顾桥矿综合自动化系统方案.doc

1 94 淮南矿业集团顾桥矿 综合自动化控制系统集成 天地科技常州自动化分公司 煤科总院常州自动化研究所 2005 年 4 月 2 94 目 录 第一章 全矿井综合自动化控制系统集成 1 1 概述 1 2 系统设计 3 3 系统的安全设计 25 4 主要设备技术规格 26 5 系统设备清单 33 第二章 管理信息系统 35 1 概述 35 2 综合业务管理平台 35 3 通风管理系统 36 4 地测管理系统 40 5 安全管理系统 44 6 综合业务应用软件 46 第三章 行政办公自动化系统 47 1 系统设计标准 47 2 系统技术架构 47 3 系统特点 48 4 系统优势 48 5 功能简介 49 6 办公自动化系统清单 56 第四章 矿井工业电视系统 57 1 系统概述 57 2 系统设备选择 57 3 系统配置 59 4 系统功能特点 59 5 主要设备技术指标 60 6 设备清单 66 第五章 大屏幕显示系统技术方案 67 1 方案概述 67 2 系统功能实现 68 3 系统特点 76 4 系统设备描述 78 5 工程实施和验收 86 6 售后服务和培训 86 7 设备清单 88 1 94 第一章 全矿井综合自动化控制系统集成 1 1 概述 概述 1 11 1 简介简介 顾桥矿井是淮南矿业 集团 有限责任公司的下属矿井 为了更好地发挥各自 动化系统的作用 协调生产过程中系统间的关系 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集成建设 综合自动化信息系统是将先进的自动控制 通讯 计算机技术 信息技术和现 代管理技术结合 将企业的生产过程控制 运行与管理作为一个整体进行控制与管 理 提供整体解决方案 以实现企业的优化运行 优化控制与优化管理 从而提高 企业核心竞争力 综合自动化是煤矿实现高产高效的有效手段 对于提高煤矿的生 产运行状况 安全水平 事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用 顾桥矿通过综合自动化系统的建设可以实现 1 生产的信息化促进全矿的管理信息化 大量的安全生产监测数据是管理信 息化的基础 通过对监测数据进行转换 整理 挖掘 管理系统对全矿的安全生产 状况进行综合性动态分析 为领导科学决策提供依据 2 综合自动化信息系统与管理信息系统有机结合 可加强企业内部协作与通 信 提高生产和管理效率 增强企业的市场竞争力 使煤矿企业的信息化进程实质 性的跨上一个新台阶 3 使管理人员从繁杂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 实现对网络的集中管理 对网络上的各种设备进行监控和处理 对网络的 正常运行提供保障 为各种生产和管理的专家系统构建一个可靠的支撑平台 从而 实现矿井主要生产环节的无人值守 各生产环节或子系统间协调 高效运行 倍增 各自动化子系统的效力 5 能够有效的实现生产 安全管理和综合查询等功能 使其成为一个综合性的信息化网络 为实现上述目标 系统采用当今国际 国内先进的监控监测技术 视频技术 网络等技术 建成一个现代化的安全生产监测 控制信息网络系统 1 21 2 系统要求系统要求 用户希望通过对矿井综合自动化系统的整体规划设计 使系统达到以下要求 1 往下能监视各子系统内设备的运行状态以及所需的生产和安全参数 往上 能够上联集团公司广域网 实现矿井与公司之间的生产与管理信息及时交换 实现 管控一体化 2 建立一个生产调度中心 设备的监视和控制 保留功能 均可在调度中心 2 94 进行 实现全矿的管控一体化 3 在生产调度中心能对联网的各子系统按照生产工艺的要求进行划分 便于 控制和调度 4 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 5 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 6 设备选型必须符合有关国家标准和行业标准 1 31 3 设计依据设计依据 1 淮南矿业 集团 有限责任公司顾桥矿井综合自动化控制系统集成技术 规格书 2 煤矿监控系统总体设计规范 3 GB3836 1 83 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求 4 煤矿安全规程 5 GB3836 2 83 爆炸性环境用防爆电气设备 防爆电气设备 6 GB3836 2 83 爆炸性环境用防爆电气设备 本质安全型电路和电气设备 7 MT209 90 煤矿通信 检测 控制用电工电子产品通用技术条件 8 MT772 煤矿监控系统性能测试方法 9 煤矿监控系统中心站软件开发规范 10 煤炭调度信息化装备技术规范 1 41 4 设计指导思想设计指导思想 本设计力求使信息集成为实现异构系统条件下的信息联通与共享 功能集成为 不同功能应用系统联系起来 协调有序运行 从而避免了各自孤立的监控系统不能 使信息资源和设备资源得以充分发挥的弊端 通过分析用户的要求和矿井的实际情况 整个综合自动化系统中信息分布广 传输质量高 网络应保证安全生产监控信息的时效性 真实性 可靠性 功能要求 全 系统有别于过去其它系统在功能上注重 监测 强调管控一体化 包容性强 对矿井各自动化子系统均能接入到系统中 为此 在系统设计重点考虑以下内容 1 实时性 系统必须保证系统中的所有监控信息 可用 不能出现延迟 造 成系统失控 2 可靠性 一方面当系统中任一组件 不论是硬件还是软件 发生故障都不 会导致整个系统的瘫痪 另一方面为使系统运行时间的最大化 需要以可靠的技术 来保证在网络维护和改进时 系统不发生中断 3 开放性 系统应能够保证来自不同厂商的设备可以相互通信 并且可以在 众多厂商产品的集成环境中共同工作 它决定了某一通讯技术能否被广大自动化设 3 94 备制造商和用户所接受 并进行推广应用的关键 4 易于管理和维护 由于网络设备的数量 品种多 矿上专门从事信息管理 工作的人员少 因此 在网络设计时应考虑尽量降低管理与维护工作量 5 安全性 系统必须建立可靠的数据传输 备份 存储等安全保障措施 同 时应能防止外部非法用户的入侵 最后 通过本系统的实施使顾桥矿井在采用先进的技术装备上达到国内现代化 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 决策指挥的信息化 科学化 是今 后煤矿企业进行信息化建设的基石 2 2 系统设计 系统设计 全矿井自动化信息系统设计包括 系统网络平台设计 软件平台设计 现场子系 统整合方案的设计 2 12 1 设计原则设计原则 先进性先进性 以先进 成熟的网络通信技术进行组网 支持数据 语音和视像等多媒体应用 能确保网络技术和网络产品几年内基本满足应用的需求 要求采用的系统结构应当 是先进的 开放的体系结构 采用的设备 技术应当是业界先进的 采用先进的现 代管理技术 以保证系统的科学性 实用性实用性 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具有足够的处理能力和带宽 并留有相当余量 开放性开放性 网络具有良好的开放性 与其他网络有很好的互连性 高可靠性高可靠性 实时监控的不可间断性决定了在网络设计中 尤其是网络主干 必须考虑提高 网络运行的可靠性 保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行 因此 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 同时 采用先进的防火墙技术保证系统的安全 可扩展性可扩展性 在网络技术日新月异的今天 网络要有能力和将来的技术融合 同时要保护现 有投资 保证网络系统随时加入新的设备 保证有关软件的顺利升级和扩充 要求 网络规模的可扩展性 包括网络的地理分布 用户数 网络容量的可扩展性 要求整个网络系统随着用户规模和应用的扩展 网络的 4 94 传输容量也必须能相应的提高 灵活性灵活性 整个网络系统必须满足便于安装 便于管理 便于维护 便于使用的要求 安全性安全性 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 可管理性可管理性 网络的建设必须保证网络运行的可管理性 要求可发现网络拓扑 实时监控网 络性能 管理维护设备配置 并可迅速简便地进行网络故障的诊断 经济性经济性 在保证网络的先进性 可靠性等上述性能的前提下 尽量有效地利用设备资源 以适当的投入 建立一个设计科学合理 技术水平高的 完善的网络系统 所有设 备的选型配置和采购订货 坚持性能价格比最优的原则 同时兼顾供货商的资信度 和维修服务能力 2 22 2 硬件平台设计硬件平台设计 全矿井自动化信息系统硬件平台设计采用信息层 控制层和设备层三层网络结 构 其核心任务是构建企业管理信息网 构建监控信息子网及网络的隔离设计 设 备层与监控信息子网接入设计 为矿井的管控一体化提供高效快捷的网络平台 2 2 1 构建企业管理信息网构建企业管理信息网 企业管理信息网由核心服务器 各专业服务器 千兆核心交换机 楼层交换机构 建 其中 在六楼和三楼分别设立两个设备间 各终端用户分别连接到两个设备间的交换 机上 设备间交换机采用堆叠模式共享交换机背板带宽 大楼内楼层之间采用六类双绞线 水平子系统采用超五类双绞线 主机房与办 公大楼外其它信息区之间采用 1000M 以态网 光纤 交换 核心交换机采用性价较高的 CISCO WS C3750G 24TS E 交换机 可将整个局域 网络按一定的层次结构划分 使网络中的每一中通信流量和服务都能得到最好的支 持 接入层交换机采用性价较高的 48 口可堆叠楼层交换机 WS C2950G 48 EI 层次化模型设计的好处可归纳为 节约成本 易于管理 易于扩展 易于排错 此次网络建设中我们建议网络层次划分为两个层次 核心层和接入层 中心机房设在办公大楼 整个网络结构采用星型结构 各层信息点都汇聚到中 心机房核心交换机 该核心层设备具有以下性质 非常高的网络吞吐量 以处理分组 通过第三层操作进行 VLAN 路由选择 5 94 保持高可用性的冗余和回弹 通过访问列表或分组过滤而实现网络安全与基于策略的网络连通性功能 作为数据交换中心 同时考虑以后网络的扩展 以及设备的平滑过渡 该接入层设备具有以下性质 低成本 高端口密度 通往更高层的可扩展上行链路 用户访问功能 基于 MAC 地址的通信量过滤及 VLAN 成员 依靠多条上行链路而保持的回弹 主机房设在矿办公大楼六楼 管理信息系统服务器 OA 服务器 1 台 数据库服 务器 2 台 管理系统 WEB 服务器 1 台 磁盘阵列柜 1 台 主域服务器 1 台 核心交 换机 WS C3750G 24TS E UPS 1 台网管计算机等主要设备设在主机房内 六楼和三 楼设备间内共设立 8 台 48 口楼层交换机 WS C2950G 48 EI 由于设计不足 400 信息 点 客户终端 30 台 核心交换机通过六类线连接楼层交换机实现 1000 兆主干 各 楼层通过超五类线连接至工作区 实现百兆到桌面 数据库服务器采用磁盘阵列柜 实现数据备份 主机房设立防火墙与路由器与 Internet 相连 实现信息共享和远程异地办公 本网络与集团公司网络通过在核心交换机上设立 VLAN 进行隔离后向集团公司信 息网上传有关数据 数据的具体定义及格式符合集团公司的要求 信息层网络的拓扑结构图如下 2 2 2 2 2 2 构建监控信息子网构建监控信息子网 6 94 监控信息子网是企业信息网的一部分 子网中的节点共在一个相对独立的网段 通过 VLAN 将其与企业信息网隔离 它由管控服务器 双机热备 地面及井下以太 环网 图形控制器 操控站 各专业主机等部分组成 2 2 2 2 2 2 1 1 管控服务器管控服务器 管控服务器配置双机 用磁盘阵列进行热备 它通过标准的软件接口 统一的数 据信息描述与子网中的各现场子系统主机或主控制器 如 PLC 嵌入 PC 进行数据 存取 对数据进行综合处理 在子网内提供基于 WEB 控制浏览服务 为调度员提供 操控页面和浏览页面 并将各现场子系统的信息分类处理后通过授权通道送往企业 信息网中 2 2 2 2 2 2 2 2 地面及井下以太环网 地面及井下以太环网 根据对顾桥矿已定子系统和待定子系统的信息及分布情况分析 设计采用架构 一贯穿地面各子系统的工业以太环网和一贯穿井下各子系统的工业以太环网 两环 网在调度中心汇接于双引擎的核心交换机 环网交换机采用工业以太网交换设备和 光缆构成一个贯通井下井上的信息的环型光纤高速通道 关于环网的带宽和接入形 式我们有几点说明 系统信息量估算系统信息量估算 带宽与所接的系统信息量有直接的关系 正确合理的估算网络中的信息流量是带宽与所接的系统信息量有直接的关系 正确合理的估算网络中的信息流量是 确定网络架构的关键之一 目前大多数煤矿综合自动化系统均采用最先进 科学的确定网络架构的关键之一 目前大多数煤矿综合自动化系统均采用最先进 科学的 控制方法 即分级和分布的控制模式 该方式除具有危险分散 实时性好的优点外 控制方法 即分级和分布的控制模式 该方式除具有危险分散 实时性好的优点外 从信息流的角度看 使得整个控制网络中各层的信息流量趋于均衡 不存在流量高从信息流的角度看 使得整个控制网络中各层的信息流量趋于均衡 不存在流量高 度集中的区域 即网络上层的信息流量远远小于整个系统度集中的区域 即网络上层的信息流量远远小于整个系统 网络网络 的流量 且子系统的流量 且子系统 或底层系统的自动化程度或功能越强 上层网络的流量越小 以输煤控制子系统为或底层系统的自动化程度或功能越强 上层网络的流量越小 以输煤控制子系统为 例 子系统间的流量仅为子系统内流量的十几至几十分之一 例 子系统间的流量仅为子系统内流量的十几至几十分之一 从顾桥矿所接的 22 个子系统中分析 电力调度系统的信息量最大 现以电力系 统信息量为单位信息量计算 且不过多考虑分层系统的因素 每个开关柜的信息包括电压 电流 有功 无功 功率因素 电度 开关变位 绝缘电阻 过流 过压保护等信息占 26 字节 井上井下共计 300 面柜 每秒存取 2 次 子系统的信息量 300 26 8 2 124800 bit s 按 24 个同等子系统计算 实际上 其它子系统的信息流量要远小于电力子系统 整个系统的信息 24 124800 2995200 bit s 网络上的传输的信息量 按 1 4 考虑余量 2995200 4 11980800 bit s 所以环网上的最大带宽占所以环网上的最大带宽占 12M12M 左右 左右 一般用于办公或非工业用以太网的带宽设计考虑流量不超过带宽的 50 60 因 为这类网络的用户数 信息流量及流向都有非常大的不确定性 必须留出一定的带 宽以防止 网络风暴 造成网络阻塞 7 94 对于控制网络而言 当控制对象 控制方法和子系统的结构及类型确定以后 系统的信息流量基本上是已知的或是可预测的 同时选用的网络交换设备是具有端 口优先级及流量控制功能的 可根据系统的不同要求进行控制调节 根据前面高余量的流量估算 本方案选用百兆带宽的工业以太网 是绝对可以根据前面高余量的流量估算 本方案选用百兆带宽的工业以太网 是绝对可以 满足要求的 并留了相当大的冗余度 满足要求的 并留了相当大的冗余度 数字视频传输数字视频传输 视频图像数字化技术应用日益广泛 其最主要的优点是 便于储存和检索 便 于在网络上播放浏览 便于进行数字化的图像编辑 对于监视系统而言 主要使用 前两项功能 视频图像数字化的方式主要有两类 一是在摄像头端数字化并进行数 字传输 二是在监控室端进行数字化 这两类方式虽然达到数字化后带来的便利 但两者的特点和适用场合差异明显 不易相互替代 须根据实际需求进行选择 方 可达到理想的效果 具体分析如下 1 在目前技术水平下 视频图像数字化后的数据流量非常大 经过 MPEG4 或 H 264 压缩后 1 路图像变化缓慢的数据流量仍达到 500K 左右 而图像变换剧烈 的要达到近 1 兆 不可避免地存在画面滞后问题 滞后时间取决于不同的压缩方法 和要求的图像分辩率及每秒图像的帧数 如要求较好的图像清晰度和连续性 则滞 后现象较明显 不适合用作实时监视 特别是对图像变化较快对象的监视 2 在摄像头端数字化后 可直接在以太网上传输 优点是可以监控数据和 视频图像两网合一 但必须在摄像点相对集中且距集中监视室距离较远的场合才有 优越性 而由于地面 井下各摄像点的分布非常分散 大多成树状分布 由于实际 应用中不可能每个点都设环网交换机 如果各摄像点通过光纤收发器传输到各环网 交换机 再传输至调度室 则光缆的分支长度可能远大于环网的长度 即没有节省 光缆 还多了不少环节 造价及日常维护的工作量也提高了 3 因视频数字化后的数据流量大 百兆网以满负荷 60 计 极限也就是 60 个图像 而且会极大的影响其他子系统的信息采集及控制响应时间 使网络不可靠 如工业电视如果单独走一个以太子网则造价过高而且会有第 2 点所说明的问题 如 仅为了把工业电视并入以太网传输而将带宽提高到千兆 增加大量的投资 以及为 保证千兆网的工作环境等要求增加的维护成本和工作量 其必要性也不充分 4 因在调度室是设有电视墙 视频信号上电视墙必须是模拟信号 如采用数 字视频传输 工业电视图像数字化传输前已将图像分辨率压缩为 702X576 造成了 一定的图像损失 到地面后还需在调试室增加大量设备将数字图像转换为模拟图像 将送至电视墙 两次造成的图像损失 将对电视墙的图像效果影响很大 所以 本方案主张在工业电视系统中 从摄像点至调度室全部采用模拟信号传所以 本方案主张在工业电视系统中 从摄像点至调度室全部采用模拟信号传 输 在调度室设置视频服务器对所有视频信号进行数字化处理 完成数字储存及网输 在调度室设置视频服务器对所有视频信号进行数字化处理 完成数字储存及网 上浏览的功能 上浏览的功能 性价比因素性价比因素 8 94 在顾桥方案中 我们之所以选择主干为百兆网是基于投资性价比方面考虑 因 为在任何一个工程项目中 对性能的追求是没有限制的 其结果会带来工程造价的 无限制上升 因此找到一个技术性能与造价的平衡点是让一个工程达到最佳性价比 的唯一途径 在本方案中 如主干采用千兆方案 除主核心交换机需要采用千兆口外 其余 挂接在环网上的字交换机均需采用具有千兆接口的交换机 经对比分析 带千兆接 口的交换机比百兆口环网交换机造价高出近 50 关健是在增加了投资和维护成本 后 对整个系统的性能和可靠性没有实质性的提高 综上所述 本方案选择综上所述 本方案选择 100M100M 工业以太环网 并可同时接入不同协议的数据在该工业以太环网 并可同时接入不同协议的数据在该 网上进行传输和交换 采用环型光纤以太网 实现了网络介质的冗余 网上进行传输和交换 采用环型光纤以太网 实现了网络介质的冗余 单环拓扑为系统提供了冗余 并且隔离了通讯的错误 在使用工业以太网交换单环拓扑为系统提供了冗余 并且隔离了通讯的错误 在使用工业以太网交换 机时 以太冗余环网将自动的修复连接 它的恢复时间少于机时 以太冗余环网将自动的修复连接 它的恢复时间少于 500ms500ms 这为网络的稳 这为网络的稳 定性提供了保障 定性提供了保障 地面环网设 6 台交换机和一个核心交换机 井下环网设 6 台防爆环网交换机 具体位置见下表 顾桥矿环网冗余交换机设置地点 序号交换机设置地点接口方式接入对象 以太网30 台监控工作站 以太网安全监测监控系统主控机 以太网安全监测监控系统备用机 千兆以太网口接入服务器 1 接入服务器 2 1 地面调度指挥中心 MACH 3002 千兆以太网口矿信息管理网络 以太网110KV 变电站综合自动化系统 光纤以太网矿井日用消防水子系统 光纤以太网地面消防监控系统 预留 2 110KV 变电所 MS2108 以太网 RS485地面车间变电所模块串接后接入 以太网锅炉房子系统 光纤以太网快速装车站控制系统 预留 3 锅炉房 MS2108 以太网 RS485地面车间变电所模块串接后接入 以太网副井提升系统 光纤以太网矿井压风机控制系统 4 副井提升机房 MS2108 以太网 RS485地面车间变电所模块串接后接入 9 94 光纤以太网主井提升系统 光纤以太网选煤厂集控系统 预留 光纤以太网 中央回风井通风机控制系统 预 留 待定降温系统 预留 待定矿井注氮系统 预留 5 冷却泵房 以太网 RS485地面车间变电所模块串接后接入 光纤以太网矸石山提升系统 光纤以太网推车翻罐系统 待定瓦斯抽放监控系统 6 瓦斯抽放站 RS485 地面车间变电所模块串接后接入 待定储煤场电控系统 预留 以太网矿井水处理系统 预留 7 水处理综合楼 以太网 RS485地面车间变电所模块串接后接入 以太网 RS485 中央变电所电力保护模块串接后 接入 待定井下排水集控系统 预留 RS485 矿用人员安全监测系统 8 井下中央变电所 KJJ31 待定井下辅助运输系统 预留 待定13 1 采区采煤工作面自动化系统 以太网 RS485 采区变电所的井下电力集控系统 模块串接后接入 RS485 矿用人员安全监测系统 待定井下辅助运输系统 预留 9 井下 13 1 采区变电 所 KJJ31 待定井下辅助运输系统 预留 待定11 2 采区采煤工作面自动化系统 以太网 RS485 采区变电所的井下电力集控系统 模块串接后接入 RS485 矿用人员安全监测系统 10 井下 11 2 采区变电 所 KJJ31 待定井下辅助运输系统 预留 10 94 待定井下辅助运输系统 预留 11 井下东煤仓上以太网 北翼皮带机集控系统主机 1 预 留 12 井下中煤仓上以太网 北翼皮带机集控系统主机 2 预 留 以太网 RS485 主井底变电所的井下电力集控系 统模块串接后接入 RS485 矿用人员安全监测系统 13 主井底变电所 待定井下辅助运输系统 预留 2 2 2 2 2 2 3 3 图形控制器 图形控制器 它是 DLP 大屏幕的图形显示的主控制器 可将视屏图象 子网中的 VGA 屏幕在 DLP 大屏幕上显示 2 2 2 2 2 2 4 4 专业主机 专业主机 专业主机是指各现场子系统的主机或主控制器 它是子系统的核心 子系统的信 息首先集中在各专业主机 系统的控制 处理逻辑由它实施完成 并将与管控服务 器进行命令 数据的交互 11 94 2 2 2 2 2 2 5 5 操控站 操控站 它分为通用的操控站和专业操控站两种 通用操控站为调度员提供的基于 IE 的 操作 控制 浏览页面 而专业操控站就是子系统的主机 2 2 2 2 3 3 硬件平台的特点 硬件平台的特点 采用国际标准 具有最广泛的厂商支持 良好的开放性 工业以太网技术是当 前及未来最有前途的网络技术 具有良好的先进性 具有很低的接入门槛 可使众 多厂商的产品方便接入 给予用户以最大的设备选择权 不必限定用户选择指定厂 商 指定产品类型 及产品系列等 用户可以为不同应用对象选择不同的类型的控 制系统或设备 以达到最佳的控制效果和投资效果 采用了专用的网管软件 HiVision 它支持 OPC Server 可以与工业监控组态 软件实现数据通信 从而使网络管理集成到 SCADA 系统中进行统一管理 2 32 3 软件平台设计 软件平台设计 综合自动化系统软件是基于网络平台运行 以网络操作系统 Windows2003 Server 为运行环境 以关系数据库 如 MS SQL Server DB2 Oracle 等 为数据 库支撑 它是天地科技自主开发 具有完全知识产权并经过国家知识产权局评测登 记的软件 登记号 2004SRBJ0935 其由综合自动化平台软件 实时 WEB 服务器 软件 接入组件组成 2 2 3 3 1 1 开发平台开发平台 系统的开发平台为微软公司 Visual Studio NET Microsoft NET 战略将互联网本身作为构建新一代操作系统的基础 并对互联 网和操作系统的设计思想进行合理延伸 在不同的网站之间建立起协定 促使网站 之间协同合作 实现信息的自动交换 使用户在任何时间 任何地点通过任何系统 都可以获取想要的信息 在其上开发出的应用程序功能强大 可移植性强 可以运 行在各种平台之上 可以轻松实现互联网连接 涉及到 Asp Net Ado Net Activex 以及 XML 等新技术 2 2 3 3 2 2 软件接口软件接口 软件接口及标准的信息协议是软件整合能否实现的关键 对于各现场控制单元 子系统 接入组件支持业界普遍认同的一些标准接口接入 2 2 3 3 2 2 1 1 OPCOPC 接口接口 OPC OLE for Process Control 是被工控领域广泛遵循的一种标准 它规范 了应用程序与现场设备或数据源之间数据存取的接口协议 它是基于微软的组件技 术 COM DCOM 设计 采用客户 服务器体系结构 它既可存取本地 OPC 服务器数据 又可存取分布在网上其它节点的 OPC 服务器 并且具有高效 安全的特点 它是目 前存取现场数据最理想的方法 2 2 3 3 2 2 2 2 DDE NetDDEDDE NetDDE 接口接口 NetDDE 是基于网络的动态数据交换 DDE 技术 DDE 由微软早期发布 解决应 12 94 用程序之间数据的动态交换 也采用客户 服务器体系结构 它既可存取本地 DDE 服 务器数据 又可存取分布在网上其它节点的 DDE 服务器 它比 OPC 在速度和安全性 方面要逊色 但对一些动态刷新系统它仍不失为一种简单有效的方法 2 2 3 3 2 2 3 3 ODBCODBC 接口接口 现场控制单元 子系统 可将一些对实时性要求不高 如统计等 信息周期性 地通过数据接口写入指定的共享数据库 如 MS Access 或 MS SQL 等 的表中 综 合自动化控制系统通过数据库接口获取相关信息 2 2 3 3 2 2 4 4 FTPFTP 传送传送 现场控制单元 子系统 将实时数据周期性地写入指定的文件中 文件的结构 符合统一的信息描述 子系统通过 FTP 上传至管控服务器设置好的 FTP 服务器 2 2 3 3 3 3 统一信息描述统一信息描述 信息协议是软件标准接口数据的具体描述 它包括以下几类 系统配置信息组 数据信息组 控制命令信息组 具体的信息描述的在技术协议中给出 具体的信息描述的在技术协议中给出 2 2 3 3 4 4 软件特点软件特点 2 2 3 3 4 4 1 1 快速体系结构快速体系结构 本系统采用 B S 模式设计三层网络体系结构 浏览器 应用逻辑服务器 数据 库服务器 如图 1 2 图 1 2 系统体系结构 客户浏览器以 WEB 浏览器 如 Internet Explore Netscape 等作为客户端应用的 容器 属于表示层 包含了系统的显示逻辑 由它向 WEB 服务器提出请求服务 WEB 服务器对用户身份进行验证后 与数据库服务器进行交互 通过 HTTP 协议把 相关内容返回给客户端 客户浏览器把接收到的主页内容显示出来 2 2 3 3 4 4 2 2 客户端零配置客户端零配置 B S 结构极大地简化了客户机的工作 真正实现了瘦客户机模型和客户端零配 客户端应 用 程 Ado Net 客户浏览器应用程序服务器 IIS XML WebService Ado Net 业务规则 数据库服务器 SQLServer 数据库 XML D ATA 13 94 置 使得维护工作只需在服务器上进行 所以本系统易于管理和维护 由于采用了 多层设计技术 并使用了组件技术 从而方便了开发 使得系统的扩展性极好 2 2 3 3 4 4 3 3 标准 开放的接口协议标准 开放的接口协议 采用标准 开放的接口协议 各系统互联基于以太网 采用标准 开放的协议 如 OPC NetDDE MPEG4 等协议 2 2 3 3 4 4 4 4 系统可扩展性强系统可扩展性强 集团公司调度中心采用标准化数据共享机制 各级间可实现功能扩展的无缝连 接 调度信息处理平台形成可将各类安全 生产系统接入的中枢机构 并通过提供 规范化的接口成为各种智能化应用的基础 2 2 3 3 4 4 5 5 管控一体化管控一体化 综合自动化平台可实现安全 生产各环节参数的自动接入与汇总处理 并能实 现智能化控制方案形成 对现场子系统进行调控 2 2 3 3 5 5 软件功能软件功能 2 2 3 3 5 5 1 1 信息综合功能信息综合功能 为保证综合自动化系统中监控信息的有序流动以及对其进行管理 系统中的接 入组件负责与各子系统以标准的软件接口和信息协议交换信息 系统对各子系统进 行综合分析 分类处理 形成监控信息数据中心 2 2 3 3 5 5 2 2 WEBWEB 浏览功能浏览功能 实时动态图形 系统可将各子系统显示的各类实时动态图形 符合要求的 转换为 HTML 或 XML 供客户通过 IE 浏览 包括 主 副井提升系统实时监控图 井下中央变电所 供配电系统实时监控图 矿井通风系统实时监控图 矿井压风机系统实时监控图 主运输系统实时监控图 安全监测监控实时监控图 110KV 变电站实时监测图 地 面洗煤厂系统实时监控图等 14 94 实时数据表格 可以通过网页浏览各个子系统的监测数据 在网页上访问当前数据和任意时间 的历史数据 报警数据用红色显示 能够声音报警 异常 负漂 溢出等 数据也 用醒目的其他颜色区别显示 支持循环显示 多屏幕显示 如下图 15 94 报警故障记录 可显示各子系统的报警信息 故障信息 并可按单位 类型 持续时间 间隔 和日期等进行组合查询 如图 综合统计报告 系统充分发挥监控信息中心的优势 对各子系统的相关数据进行分类统计 系 统配有专业级的报表控件 可根据用户的权限提供各类统计报表 实现对各子系统 的信息及各类安全生产日报 安全动态班报 安全监测动态 设备安全运行动态等 数据的查询 统计功能 16 94 趋势曲线 可在工作站上通过 IE 浏览器浏览系统趋势曲线 可以在一个坐标内显示多条曲 线 可以放大曲线显示 可以打印曲线 鼠标跟踪显示曲线上每一点的数值和时间 可以用表格方式显示曲线的相应监测数据记录 显示最大 最小和平均值曲线 如 下图 2 3 5 3 数据分级管理数据分级管理 将数据分为矿级数据和局级数据 实现分级管理 实现安全监测数据 设备运 行数据及其他安全信息的分类管理 对超限报警 开关报警数据通过 GPRS 技术 实 现对报警信息的逐级短信报警 2 3 5 4 报表打印功能报表打印功能 17 94 具有报表打印功能 可以按测点 时间 段 矿 班次 报警 异常等各种 方式查询各种表格数据 提供打印预览及打印功能 2 2 3 3 5 5 5 5 事件记录功能 事件记录功能 对所有涉及系统配置操作 对子系统实施控制的操作及一些重要的操作 系统 都进行完整的记录 包括 操作时间 操作者 操作码及描述 节点名等 为系统 的事故追忆及重演提供了重要的信息 2 2 3 3 5 5 6 6 扩展功能 扩展功能 系统采用统一 标准的数据接口采集各生产单位监测监控系统的数据 保证采 集数据的准确性 接口数据具有实时性与可扩展性 满足实时数据的要求 当监测 数据有增 减等变动时 应自动反映到系统中 同时 可将各矿监测系统的数据进 行专业级后处理 作为上一级信息网的信息源 2 2 3 3 5 5 7 7 安全认证功能安全认证功能 系统健壮 抗干扰能力强 容错性好 具有优良的安全验证体系 支持系统的 安全性恢复 支持数据备份 保证系统安全可靠 网页的访问必须通过口令 没有 授权的用户不能查看网页 如下图 18 94 2 42 4 子系统整合方案 子系统整合方案 全矿井自动化系统共集成 24 个监测监控子系统 根据顾桥矿各子系统的控制点 的分布 控制方式及控制对象的不同及采用基于不同技术的控制器的特点 对已定 子系统和待定的子系统的情况分析 设备层的接入方案考虑以下三种接入方式 与子系统控制器联接与子系统控制器联接 对与采用 PLC 控制的子系统 如主副井提升控制系统 通风机控制等 管控 服务器通过以太环网与 PLC 的以太网接口相连 而该 PLC 的 OPC Server 安装在管控 服务器中与自动化平台中的管控服务器进行信息交互 该联接方式须具备两个条件 一是该 PLC 具有以太网通讯模块或可插入以太通讯模块 其次是子系统的控制逻辑 在 PLC 中 而不是在其上位机中 19 94 与子系统主机联接与子系统主机联接 对于煤矿专业性较强的子系统 如安全监控 人员监测及瓦斯抽放系统等 管 控服务器通过以太环网及 OPC DDE FTP 接口协议与该类型的子系统主机相联 与基于与基于 PCPC 的嵌入式子系统联接的嵌入式子系统联接 基于 PC 的嵌入式子系统以其系统结构简单 价格便宜 但功能强大而受到工控 业内人士青睐 该类型的系统近年来在煤矿也得到迅速的发展 如胶带机控制子系 统 工作面顺槽控制系统等都是采用该类型的系统 因其核心就是安装嵌入系统的 计算机 管控服务器通过以太环网及 OPC DDE FTP 接口协议与该类型的嵌入 PC 相联 20 94 以上三种方式的接入组件已在黄陵矿区 鲁能上榆泉矿黄陵矿区 鲁能上榆泉矿的全矿井综合自动化项 目中使用 其实时性 可靠性均达到设计的要求 2 2 4 4 1 1 电力调度系统电力调度系统 电力调度子系统根据区域和控制要求的不同 设计三个区域调度分中心 地面 110KV 变电所分中心 地面各车间 10KV 变电所分中心 井下变电所分中心 每个分 中心设一台专业操控站 整个电力调度系统设一台浏览站并兼作备用站 各分中心 的开关柜通过所支持的接口 RJ45 RS485 就近接入环网交换机 设在调度中心的分中 心操控站通过环网与各自所管理的开关柜进行数据的交互 管控服务器通过 OPC DDE 接口从各分中心的专业操控站获取数据并可发布命令 21 94 2 4 2 副井提升监控系统副井提升监控系统 副井提升为西门子 S7 400 的 PLC 系统 具备上位机 推荐的接入方案为 PLC 通过以太网通讯模块挂接在环网上 在调度中心的管控服务器上安装 S7 400 的 OPC Server Softnet 而管控服务器上的接入组件通过该 OPC Server Softnet 实现与 PLC 的信息交互 如果 PLC 联接的条件不满足 则采用备用方案 该系统的上位机通过以太网接 口挂接在环网交换机上 上位机软件 通常为组态软件 通过 OPC Server Softnet 软件接口与管控服务器上的接入组件相联 该子系统的信息与管控服务器实现交互 以实现在矿调度室对副井提升系统各工况参数的监控 2 2 4 4 3 3 压风机自动控制系统压风机自动控制系统 压风机自动控制系统的电控由西门子 S7 300 的 PLC 完成 系统具备上位机 推荐的接入方案为 PLC 通过以太网通讯模块挂接在环网上 在调度中心的管控服务 器上安装 S7 300 的 OPC Server Softnet 而管控服务器上的接入组件通过该 OPC Server Softnet 实现与 PLC 的信息交互 如果 PLC 联接的条件不满足 则采用备用方案 该系统的上位机通过以太网接 口挂接在环网交换机上 上位机软件 通常为组态软件 通过 OPC Server Softnet 软件接口与管控服务器上的接入组件相联 该子系统的信息与管控服务器实现交互 以实现在矿调度室对压风机自动控制系统实时控制 西门子现场控制PLC OPC 管控服务器 副井提升控制PLC 工业以太环网 22 94 2 2 4 4 4 4 矿井日用消防水子系统矿井日用消防水子系统 矿井日用消防水子系统的电控由西门子 S7 300 的 PLC 完成 系统具备上位机 推荐的接入方案为 PLC 通过以太网通讯模块挂接在环网上 在调度中心的管控服务 器上安装 S7 300 的 OPC Server Softnet 而管控服务器上的接入组件通过该 OPC Server Softnet 实现与 PLC 的信息交互 如果 PLC 联接的条件不满足 则采用备用方案 该系统的上位机通过以太网接 口挂接在环网交换机上 上位机软件 通常为组态软件 通过 OPC Server Softnet 软 件接口与管控服务器上的接入组件相联 该子系统的信息与管控服务器实现交互 以实现在矿调度室对矿井日用消防水子系统实时控制 2 2 4 4 5 5 主井提升监控系统主井提升监控系统 主井提升为西门子 S7 400 PLC 系统 具备上位机 推荐的接入方案为 PLC 通 过以太网通讯模块挂接在环网上 在调度中心的管控服务器上安装 S7 400 的 OPC Server Softnet 而管控服务器上的接入组件通过该 OPC Server Softnet 实现与 PLC 的信息交互 如果 PLC 联接的条件不满足 则采用备用方案 该系统的上位机通过以太网接 OPC 管控服务器 压风机控制PLC 工业以太环网 OPC 管控服务器 日用消防水系统控制PLC 工业以太环网 23 94 口在环网交换机上 上位机软件 通常为组态软件 通过 OPC Server Softnet 软件 接口与管控服务器上的接入组件相联 该子系统的信息与管控服务器实现交互 2 2 4 4 6 6 地面排矸子系统 地面排矸子系统 地面排矸子系统由两个各自独立的系统组成 一是推车翻罐系统 二是矸石山 提升系统 现分别简述两个系统接入环网的方式 推车翻罐系统的控制由西门子 S7 300 PLC 系统完成 无上位机 推荐的接入方 案为 PLC 通过以太网通讯模块挂接在环网上 在调度中心的管控服务器上安装 S7 300 的 OPC Server Softnet 而管控服务器上的接入组件通过该 OPC Server Softnet 实现与 PLC 的信息交互 矸石山提升系统的控制由三菱 PLC 完成 具备上位机 推荐方案为该系统的上 位机通过以太网接口挂接在环网交换机上 上位机软件 通常为组态软件 通过 OPC Server Softnet 软件接口与管控服务器上的接入组件相联 该子系统的信息与管 控服务器实现交互 2 2 4 4 7 7 锅炉房子系统 锅炉房子系统 锅炉房子系统的电控系统选用 1 套天津中环自动化公司的 DCS 系统 具有上位 机 推荐方案为该系统的上位机通过以太网接口挂接在环网交换机上 上位机软件 OPC 管控服务器 工业以太环网 排矸系统控制器排矸系统上位机 OPC 管控服务器 主井提升控制PLC 工业以太环网 24 94 通常为组态软件 通过 OPC Server 软件接口与管控服务器上的接入组件相联 该 子系统的信息与管控服务器实现交互 2 4 8 待定子系统 待定子系统的接入方案原则上须符合 2 4 中所描述的三种接入方式的一种 如果 有特殊的接口和协议 也可进行个案设计 以求达到最佳实施和运行效果 对于今后实施的待定子系统 推荐采用以本安型的嵌入式对于今后实施的待定子系统 推荐采用以本安型的嵌入式 PC 控制器核心 以控制器核心 以 现场总线为基础所构成的系统 这种系统的模式 是现代计算机技术 网络技术和现场总线为基础所构成的系统 这种系统的模式 是现代计算机技术 网络技术和 现代控制技术等领域近年来不断发展所催生的产物 代表着未来控制系统 特别是现代控制技术等领域近年来不断发展所催生的产物 代表着未来控制系统 特别是 在类似煤矿应用场合的控制系统的发展方向 在类似煤矿应用场合的控制系统的发展方向 在子系统内部信息种类相对单一的场合 现场总线具有足以发挥它响应快 实在子系统内部信息种类相对单一的场合 现场总线具有足以发挥它响应快 实 时性好等独特的优势 相对时性好等独特的优势 相对 PLC 实线连接方式 现场总线具有电缆用量小 连接方实线连接方式 现场总线具有电缆用量小 连接方 便 控制范围大的优势 特别适合煤矿空间位置狭长场合的使用 尤其是可和各种便 控制范围大的优势 特别适合煤矿空间位置狭长场合的使用 尤其是可和各种 智能传感器 执行器之间的完美连接 可将智能设备的功能得到充分的发挥 智能传感器 执行器之间的完美连接 可将智能设备的功能得到充分的发挥 作为控制主机的本安型嵌入式作为控制主机的本安型嵌入式 PC 控制机 与控制机 与 PLC 相比 在人机界面 网络功相比 在人机界面 网络功 能 计算功能 控制策略多样性 软硬件的可裁剪性等方面具有明显的优势 特别能 计算功能 控制策略多样性 软硬件的可裁剪性等方面具有明显的优势 特别 适合形成各种专用控制机 使得其专用功能 进行效率 可靠性和实用性大为提高 适合形成各种专用控制机 使得其专用功能 进行效率 可靠性和实用性大为提高 特别是本安化的优势 在煤矿中尤为突出 特别是本安化的优势 在煤矿中尤为突出 这类系统特别适合构成井下胶带输煤控制子系统 工作面设备控制子系统 井这类系统特别适合构成井下胶带输煤控制子系统 工作面设备控制子系统 井 下排水子系统 井下变电站监控子系统以及区域综合监控站等 下排水子系统 井下变电站监控子系统以及区域综合监控站等 2 4 9 操作站的安排 调度中心设计三排操作台如下图所示 OPC 管控服务器 锅炉房DCS系统 工业以太环网 DCS系统上位机 25 94 第一排为主控区 设 12 台操控站 其中原煤系统 3 台 通风安全监测 2 台 电 力 2 台 工业电视 1 台 井下排水 1 台 副井提升 1 台 选煤外运系统 1 台 1 台 备用 第二排为辅控区 设 10 台操控站 其中抽风机 瓦斯抽放 1 台 井下降温 注 氮系统 1 台 辅助运输 1 台 排矸系统 1 台 选煤厂 1 台 人员跟综 1 台 压风机 锅炉 1 台 水处理及消防 1 台 第三排为系统维护区 设 8 台工程师站 每个功能区配 1 台工程师站或备用站 3 3 系统的安全设计 系统的安全设计 人们在得益于信息革命所带来的新机遇 享受新技术带来的便利的同时 也不 得不面对信息安全问题的严峻考验 通过网络传递的信息会不会被截获和篡改 网 络另一方的人的身份是否真实 等等这些信息安全问题已经引起了各部门 各企业 以及每个互联网用户的重视 系统安全是关系到系统正常运行的关键 本信息管理 系统从以下几个方面保证信息安全 3 13 1 用户认证管理用户认证管理 系统根据用户对数据的不同需求 将用户分成若干个工作组 不同的工作组有 不同的权限 服务器根据用户输入的标识和口令 确认其为合法用户后 根据其权 26 94 限开放相关子系统供其查询和操作 从而阻止非法用户对系统的 侵入 3 2 防火墙技术 系统对接入的宽带网安装防火墙 以阻止外来黑客的非法入侵 3 3 数据备份 数据备份可用两台数据库服务器加一台磁盘阵列柜实现数据的冗余 3 4 网络防病毒技术 网络病毒是网络安全运行的大敌 由于网络病毒的形式很多 对系统 文件 磁盘操作构成威胁 直接影响网络