科技奖申报书范例.doc

档案编号: 新汶矿业集团公司 科学技术奖励申报书成果名称: 高瓦斯矿井易自燃煤层综合自动化系统的构建与应用完成单位: 水帘洞煤炭有限责任公司 (盖章)申报日期: 2012年3月22日一、项目基本情况成果项目名称高瓦斯矿井易自燃煤层综合自动化系统的构建与应用评审专业监测主要完成单位水帘洞煤炭有限责任公司主要完成人员刘永、孟宪纲、殷修木、殷培东、刘端亮、宋炳军、苏志勇、高峰组织鉴定单位新矿集团技术中心技术水平项目起止时间 2010年10 月 2011年12月鉴定日期2012.3二、项目简介项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况： 项目所属科学技术领域：计算机技术、网络通讯技术、光传输技术、数字显示技术、自动控制技术。项目主要内容：自动化系统平台建设、大屏显示工程、软件工程建设、子系统开发接入。1）自动化系统平台建设的主要由综合自动化系统以太光纤环网建设、服务器安装调试、不间断电源（UPS）安装调试、客户机安装调试、系统防火墙安装调试；2）大屏显示工程包括液晶拼接屏安装调试、LED显示系统工程、视频传输通道系统建设等；3）软件工程主要包括系统平台软件部署、数据采集系统开发、系统显示界面开发、历史数据系统开发、WEB发布系统开发、客户机系统开发；4）子系统开发接入包括皮带集控系统、选煤楼监控系统、井下排水系统、35KV变电所监控系统、副斜井提升系统、压风系统、人员定位系统、通风系统、瓦斯抽放系统、猴车系统、井下供电系统共11个子系统的接入开发。特点及应用推广情况：高瓦斯矿井易自燃煤层综合自动化系统的构建与应用，能更好地发挥各自动化系统的作用，提高设备软硬件的利用效率及高瓦斯矿井易自燃煤层矿井的安全生产和管理水平，拓展开发信息资源的价值，综合自动化系统的整合、集成建设，解决了以下几项问题：l 自动化监测监控系统可能会处于相互独立的状态，各系统自成体系，信息不能互通，形成信息孤岛现象。l 通讯线路重复投资建设，费用过高，不仅系统维护量大，且整体可靠性差，维修、维护困难。l 各个自动化系统都用自已的组态软件，互不相通，重复投资。l 各种自动化系统无法实现网络共享，无法统一监测，无法统一调度，严重影响了生产力水平的提高。 l 由于信息不能综合利用，所以很难从系统工程的角度来整体对矿山进行统一的自动化管理，难以有效的整合各种资源和发挥自动化集成的最大效益。目前北京东华软件股份公司的煤矿综合自动化系统在技术已经非常成熟，软、硬件在国内及业内处领先水平。系统关键部分软件为德国西门子产品，硬件采用美国惠普服务器，性能稳定可靠，合作厂家北京东新软件股份公司为国内一流的软件公司，此系统为国际领先水平，本系统在高瓦斯易燃煤层中成功的应用，对具有类似条件的矿井有着很好的借鉴意义。水帘洞煤矿通过高瓦斯矿井易自燃煤层综合自动化系统的构建与应用的实施，有效提高了矿井的安全生产和管理水平，拓展开发信息资源的价值，未来每在矿井接入一套系统将会节省147.3945万元的投入。(不少于800字)三、项目详细内容1.立项背景： 为了使水帘洞煤矿的技术达到国际先进国内一流的水平，更好地发挥各自动化系统的作用，提高机械设备的利用效率，提高安全生产和管理水平，开发信息资源的价值，需要对多个自动化系统进行整合，并进行综合自动化信息系统的集成建设，其必要性可以概括如下：l 自动化监测监控系统可能会处于相互独立的状态，各系统自成体系，信息不能互通，形成信息孤岛现象。l 通讯线路重复投资建设，费用过高，不仅系统维护量大，且整体可靠性差，维修、维护困难。l 各个自动化系统都用自已的组态软件，互不相通，重复投资。l 各种自动化系统无法实现网络共享，无法统一监测，无法统一调度，严重影响了生产力水平的提高。 l 由于信息不能综合利用，所以很难从系统工程的角度来整体对矿山进行统一的自动化管理，难以有效的整合各种资源和发挥自动化集成的最大效益。同时，煤炭领域矿井安全问题也越受到国家和社会各界的重视。大型煤矿现有的监测监控手段也不同程度的存在问题，致使我国的矿井防灾抗灾能力很差，煤矿安全事故居高不下，重大、特大事故频繁发生。瓦斯、矿尘、火灾、水灾、矿压等种安全隐患严重威胁着矿井作业人员的人身安全。根据以往的经验，综合自动化平台建设的越早越好，将来新建的系统都按照现有的平台和标准搭建，因此把现有的自动化系统整合到一个统一的综合自动化系统平台和综合信息管理平台，已成为水帘洞煤矿目前迫在眉睫的首要任务。.2.详细科学技术内容：（总体思路、技术方案、实施效果、必要图表等）（不少于10页）3.技术创新点： 设计思路通过本系统的实施使水帘洞煤矿在采用先进的技术装备上达到国内一流、国际领先的高产、高效的现代化矿井水平，五年保持先进，十年不落后；使矿井生产安全可靠，有效地预防和及时处理各种突发事故和自然灾害；使矿井各类自动化系统在异构条件下实现信息联通、共享和联动；实现全矿井的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的网络化、信息化、科学化。设计原则水帘洞煤矿综合自动化建设应遵循以下设计原则：面向应用的原则系统体制必须反映煤矿行业对计算机的需要。单一功能的系统难以满足需求需要全面考虑这种需求，使它具有生命力、真正成为规划、设计与建立系统的基础，而不是一些毫无用处的概念堆砌。人机协同工作的原则自动化系统平台建设要全部能自动完成数据采集、报警等功能，在主控中心要求实现网络故障时的报警功能。信息资源综合管理的原则系统的体系结构要从整个信息资源综合管理着眼，对于共用的信息不能各部门各自为政，互不沟通，互不衔接。要做到信息既丰富、全面、又不至于产生冗余和无用的信息。既要使各部门人员很容易得到他所需的信息，又要做到安全保密，这都是在系统体系结构中必须考虑的。广义信息网络的原则利用计算机网络技术，使水帘洞煤矿综合自动化调度集成平台建立在一个综合网络平台上，而不是建在单台计算机上。兼容并蓄原则对于所有的各类子系统，它们的功能都应融入到这个综合自动化调度集成平台之中，并充分发挥各子系统的功能。统一规划和分步实施的原则系统的体系结构要兼顾系统的统一规划和分步实施。，系统要按照自顶向下的原则进行，先从总体目标出发，然后把任务逐步向下分解，这样容易做到胸有全局，主次分明，能够统筹安排。在具体实施时，却是按照由底向上的原则，分步实现的，先考虑底层的实现，再逐步向中层与高层推进，这样做信息来源有保证，信息处理有依据，当然有时候也可能因某一部分急需或者成套引进某些设备，使其中某一部分先行建立，但由于已有统一规划，各部分之间的联系与接口已经预先考虑好了，所以不至于产生矛盾、冲突和不协调。适应变化和相对稳定相结合的原则目前矿井面临管理变革的新形势。为适应这一形势，系统随时会扩展和改造，基础设施不可能一次全面完整建成，但有些部分最好是能做长远考虑，力求在系统的生命周期内稳定使用，不要频繁更动。设计依据煤矿安全规程；煤炭工业矿井设计规范；煤矿安全装备基本要求；煤矿监控系统总体设计规范；煤矿监控系统中心站软件开发规范；爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求；爆炸性环境用防爆电气设备通用要求；煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件（MT 209）；设备可靠性试验（GB 5080.17）；电气设备的抗干扰特性基本测量方法（GB4859-84）；矿井通风安全监测系统装备标准和使用管理规定；九五期间煤炭工业电子信息发展规划纲要；煤炭调度信息化装备技术规范；监测监控质量标准化实施标准；总体设计目标1）应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术、和煤矿生产工艺技术，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成。2）应用计算机技术、网络和自动控制技术实现在矿调度指挥中心监测井下环境参数，集中控制井上、下机电设备，减少井下作业人数，达到减人增效和提高矿井安全水平的目的。3）通过应用软件，实现生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化。并能实现对关键设备的状态监测和故障分析。4）保证煤矿生产安全，提高产量和质量，提高企业经济效益和竞争能力。5）利用先进的技术和合理的方案，使系统具有良好的性价比。系统建设完成后应能够使水帘洞煤矿地面井下各生产环节的生产工况信息和视频信息在一个统一网络平台上运行，在异构条件下进行联通与共享，能够使不同功能的应用系统联系起来，协调有序运行，使各自独立的监控系统信息实现共享。系统建设完成后能够对全矿井安全、生产的主要环节进行实时监测、监视和必要的控制，实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化，为矿井安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害，提供有效手段，为企业信息化的应用和发展奠定基础。系统运行后，设备稳定，传输可靠，系统安全，实现三网合一，达到监、管、控一体化及减员增效的目的，建成本质安全型的数字化矿井。具体体现如下：1、以安全生产信息网络化建设为核心促进全矿管理的网络化、规范化和现代化，对矿上的各种实时监测数据进行转换、集成，做到对全矿的安全和生产信息状况进行综合性动态分析，随时随地为领导决策提供第一手资料，实现资源的有效共享和远程管理。2、能将各自动化系统进行有效集成，并与管理信息系统进行有机整合，强化辅助运输、地面储、装、运、洗的监测与调度功能，提高矿井的生产调度指挥能力，从而提高生产和管理效率，增强矿井的市场竞争力，使煤矿的信息化进程实质性的跨上一个新台阶。3、使管理人员从烦琐的手工事务性劳动中解脱出来，以便从事更高水平的管理工作。4、实现对自动控制网络平台的集中管理，对网络上的各子系统设备进行实时监测和监控，为控制网络平台实现管控一体化提供保障。5、掌握全矿井生产设备的运行参数和信息，能够有效的实现安全生产管理和综合查询等功能，使其成为一个综合性的自动化网络平台。6、提高经营质效，降低成本，减少直接生产人员，改善安全状况，起到减员提效作用，优化安全生产管理模式，创建本质性高产高效矿井。7、对设备的安全运行进行集中监测，起到对设备的超前管理和预测预报，最大限度的减少设备的损坏机率和维护成本。8、通过对各自动化子系统的有效集成，完成矿井生产实时数据和历史数据的综合分析和实时状态评估，为矿井生产指挥和决策提供依据。功能设计目标1.往下能对矿井内各控制子系统发布控制命令，并能监视各子系统内设备的运行状态以及所须的生产和安全参数；往上能够上连集团公司广域网，实现水帘洞煤矿与集团公司之间的生产与管理信息及时交换。实现安全生产过程控制网络化、企业综合管理现代化。2.建立一个生产集控中心，在集控中心能够做到井下除掘进头以外的所有电气设备均能在地面集控中心集中控制和监视，井下各系统的控制实现无人值守，仅有巡检工进行巡视和维护，巡检工可以就地紧停现场设备，根据现场情况向地面集控中心汇报需要起停哪些设备，但设备的起停是由调度员根据总体情况来确定和操作的；设备的控制和监视均在集控中心进行，实现全矿的管控一体化。3.在生产集控中心能对连网的各子系统按照生产工艺的要求进行划分，如划分为安全监控系统、生产监控系统、电力调度系统、工业电视系统等，便于控制和调度。4.能够把井下的摄像仪通过工业以太网传输到井上集控中心，整合传输通道。5.根据上述要求建立一个快捷的网络系统，要求此系统要充分安全、先进、可靠，能够满足生产和管理的要求。6.系统随着矿井建设能够整体规划分步实施，并能随着技术的发展方便升级。总体设计1充分考虑矿井的行业特点，即生产过程兼有离散和连续的特点，而且安全要求高。生产过程综合自动化主要表现为生产环境的安全监测、大型设备监控、生产过程监测、井下人员管理以及重要环节的自动化，并在此基础上实现系统的集成。2系统要全面考虑生产过程中的任一环节的监测、自动化，要将矿井的安全生产过程作为一个整体来考虑，以达到各环节间的无缝连接。3充分利用先进的自动化技术、网络技术、信息技术、视频技术为矿井的生产管理提供语音、数据、图像三种类型的信息,使生产过程自动化与生产调度管理信息化进行有机结合，实现管控一体化。4要求系统能够实现远程监控、诊断以及优化调度，有关人员可在任何时间和地点通过网络平台利用标准化的、统一的图形界面了解矿井的安全生产情况。系统功能自动化系统平台与各类子系统组成监控网，管控中心为监控网的服务器，各子系统信息通过标准的数据交换方式如OPC与管控中心进行数据存取，并将各子系统的信息进行综合后处理。管控中心负责将实时、历史及综合分析后的信息提供给信息系统中的客户，并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。具体功能如下：1.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。2.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。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。地面系统充分考虑防雷和抗电磁干扰的设置。5.系统在集控中心能及时、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.系统可靠性高、稳定性强。人机界面友好，操作简单，维护方便。7.充分考虑先进性、实用性和兼容性，做到扩展容易，升级方便，并能做到异构子网的互连。8.实时数据显示：实时显示各监测点的当前状态或数值。可分类显示或全部显示。9.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。10.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。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。总体规划设计拓扑图建设内容概述通过工业以太环网技术连接地面、井下各个自动化系统，把所有监控信息集中到调度指挥中心，通过服务器的数据采集，使在工程师站上能够完成各个自动化系统的组态，达到监测和控制的目的，综合自动化系统具体建设内容包括：千兆工业以太网传输平台在集控中心部署2台核心交换机在井上部署3台千兆工业以太网光纤交换机井下部署2台矿用防爆兼本安型交换机，并为每台交换机提供矿用隔爆兼本安不间断电源。自动化调度集成平台l 在中心机房部署3台管控服务器，并安装3套管控软件；l 在中心机房部署1台Web服务器，并安装1套Web服务器软件；l 在调度室部署3台操作员站，能对子系统进行远程监测监控；l 在中心机房部署1台工程师站，并安装组态软件和网络管理软件；l 在管控服务器上安装调度集成软件，可把所有的子系统集成在1个软件监控平台上；三层架构设计在水帘洞煤矿信息化设计中，我们根据管控一体化的思想，采用了三层网络结构，并结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和新技术，利用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，使矿井在采、掘、运、风、水、电、安全等生产环节全面实现信息化，并将煤炭生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成统一、完整的有机整体。网络架构设计水帘洞煤矿的网络设计，体现了集成化的数据管理、集成化的通讯、集成化的编程组态，以实现最大限度的信息共享。以三层结构网络系统为基础，实现千兆工业以太网为主干网，现场总线为辅助网络的综合自动化传输网，以实现管控一体化的信息化要求。网络安全设计本次网络建设是管控一体化网络系统，网络安全对生产系统、安全系统有直接影响，如果网络安全出现了问题，导致网络中断、恢复时间过长、数据丢失等问题会影响调度指挥中心管理人员的判断，也实现不了无人职守、集中控制的要求。所以水帘洞煤矿的网络系统必须安全、可靠、可连续运行。矿井综合自动化调度指挥中心的环型的网络拓扑结构，从网络物理线路到网络设备、网络模块我们都考虑了冗余设计，可以说网络本身已经非常安全了。下面是每个设备和连接环节的安全设计。（1）各个子系统都采用PLC进行监控，PLC本身是非WINDOWS架构，不是黑客攻击的对象，而且是工业级应用，所以PLC本身是安全的，PLC的薄弱环节在于通讯模块。对于井下重要系统如：主变电站、主井提升、副井提升、压气机、抽气机、瓦斯抽放、注氮、降温系统，对于其中绝大多数连续作业、涉及安全的子系统均可提供了双通讯模块连接两台交换设备，因此PLC通讯模块的故障率被降到了最低。（2）PLC通讯模块同时坏掉的可能性很小，而且有一块因为广播流量或烧毁DOWN掉的时候，交换机会马上报警。如果因为数据包不能正常采集的时候，SCADA（数据采集系统）软件会自动报警，会及时排除PLC通讯模块的故障。（3）采用单环双节点的组网方式，可以容忍多处故障点同时出现问题，在环链路一处发现故障时，在小于50毫秒的时间内自动切换，对于上行连接可以在1秒内完成主备线路的切换，出现故障时，不会造成数据丢包。（4）交换机采用无源背板，完全模块化的设计，基板、电源模块允许热插拔，而且每块基板都是独立的交换引擎和独立的网管AGENT（智能自适应性）， 支持RMON（远端网络监控），通过网络管理软件或普通网络浏览器，可以实时观察到每台交换机的电源状态，交换机所处的环境温度和交换机每个端口的状态，并可对交换机的工作方式进行设置。（5）使用介质模板，工业以太网交换机可装配光纤，介质模板可用于多模光纤和单模光纤。在网络运行过程中可以对它们进行添加或更换。（6）工业级的网络设备的电磁兼容性、工作温度、防震等指标完全符合工作现场的要求，无风扇设计，工作温度从0-60，无风扇运行，低维护运行。（7）采用以太网交换技术，将网络故障限制在个别的子网段范围以内，采用抗干扰的光纤介质和集成的冗余机制提高了网络的可靠性，从而为生产系统的正常运行提供了保障。（8）通过网络管理软件，交换机端口有网线断线自动报警功能。软件通讯设计调度平台软件集成采用OPC通讯方式以获得数据。OPC (OLE for Process Control-用于过程控制的OLE)是一个工业标准，它是许多世界领先的自动化和软、硬件公司与微软公司合作的结晶。这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC 的客户机之间交换自动化实时数据的方法。 OPC有以下优势：1.采用标准的Windows体系接口，硬件制造商为其设备提供的接口程序的数量减少到一个，软件制造商也仅需要开发一套通讯接口程序。即有利于软硬件开发商，更有利于最终用户。 2.OPC规范以OLE/DCOM为技术基础，而OLE/DCOM支持TCP/IP等网络协议，因此可以将各个子系统从物理上分开，分布于网络的不同节点上。 3.OPC按照面向对象的原则，将一个应用程序（OPC服务器）作为一个对象封装起来，只将接口方法暴露在外面，客户以统一的方式去调用这个方法，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。 4.OPC实现了远程调用，使得应用程序的分布与系统硬件的分布无关，便于系统硬件配置，使得系统的应用范围更广。 5.采用OPC规范，便于系统的组态，将系统复杂性大大简化，可以大大缩短软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。 6.OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而实现系统的开放性，易于实现与其它系统的接口。技术要点异构系统的互联互通本设计方案分别在网络级和串口级提供了多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子系统的接入，实现最大限度的信息共享。它能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品，实现各系统间互操作，并将各系统数据集成。实时信息数据集成以信息集成平台为核心，将实时数据流在企业统一信息平台上集成起来，同时，针对统一信息平台开发各种综合应用，形成集成化、网络化应用。各种图形、图像、报表信息都可以通过Web的方式在任何一台终端统一浏览，统一界面。集成化的编程组态实现了从设计、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。所有的部件都可以有一个软件进行组态，采用统一化的用户图形界面和面向对象的设计，使用起来轻松自如；采用模块化的设计，使用户根据需要进行选择；采用统一的数据库，保证了符号和变量在项目中的一致性，便于维护和提高效率。降低用户用于培训的费用。本设计方案采用B/S模式设计三层网络体系结构，便于及时、准确地采集各个子系统的工况、生产和安全参数，方便管理层实时查询、分析和决策。应用系统采用当前公认的具有先进技术理念的三层或多层架构。遵循统一数据出口和统一数据入口的原则，通过统一的一站式服务门户对外给用户提供闭环式服务和共享机制，对内整合各业务应用系统。通过对上层应用服务的请求，调度下层业务逻辑及其相关业务系统的资源，完成以事件为驱动的工作流和数据流的运行。安全性充分考虑系统和数据的安全性。系统具有较强的身份认证、授权、加密等机制、完善全面的事件日志、数据备份和病毒防护功能。3.技术创新点： 高瓦斯矿井易自燃煤层综合自动化系统的构建与应用，能更好地发挥各自动化系统的作用，提高设备软硬件的利用效率及高瓦斯矿井易自燃煤层矿井的安全生产和管理水平，拓展开发信息资源的价值，综合自动化系统的整合、集成建设，解决了以下几项问题：l 自动化监测监控系统可能会处于相互独立的状态，各系统自成体系，信息不能互通，形成信息孤岛现象。l 通讯线路重复投资建设，费用过高，不仅系统维护量大，且整体可靠性差，维修、维护困难。l 各个自动化系统都用自已的组态软件，互不相通，重复投资。l 各