙机闭锁控制、地面遥控及调度等。 2.8 胶带运输监控胶带运输监控子系统子系统 胶带运输监控主要用来监测皮带速度、轴温、烟雾、堆煤、横向撕裂、纵向 撕裂、跑偏、打滑、电机运行状态、煤仓煤位等，并实现顺煤流启动，逆煤流停 止闭锁控制和安全保护、地面遥控及调度；皮带火灾预报等。 2.9 提升运输监控提升运输监控子系统子系统 提升运输监控系统主要用来监测罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、 阻车器状态等，并实现推车、补车、提升闭锁控制等。 11 2.10 供电监控供电监控子系统子系统 供电监控系统主要用来监测电网电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状 态、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面遥控及调度。 2.11 排水监控排水监控子系统子系统 排水监控系统主要用来监测水仓水位、水泵开停、水泵工作电压、电流、功 率、阀门状态、流量、压力等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面遥控及调 度。 2.12 火灾监控火灾监控子系统子系统 火灾监控系统主要用来监测一氧化碳浓度、 二氧化碳浓度、 氧气浓度、 温度、 压差等，并通过风门、风窗控制，实现均压灭火控制；注氮灭火控制；自然发火 预报等。 2.13 矿山压力监控矿山压力监控子系统子系统 矿山压力监控系统主要用来监测地音、红外发射、电磁发射、顶板位移、位 移速度、位移加速度等，并实现矿山压力预报。 2.14 煤与瓦斯突出监控煤与瓦斯突出监控子系统子系统 煤与瓦斯突出监控系统主要用来监测煤岩体声发射、红外发射、电磁发射、 12 瓦斯涌出量、工作面煤壁温度等，并实现煤与瓦斯突出预报。 2.15 大型机电设备健康状况监控大型机电设备健康状况监控子系统子系统 大型机电设备健康状况监控系统主要用来监测机械振动、油质量污染等，并 实现故障诊断。 2.16 人员人员定位定位子系统子系统 人员定位系统主要用来监测下井从业人员的位置，实现考勤管理、人员调度 和救灾。 2.17 工业视频监控工业视频监控子系统子系统 工业视频监控系统主要用来监视主要设备和工作场所， 通过图像处理对异常 状况报警，并为地面遥控和井下无人值守提供遥视图像。 3 煤矿综合自动化集控系统煤矿综合自动化集控系统技术特点技术特点 3.1 高性能后台服务高性能后台服务 博通煤矿综合自动化集控系统设计了高效实时的过程数据库， 单节点每秒可 以支持多达5万点数据的读写访问（根据系统配置升级可以做到更大容量），单 个节点就能够满足大部分领域的实时监控需要。 3.2 支持分布式部署应用支持分布式部署应用 对于一些超大规模的采集需求， 博通煤矿综合自动化集控系统通过分布式部 署，提供整个系统容量的弹性扩充。系统中的多个节点之间的数据可以根据需要 进行共享，权限、过程数据等信息会根据需要自动在各个节点之间同步。通过节 点的分布式机制， 博通煤矿综合自动化集控系统可以支持每秒百万点以上的系统 容量。 3.3 支持主分中心两级结构支持主分中心两级结构 随着综合监控系统的不断普及，用户对综合监控提出了更高要求，要求能够 将分散的各个监控系统通过中央机构进行集中管理和监控。根据这种需求，博通 13 煤矿综合自动化集控系统特别设计了主、分中心结构，主中心能够访问各个分中 心数据并能够对分中心进行控制。 3.4 支持面支持面向对象的配置和访问向对象的配置和访问 考虑到目前监控行业两种需求：面向过程点的配置和应用需求（适用于传统 的工业控制等领域）、面向对象方式的配置和应用需求，博通煤矿综合自动化集 控系统提供了设备工程模式和对象工程模式两种配置方式， 允许根据不同行业需 求的不同习惯和使用方式进行配置。 设备工程模式适合传统监控领域的配置和过程数据访问方法， 符合传统使用 习惯。 对象工程模式下，先将相同类的物理设备设计为各个类模板，定义统一的属 性，然后实例化多个同类设备，大大简化了配置。同时，访问这些过程数据时采 用面向对象方式访问，符合人们认知，方便了用户使用和维护。 3.5 高性能冗余机制高性能冗余机制 博通煤矿综合自动化集控系统提供了高性能、完善的冗余机制，可实现2-3 秒内对系统异常进行判断并完成切换，具备优异的热冗余备份切换效果。除了提 供节点之间的冗余之外， 博通煤矿综合自动化集控系统还特别提供了对设备层冗 余备份的支持，即对于同时只能支持一个SCADA节点连接的非标准设备，博通煤 矿综合自动化集控系统也在机制上保证设备级冗余的正常工作。 3.6 方便的安装与部署方便的安装与部署 博通煤矿综合自动化集控系统在架构上进行了大量的优化和调整， 使得系统 运行时不再依赖于关系型数据库及其他外部组件， 极大的简化了博通煤矿综合自 动化集控系统的安装与配置过程。 依赖于强大的集中配置系统，工程实施人员只要通过一台配置终端（节点） 即可对系统中的所有节点进行配置和部署，方便的系统的部署。通过部署下发后 的配置文件在本地留有备份，以确保服务器可以在离线情况下正常运行，提高系 统的可靠性。 14 3.7 全面的数据接口，丰富的驱动支持全面的数据接口，丰富的驱动支持 博通煤矿综合自动化集控系统支持串口、网络、通讯中间件以及软件API等 多种数据接口方式。 博通煤矿综合自动化集控系统历经多年的开发， 目前已可以实现对多个子系 统内的多种主流硬件设备的集成支持。支持多种业界主流的通用协议标准，如 Modbus-TCP、SNMP、TAPI等等。而在其他系统特别是多媒体系统上，则对同济， 赛晶，SBH，Citilog，Vtron等视频、广播、LED显示系统等厂家的主流品牌和型 号，实现了驱动接入 4 煤矿综合自动化集控系统煤矿综合自动化集控系统为您带来的优势为您带来的优势 4.1 更便捷的工作方式更便捷的工作方式 对于应用子系统的开发人员， 平台提供了大量的智能化工具协助其应用系统 的开发工作， 为开发人员制作符合用户使用习惯的应用子系统提供了诸多的展示 手段。 对于最终用户或操作员而言，一台工作站即可掌控全部子系统，应用系统界 面更加直观形象，便于操作员对于现场进行远程干预，不同子系统的数据信息完 全整合到一起，便于信息共享与交互，使不同系统间联动操作更为简便高效。而 在处理连锁业务上，由于融入了系统联动功能，管理人员不必再往复于不同的系 统工作站，重复同样的操作，大大的降低了劳动强度，提高了效率。 4.2 更高的更高的监控监控效率效率 原有的监控中心内，各个子系统往往独成一体，各个子系统之间的数据无法 得到有效的交互，难以实现不同系统间的联动操作，不利于统计分析整个系统的 数据关系，而监控管理人员不得不奔波于不同的子系统间 ，完成监控操作，劳 动强度大，容易引起疲劳操作。 应用了博通煤矿综合自动化集控系统产品的监控中心， 一台工作站即可掌控 全部子系统，操作简便，不同子系统的数据信息完全整合到一起，便于信息共享 与交互，使不同系统间联动操作更为简便高效。管理人员不必再往复于不同的系 统工作站，降低了劳动强度。而大部分的繁琐的联动操作，如故障现场的视频画 15 面切换确认、情报板信息的显示更改都能够由系统联动预案系统自动完成。 4.3 更全面的更全面的监控监控信息信息 整个系统采用统一框架体系，各个模块采用统一的接口标准，各个子系统可 以动态加载到整个集成平台，完成交换信息，实现系统联动和信息的共享，完全 解决了以往系统集成中各个子系统间，由于相互独立所造成的信息孤岛，达到信 息的全方位共享和融合。可以在一台工作站上监视和控制所有的集成系统，方便 了指挥人员对信息的获取和指挥调度， 改变了以往指挥调度中信息沟通和获取不 畅的不利局面。 4.4 更短的更短的自动化子系统实施周期自动化子系统实施周期 系统框架构件为应用程序提供了总体结构和表达