0103城郊煤矿综合自动化技术协议0103.doc

河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿综合自动化系统【技术协议】甲方：河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿乙方：河南新力源实业有限公司2010年12月目 录第一章 总 则51.1矿井基本现状51.2 综合自动化总体目标51.3 工程范围61.4 设计原则6第二章 编写依据及标准7第三章 矿井综合自动化总体技术要求93.1 矿井总体构架93.2 项目建设内容9第四章 综合自动化网络平台系统164.1设计目标164.2设计原则164.3设计内容174.4方案的特点184.5系统的总体功能194.6系统网络设计214.7关键技术参数224.8网络主要设备技术参数234.9网络安全要求294.10网段划分29第五章 综合自动化软件平台305.1 软件功能和指标305.2 组态软件、工业数据库的选择325.3 组态软件WinCC V7.0主要技术指标325.4 核心服务器及工控计算机33第六章 自动化子系统建设及接入416.1 主井监测系统416.2 副井提升监测系统446.3 压风机系统466.4 通风系统496.5 主泵房排水系统516.6 井下供电自动化系统556.7 井下主煤流系统796.8 矸石山提升系统87第七章无线通讯系统907.1 城郊煤矿调度通讯系统现状介绍907.2 KT130型矿用多功能无线通信系统概述917.3 系统组成及特点917.4系统主要功能937.5系统主要技术指标937.6技术方案设计967.7 系统设备配置说明100第八章 矿用IP广播系统1018.1系统概述1018.2设计原则1018.3设计标准1028.4系统组成1028.5 系统特点1038.6主要功能1048.7、主要技术指标104第九章 工业数字视频系统1079.1 前言1079.2设计原则及标准1079.3设计思想1099.4 系统解决方案1099.5 主要设备参数1139.6 设备分布位置116第十章 调度指挥中心、集控中心11710.1 概述11710.2 调度室中心装修要求11710.3调度中心数字显示墙11810.4调度室设备供电12110.5电源室部分12210.6网络服务器机房部分122第十一章 项目分工及项目时间安排12511.1 工程实施要求12511.2 工程实施时间安排126附件：项目主要设备清单127一、千兆工业网络平台127二、综合自动化系统平台128三、自动化子系统建设及接入130四、无线通讯系统133五、矿用IP广播系统135六、数字工业电视系统135七、调度指挥中心及集控中心建设136第一章 总 则1.1矿井基本现状城郊煤矿是永煤公司建成投产的第三对大型现代化矿井，矿井位于河南省永城市老城东侧，西北至陇海铁路商丘站98Km，东北至京沪铁路徐州站99Km，东南至宿州车站76Km，西南至京九铁路亳州站55Km，矿井有专用铁路经永城集配站至青町站与铁路主干线相连，公路交通由宝塔路与311国道、永宿公路相连，经芒山与连霍高速公路连接，交通十分便利。井田北临陈四楼井田，南接新桥井田。井田范围北起F6断层，南至F20断层，西起F2断层；东至煤层隐伏露头，南北长约12Km，东西宽约11Km，勘探面积约103 k。矿井设计利用储量为72576万吨，井田非经济储量2502万吨，矿井可采储量为40229万吨，其中第一水平18830万吨，第二水平21399万吨。2008年煤矿生产能力复核500万吨/年。城郊煤矿现生产水平为一水平，开采二2煤，分北翼、东翼、西翼、南翼布置。1.2 综合自动化总体目标城郊煤矿在永煤集团“装备现代化、生产自动化、管理信息化”的建设思想指导下，提出依靠先进的管理理念、采用多种信息管理与自动化技术，建立全矿井监测、控制、管理一体化、基于网络综合自动化的系统集成，以实现全矿井生产各环节的过程控制自动化、安全生产综合调度指挥信息化。城郊煤矿综合自动化项目本着“统一设计、分步实施”的原则进行规划设计。系统总体传输网络采用1000M工业以太网。综合自动化项目分为三期建设，第一期包括：综合自动化网络平台、主井提升在线监测、副井提升在线监测、电力在线监测监控、压风机在线监测监控、中央泵房在线监测监控、主煤流在线监测监控、人员定位及无线通讯系统、调度指挥系统改造、视频系统、井下IP语音通讯救生系统；第二期包括：顶板在线监测、全矿涌水及水文孔在线监测、设备点检管理系统、平巷运输信集闭系统；第三期：城郊矿MES系统、井下综采工作面自动化、采区排水自动化、斜巷运输自动化。整体项目完成后城郊煤矿井下和地面各个生产系统、机电设备、电力系统、管网等的监控，将集成到一个统一的网络平台，使城郊煤矿在采用先进的技术装备上达到国内一流的高产、高效现代化矿井水平，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；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。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，达到提高矿井安全水平的目的。1.3 工程范围本次工程建设项目仅包含第一期内容，按照城郊煤矿远期规划，在进行第一期建设时，必须充分考虑后期各系统的工作模式、通讯方式、数据发布接口、网络拓扑结构及信道划分等内容。本次内容包括：（1） 综合自动化网络平台（2） 主井在线监测系统（3） 副井提升系统（4） 压风机在线监测监控（5） 通风系统（6） 主泵房排水系统（7） 井下供电自动化系统（部分）（8） 井下主煤流系统（9） 无线通讯系统（10） 煤矿应急救援网络广播系统（矿用IP广播系统）（11） 矸石山提升系统（12） 调度指挥系统改造（13） 工业数字视频系统1.4 设计原则立足于高标准、高起点、高要求，依据“国内先进、实用可靠、科学经济”的原则，实现“煤矿装备现代化、安全监测数字化、辅助设施自动化、管理过程信息化”，把各矿井建设成为国内一流的现代化、数字化矿山。从装备现代化、生产自动化、管理信息化入手，提高工作效率，逐步实现除掘进工作面等少数子系统外实现无人值守操作的目标，在调度中心远程完成生产过程监控工作。1、提高生产设备的自动化水平，满足生产需要通过更新设备及其自动化技术改造，实现主要生产设备的自动化，提高设备的生产效率，改善生产环境和生产条件，满足矿井生产的需要。通过对生产设备监测、监控水平的提高，提高设备运行、维护水平，保证矿井的长期连续生产。2、实现无人化、少人化的矿井自动化生产通过集成应用网络技术、自动化控制技术、软件应用技术，在各种基础设备自动化应用的基础上实现各个子系统自动化的集成，以实现不同生产子系统的集中远程控制和信息共享，为实现井下生产的综合控制和优化整体生产能力提供手段。提供语音、数据、图像三种类型的信息的集成平台,使生产过程自动化与生产调度管理的信息化实现一体化。3、实现管理实时化与生产自动化的结合形成生产组织管理和生产作业监测控制结合的管控信息化平台，实现管理信息与监控信息的集成共享，强化面向生产运行实时信息管理决策的及时性、科学性。采用标准化的、统一的图形界面实时监控、指挥企业的安全生产。为矿安全生产提供高效、实时的管理支撑。第二章 编写依据及标准本项目的设计、制造、实施均应执行最新版国家标准（GB）和行业标准。系统集成商也可采用高于下述标准的行业标准、规范。l 煤矿安全规程；l 煤炭工业矿井设计规范；l 煤矿安全装备基本要求；l 煤矿安全生产监控系统通用技术条件；l 煤矿安全监控系统使用与管理规范；l 煤矿监控系统总体设计规范；l 煤矿监控系统性能测试方法；l 煤矿监控系统中心站软件开发规范；l 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求；l 爆炸性环境用防爆电气设备防爆型电气设备；l 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备；l 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范；l 爆炸危险场所安全规定；l 煤矿通信、检测、控制用电工产品通用技术条件（MT 209）；l 设备可靠性试验（GB 5080.17）；l 电气设备的抗干扰特性基本测量方法（GB4859-84）；l 矿井通风安全监测系统装备标准和使用管理规定；l 矿井通风及安全装备标准；l AQ62012006 煤矿安全监控系统通用技术要求；l MT/T1004-2006 煤矿安全生产监控系统通用技术条件；l MT/T1005-2006 矿用分站；l MT/T1006-2006 矿用信号转换器；l MT/T1007-2006 矿用信息传输接口；l 矿山安全条例；l 煤炭工业信息化“十一五”发展规划；l “九五”期间煤炭工业电子信息发展规划纲要；l 煤炭调度信息化装备技术规范；l 监测监控质量标准化实施标准；l 煤炭工业给排水设计规范；l 计算机软件可靠性和维护性管理；l 计算机软件质量保证计划规范；l 煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要（试行）；l 电子计算机房设计规范；l 电子计算机场地通用规范GB/T 28872000；l 信息技术设备包括电气设备的安全规范；l 电气装置安装工程施工及验收规范；l 通用用电设备配电设计规范93；l 建筑物防雷设计规范94；l 电子设备雷击保护导则GB7450-87；l IEC 61312-1雷电电磁脉冲的防护第一部分通则；l IEC 61312-2雷电电磁脉冲的防护第二部分屏蔽，等电位连接和接地；l IEC 61312-3雷电电磁脉冲的防护第三部分过电压保护装置的要求；l 信号防雷；l 其他国际、国家、行业相关现行标准。以上标准、规范均须是投标前一个月内的最新版本。第三章 矿井综合自动化总体技术要求3.1 矿井总体构架城郊煤矿生产装备综合自动化控制网络系统包含井下网络和井上网络两部分，主干网均为环形1000M光纤工业以太网按冗余结构设计，保证系统的高可靠性、快速性，保证在使用中如有光纤断点，网络能在300ms之内自恢复并正常工作，而且系统具有自诊断功能，预报故障点以便维修。总体概念：在尽量多的传感信息采集支持下，实现生产设备单元就地智能化、自动化、信息化，以子系统自动化为基本单元，建立双千兆以太环网，实现分站间信息传递和分站上传，实现远程的监测监控（遥测、遥控、遥调、遥视、故障巡视报警等）功能的信息自动化模式；同时通过安全互联技术与其它网络间实现信息共享。通过现场设置包括声、振、视、开、停等在内的大量现场信息采集传感子系统的有机集成，来实现现场的智能化和自动化，使相当一批场所达到就地无人值守的综合信息监控自动化，实现矿井的安全、高效、减人的一揽子交钥匙工程目标。工业以太网必须具备工业级别，控制网按区域分成6个子环网，即井下环网（4个环网，把原建好的改为2个环网）、井上环网（2个环网）；井下、井上环形网络单独成环，通过两台工业核心交换机进行冗余连接、数据传输处理和网间路由，按生产场所分布情况环网内设交换机数量为：井下17变电所、一个综采工作面各设1台交换机；井上矿内18个交换机；3个风井各设1台交换机。作为全矿工业以太网的主干网，主干网络节点提供以太网光接口，方便地面及井下各个子系统和采集传感器的接入，同时要方便井上、下的工业网络的扩展和升级。管控服务器两台热备冗余，数据库服务器采用容错服务器，进行数据采集、归档、储存、工业控制网络中的信息发布。工业以太网控制层配置网络管理机、2台工程师工作站和8台操作员工作站。矿井监测监控信息自动化网运行在一个物理独立的网络中。在系统调用上要求用户实行分级权限管理，保证工业以太网的安全性和操作的唯一性、准确性。系统及每个交换分站要有不间断电源，保证发生故障时网络能正常工作。系统要能满足现场设备变更增减的调整需要，能方便地改变组态和闭锁关系。3.2 项目建设内容3.2.1内容：1、建立井上、井下综合信息自动化双环光纤冗余千兆工业以太网，其中井下交换机18台，井上交换机18台，改造原来的1个大以太网为2个小以太环网。2、建立远方监测监控控制站与电视墙，建设新的调度指挥中心。3、完成规定项目就地自动化建立和远方监测监控系统建立和接入（见下表）。4、部分就地自动化子系统接入。5、与矿井现有网络实施安全链接，信息通讯实现共享。3.2.2、现场主要子项目现状与目标138 / 138序号系 统 名 称现 状实 现 目 标主要采集项目说明1城郊煤矿调度室改扩建及服务器机房建设1、新建一个约480平米的调度中心。2、建设 LCD 拼接屏及LCD 监视器墙。3、建立监控机房2全矿井千兆工业以太光纤双环网井下采用X308-2LD构成一个环网1、西门子全千兆工业以太网方案(XR324-12M)+(X307-3LD)+( X414-3E)+KJJ125(X414-3E)2、设置地面2个环，井下4个环，环间双链路连接4、覆盖井下所有变电所5、井下千兆交换机采用冗余供电建设千兆工业以太环网平台，无阻塞传送各种数字信息3主井在线监测系统各系统运行正常，手动与自动运行，有通讯口输出建立远方监测绞车运行电压、运行电流、电量、制动油压、润滑油压、提升时间、信号打点次数（上上次、上次、本次）、低频电流、低频电压、提升钩数、信号、定量装载、卸载、箕斗运行位置、电机轴承温度、电机线圈温度、电机振动、减速机油温、闸瓦间隙、开关柜参数等；变压器（干式）温度、冷却风机运转状况（两台）、高压柜各种保护、提升重量。远方运行参数画面包含九大保护。视频方面有车房； 4副井提升系统操作手动，通讯口输出建立远方监测绞车运行电压、运行电流、电量、制动油压、润滑油压、提升时间、信号打点次数（上上次、上次、本次）、提升状态（提人、提物）、低频电流、低频电压、井口及井底操车系统状况、罐笼运行位置、电机轴承温度、电机线圈温度、电机振动、减速机油温、闸瓦间隙、开关柜参数等；泵站的电流（取自PLC）；视频方面有车房、井口；首绳在线检测、变压器温度监测5压风机系统压风机采用美国取得专利的IR的Intellisys智能控制系统进行改造。有就地、远程并可对空压机的运行状态进行监测，有接口建立远方监测监控排气温度、排气压力、电机轴承温度、电机线圈温度、油温、进水温度和压力、出水温度和压力、出口流量、空压机运行电压、运行电流、电量、环境温度、开关柜参数等；视频方面有空压机房；机房现场需要安装自动化控制系统6通风系统自动监测系统，通讯口输出；无电度计量远方监测监控风机入口静压、全压、风速、流量、入口温度（即井下排出气体温度）、电机轴承温度和定子绕组温度、电机的功率和总功率、电流、电压、风机效率、电机振动、风门开启、风门到位、风门关闭、开关柜综保参数、电量等；视频方面有风机房内、风机现场；7主泵房排水系统计划改造现场自动化系统建立远方监测监控水仓水位、小井水位、电机轴承、线圈温度、水泵正、负压、水泵流量、管路流量、运行电压、电流、电量、功率、阀门开停、开度及泵房视频信号等（与上诺公司实现信息接驳）8井下中央变电所仅高压有保护通讯口改造低压开关柜、建立高低压配电远方监测监控 各接入开关电流、电压、功率、功率因数、断路器、刀闸的分、合状态、接入变电所的视频信号等9井下主煤流系统就地自动化系统建立煤流系统远方监测监控。打滑、跑偏、烟雾、纵向撕裂、堆煤、洒水、沿途急停系统、电压、电流、电机温度、煤流情况、各部皮带运行情况、各煤仓煤量、各给煤机运行情况、各部皮带电机参数、各传感器状态、各部皮带机头、机尾、给煤点视频信号等10采区变电所高压开关有综合保护器，具备通讯接口建立就地自动化，远方监测监控四遥功能各接入开关电流、电压、功率、功率因数、电量、断路器、刀闸的分、合状态、接入变电所的视频信号等11无线通讯系统无400 部手机，井下120余个基站，240个无线分站，40个便携式移动基站，且对城郊矿区内、东、西、北风井院内、矿门口等进行无线覆盖。保证井下每天200部手机的使用量，通讯覆盖范围要保证在8KM以上；矿领导（20人）、机关管理人员（200人）、区队主管、跟班队长（120人）、流动电钳工（60人）等佩带手机12煤矿应急救援网路广播在井下轨顺车场、采掘工作面、胶带巷安装IP语音系统，实现直接通话13调度指挥系统改造实现无线、有线、视频、位置、通讯的等多网合一的综合调度系统建立一个28mx15m的新调度中心，安装一组4X8+4X4的数字大屏，用于组态信息和视频信息的显示。14工业数字视频监控系统按附表配置视频压缩量要适度，图像要尽量保证清晰；井上全部采用全功能、彩色摄像头；井下部分尽量采用彩色摄像头。3.2.3基本要求1、井下及主要场所所有电气元件必须为矿用防爆型并尽可能多使用本质安全型，光缆、电缆的阻燃性等必须满足国家有关煤矿防爆阻燃标准和河南省防爆电气性能检查细则要求，新增设备必须有防爆合格证、生产许可证、煤安证及煤安证号。2、综合自动化网设计应符合国际现场总线标准ISODIS11898、1000Mbps以太网标准IEEE802.3、远动终端能用技术条件GB/T13729-92；各种电子设备要具有电磁兼容报告，防止干扰；综合自动化系统必须做到既不被电磁干扰，又不干扰其他系统。3、矿井自动化配备设备防护等级：平地恶劣环境必须达到IP55，井下均不能低于IP54。4、建立就地自动化监测监控系统，要本着现有设备能够满足要求的继续使用，不能满足要求的进行新增。5、系统设有远方监控和就地操作转换和闭锁功能，且就地操作权限高于远控；就地系统必须有手动和自动两种操作方式。6、凡要求建立监测监控功能项目，要能实现遥测、遥控、尽量实现遥调功能。7、每个机电装备硐室如要求建立就地自动化监测监控系统的信息采集量，必须实现集环境、烟、视、听联动基本功能的采集传感和监测功能；远方监测监控能够显示以上功能，并能超限报警、在报警一定时间内无人员响应应自动保护停车，并能对报警记录及操作进行查询。8、千兆以太网交换机、就地自动化监测监控系统和远方监测监控中心系统，必须配备不间断电源（UPS电源），在主电源断电情况下能够继续供电2小时。9、工业以太网设计、设备、施工等必须满足国家相关标准要求；同时根据矿方远景规划情况，工业以太环网要留有充分的扩展空间。10、远方监测监控中心操作台，配备2台工程师站、8台监控操作员站（操作员通过授权互为冗余）。11、就地子系统软件采用标准软件接口规范和协议，系统实行信息点实时扫描，当信息点改变时可自动传输，提高管控服务器的实时性。12、综合自动化系统具备连锁、锁定功能，能够实现实现信息收集、传输、指令筛选的自动化；同时实现矿井自动化整个系统的预警联动功能，如某故障点报警时系统能够同时自动跳出故障点组态画面。13、矿井综合自动化系统平均无故障时间MTBF10年；系统死机率12个月；变化数据刷新率必须3s；数据在千兆网络网内传输时间100ms。14、各主要场所子系统分站应能满足视频、音频、光端、RS485、RS232、电信号等各种采集信号的输入，并预留适当备用端口。15、核心交换机采用双机热备方式；井下、井上环网各自成环，然后分别接入核心交换机；整个矿井信息自动化网络必须具有自诊断功能，能够提示网络故障点。16、管理控制服务器选用双机热备方式、数据库服务器采用高可靠性的硬件冗余容错技术，web服务器、视频服务器及其它辅助服务器采用单机服务器。17、综合自动化系统使用的所有光缆必须为单模光缆。光缆使用注意控制和视频、声音信号分开的原则。18、安排好合理的培训计划，对矿方人员进行培训，负责培训具有独立编程能力的工程师不少于4人；在系统发生变化时，提供无偿技术服务和支持。19、系统软件及建立的子系统软件要保证实现免费升级，且硬件设施不高于市价供应。20、保证技术服务和售后运行质保一年（三包）。第四章 综合自动化网络平台系统4.1设计目标综合自动化网络平台主要是建设统一的监测监控综合集成平台，建设具有技术先进、信息化程度较高、指挥灵活、处理能力强的安全生产自动化和调度指挥系统，将矿井的各监控子系统集成、汇聚到综合自动化控制网络平台，充分考虑子系统的接入与整合，节省投资、资源共享，提高系统功能，并可与矿信息管理网实现无缝联接，从而为信息化矿井建设奠定坚实的技术基础。系统建成后，使各自动化子系统数据在异构条件下可进行有效集成和有机整合，实现相关联业务数据的综合分析，集控中心人员或相关专业部门人员通过相应的权限对安全和生产的主要环节设备实时监测和进行必要的控制，实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化，为矿井预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段。总之：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。4.2设计原则安全自动化改造系统的设计和开发是一项重要的系统工程，它的组织、设计与开发除了需要遵循系统工程的方法，与原有信息系统必须紧密结合。系统的规划、设计应遵循如下的原则，这些原则的重要程度依次排列如下： 集成性原则:全面实现信息系统的集成，以及新系统与原有信息系统间的集成。 先进性和成熟性原则:全面采用当前国际先进和成熟的系统平台和开发工具平台。 安全、可靠性原则:系统必须具有很好的安全性设计和构架，保证数据的安全，软件要通过各种措施，切实保证能够长周期安全稳定运行。 易操作性原则:系统的操作应该方便，界面友好、美观、大方。 可维护性原则:系统应该具有良好的可维护能力，保证维护方便、快捷。 可扩展性原则:系统应具有较好的可扩展性，为系统的扩展留有接口，提供良好的二次开发的能力，具有与其它系统相连接的兼容接口，易于与未来开发的软件系统的集成。 标准化和开放性原则:系统采用国际最流行的技术和标准来进行实施、客户化，使企业整个信息系统具有很好的开放性，满足将来扩展的需求。 设计基于千兆光纤工业以太环网的综合工业网络平台，可综合传输煤炭安全生产各子系统监测监控数据、工业电视视频图像、调度数据等信息，并与永煤公司监控数据网相连接。 设计面向对象、具有分布式处理功能、满足煤炭生产实时性、可靠性要求的综合自动化软件平台，可实现对煤炭生产各子系统的监测监控数据的采集、处理、存储、浏览等，为煤矿生产调度指挥提供数据基础，并与永煤公司相关信息化系统无缝集成。 设计一套调度指挥系统，主要包括煤炭生产监控信息的综合显示和应用于调度指挥中心的各种办公设备。 为实现煤炭生产各子系统的综合集控，提高矿井的综合自动化水平，针对现有与生产过程密切相关的各子系统的单机自动化实际情况，进行相应的改造和升级设计，实现各子系统监控数据在综合自动化软件平台上的集成，利用软件平台进行数据处理和分析，为煤矿企业的指挥调度提供综合的数据基础。4.3设计内容根据城郊煤矿综合信息化建设的总体目标，综合自动化网络平台技术建设是以矿井生产和安全相关的各类自动化执行子系统为基础，利用先进高效的传输网络将各执行子系统的信息进行综合，并将综合处理之后的控制决策指令反馈各执行子系统，总体结构示意图如下：图4-3 城郊煤矿综合自动化网络平台结构示意图分为：执行子系统、网络传输系统、控制决策系统，另外还需具备信息发布系统作为辅助系统。4.3.1执行子系统包括矿井生产各环节的自动化系统和矿井安全管理系统：这些系统应按综合自动化的要求进行设计，除满足传统单一的孤立系统对自身系统的输入输出和控制模式的要求外，还必须满足作为综合自动化执行子系统的输入输出接口和控制模式的要求。这些执行子系统按功能分为三类，第一类为主线系统即煤流系统（包括采掘系统、井下运输系统、主井提升）；第二类为安全保障系统（包括瓦斯监测、通风、排水、人员监测）；第三类为辅助系统（包括环境保障系统、压风系统、副井运输、人员运输、供电系统、通讯系统、视频系统等）。第一、二类系统是对生产和安全产生直接影响的系统，必须作为控制的重点，而第三类系统作为保障系统，必须与第一、二类系统进行智能联动，保障生产的顺利进行。4.3.2网络传输系统网络传输系统主要包括执行子系统与控制决策系统间的通讯网络、控制决策系统与信息管理系统的通讯。网络传输系统一般采用现场总线和工业以太网络。4.3.3控制决策系统控制决策系统是综合自动化的核心部分，是指挥和调度整个矿井生产的大脑。此部分主要的是利用一统一的系统开发平台并结合专业的模块开发软件，将各类执行子系统的信息、信息管理系统的决策指令、操作人员的操作指令等进行综合分析处理，结合矿井生产工艺流程，开发出联动控制策略库、综合故障诊断系统、专家决策系统，并按设定的控制策略，用处理后的结果去反馈控制各类执行子系统，从而使生产过程完全处于控制决策系统的智能管理之中，改变以往依靠人为调度去控制生产过程的模式。同时开发可视化的人机界面、报表分析、趋势分析以及WEB信息发布等功能，矿井生产的高度的智能化、可视化、信息化。控制决策系统的开发是整个综合自动化能否真正为矿井生产和安全带来实效的关键，也是不同的规划设计者体现不同凡响的思路所在。4.3.4信息发布系统信息发布系统主要是指综合自动化的信息输出和接收设备，包括大屏幕显示、无线信息发布（如PDA）、WEB发布、ADO数据库发布等。4.4方案的特点本方案的综合自动化系统具备以下特点： “统一化、标准化”本方案的综合自动化系统采用统一化、标准化的设计思路，从执行子系统的控制PLC、控制模式、通讯接口、通讯协议、数据接口、数据格式、数据的部署和利用、软件开发平台、软件功能等各方面都采用统一的标准。 控制与执行一体化本方案设计的综合自动化系统将矿井各类自动化和监测监控系统作为整个系统的执行子系统，负责执行“控制决策系统”的直接控制命令，各执行子系统的工作完全受“控制决策系统”的控制和协调，不再是一个个孤立的子系统，而是整个综合自动化系统中关键的执行机构。 高效的传输系统采用1000M工业以太环网作为综合自动化的主管传输网络，井上、井下各形成一个独立的环网，各环网上任何一点断开，都不会使网络中断。1000M工业以太环网为综合自动化提供实时的、准确的、大流量的通讯能力，并能提供视频、音频等多信号的网络服务。 专用的工业以太网协议本方案中采用的工业以太网是基于西门子Profinet构建的专业网络，Profinet是用于工业以太网控制系统的专用协议，其不但支持常规的TCP/IP通讯，更支持西门子自动化系统的S7通讯，在S7通讯模式下，采用的通讯通道为以太网网第二层通道（RT）通道，因此具有极高的通讯速度（最高可大双向毫秒级，而普通的TCP/IP协议最高只支持100毫秒），同时具备完全的双工通讯能力和完善的优先级通讯机制，完全克服了一般以太网常见的网络堵塞、网络冲突、数据丢失、广播风暴等弊端。因此本方案中基于Profinet的以太网构建既能满足一般TCP/IP通讯的要求（网络视频、IP电话及其他不支持S7通讯的系统）的通讯要求，更能实现关键生产系统的S7专业通讯。为了能构建基于Profinet的工业以太网络，本方案中凡涉及PLC控制的系统，均采用西门子S7 PLC系统产品，并配置专门的Profinet 通讯模块。 先进的软件开发平台为多样性和个性化控制打下基础采用目前国外最先进的自动化控制软件开发平台，其具备数据采集、数据存储、人机界面、实时控制、报表分析、脚本功能、嵌入式功能等开发组件；采用可视的组态化编程环境，具备从设计、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；采用统一化的用户图形界面和面向对象的设计，采用模块化的设计；采用统一的数据库，保证符号和变量在项目中的一致性。 先进的控制策略模型利用专业模块开发软件，开发出适合生产和安全的矿井控制策略模型，能利用此模型的分析和逻辑控制功能，实现矿井生产与安全间的智能联动，实现矿井生产流程的自动调度。而不是仅仅拥有数据集成监测和远程控制的普通SCADA软件。不同设计者的思路及水平体现在此部分。 采用冗余、容错等技术保证系统可靠性系统全程采用热备冗余、多线监测和保护、多回路控制等方式，保证系统的安全和可靠：电源的设计、网络设计、服务器设计、数据采集、数据处理、控制模型等都要考虑冗余设计和容错设计。 系统安全性和开放性充分考虑系统和数据的安全性：具有完善的身份认证、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；系统具备开放性和扩展性，在现场设备和系统发生变化时，能方便的进行控制程序的维护和更新。4.5系统的总体功能通过精心设计的控制模型和软件，上述系统建成后至少具备以下功能： 能对整个矿井生产过程中的各环节，尤其是煤流系统、安全监测系统、保障系统等进行全方位的动态化、可视化的监视；并依据既定控制模型策略，实施实时控制。 能实现采掘系统的自动化，能实现井下中央变电站、采区变电站、水泵房、皮带运输、地面变电站、地面箱变、压风机房、主扇风机房、地面皮带运输、地面水处理、矿灯房等系统的无人操作和无人值守，大量减少人员。 能对上述机电设备和系统有关联的系统实现自动闭锁和联动。如：能实现煤流系统的一键启动功能。又如：当煤流系统中某环节发生故障时，能自动转入故障运行模式，对煤流系统中的执行子系统进行合理的控制；还如：能根据各节点煤仓的状态自动作出停机、降低能力、开机等操作，最大可能的保证煤流的连续和经济运行。 能实现生产系统与安全监测系统的联动，能对安全系统发出的警报作出及时的响应，能根据安全监测的结果，制定可行的生产计划，供决策使用；必要时，可直接控制相关系统和设备。 能根据矿井生产中各大型设备的启停、运行状况设计出合理的负荷分配机制，能尽可能的降低大型设备的运行成本，并使得供电网络处于最经济的状态，能有效避免大型设备集中启动造成的电网冲击。 能根据生产过程中的实际情况，制定合理的工艺流程，能统计出每个系统的有效运行时间和无效运行时间，从而尽可能的优化各系统的运行规则，尽可能的达到节能效果。 能对生产过程中产生的异常和故障情况作出统计，并制定出合理的事故和故障处理预案，能详细的记录事故或故障过程的所有数据及责任人，能方便的进行事故追查和责任认定。 能对矿井运转过程中的各大型设备进行合理的负荷分配，对大型设备的启停应设置合理的规则，既能保证生产的安全和连续，又能确保电网的安全。 能利用安全监测系统进行事故的预警，并利用人员定位系统、无线通讯系统和语音系统及时自动的给相关人员发出预警信号，最大可能的降低事故的发生几率和最大可能的降低事故损失。井下定位系统应具备在危险场合的高精度定位，以利在事故发生后的搜救行动。 能够利用人员定位和考勤系统对井下、井上的人员分布作及时的了解，当设备或系统发生故障时，能自动通知离该系统最近的维护人员前往排查事故。并对维护人员的出勤情况作统计。 能对大型设备的运行时间和运行状况作跟踪记录，并能对大型设备的维护、检修、备品备件的采购等提出建议性计划，并能根据设备的异常情况作出突击检修计划，并自动通知相关职能部门和人员，达到设备事故预警的目的。 能对网络通讯情况进行实时监视，能对网络中断、网络堵塞、网络瘫痪等进行及时的预警并能监测故障点位置。对接入系统的所有设备和执行子系统的通讯情况进行实时的监测，一旦通讯出现异常时，执行子系统自动转入就地集中控制，同时在监控服务器中出现通讯中断的报警，并自动通过电话报警系统通知相关维护人员。综合自动化所采集的信息能通过WEB、ODBC等方式，有权限的与信息管理系统进行共享，并能通过ODBC等方式接受来自信息管理系统的信息，这些信息仅限于能指导生产和安全的决策信息。综合自动化网络和信息管理管理利用硬件防火墙进行隔离，保证各自系统的安全性。4.6系统网络设计综合工业传输网络平台的主要作用是为城郊煤矿建立运行安全可靠、容量大、功能强、便于维护、稳定可靠的数据传输网络，要求能够综合传输城郊煤矿各生产自动化子系统监测监控数据、工业电视视频图像、数字语音、调度数据等信息，网络应具有以下特点：快速实时 对于自动化系统来说，大数据量的采集、响应应保证毫秒级的无差错传输，对于视频和语音数据，应保证网络的抖动和延迟不影响实时数据流的传输。这就要求骨干网络设备具有很高的交换性能和容量，并在提供安全访问控制、针对不同应用的服务质量保证和网络管理功能时对性能不受影响，以确保骨干网络上端到端传输的实时性。稳定可靠 由于生产环境恶劣，对网络设备的可靠性要求比企业网络要高的多，网络设备在环境适用和防护方面应达到工业级的可靠性，支持模块冗余和热插拔。骨干网络拓朴结构应支持网络冗余和耦合，自愈时间应小于300毫秒。高安全性 由于面向多个子系统的接入和不同的用户，网络的安全性尤其重要，不同子系统利用不同的逻辑通道在网络中传输。同时利用各种加密技术、认证技术确保数据资料的完整性和保密性。网络应采用独立信道传输，监测监控网络同办公网络之间应采用防火墙进行隔离，确保网络不受病毒和安全攻击。保证服务质量 网络对不同的业务传输应提供不同的服务等级，支持ToS和QoS，以确保高优先级业务的服务质量。对工业电视视频图像传输业务，网络应提供组播功能，以降低网络流量。易于扩展 网络技术应选用开放的硬件和软件平台，支持多种主机互连，系统互连应全部采用国际标准的网络层通讯协议TCP/IP，以符合IP网络的发展趋势。网络应具有简单易行的扩充升级能力，满足未来的应用扩展的需要。智能化网络管理 网络应具有智能网络管理功能，能够实现自动拓朴发现，无厂家针对性的设备组态，支持远程在线故障诊断。支持CLI、Telnet、SNMP、WEB等多种管理方式，支持ROMON监测，支持端口镜像。网络走向：调度中心机房内环网： 服务器网络机房-调度室机房-机电工位井下北翼环网（双网）：服务器、网络机房-（井底变电所）北石门变电所-西风井底变电所-西风井底面-1采区变电所-16采区变电所-北1#变电所-北2#变电所-北六变电所-北3#变电所-十采区变电所-北4#变电所-北风井地面-服务器、网络机房井下东翼环网（双网）：服务器、网络机房-井底变电所-东翼1#变电所-东南翼变电所-自动化综采工作面-800东翼变电所-800东翼泵房变电所-东南翼泵房变电所-东风井-中央变电所-南翼1#变电所-服务器、网络机房地面环网： 服务器、网络机房-主办公楼-主井绞车房-副井绞车房-压风房-矸石山-服务器、网络机房(地面环网改成单环网，不再分成个环，交换机数量改成个)相连： 主干光缆为四根 12 芯中心束管式矿用阻燃单模光缆，且下井路径都为副井井筒 4根。4.7关键技术参数4.7.1 西门子千兆虚拟冗余路由VRRPVRRP全称Virtual Router Redundancy Protocol（虚拟路由冗余协议）。简单来说，VRRP是一种容错协议，用于构建一个虚拟路由器，保证当主机的下一跳路由器坏掉时，可以及时地由另一台路由器代替，从而保证通信的可持续性和可靠性。VRRP适用于Ipv4的路由协议。为了使VRRP工作，一个虚拟路由器拥有一个虚拟IP地址和一个虚拟MAC地址，当这个网络上的主机与虚拟路由器通信时，无需了解这个网络上物理路由器的任何信息。一个虚拟路由器由一个主路由器Master和若干个备份路由器Backup 组成，主路由器实现真正的数据转发数据功能 。当主路由器故障时，备用路由器成为新的主路由器，接替工作，时间约3秒。4.7.2 西门子矿用工业千兆以太双环网及PROFINET实时通讯本工程覆盖面较广，规模大，鉴于目前得到普遍认可的西门子工业以太网Fast Redundancy Ring快速冗余双环网技术，其快速的通信速率，统一开放的标准（IEEE802.3）,远程的传输距离（千兆速率时，最远可达40KM）以及与Internet的轻松无缝互连，实时性好（PROFINET）等众多优点，即：主干网采用千兆以太光纤环网，各设备采用百兆光纤/电气以太网口接入环网，确保系统的先进性、可靠性，并充分利用以太网资源，实现三网合一（数据、图像、语音同网传输）。作为生产管理系统的信息基础的网络通信系统，其可靠性和可扩展性对保证煤矿企业的安全生产起着至关重要的作用，因此，以下几个方面决定了选择原则：可靠性对于井下部分的系统和网络部件要充分考虑满足防尘、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。因此，我们在选择网络产品的类型和技术时，要充分考虑其冗余性，和在恶劣环境下的高可靠性。可扩展性可以无缝的从100Mbps 到1000Mbps 的网络传输数率，可支持多达26个网络端口，保证现有以太网产品的方便扩展，以及提供更高的通信带宽，为将来数据信号、音频信号、视频信号的有效可靠的传播。拓扑结构灵活，可以使用线型、环型、星型等多种结构进行连接，具有很好的扩展能力保证在现场控制柜和标准导轨的灵活安装。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。网络间采用网络防火墙隔离。实时性（PROFINET）PROFINET通过一根电缆实现整个控制系统的连接及通讯，极大程度上减少了通讯中不同产品的接口数量及各种通讯协议的转换，降低了系统组态及配置的复杂程度，提高了产品的易用性及系统的可维护性。4.8网络主要设备技术参数4.8.1 西门子SCALANCE XR-300工业以太网交换机西门子SCALANCE XR300中心交换机位于调度中心机房内，做为以太网的核心，其性能直接关系到网络性能和未来网络的发展及可扩充性，它的性能好坏是决定整个网络的稳定性和传输速度的重要因素之一。 图：西门子SCALANCE XR300中心交换机概况n SCALANCE XR-300是一款简洁的19英寸机架安装的工业以太网交换机，除去各种工业特征，还带有针对IT领域的功能。n 无论双绞线或是光纤传输都支持10Mbit/100Mbit/1000Mbit技术。主要应用领域为各种与企业网连接的高性能系统网络，以及配电中心网络。SCALANCE XR-300采用了节约空间的19英寸简洁设计，可以用于标准19英寸控制柜的安装。n 宽温产品，工作温度-40至70。n SCALANCE XR-300可以带有多达24个双绞线或者光纤接口用于连接其他网络单元，可以连接光线快速冗余环或其他以太网节点。n SCALANCE XR324-12M中，所有24个接口都可以使用2端口的介质模块在光纤与双绞线连接中进行选择。n SCALANCE XR300所有端口均支持千兆以太网连接。全部24个接口分3组，每组内8个端口间支持全线速交换。n 集成的冗余管理功能允许SCALANCE XR300交换机在大规模的网络内使用各种快速冗余协议。支持与SCALANCE X400/X300连接千兆冗余环网，同样支持与SCLANCE X200 OSM/ESM连接百兆冗余环网。SCALANCE XR300交换机同时也支持快速介质冗余协议。n SCALANCE XR300交换机可以通过PROFINET，Web页面，CLI命令行或者SNMP等多种方式进行远程诊断。n SCALANCE XR300系列交换机支持各种IT标准的功能。如VLAN划分，IGMP Snooping/Queries，STP/RSTP，Link aggregation链路聚合，QoS服务质量等级等。因此可以无缝地将自动化网络与已有的企业网络集成在一起。n 由于支持各种冗余协议（STP/RSTP/MRP），可以与企业网间建立冗余连接。优势n 高网络可用性，源于：n 冗余电源n 基于光纤或双绞线的冗余网络结构（集成了冗余管理，standby功能，以及STP/RSTP功能）n 通过C-PLUG配置备份介质，方便的进行快速设备替换n 可靠通信源于故障时网络的快速重构n 通过PROFINET连接接头，保证了各设备间的可靠安全连接。并通过机壳的闭锁装置额外提供了应力与线缆曲度保护。n 通过设备LED，PROFINET，集成的Web服务器以及故障信号触点，提供了简单快捷的诊断手段。n 通过标准的SNMP方式可以集成到现有的网络管理系统中。n 通过PROFINET诊断方式可以集成到现有的过程系统诊断中。n 兼容SIMATIC NET STEP7组态诊断方式，为系统的工程调试与运行带来巨大便利。n 基于组播协议（VoIP语音或视频）对与网络带宽的限制与优化。可过IGMP Snoop/Querier协议，或其他基于端口的组播与广播限制。n 无风扇设计简化了维护操作n 无须调试工作站即可完成模块替换，使用C-PLUG卡存储转移配置数据。n 支持VLAN划分，可配合企业网络的安全策略。n 链路聚合（IEEE802.1q）可为数据流合并提供带宽。n 通过服务质量等级（IEEE802.1p）可为不同网络数据流分配优先级。4.8.2 西门子SCALANCE X-400系列交换机 图： SCALANCE X414-3E工业以太网交换机SC