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煤矿综合信息自动化系统-方案建议书 煤矿综合信息自动化系统-方案建议书安监行业信息化项目煤矿综合信息自动化系统方 案 建 议 书2011年7月 目 录1第一章 项目概述 2第二章 项目建设意义 4第三章 项目建设目标 6第四章 项目建设原则和依据 9第五章 项目建设内容 13第六章 方案总体设计 17第七章 网络平台设计 1771.1 平台概述 187.2 网络平台规划 197.3 网络选型 207.4 网络安全设计 207.5 井下环网平台设计 24第八章 煤矿安全监控系统 248.1 系统概述 248.2 系统需求 258.3 系统设计 26第九章 人员定位管理系统 269.1 系统概述 279.2 系统功能 289.3 系统设计 37第十章 瓦斯抽放监测及控制系统 3710.1 系统概述 3810.2 系统功能设计 41第十一章 井下主排水监控系统 4111.1 系统概述 4211.2 系统选型 4211.3 系统组成及工作原理 4511.4 系统设计 5011.5 功能实现与系统特点 54第十二章 工业电视系统 5412.1 系统介绍 5512.2 设计方案 5612.3 系统功能 5712.4 系统特点 58第十三章 语音扩播系统 5813.1 系统概述 5913.2 建设意义 6013.3 系统设计 6113.4 系统特点 6213.5 系统功能 64第十四章 矿井电力监控系统 6414.1 系统概述 6514.2 系统方案 6714.3 系统功能 7114.4 系统技术 72第十五章 皮带集控系统 7215.1 系统概述 7315.2 系统建设的必要性 7415.3 系统设计原则和依据 7515.4 系统建设内容 7515.5 系统架构 7815.6 系统特点 7915.7 控制模式 8015.8 系统功能 82第十六章 大屏显示系统 8216.1 系统概述 8216.2 需求分析 8316.3 系统设计 8416.4 系统功能 8616.5 系统优势 88第十七章 机房建设 8817.1 中心机房 8817.2 装修系统 8817.3 空调系统 9017.4 供配电系统 9017.5 接地系统 93第十八章 矿用调度通信系统 9318.1 系统概述 9318.2 系统组成 9418.3 系统架构 95第十九章 无线通讯系统 9519.1 系统概述 9519.2 系统设计 9619.3 系统功能 69819.4 系统优势 100第二十章 产量监控系统 10020.1 系统概述 10020.2 系统架构 10020.3 系统特点 10120.4 计量装置 10120.5 信息分站 101第二十一章 束管监测系统 10121.1 系统概述 10121.2 系统组成 10121.3 系统原理 10121.4 系统特点 第一章 项目概述随着全球信息化的发展,信息化建设在煤矿安全领域中的作用也越来越受到重视,即已经认识到了信息化对企业发展的重要性。但是在实际应用中,煤矿企业比较重视硬件的投入,而对于软件的投入比较轻视,即内部信息资源的开发比较轻视,在思想意识上,虽然各单位都意识到了办公自动化的重要性,但是在实际应用中还只是用计算机进行排版和打印之类的最基础的事情,对于信息化的概念、信息处理等是非常模糊的,造成资源的极大浪费。随着我国煤炭事业的发展，高产、高效煤矿对生产过程监控、全矿井生产安全环境监测、生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化提出了更高的要求，煤矿综合信息自动化系统因然而生。煤矿综合信息自动化系统（简称MSS系统-Mine pit synthesis automated system）属于生产过程自动化范畴，实现煤矿管理信息系统与各种分散控制系统之间数据交换的桥梁。煤矿综合信息自动化系统利用计算机技术为矿山企业实现综合信息网络化、过程控制自动化、安全管理信息化、生产集约高效化，使得信息与业务之间完全融合、信息共享，将是数字化矿山发展的更高追求，最终建设目的是实现矿山资源与开发环境数字化、技术设备智能化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理和决策科学化。以计算机及其网络技术为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字化存储、传输、表达和深加工，并应用于各个生产环节的管理和决策之中，以实现矿山生产的系统优化，达到提高资源的综合利用率、降低生产成本、实现利润最大化的目的。高效快速的推进矿山网络化、数字化、信息化、综合自动化在煤矿企业的整体应用。煤矿综合信息自动化系统实现了全矿范围内的管控一体化，为实现全矿整体效益的提高、信息技术的提升和稳定、经济运行的根本目的打下坚实基础。随着现代煤矿采掘工业中计算机自动化技术的广泛应用，以及无人化、少人化、自动化煤矿采掘概念的逐步推广，煤矿采掘安全作业的需要，拥有实时、高效、可靠，高度集成化、智能化的一体化综合自动化系统越来越成为现代煤矿采掘监控调度中心进行生产及安全管理的重要工具。 第二章 项目建设意义煤矿所带来的经济是我国国民经济中占有非常重要的地位。而煤炭工作又是非一般的工作,具有一定的危险性,然而其信息化建设显得尤为重要。MSS系统的引入，是通过先进的技术将各生产系统及相关辅助系统和公用系统等联成一体的通讯网络，组成管控一体化的实时监控信息系统。从厂级管理的高度对各机器实现参数监测、设备检测、故障诊断及性能计算和耗差分析等指导矿井运行，有效地提高矿井各子系统运行的安全性、经济性和可靠性。延长设备使用寿命，减少重大事故的发生，及由此带来巨大的经济效益，从根本上保证了矿井的安全运行及经济利益。 建立煤矿综合信息自动化系统的主要表现如下：1、 监视、指导各子系统的运行安全是煤矿生产的重要前提，当矿井在一定的负荷下运行时，各系统参数存在着与负荷及其他运行条件对应的理想值，通常称之为目标值。这些目标值是根据设计、运行、实验等技术参数确定的，矿井在运行过程中，如果这些参数偏离了目标值，就会造成经济损失。因此MSS系统应具有矿井各子系统的运行参数，在其发生偏离时，及时警告并对偏离进行分析计算，得出调整的操作方式，以指导矿井的运行优化。 2、降低企业的人力、物力消耗MSS系统应根据矿井运行情况适时调整人力和辅助生产材料调度建议，对矿井各子系统协调运转进行有机的调整、及时优化系统运行条件，减少损耗，降低矿井运行的成本，从整体和全局观点出发，降低煤矿企业的生产成本。采用新技术设备，培养“多面手”检修工人，实现矿井局部的无人值守；对运行设备的在线监测，综合考虑设备的检修周期，有记录、提醒对设备的检修并进行设备的备品备件管理，对待运行主设备配套辅助设备部分的节电管理。科学的分配人力、物力,均衡设备运行时间，以获取煤矿企业产生最大的经济效益。3、管控一体化随着中国国家煤矿体制改革的深入发展，企业的生产成本已经成为煤矿系统顺应经济改革的必然发展趋势。由于煤炭市场的出现，使煤矿生产调度、运行方式、决策管理、计划和财务各部门围绕煤矿企业最大利益目标而工作，就必须加快企业信息化建设，高度重视整合企业的软、硬件资源，生产过程实时信息资源。综合考虑管理信息系统和生产过程控制系统的整合，加快MSS系统的应用及IT技术的提升，以实现全矿范围内的管控一体化提供了坚实基础。 4、实现矿井各子系统和谐运行根据矿井总调所下达的全矿产煤量总指标，在现有的采煤环境下，对各采掘机、采掘队出力实施不同的负荷分配方式，各生产运转系统的所需时间有效分配每天运转时间、检修时间、紧急情况调用时间。因此，MSS系统应进行科学合理的负荷分配，在满足矿井产煤量时，以大偏差优先，小偏差优化为原则，同时，根据各子系统负荷响应性能，尽可能各子系统负荷优化操作条件，以获取矿井整体的和谐运行。 第三章 项目建设目标1、在设计中采用先进的自动化、通讯、计算机网络、软件编程技术对矿井上下的自动化系统进行系统集成，实现在矿调度监控中心对各自动化系统的“管控一体化”。使整个系统达到国内、国际先进水平，保证10年不落后。2、在网络平台的设计中采用多种网络技术保证数据传输的实时性、可靠性、安全性，使网络具有较强的适应性和开放性。3、采用的通用软件开发方式、编程语言、标准的接口技术，为用户提供运行稳定、操作方便、界面友好的应用软件，应用软件具有较高的开放性，较强的组态性。4、 针对不同的网络隐患采用采用不同的安全防范技术对网络进行设计。5、 利用综合自动化的信息平台建立防灾指挥决策系统，以提高矿井防灾救灾的响应速度，降低人员伤害及财产损失。6、设备选型既要先进又要考虑煤矿特殊的工作环境对设备的要求。我们将根据为矿井信息化服务的多年经验，有针性的对煤矿综合信息自动化控制系统进行信息集中、控制分散，煤矿综合信息自动化控制系统建设总效果是：在生产设备质量可靠、环境条件许可、生产机构和管理水平配套的情况下，逐步做到井下除采掘进头以外的所有电器设备均能在地面调度中心集中控制和监视，井下各系统的控制实现无人值守，进有巡检工进行巡视和维护；对地面各车间除副井绞车房、锅炉房和瓦斯抽放站外，均实现无人职守，设备的控制和监视均在调度中心进行，实现全矿的管控一体化。网络系统建设效果：通过网络技术将各个部门的实时数据形成一个有效的整体。使有权限用户在网上任一台计算机上浏览WEB信息，包括生产和管理的数据、图形、动画和图像信息。有权限用户在网上任一台计算机上向监控子系统中的控制设备发送权限允许的控制操作，并得到与其对应的操作响应和反馈。各专业调度工作站通过软件实施可以完成原子系统主机的操作和处理功能。综合自动化平台建设效果：实现全矿井各个分散的控制单元全部联网，最终实现各分散的子系统高度集中到调度指挥中心，由调度指挥中心统一指挥调度室矿井各个控制层设备，为全矿井管理信息系统提供原始数据，最终实现矿井管控一体化综合控制。通过全煤矿综合信息自动化控制，有效地减少井下人员，提高设备的运转率，保障煤矿安全生产，降低设备损耗，提高煤矿综合信息自动化控制，有效地减少井下人员，提高设备的运转率，保障煤矿安全生产，降低设备损耗，提高矿井综合经济效益。管理信息系统建设效果：基于企业发展战略的目标、运用现代科学技术和先进的管理理念，建立健全先进、实用、安全、统一的矿井数字化信息工作安全生产管理平台系统，完善企业综合自动化基础建设，实现安全、生产、地测的三维可视化；安全监测、生产指挥调度的监测监控综合自动化，实现企业资源规划的一体化，管控一体化、市场营销网络化，企业管理办公自动化，并实现对企业生产经营决策的智能化支持。信息通道建设效果：信息通道建立，可以全面考虑所有系统的传输冗余，使所有子系统成为一个有机的整体，统一使用光纤环网做信息传输通道，在系统建设成本方面，节约了整个系统的传输费用；在系统安全方面，使子系统设备区域化，大大提高了子系统安全性；在系统实时性方面，由于系统采用光纤以太网络，PLC子系统从总线通信发展到以太网通信，分站子系统从以前的单串口通信到多串口并发通信，从而大大的提高了系统的传输速率。 第四章 项目建设原则和依据煤矿综合信息自动化系统建设思路应以生产过程自动化为基础、管理信息化为本质、三维可视化为直观表现形式、领导决策分析为管理依据的四位一体的煤矿综合信息自动化集成平台。考虑煤矿综合信息自动化控制系统工程的实际应用状况和将来的发展趋势，各系统的实际需求及具体的使用特性，同时兼顾技术新旧更替不断加快的特点，整体方案设计遵循以下设计：1、设计原则先进性、成熟性：使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，使得各个子系统具有较长的生命周期，不盲目追求高档次，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展。实用性：由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽越大越好。可靠性：高效稳定的系统，能提供全年365天，一天24小时的不停顿运作。对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严格的工作环境，特别考虑要适应煤矿井下高温、高湿、高瓦斯的客观环境，以确保系统稳定。在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗余。安全性：网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施应包括：防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。易操作性：先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。完整性：提供与各种外界系统的通信功能，确保信息的完整性并充分利用在整体系统的运作上。提供易于使用的数据库功能，让使用者能随时查询信息及制作所需的报表。互联性和可扩展性：把各子系统有机结合起来，满足信息层结构中各层之间信息沟通，增加各子系统之间的互联性和可扩展性。充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充项目的需求，以避免将来重复的投资。标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定了系统开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。经济性：在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个尽可能高水平的、完善的网络系统。2、设计依据煤炭安全规程2010年煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范AQ10292007煤矿安全监控系统通用技术要求AQ62012006煤矿安全生产监控系统通用技术条件MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求MT/T1008-2006建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004电子计算机机房设计规范GB50174-93电子计算机场地通用规范GB/T 2887-2000爆炸性气体环境用防爆电气设备GB3836矿用一般型电气设备GB121731990爆炸性环境用防爆电气设备防爆型电气设备爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件民用建筑电气设计规范（JGJ/T 16-92）建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范（GB/T 50311-2000）建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范（GB/T 50312-2000）工业企业通讯设计规范GBJ42-81工业企业通信接地设计规范GBJ115-87国际标准化组织标准(ISO) 国际电气电子工程师协会标准(IEEE) 国际电工委员会标准 (IEC) 供电电源标准 (GB2887-82)计算机场地技术要求 (GBJ4582) 计算机场地技术条件 (GB288789)以太网通讯标准 (IEEE802.3)建筑设计防火规范 (GBJ16-37)电气设备用图形符号 (GBT54651996)电气装置安装工程施工及验收规范(GBF232-92)视听、视频和电视系统中设备互连的优选配接值(GB/T15859-1995)*煤矿综合信息自动化系统招标文件ZBZX-2011-045其他国家、行业有关现行标准。 第五章 项目建设内容煤矿综合信息自动化系统是基于工业以太环网和现场总线的矿用设备网，实现数据采集、通信处理、协调控制、操作监视、设备控制于一体的综合应用系统数据监控功能；基于环网上的设备控制层，它与控制单元、数据单元进行联网，通过设备控制层的I/O服务器与中央计算机系统、综合平台软件、监控工作站、大屏投影显示系统等系统共同组成一个集散型智能化的煤矿综合监控自动化系统。设备控制网络采用适用于工业环境的环形以太网，系统结构具有较强伸缩能力，系统编程采用国际化标准。采用符合技术要求的远程I/O 并通过现场总线与远程子站进行数据通信。根据煤矿井下设备配置现状，本次新建工业以太环网、人员管理系统等，并为其它提供接入协议，本综合调度中心主要包括以下系统：1、综合自动化调度平台自动化系统平台是将各类子系统如：安全监控系统、人员管理系统、工业电视系统、瓦斯抽放系统、提升控制系统、选煤厂集控系统、矿井电力监控系统、装车站子系统、水泵控制系统、主扇监测系统、压风机房监控系统等组成统一的监控平台，各子系统信息通过标准的数据交换方式如DDE/NETDDE、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。2、工业以太环网煤矿自动化控制系统网络是煤矿综合信息自动化控制系统的传输平台，承担着煤矿各生产系统设备监控层的信息传输，对数据传输实时性、可靠性、安全性均是工业级要求，为井下各系统、设备提供稳定可靠的传输平台，为煤矿的信息化系统提供高速的传输平台。本方案采用最新的计算机网络、光纤通信和工业以太网技术进行综合自动化控制网的设计。网络骨干采用千兆环网技术，核心采用开放型标准的以太网技术、TCP/IP协议、透明RS485技术，支持环形冗余，链路聚集，提供统一标准化的接入接口，突破了各子系统现场总线没有形成统一标准的局限性。由井下工业以太网和地面工业以太网二个环网组成，全网形成一个煤矿综合信息自动化控制系统的综合传输平台。3、煤矿安全监控系统具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制。4、矿井人员管理系统矿井人员管理系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，该系统是通过对煤矿坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不同状态（移动、静止）下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。5、瓦斯抽放监测及自动化控制煤矿的瓦斯抽放系统主要包括对井下抽放支管、地面抽放主管、泵运行状态及泵房环境监测的实时监测和自动化控制：抽放支管以及地面主管的各种抽放参数、各设备运行状态及工况参数、泵房环境参数的显示、存储、调用等。6、主排水控制系统矿用水泵控制系统是根据煤矿井下的实际情况，在原来的设施基础上进行自动化改造，以使设备在无人职守的情况下自动运行和自我诊断的一套系统。通过工业计算机的决策控制，对设备的运行状态、运行过程进行自动检测、自动控制，使设备达到最佳工作状态，从而达到有效地节约能源、降低劳动强度、降低运行成本和延长设备使用寿命等目的。7、工业电视系统利用工业电视监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监看，能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，随时掌握井下现场的实际情况，对安全生产、调度指挥、科学决策提供直观、可靠的手段非常必要。8、语音扩播系统矿井语音通信是井上与井下进行实时信息交流的基本设施，可让每一位下井人员主动的接收语音信息，在矿井推行语音扩播系统已经是事在必行，通过建立井下网络广播系统，可以将广播通信延伸至回采、掘进、运输等各工作点，达到了一种保障矿井在发生突发灾害情况下，撤人指令、逃生路线指令即时下达的作用。9、电力监控系统电力监控系统是对供电设备进行实时的监测，实现变电所无人值守，实现“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能和各种保护功能以及遥视功能：能检测采区变电所每组出线的电流、电压、功率、因数、开关内温度等模拟量；检测开关的位置状态及实验按钮状态；能对开关进行正常分、合闸操作；能在上位机对馈电开关进行保护动作值设定。10、皮带集控系统矿井皮带机运输系统智能集中控制与监测系统是应用于矿山皮带运输自动化的高科技产品，本系统是以煤矿安全规程为依据，总结矿山运输过程中所出现的事故，本着安全性高、实用性强、具有先进性的特点而研制开发的新一代综合控制系统。本集控系统与调度电话系统、工业电视系统等集成后构造出一个完整的操作、调度、图像监视网络结构，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统可实现皮带安全运行提高生产效率，降低事故率，节能降耗提高经济效益。11、大屏幕显示系统大屏幕显示系统以系统工程、信息工程、自动化控制等理论为指导，将显示技术及设备、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术等融合为一体，使整套系统成为一个具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕显示系统，与监控系统、指挥调度系统、网络通讯系统等子系统集成，形成一套功能完善、技术先进的信息显示及管理控制平台。12、机房建设数据中心基础设施的建设，很重要的一个环节就是计算机机房的建设。计算机机房工程不仅集建筑、电气、安装、网络等多个专业技术于一体，更需要丰富的工程实施和管理经验。计算机房设计与施工的优劣直接关系到机房内计算机系统是否能稳定可靠地运行，是否能保证各类信息通讯畅通无阻。13、其它系统矿用调度通讯系统矿井WIFI无线通讯系统矿压监测系统产量监控系统火灾束管系统 第六章 方案总体设计煤矿综合信息自动化控制系统是整个矿井信息“大脑”，它需要一个快速、安全、运行可靠的网络平台为大量的信息流动提供支撑，同时要有一个功能全面的安全生产信息应用系统为矿井安全生产的科学调度提供决策支持。一套完整的综合自动化控制系统包括资源管理层（信息层）、过程控制层、操作执行层（设备层）。总体构架如下图所示：资源管理层（信息层）：其主要目的是利用操作执行层（设备层）提供的大量生产信息使企业各个实体将能够不受地域的限制进行监视与控制工厂局域网里的各种数据，并对这些数据进行进一步的分析和整理，为相关的各种管理、经营决策提供支持，实现管控一体化。目前，资源管理层（信息层）实现的途径就是通过企业外部网（Internet）和企业内部网（Intranet）。由于涉及实际的生产过程，必须保证网络安全，因此这一层还要采用防火墙、用户身份认证以及密钥管理等安全技术。过程控制层：是采集服务器和各个子系统主机或控制器之间主要采用OPC/DDE/FTP待协议方式传输控制信息命令，相互握手的一个过程。控制层不仅仅是命令的传输，需要信号采集的归类、逻辑判断，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，用户就能随时通过执行工作站查询网络运行状态以及现场设备的工况，对生产过程进行实时的远程监控。赋予一定的权限后，还可以在线修改各种设备参数和运行参数。过程控制层通常可以独立工作，主控设备本身具有或通过扩展接口可以接入到综合自动化控制系统中，操作执行层（设备层）的功能一般由计算机完成，还为实现先进控制和远程操作优化提供支撑环境。例如实时数据库、工艺流程监控、先进控制以及设备管理等就本项目而言过程控制层对应这各子系统主机或控制器。操作执行层（设备层）：是通过底层测控信息的实时传递从过程控制层中获取数据，以它通过工业以太环网或现场总线与过程控制层相连，完成这一层功能的关键技术是以太网与底层现场设备网络间的接口，以及底层数据包的正确解释和传输。操作执行层（设备层）越来越趋向新的技术发展，采用以太网网络接口方式。 煤矿综合信息自动化系统特点如下：1、采用工业以太环网的网络结构煤矿自动化监控系统采用工业以太网的网络结构，以1000M工业以太网作为综合自动化的主干网络，各个监控自动化子系统通过1000M工业交换机接入主干网络，该方案可以解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点。系统由地面控制中心、现场分站、信息传输介质、网络通信接口设备组成，以实现先进的、统一的自动化控制网络平台，使整个系统配置合理，信息共享，安全可靠，提高指挥效率和生产率。采用工业以太环网后，解决了传输集成的问题。当工业以太环网下井后，各子系统数据信息均汇集到环网中传输，每个子系统不再敷设一根井下到地面的传输线，结构清晰，维护简单。目前重庆梅安森科技股份有限公司已具有系列产品，可以做到全矿井范围内的“三网合一”，即数据、语音、视频的信息数字化后合在一条线路上传输。2、采用环网冗余技术煤矿井下环境条件恶劣，尤其是信道的故障率最高，因此本设计方案采用光纤环网冗余技术，地面上要求高可靠性的自动化控制系统也通过环网接入到综合自动化控制系统，大大提高了煤矿自动化系统的可靠性。在物理上和逻辑上兼顾到传输信道、管控服务器、调度主机、供电电源的冗余，并且确保传输通路、数据服务、监控工作站、供电电源的安全可靠。整个工业监控网络中，当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或网络设备发生故障时，整个网络实现快速自愈，并保证在50ms 内恢复正常的通讯。3、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。4、先进的体系结构采用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。5、采用先进技术按照“管控一体化”的要求，在经营管理系统和自动化控制系统之间建立处理联系，实现企业管理信息系统与工业控制现场的无缝连接。6、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。7、统一的数据仓库在集成化的数据管理中，数据一旦被输入，在整个系统中都可以使用。这是因为所有的数据是在一个数据库中进行管理的。这样就大大提高了工作效率，降低了工程的实施难度。在软件上使用SQL2008数据库，在硬件上使用HP的MSA2000FC光纤磁盘阵列，形成一个统一的数据仓库。8、安全性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、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。核心交换设备冗余，设备引擎、电源冗余。服务器、磁盘阵列采用部件冗余和双机热备，保证数据的安全。采用防火墙、网闸、杀毒软件对系统进行全方位的保护。 第七章 网络平台设计7.1 平台概述1、网络拓扑结构煤矿综合信息自动化控制系统，根据管控一体化思想，以三层网络为基础，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和技术，采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，将煤矿生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成一个统一、完整的有机整体，使其在生产规模、系统结构、网络通讯、自动化覆盖范围方面处于世界先进水平。煤矿综合信息自动化系统网络采用三层物理网络结构，即信息管理层、综合自动化层和设备层。网络平台拓扑结构示意图如下：信息管理层网络系统：采用星型以太网结构，配备一台高性能第三层万兆以太网核心交换机形成骨干核心交换系统，是与集团网连接的关键交换机；配置一台汇聚交换机对各接入交换进行连接，保证各层次交换的有序性；配备接入交换机，通过划分VLAN，区分各职能部门间的网络隔离，建立安全的网络访问环境，根据需要通过核心交换系统的第三层路由交换，转发部门间信息包，同时防止广播风暴及屏蔽不安全访问；与上级部门互通可通过VPN方式建立安全的连接，在核心交换机与接入路由器之间配备防火墙，实现数据过滤和内网安全保护；由核心交换机向下配备连接若干台接入交换机，供各生产部门级100M访问。综合自动化层网络系统：由核心交换到控制层工业网采用1000M主干连接，与信息层之间配备网闸，实现控制层网络与信息层网络的有效隔离，控制层采用两个环型工业以太网结构，配备二台工业级汇聚交换机，这二台工业级汇聚交换机建立两个环型工业以太网系统，井下1000M环形以太网、地面1000M环形以太网组成，两个相对独立的环形以太网在控制汇聚交换机处实现互联互通、信息共享。控制系统的两台管控服务器、两台数据存储服务器、一台WEB服务器、一台防病毒服务器及一台控制操作员站和一台工程师站连接到汇聚交换机，用于全矿井控制信息的采集和控制指令的下传，控制系统WEB服务器透明的通过防火墙向信息层提供WEB访问服务。设备层网络系统：设备层的数据信号和控制信号传输是基于工业以太环网网络，控制采用系统内自己中心站控制和平台可控，与第三方系统则采用通用传输协议进行互联，完成不同厂家，不同设备的互连互通。2、光缆敷设考虑到井下的工作环境复杂，除了高温，粉尘外还存在由大型设备发出的大量电磁干扰，普通的铜质通信电缆极易受到这些因素的影响，从而影响整个通信系统的正常运行。而且由于铜质通信电缆传输距离有限，不得不增加中继设备，相应增加了成本和发生故障的可能性。光纤系统则克服了这些缺点，采用矿用专用光缆，可获得较长的通信距离及较强的抗干扰能力，是用于井下环境的理想通信线路。3、网络带宽考虑目前各子系统的通讯要求基本上都是实时性、可靠性要求比较高，同时今后煤矿自动化系统业务的发展，语音、视频、其他数据业务等会逐步建立，最终确定网络带宽为千兆。7.2 网络平台规划1、局域网设计目前，煤矿自动化系统已经根据不同的业务状况规划了信息管理网、调度网，综合控制环网相互间需要处于实时连接状态，网间需要进行隔离，确保安全生产。 2、服务器设计业务信息公共服务平台建设内容包括安全监控、人员管理、无线通讯、瓦斯抽放系统、语音扩播、电力监控等多个系统。由于业务的复杂性、对象的多样性，必须选用高可用性的主机和服务器系统。服务器包括数据库服务器和应用服务器两部分建设。3、数据存储设计由于矿井IT信息服务平台涉及到煤矿安全生产的关键数据，计算机故障、人为错误、黑客和病毒等行为将威胁到数据安全，因此必须进行数据存储及安全保障，防止数据的破坏和丢失，数据存储系统建设将从系统稳定性高，技术先进，性能优良，利于管理和操作等方面进行考虑。4、安全系统设计搭建整个安全系统，并针对应用和信息密级对安全子系统和安全边界进行划分，对不同的安全子系统，提出相应的安全策略和措施，确保业务信息、地理信息、设备信息等在内、外网中数据的机密性和完整性。7.3 网络选型目前，在控制层应用的网络结构主要有现场总线和工业以太网。现场总线是目前过程控制层中控制网络采用的主要技术，在过程控制层在用户有综合自动化需求的早期操作执行层（设备层）的网络主要采用现场总线，随着计算机网络技术的发展以太网逐渐在综合自动化控制系统中应用。现场总线是在工业现场运行的、性能可靠的、造价低廉的通讯系统，能完成现场自动化设备之间的多点数字通讯，是目前自动化控制领域普遍采用的技术，随着用户对信息应用要求的不断提高，避免自动化系统成为“信息孤岛”，在商用计算机网络的技术、性能不能完全满足工业自动化要求的情况下，系统集成商普遍采用现场总线来完成信息的集成，但现场总线的多种技术标准并存、通讯协议间兼容性差、总线速率较低，使其在异构条件下建立应用网络比较困难。当今信息技术飞速发展，企业迫切需要生产与管理间的无缝信息集成。目前现代以太网标准，如交换、全双工传输、实时数据的优先级、带宽由10Mb/s到100Mb/s乃至1000Mb/s的升级，很好地解决了以太网存在的不确定性和实时性欠佳的问题，使生产监控信息在以太网中实时、安全、可靠的传输成为可能。此外，以太网所采用的IEEE802.3数据传输协议是一个开放的标准，已被自动化设备厂商和集成商广泛接受。工业以太网有以下特点：1、以太网是当今最流行应用最广泛的通讯网络，目前国际上著名的自动化产品供应商均推出了基于工业以太网的技术和产品。2、易于与Internet、Intranet连接，可降低系统开发难度。3、以太网克服了现场总线不能与计算机网络技术同步发展的弊病。4、以太网技术的发展为通讯响应“确定性”提供了技术保障。因此，本设计采用工业以太环网作为操作执行层（设备层）的网络平台。7.4 网络安全设计网络安全是信息网络建设的重要组成部分，随着网络应用的日益深入，企业网面临着多重风险，选择合理的防控措施，降低、减免网络危害是企业网（特别是生产网络）面临的任务。由于风险和网络危害的活跃特性，任何安全设施和保护系统均需要完善的安全管理机制来保障，因此，建立矿井网络登陆和应用规则是控制网络危害的重要一环。除遵从国家、行业颁布的网络应用安全条例外，企业也必须建立自身的网络管理、应用的制度以保障矿井安全生产、调度指挥的可靠性，避免重大信息网络事故的发生。7.5 井下环网平台设计“建设本质安全型矿井实现煤矿安全生产”是当今煤矿建设的主题，本质安全型矿井，不仅仅是矿井人员安全意识的培训、规范安全作业等，更重要的是矿井建立健全科技管理机构和科研激励机制，实施“科技兴安”战略，积极开发、引进、推广、应用高新技术，以优化生产要素、创造“本质安全型环境”为目的，依靠科技进步，与煤炭科研单位开展合作和交流，广泛开展群众性技术革新活动。1、安全性要求煤矿综合信息自动化网络系统以及办公信息管理网络系统的建设应遵循数字化、高速化、智能化、标准化、安全可靠、易扩充升级的原则进行设计，同时应充分考虑煤矿综合信息自动化控制系统和办公信息系统网络建设的现状。建设井下环网平台，采用标准的TCP/IP协议和工业级以太网技术加以实现，实现将井上和井下区域控制器和综合监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统，井下环网平台也称作为控制网平台。半个世纪以来，见证我行业的同胞用生命和鲜血换来的教训也让长期从事煤矿工作的设备研究与开发常州自动化所职工牢记“一切以安全为重”、“安全责任重于天”的煤矿安全思想，从开发到生产以及质量检验整个流程都围绕着“安全”二字去做好产品。在经验和实践应用中得出，在全煤矿自动化整个系统安全应从以下几个方面进行分析：?接入子系统与整个系统之间安全问题?信息网和工业控制网之间的安全隔离?信息网络安全问题煤矿安全生产监控系统新标准也明确提出可以采用环行通信装置作为传输通道，要严格遵守煤矿安全规程，满足煤矿产品的电器性能要求。煤矿安全规程规定，井下设备具备防爆或本质安全性质，对于通信装置必须具备本质安全特性。高瓦斯矿井对产品要求应该更加严格。系统的本质安全特性，取决于系统中单个设备本质安全特性；系统中的设备之间特性是否配备；系统间的设备之间输入/输出口是否隔离；系统中产品的是否通过联调检验。这些都是对系统安全的基本依据。在综合自动化控制系统，所有子系统都采用环网做为信息传输主通道，在每个接入子系统安全问题将决定整个系统的安全性，在这个传输信道中保证各个子系统安全的独立性，那么将在接入整个大的系统即综合自动化控制系统，应该将接入器（即环网交换机）端口进行有效的隔离，让单个系统的不安全、不稳定不能影响整个系统的安全与稳定，最终完成整个系统的安全性，以致达到提高整个系统的速率与抗干扰性。由于煤矿技术在不断的更新，系统的传输不再采用传统的总线方式，考虑到煤矿的特殊性，在近两年来井下子系统不能完全摆脱总线传输方式，在信息通道建立我们也采用工业以太环网做依托，多种总线并存，形成工业以太环网+现场总线的综合自动化控制系统传输架构，至于它的优点，就不再叙述。依照煤矿安全规程，通信产品检验规范，加上我公司多年的煤矿经验，在整个系统开发前，全面的选型优良的电子设备或优良器件、全盘考虑整个系统的安全性，主要表现在下列方面：1、环网装置符合本质安全特性；2、环网装置所有的输入口采用光电隔离；（包括星型连接器）3、环网装置采用后备电源，供电时间符合煤矿安全规程；4、接入环网的子系统采用非本质安全-本质安全隔离栅设备；5、采用网管型的环网交换机，软硬兼顾，对端口进行有效管理。煤矿严禁隔爆设备和本安系统连接，中间必须加上安全隔离栅。为了解决这类问题，我公司专门研究开发出一种的非安-本安隔离转换设备来解决系统接入安全性问题。煤矿严禁隔爆设备和本安系统连接，中间必须加上安全隔离栅，保证这个传输系统的安全。本安设备与防爆设备连接图如下所示：2、控制环网建设根据煤矿需求，煤矿综合信息自动化监控网络系统包括井下网络和井上网络两部分，均为环型工业以太网，通过核心交换机连接起来。环型以太网为1000M工业以太网，作为全矿主干网，为全矿各个子系统提供方便灵活的工业以太网接口，地面、井下子系统均可以方便接入。系统总结构图 第八章 煤矿安全监控系统8.1 系统概述随着国家煤炭行业体制改革的不断深化、现代信息技术的飞速发展，煤炭管理信息化将为煤炭工业的可持续发展提供良好的条件。煤炭行业的管理信息形式标准化、信息传递规范化以及信息内容系统化、安全生产监测监控自动化、是煤炭行业应用系统的必然趋势。利用计算机技术、通讯技术和网络技术，开发煤炭安全生产综合信息系统并在实际中应用是很有必要的、而且是及时的，更是煤炭管理部门管理创新和技术进步的要求，从而进一步提高煤炭安全生产的整体管理水平。8.2 系统需求根据煤矿企业的要求，为建设现代化的高新煤矿企业，实现煤矿企业监测管理的一体化，完善煤矿企业自动化监控系统，提高煤矿企业的安全生产管理水平，整体提升煤矿企业的自动化水平。通过建立煤矿安全监控系统，能完成对煤矿矿井的环境监控和数据采集等功能。煤矿安全监控系统具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制，实现井下监控设备实时数据的采集和远程监控，通过实时数据和管理数据的信息有效集成，提高煤炭监管部门的监控力度，以信息化带动企业管理和行政管理的科学化，从根本上避免或杜绝恶性生产安全责任事故的发生，旨在为煤矿生产节约成本、强化生产安全管理、提高工作效率。系统能对矿井瓦斯情况实现无人自动监测、自动报警，确保安全监察业务准确、实时、快速的运行，保证抢险救灾、安全救护的高效运作，对煤炭开采各生产成本指标做出科学、全面的统计分析，并提供全面系统的决策资料，为各级领导对煤矿管理做出科学决策提供科学的、可靠的依据。 8.3 系统设计1、系统架构本方案安全监控系统采用工业以太环网进行组网，本系统架构图如下：第一层：地面监控中心站及网络终端等，是整个监控系统的核心，负责整个系统设备及监测数据的管理、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑、网络通讯等任务。网络终端完成系统监测信息异地实时共享，能够以文本或图形方式显示安全生产信息，查询各类报表数据。主要有主控机、交换机、打印机、电源避雷器等设备。第二层：井下智能监控分站是监控系统主干设备。其中分站主要完成对所监测的传感器和识别器的数据采集、数据预处理、分类显示、报警、断电控制、与地面监控中心站的数据通讯、所接传感器的集中供电等。第三层：各类模拟量传感器、开关量传感器及断电控制器等设备，是整个监测系统最前沿的终端设备，负责对各监测点的物理数据采集、就地显示、超限报警、信号传输、对监控分站控制指令的执行等。 第九章 人员定位管理系统9.1 系统概述随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，以及煤矿生产企业及管理部门自身现代化管理的需求，从技术和管理的需求出发，人员定位已是煤矿企业安全生产的一个必不可少环节。根据煤矿企业的要求，实现煤矿企业矿井下人员定位监测和管理的一体化，完善煤矿企业自动化监控系统，提高煤矿企业的安全生产管理和自动化水平。2010年5月19-20日，国家安全监管总局、国家煤矿安监局在山西省潞安矿业（集团）公司召开全国煤矿坚决遏制重特大事故、推广井下救生舱等避险设施现场会。国家安全监管总局副局长、国家煤矿安监局局长赵铁锤出席会议并讲话，并强调要推进煤矿井下救生舱等避险设施建设，建立完善煤矿监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络系统等安全避险“六大系统”，提高煤矿安全保障能力。随着工业信息化水平的提高，煤矿的安全生产、人员管理也有了相应长足的发展。尤其是在煤矿安全生产过程中，对下井工作人员的出入井监测、人员井下区域分布、避灾线路指导等各方面都有迫切的需要。无论出于煤矿生产的安全性还是煤矿人员管理的科学性，均需要有一套专门针对煤矿的特定条件、特定环境而研发的管理系统。该系统需要集员工上下井监测、井下人员定位、工作考勤、员工工资管理、人事管理、档案管理、网络数据通信等功能于一身，提高下井人员监测的准确性，提高人员管理的科学性和合理性，有效的提高了矿井安全生产的工业信息化。建设矿井人员管理系统，提高矿井人员的安全管理与考勤。并实现数据的联网查询、编制、打印等功能。 9.2 系统功能1、系统的作用矿井人员管理系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，该系统是通过对煤矿坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不同状态（移动、静止）下的自