泰山隆安煤矿综合信息化方案v0.01.doc

泰山隆安煤矿综合信息化方案泰山隆安煤矿综合信息化方案 2012 8 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司第 1 页 目目 录录 1总体概述总体概述 1 1 1项目概述 1 1 2设计依据 1 1 3设计原则 4 1 3 1高可靠性 4 1 3 2高互联性 5 1 3 3高覆盖性 5 1 3 4高可视性 5 1 4建设目标 6 1 5设计思路 7 1 6总体架构 8 1 6 1系统结构 8 1 6 2实施规划 9 1 6 3建设要求 10 1 7关键支撑技术 11 1 7 1管理信息系统支撑技术 11 1 7 2全集成自动化支撑技术 12 1 7 3管控一体化集成技术 14 2矿井网络系统矿井网络系统 16 2 1工业网络系统设计 16 2 1 1工业网络需求 16 2 1 2设计目标 16 2 1 3网络技术选择 17 2 1 4工业网络系统设计 18 2 1 5工业网络系统可靠性设计 19 2 1 6工业网安全隔离设计 21 2 1 7网络管理 22 3调度中心设计调度中心设计 23 3 1总体要求 23 3 2软件技术指标 23 3 3设备技术要求 24 3 3 1大屏显示系统 24 3 3 2服务器技术要求 26 3 3 3工作站配置要求 27 3 3 4光纤通道磁盘存储柜配置要求 28 3 3 5服务器机柜配置要求 28 3 3 6安全设备配置要求 28 3 3 7打印机 28 3 3 8不间断电源 UPS 系统 28 4网络传输平台设计网络传输平台设计 29 4 1总体要求 29 4 2系统拓扑图 29 4 3传输介质与传输设备技术指标 30 4 4系统的安全体系 32 4 4 1系统安全 32 4 4 2操作系统安全 32 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司第 2 页 4 4 3文件系统安全 32 4 4 4数据库安全 33 4 4 5系统冗余安全 33 5调度指挥中心装修及机房建设调度指挥中心装修及机房建设 34 5 1调度指挥中心装修 34 5 2防雷 安全接地系统 36 5 2 1防雷系统设计 36 5 2 2接地系统设计 36 5 3机房监控系统 38 6系统平台设计系统平台设计 40 6 1总体要求 40 6 2功能要求 40 6 3接入要求 46 6 4硬件接入方式 46 6 5软件接入方式 47 6 6子系统建设和接入要求 47 6 7机电设备接入要求 49 6 8综合自动化子系统接入 50 6 8 1安全监测系统 50 6 8 2视频监控系统 53 6 8 3井下人员 车辆定位管理 57 6 8 4调度电话系统 63 6 8 5井下无线通讯系统 70 6 8 6数字语音广播系统 72 6 8 7井下避难硐室监控系统 76 6 8 8矿井压风监控系统 82 6 8 9井下供水供液监控系统 83 6 8 10地面 井下电力监控系统 83 6 8 11顶板压力监测系统 85 6 8 12主通风机监控 87 6 8 13井下胶带运输监控系统 89 6 8 14井下排水监控系统 92 6 8 15瓦斯抽采监控系统 94 6 8 16束管监测系统 94 6 8 17综采工作面监控系统 96 6 8 18污水处理监测系统 98 6 8 19电子磅房监控 98 6 8 20高清视频会议系统 98 6 8 21一通三防管理系统 106 6 8 22供电系统监控 107 7工程施工 售后服务及培训工程施工 售后服务及培训 110 7 16 1 工程施工 110 7 26 2 售后服务 110 7 36 3 培训 110 8备品备件和专用工具备品备件和专用工具 111 8 1备品备件 111 8 2专用工具 111 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 1 页 1 总体概述总体概述 1 1项目概述项目概述 我国煤矿安全生产 十二五 规划中表示 随着信息化技术的飞速发展和在煤矿 中的广泛应用 特别是针对煤矿安全生产的管理来说 各种影响煤矿安全的不利因素 都得到了有效控制 使煤矿的安全生产管理有了质的飞跃 真正为实现 安全第一 预防为主 综合治理 方针奠定了坚实基础 但是由于我国煤矿生产的安全基础仍然 薄弱 煤矿灾害日趋严重 所以仍要高效稳定增强煤矿安全生产的技术支撑与保障能 力 因此大力加强建设安全生产信息化技术依然是规划中的一个重要部分 本技术方案书正是积极响应 国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知 和 国家煤监局关于建设完善煤矿井下安全避险 六大系统 的通知 的要求 针对 泰山隆安煤矿的实际情况而进行的安全生产信息化建设规划 提出了该系统及其附属 设备的功能设计 结构 性能等方面的整体技术要求 对整个系统进行统一的规划和 整理 从而保证系统分步有序的实施 进行构建出一个完整的 先进 安全 可靠 实用的智能化安全矿山 1 2设计依据设计依据 从矿井的用途和实际出发 把安全放在第一位 矿井综合自动化系统设备的设计 和制造应符合适用的中国最新版国家标准 GB 或在国际范围内被接受的具有不低于 下列标准的标准 井筒中和井下只准使用防爆设备 矿井综合自动化系统的设计和制造应执行最新版国家标准 GB 和行业标准 煤矿安全规程 2006 年 7 月 1 日起施行 煤炭工业矿井设计规范 2005 煤矿安全装备基本要求 煤矿安全生产监控系统通用技术条件 煤矿安全监控系统使用与管理规范 煤矿监控系统总体设计规范 煤矿监控系统性能测试方法 煤矿监控系统中心站软件开发规范 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 2 页 煤矿井下采掘作业地点气象条件卫生标准 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求 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 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 爆炸危险场所安全规定 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 1 7 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 矿井通风及安全装备标准 AQ6201 2006 煤矿安全监控系统通用技术要求 MT T1004 2006 煤矿安全生产监控系统通用技术条件 MT T1005 2006 矿用分站 MT T1006 2006 矿用信号转换器 MT T1007 2006 矿用信息传输接口 MT T1008 2006 煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求 防治煤与瓦斯突出细则 矿井防灭火规范 矿山安全条例 煤炭工业信息化 十一五 发展规划 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 煤炭工业给排水设计规范 室外给排水设计规范 软件开发规范 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 3 页 CSTA 179 180 协议 计算机软件可靠性和维护性管理 计算机软件质量保证计划规范 中华人民共和国公共安全行业标准 信息技术设备包括电气设备的安全规范 煤炭洗选工程设计规范 GB 50359 2005 煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要 试行 电子计算机房设计规范 电子计算机场地通用规范 GB T 2887 2000 信息技术设备包括电气设备的安全规范 中华人民共和国公共安全行业标准 安全技术防范规范工程程序技术规范 闭路电视系统工程技术规范 建筑电气设计规范 电气装置安装工程施工及验收规范 通用用电设备配电设计规范 93 智能建筑设计标准 2000 建筑物防雷设计规范 94 中华人民共和国消防法 建筑设计防火规范 建筑内部装修设计防火规范 建筑工程消防监督审核管理规定 火力发电厂与变电所设计防火规范 自动喷水灭火系统设计规范 建筑灭火器配置设计规范 火灾自动报警系统 用户终端设备耐过压和过电流能力规范 建筑物防雷设计规范 GB50057 94 2000 年版 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343 2004 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 4 页 电力设备过电压保护设计技术规程 GB64 83 电子设备雷击保护导则 GB7450 87 IEC 61312 1 雷电电磁脉冲的防护 第一部分 通则 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 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 信号防雷 所选产品性能指标 1 3设计原则设计原则 1 3 1 高可靠性高可靠性 软件软件 系统平台软件选用经过国家认证机构登记注册的成熟平台软件 并有过同类 型矿井成功应用案例 使生产监控应用软件在安全可靠的平台下开发和连续 运行 生产综合监控系统接入各子系统通信接口协议和数据格式 要求具有国际标 准性 开放性和成熟性 使系统接入的子系统通信畅通无阻 保持生产监控 系统连续运行 中央综合监控系统操作站人机界面中 监控数据整体响应品质要求更新速度 小于 2 秒 含子系统响应时间 画面更新速度小于 3 秒 管理信息系统具有高稳定性和数据安全性 硬件硬件 生产监控系统设备选用适合矿井恶劣环境下的工业性产品 防爆环境下选用 国家煤矿安全认证产品 基于可靠性理论 生产监控系统核心设备考虑冗余配置 保证关键设备单点 故障时建立快速切换机制 不影响主要生产系统运转 生产监视与控制系统考虑降级操作方式 当意外事故和灾害发生时能够有效 组织和恢复生产 故障诊断及故障对策故障诊断及故障对策 对接入生产综合监控系统进行监控的各个子系统设备 要求供应商具有提供 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 5 页 子系统故障诊断信息和故障对策的能力和相应模块 便于综合监控系统实时 掌握子系统详细运行状态 及时发现隐患和排除故障 保证设备运转率并满 足生产计划要求 生产子系统的关键控制设备要求提供平均无故障时间 MTBF Mean Time Between Failure 和平均故障修复时间指标 MTTR Mean Time To Repair Recover 便于综合监控系统统计生产整体可靠性和可用性指标 评 价建成后系统的运转率和可维护性 注注 1 MTBF 平均故障时间 一般指产品在两次故障之间的平均时间间隔 作为 产品的平均寿命的指标之一 注注 2 MTTR 平均维修时间 一般指产品的故障维修所需的平均修复时间 作 为产品可维修性的衡量指标 1 3 2 高互联性高互联性 全矿建立统一的系统互联标准 便于中央监控系统平台实现高度集成以及易 于维护 要求生产监控系统平台实现集自动化控制数据 语音 视频于一体化综合监 控功能 建立生产事件与多媒体信息联动的功能 消除自动化系统与多媒体 系统之间 孤岛 状态 要求管理信息子系统之间以及与一体化监控系统之间信息无缝衔接 形成管 控一体化信息系统 1 3 3 高覆盖性高覆盖性 与生产运行有关的所有子系统集成到综合监控系统平台或信息化平台中 形 成信息互联和跨子系统资源共享的数据流以及实现相互之间的联动功能 生产自动化综合监控系统为信息化系统提供必要的管理数据 因此在规划生 产自动化监控系统的同时 考虑信息化系统建设时所需采集的基本信息 如 满足信息化生产产量统计 能源消耗 设备管理 人员管理 井下车辆管理 等数据采集需求 管理信息系统覆盖安全生产相关的关键管理信息 能够为管理者提供辅助决 策依据 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 6 页 1 3 4 高可视性高可视性 生产监控系统可视性包括视频画面展示系统和人机界面展示系统 视频系统应覆盖井上 井下主要生产环节 能够清晰地实时监视展示现场实 际场景和动态 通过操作站也能够自由调用历史回放画面 便于查找历史状 态 生产综合监控系统平台与所有互联子系统都要建立相关子系统的二维详细流 程监控画面 要求各个子系统能够提供尽可能详细的设备运行状态 参数 包括子系统正常和故障状态和参数 便于操作人员及时掌握生产与设备运 行情况 在运行故障时能够掌握具体故障原因 及时提出维护维修对策 迅 速恢复生产 达到提高生产运行效率的目的 系统平台应实现矿井巷道三维浏览 漫游等功能 通过现场设备运行状态数 据采集 在三维浏览画面中能够反映设备种类 安装位置 包括关键移动设 备的移动位置 设备主要运行状态 并通过鼠标点击画面能够展开系统监控 画面二维详细画面 如点击井下摄像机图标时 操作站展现该摄像机的实时 视频图像 结合井下人员跟踪系统 胶轮车定位系统数据采集 能够实现动 态移动物体跟踪和历史轨迹回放功能等 结合瓦斯和通风监测系统采集数据 展示矿井三维巷道通风流量 压力数据以及有害气体实时分布状态 便于操 作人员掌握井下通风全局情况 1 4建设目标建设目标 泰山隆安煤矿综合信息化系统是围绕 三化 矿井目标架构的矿级综合管理信息平 台 涉及到生产设计 生产管理和生产监控等方面 是支撑矿井生产运营的管理手段 其目的是加强矿井安全生产执行过程的 人 环境 设备 三个关键方面的管控结合 实现 管理信息化 生产自动化 装备现代化 具体目标为 1 构建矿井安全生产一体化集中管控信息平台 构建矿井安全生产一体化集中管控信息平台 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 实现矿井生产决策 安全生产执行管理和监测控制等信息的有机集成 实现矿 井安全生产集中监视 集中控制 集中指挥 2 提高安全生产保障能力 支撑自动化 少人化煤矿生产模式 提高安全生产保障能力 支撑自动化 少人化煤矿生产模式 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 7 页 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 实现现场生产过程的动态实时监控与各种调度指挥手段的紧密结合 强化生 产调度指挥的实时性 联动性 准确性 3 构建上传下达 信息及时共享的网络化管理平台 提高管理沟通效率 实现 构建上传下达 信息及时共享的网络化管理平台 提高管理沟通效率 实现 业务流程化信息管理 提高精细化控制程度 使管理业务流程化信息管理 提高精细化控制程度 使管理 透明化透明化 强化各职能业务管理者 各层级管理者的责任 通过动态的信息跟踪记录 可以 追溯相关生产问题的处理过程 明确监督各环节 为精细化管理改进提供依据 4 实现管理信息与监控信息的集成共享 构建可视化管理平台 强化各级管理 实现管理信息与监控信息的集成共享 构建可视化管理平台 强化各级管理 层面向生产运行实时信息的管理决策及时性 科学性 层面向生产运行实时信息的管理决策及时性 科学性 5 对于已有的子系统 可通过协议的转换以融积木的方式融入全矿井综合自动 对于已有的子系统 可通过协议的转换以融积木的方式融入全矿井综合自动 化系统 待建的子系统在建设时需充分考虑系统的统一性 保证各个子系统能无缝接化系统 待建的子系统在建设时需充分考虑系统的统一性 保证各个子系统能无缝接 入全矿井综合自动化系统 入全矿井综合自动化系统 1 5设计思路设计思路 在保证安全的前提下 建设一整套具有泰山隆安煤矿管理特色 实用 易用 可 靠的基于物联网技术的自动化集成系统 形成数据 视频 语音三网合一的监 管 控一体化的矿井 搭建以安全生产为中心 物联网技术为基础的煤矿自动化集成系统平台 自动化 集成系统平台由地面调度中心 企业信息网 工业控制环网和设备控制层组成 可实 现矿井主要生产环节如 原煤主运输 地面生产系统和辅助安全 生产系统的集中监 控等 建设并完善生产子系统 包括胶带输送监控系统 主提升监控系统 主通风在线 监测系统 电力监控系统 供排水系统在内的煤矿生产 安全的自动化集成管理体系 实现整个矿井的安全 生产的精细化管理 构建 管控一体化 的本质安全型矿井 以泰山隆安煤业生产管理活动流程为基础 通过应用软件的使用 对煤矿现行工 作流程进行整理 将日常办公 生产活动 财务 安全管理等体系建立在一个具有保 障运行 访问安全可靠的信息集成管理平台 实现煤业公司的经营管理 生产管理 安全管理等信息的有机集成 有效地支持公司领导的管理控制和决策指挥 实现在矿井调度指挥中心集中监测井下环境参数 利用现金的技术和合理的方案 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 8 页 及时有效的发现井下灾害并进行集中控制 减少安全事故 提高安全因数 保障生产 安全 减少资源浪费 从而增加经济效益 通过自动化 信息集成系统的建设 实现井下变电所 通风机房 综采工作面 胶带输送系统的无人值守 或少人值守 减少入井人员 从根本上改变煤矿用人多 效率低的固有模式 达到减人增效和提高矿井安全水平的目的 1 6总体架构总体架构 煤炭企业面临发展机遇 企业规模和产能急剧扩张 需求逐步呈现多元化扩展 组合型管理代替单一管理成为主流 信息化建设的迫切性也明显加剧 煤炭企业信息 化建设已从以前单点 分散 部门分割的系统状态进入了集中管理 更强调信息资源 共享的阶段 开始追求建立以信息化 自动化 网络化 智能化和可视化为特征的 智能化安全矿山 其最终着眼点是希望通过信息资源充分整合 系统协调发展 能够显著提升企业的管理决策水平 时效性和竞争力 1 6 1 系统结构系统结构 本系统采用分层 分布式结构 软件系统采用最普遍的C S结构 网络通讯采用 TCP IP协议 整个系统由系统层 终端设备层 网络层组成 系统层 主要由监控中心的系统平台软件 计算机系统 显示系统 网络安 全设备 辅助设备组成 该层根据终端设备层提供的信息 实现各系统实时 监视 自动化监控 人机接口 记录及统计 数据库管理以及各类高级应用 等功能 终端设备层 主要由各类传感器 PLC 智能终端 专业控制系统及相应通讯 终端设备等组成 该层负责采集各类信息 并执行各类指令 网络层 两层间通过通讯网络层连接 通讯网络层包括通讯设备 光缆 通 讯电缆及备用电源设备组成 该层主要负责信息的上传下达 为系统层及终 端设备层提供通讯通道 系统结构详见下图 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 9 页 1 6 2 实施规划实施规划 项目的建设原则 总体规划 分步实施 项目的建设原则 总体规划 分步实施 按公共部分 工作面部分 各子系统分类分步实施 优先建设公共部分的基础子 系统如环网子系统 供电监控子系统 调度大屏系统等 及关键专业子系统包括安监 人员管理等六大系统 建立综合监控平台 然后根据项目推进情况 逐步上齐各个子 系统 第一阶段 完成公共部分的基础设施建设 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 10 页 网络传输平台 供电监控子系统 调度大屏系统 视频会议系统 网络传输平台及供电监控子系统应着眼于现在及将来 立足于在整个项目范围内 统一规划 一次性将所有子系统所需的网络以及线缆敷设到位 并预留好接口 减少 重复建设 降低投入及维护量 简化后期的子系统建设工作 第二阶段 完成关键子系统的建设 矿井综合自动化系统平台 监测监控系统 人员定位系统 紧急避险系统 避难硐室 压风自救系统 供水施救系统 通信联络系统 调度电话 语音广播 无线通讯 上述系统的建设会直接影响生产运营 且与生产作业直接相关 属于其保障系统 在本项目中已经建设完成 需要集成到综合信息化平台中来 第三阶段 完成其他子系统建设 综采工作面监控系统 胶带运输控制及保护系统 矿压安全监测系统 通风机监控系统 污水处理监控系统 磅房称重系统 其他子系统 1 6 3 建设要求建设要求 全矿井综合自动化系统平台由软件集成和网络传输部分组成 集控中心服务器与 井下子系统通过标准的数据交换方式 如 OPC 等 进行数据通信与采集 并对数据进 行有效综合集成 将实时 历史及综合的数据形成生产调度信息 分析后为管理层提 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 11 页 供决策依据 专业操作员根据相关信息对各系统进行操作 从而实现监 管 控一体 化 基本功能如下 在物理上和逻辑上充分考虑硬件和软件冗余 确保网络的安全 当某子系统的通讯或元器件出现故障时 不影响整个网络传输性能 硬件设备选型须符合国家和行业标准 下井设备应取得 MA MA 认证 井下设备须考虑防爆 防尘 抗高温潮湿和电磁干扰等要求 地面设备考虑 防雷和抗电磁等干扰 集控中心能实时 准确的采集到子系统的工况及环境参数 并以图表的形式 表现出来 实现监控与控制 系统可靠 稳定性强 界面友好 操作简单 维护方便 考虑先进性 安全性 可靠性 实用性和兼容性 做到系统可靠运行 易扩 展 升级 易与异构子网互联 实时显示监控点的状态与数据 设备故障或监测量超限时 专业子系统与集控平台同步显示故障设备名称 报警点及数值 并将故障报警信息存入数据库 供统计分析 系统实现信息高度集成 自动化 管理信息 视频集成 建立综合历史数据库 实时写入数据 为统计分析提供依据 实现各子系统间的关联分析 联控功能 保障系统的网络安全 应用安全 数据安全及供电安全 1 7关键支撑技术关键支撑技术 1 7 1 管理信息系统支撑技术管理信息系统支撑技术 管理信息化应用系统采用当前公认的具有先进技术理念的 基于框架的 构件化 的 一站式服务的三层或多层架构 这一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 在这一思想指导下 系统将设计成一个基于将 JAVA J2EE Web 应用系统 在构 架结构上采用三层或多层构架结构 可以满足系统的缩放性 安全性 可访问性 重 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 12 页 用性及可维护性的要求 图 管理信息系统技术架构图 这样的体系结构适合大规模配置的应用系统 而在中间层的业务逻辑不取决于客 户端 极大地提高了系统的效率 这些业务逻辑共享数据库连接 可以使大量的用户 有机会使用系统 这样增加的是用户数量而不是数据库的连接数量 不会影响服务器 的工作效率和增加系统的负担 1 7 2 全集成自动化支撑技术全集成自动化支撑技术 OPC 技术在泰山隆安煤矿生产自动化控制子系统中的统一作用技术在泰山隆安煤矿生产自动化控制子系统中的统一作用 OPC 即用于过程控制的 OLE 部件对象连接与嵌入 是一种基于 OLE 的通信 标准 它包括一整套接口 属性和方法的标准集 用于过程控制和制造业自动化系统 OPC 标准的关键在于它提供了一种可开发的 高效的通信机制 煤矿生产具有现场环境复杂 条件恶劣 地域覆盖面大 生产系统多 存在各监控子 系统异构且相互独立又互相制约等特点 OPC 规范正是解决当前煤矿监控系统数据分 散 自成体系问题的 对症良药 只要每个厂家的设备都遵循该规范 并提供相应地符合此规范的设备驱动程序 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 13 页 则不仅各厂家的监控设备之间可相互兼容 而且 由于 OPC 规范提供了客户与服务器 之间进行数据通讯和交换的通用工业标准机制 通过 OPC 接口 各 OPC 客户 应用软 件 和 OPC 服务器 设备 数据库 之间形成了即插即用的链接关系 而不依赖于软件和 设备的特定属性 客户和服务器可无缝地交换数据 上层的管理系统通过 OPC 也能 够获取各种现场设备 生产控制的数据 而且不需要随着设备的更新而不断更新软件 大大降低了整体成本 通过 OPC 现场设备 生产控制和上层安全生产管理系统及经 营管理系统均可以共享信息 为实现煤炭企业的信息集成奠定了基础 OPC 作为一项逐渐成型的技术已得到国内外厂商的高度重视 许多公司都在原来 产品的基础上增加了对 OPC 的支持 由于统一了数据访问的接口 使控制系统进一步 走向开放 实现信息的集成和共享 用户能够得到更多的方便 OPC 技术改变了原有 的控制系统模式 给国内系统生产厂商提出了一个发展的机遇和挑战 符合 OPC 规范 的软 硬件也已被广泛应用 世界知名 PLC DCS 系统 OPC SERVER 软件已经有 130 多种 也给煤矿生产自动化提出了更好解决集成问题的途径 现场总线技术现场总线技术 现场总线 Fieldbus 是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线 它主要解决工 业现场的智能化仪器仪表 控制器 执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场 控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 由于现场总线简单 可靠 经济实用 等一系列突出的优点 因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视 现场总线有以下优点 1 一对 N 的结构 一对传输线 可以对应多台现场数字仪表 也可采用多种网络 拓扑结构 简化了工程设计 降低了工程费用 2 现场总线采用数字信号传输 3 实现远程监控 4 综合多种功能 以微处理器为基础的数字仪表具有多种功能 另外数字调节阀 直接从现场总线接收数字调节信号 在现场总线上就可以构成回路 把原来的 DCS 站 的功能下放到现场仪表 实现彻底的分散 提高系统的可靠性 集成化的通讯平台集成化的通讯平台 所有的部件之间的数据交换可以畅通无阻 因为现场总线和工业以太网提供了通 用的数据通道 无论是控制器 人机界面 还是工业控制 PC 中都集成了通讯接口程 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 14 页 序 使的通讯连接没有障碍 由于符合开放的标准 即使是第 3 方的设备也可顺利地 接入通讯网络 集成化的数据管理集成化的数据管理 传统的方法是 PLC 网络 人机界面等的组态在一个项目中的彼此独立的 这须 用大量的数据输入和校对的工作 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程效率 降低了工程 的实施难度 集成化的编程组态集成化的编程组态 在功能上满足一个自动化项目从设计 编程 组态 测试开车到操作诊断和远程 维护的全过程 所有的部件都可以有一个软件进行组态 降低用户用于培训的费用 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 1 7 3 管控一体化集成技术管控一体化集成技术 随着信息技术的发展和渗透 生产过程自动化与管理信息化的界限正日趋模糊 生产过程自动化的核心问题正在演变为生产过程的信息化问题 而企业资源计划也越 来越强调 时间 作为企业资源 强调管理的实时性 强调生产过程的实时数据作为企 业重要资源的管理应用 这种 融合 正日趋发展 虽然过去它们分属于不同的领域 但是企业信息化的总 目标 使它们结合起来 这个结合部位就是所谓的管控一体化系统 如下图 图 管控一体化系统示意框图 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 15 页 从生产过程自动化观点出发 强调生产过程数据的 管理 应用 从管理信息化观 点出发 强调面向实时化 这就是现今企业信息化解决方案的重要观点和思路 这也 是 管控一体化系统 的依据 图 管控一体化系统示意框图 企业级管控一体化系统实现目标 企业级管控一体化系统实现目标 实现异构控制系统的数据集成 消除信息 孤岛 实现从管理观点出发 所必要的实时化数据的采集和监控 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 16 页 2 矿井网络系统矿井网络系统 2 1工业网络系统设计工业网络系统设计 2 1 1工业网络需求工业网络需求 泰山隆安煤矿建设安全生产一体化监控指挥平台 克服信息孤岛 形成互相关联 的综合信息化系统 系统之间信息实现共享 实现统一的监测与控制 这将有利于生 产实时调度优化和协调 提升处理突发事件的综合应变能力与应急指挥处理能力 使 各子系统协调运转 合理发挥产能 提高生产效率和安全管理水平 工业网络是建设 安全生产一体化监控指挥平台这一总体解决方案的基础 工业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 工业网络系统整体解决方案不仅要彻底解决自动化系统 孤岛 问题 而且具有高的可靠性 可延展性 企业今后进行的各种自动化改造和新建项目 均可快速 高效地和安全生产一体化监控指挥平台进行无缝连接 各种新数据也可以 被迅速反映到自动化调度指挥中心的数据库中 所有的数据经过数据库的统一管理 数据一旦被输入 在整个系统中都可以使用 集成化的编程组态 实现从设计 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 通过工业网络系统的建设 实现所有不同的独立的子系统的集成 使得避免了重 复的数据采集额外劳动 保证了信息数据的一致性 也使得数据信息能够得到及时共 享和反馈 使企业信息资源和设备资源得以充分发挥 建设工业网络系统系统 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 考虑到企业今后的自动化改造及设备更新 需要选用能够方便更换和扩展接口的 网络交换机 这样 企业今后新增加的地面 井下自动控制系统均可以方便接入综合 自动化控制网络 而无需另外敷设线路或增加网络设施 2 1 2设计目标设计目标 工业网络系统采用千兆工业以太网 按生产关系和地理位置构成逻辑环型网络结 构 将各子系统的主机作为工业以太环网的一个节点 把各现场子系统整合于基于 TCP IP 的工业以太网中 通过 OPC DDE 数据库共享 FTP 文件上传等软件接口完 成各子系统的信息整合 达到在地面调度室对全矿生产及相关环节的集中监控 实现 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 17 页 矿井的管控一体化 2 1 3网络技术选择网络技术选择 作为现代工业控制网络的技术方主要有 工业以太网与现场总线 矿井综合自动 化网络平台设计可采用工业以太网与现场总线两种方案 具体比较详见下表 工业以太网方案与现场总线方案的性能比较 序号序号比较内容比较内容工业以太网方案工业以太网方案现场总线方案现场总线方案 1协议标准 统一且开放的 TCP IP 通讯协 议 便于集成多厂家设备 通讯协议有很多种 集成 多个厂家设备困难 2 与管理网连 接 相同的以太网协议 便于连 接网 协议不同 不易连接管理 网 3带宽 随着技术的发展 工业以太 网速率已达到了 1G 现已有 10G 速率骨干级设备可用 网络速率很慢 只有几十 K 4可维护性 因在商业领域沿用多年 已 为众多的技术人员所熟悉 便于维护 维护不太方便 5组网方式 根据情况可组成多种拓扑结 构 只有总线式一种 6技术发展 支持视频 数据 音频三网 合一 不支持 从上面的比较可知 工业以太网技术具有组网方便 互连性好 带宽高 可维护 性好的特点 现代的大型生产监控管理系统中往往使用到多家厂商提供的多种不同类型的设备 为了达到方便管理 保证系统运行稳定的目的 必须选择一个开放的通信平台 并将 各种不同类型设备的通信统一到这一标准通信平台之上 为保证良好的兼容性和可扩 充性 建议使用以太网 TCP IP 技术作为整个系统的通信标准 如有其他类型的通信 格式 如 RS232 RS485 或其他专用通信接口等等 均可通过协议网关转换为以太网 信息包 在 IP 网络上进行传送 以太网 TCP IP 技术具有以下的优势 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 18 页 随着企业的发展 各种新技术的应用 可以预见 对网络的带宽要求也会越来越 高 比如基于网络的视频监控传输应用和井下设备震动信息数据采集等都需要进 行大量数据的传输 以太网技术具有相当高的数据传输速率 目前已有成功案例应 用于工业环境下的以太网交换机 能提供足够的带宽 能在同一总线上运行不同的传输协议 从而能建立企业的公共网络平台或基础构 架 支持交互式和开放的数据存取技术 沿用多年 已为众多的技术人员所熟悉 市场上能提供广泛的设置 维护和诊断 工具 成为事实上的统一标准 允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构 以太网早期存在不确定性和实时性能欠佳的问题 智能交换机的使用 主动切换 功能的实现 优先权的引入等 基本上得到了解决 通过提高数据传输速率 仔 细地选择网络的拓扑结构 设置服务质量 QOS 等 从而保证数据传输的准确 性和实时性 因此 本设计方案选择工业以太网组网技术作为 我矿综合自动化工业网络系统的技 术选型 2 1 4工业网络系统设计工业网络系统设计 采用基于工业以太网为主的以太网构建矿井综合自动化网络硬件平台 综合自动 化网络技术选用千兆工业环形以太网 通过 Hiper Ring 技术组成环网 构成调度监控 中心网络的骨干冗余层 地面通过千兆工业以太环网交换机 井下通过隔爆千兆工业 以太环网交换机 接入地面和井下的各个子系统 在矿井地面 井下各建立一个环网平台 矿井地面 井下环网分别与调度监控中 心两台核心交换机连接 最终形成一个冗余工业千兆主干环形网的技术方案 充分满 足矿井集成信息数据传输的带宽要求 也为今年后发展提供硬件保证 注 此时两台 工业核心交换机组成 Hiper Ring 环网 两个现场环网基于双机 Coupling 冗余耦合技术 接入两台工业核心交换机 组成全网一致的整体冗余网络 任一单断点自愈时间快于 50ms 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 19 页 2 1 5工业网络系统可靠性设计工业网络系统可靠性设计 2 1 5 1设备可靠性设备可靠性 煤矿行业的特点决定了整个系统必须具有很高的可靠性和可用性 以此保障生产 活动的正常进行和井下工作人员的安全 因此在选型时考虑所选技术在冗余性 出错处理和容错方面的能力 所选的产品 能够适应井下恶劣的工作环境和防爆要求 本方案设计从网络拓扑结构 网络交换机 电源设计等方面 着重体现系统的可 靠性 网络拓扑结构采用环网组网设计 解决单环链路断点保护可靠 稳定 选用国际知名品牌 赫思曼工业网络交换机 可靠 稳定 2台核心交换设备 实现数据的热备与负载均衡 冗余可靠 井下环网交换机使用双电源冗余 为工业设备提供2路供电 同时 配置在 线式UPS电源 提高系统供电可靠性 2 1 5 2链路可靠性链路可靠性 网络通信线路可靠性设计来保证整个网络系统的的传输可靠性 核心交换设备之 间双链路实现热备冗余 环网交换设备使用千兆双链路光纤用于环节点的冗余连接 环网之间使用千兆双链路光纤用于环间耦合冗余连接 调度中心服务器及操作员站使 用双链路连接网络交换设备 整个工业网络平台 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 光缆敷设时 使用多芯单模备份光纤 当其中两芯出现问题时 可以使用其他备 份光纤传输 同时 不定期地派工作人员对通信线路进行安全性的检查 以保证各信 息点访问的畅通 50ms可靠性倒换保护 实现设备单点单链路故障切换 环与环之间双链路连接 实现环环冗余耦合 操作员站 控制主机 服务器双链路连接核心网络设备 光缆芯数冗余设计 备份熔接 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 20 页 2 1 5 3供电可靠性设计供电可靠性设计 综合自动化网络整体设计中 环网交换机的电源供电设计是设计的重要环节 依 据煤矿用电特点和供电稳定可靠原则 提出以下解决方案 地面环网交换机供电设计 根据煤矿用电设计 地面用电是 220V 的交流电 工业以太网交换机所需的是 24V 直流电 因此为每台交换机配置 2 块 80W 的电源模块 将 220V 的交流电转成 24V 直流电 同时 设计 1 路 UPS 不间断供电电源 在有一个电源模块损坏或停电情 况下 交换机设备可正常工作 完全不影响整个工业环网的传输 地面环网交换机供电连接图地面环网交换机供电连接图 井下环网交换机供电设计 根据煤矿用电设计 井下用电是 127V 380V 660V 交流电 同样工业以太网交换 机所需的是 24V 直流电 在电源转换上做如下考虑 部署矿用隔爆兼本安不间断电源 该不间断电源可以适应井下 127V 380V 660V 交流电 变压为 24V 直流电 再连接 到交换机的电源模块 同时 设计 1 路 UPS 不间断供电电源 考虑了交换机的供电模 块的冗余设计 根据井下供电情况 建议井下环网交换机供电采用专用综保供电 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 21 页 图 井下环网交换机供电连接图图 井下环网交换机供电连接图 保证了交换机的双路供电 在有一个电源模块损坏或停电情况下 交换机设备可 正常工作 完全不影响整个工业环网的传输 2 1 6工业网安全隔离设计工业网安全隔离设计 本方案中网络设备采用的赫斯曼工业网交换机全部支持 VLAN 划分 根据自动化 子系统特点 可以将每个子系统划分成独立的 VLAN 即划分核心服务器区 VLAN 子 网和子系统 VLAN 子网 不同子系统 VLAN 子网之间通常情况下禁止访问 各子系 统 VLAN 只能与核心服务器区 VLAN 通信 这样的安全设计可以防止其中一个子系 统通信问题对其它子系统的影响 综合自动化网络采用环网设计 环节点之间光纤如果出现问题 不会影响整个环 网的通信 综合自动化网络核心采用 2 台交换机 服务器系统都配置双网卡 可以保 证服务器与核心交换机相连链路的可靠性 2 台核心交换机配置 VRRP 冗余 任何 1 台核心交换机的宕机对服务器和 VLAN 通信都不会有影响 整个工业网内部署网络防病毒系统 所有服务器和控制上位机均安装网络版防病 毒软件 彻底杜绝网络病毒 工业网络主要实现对整个煤炭生产的实时情况调度监视和查询 对各个重要的设 备进行监视与控制 从网络架构上是一套相对独立的网络 因此与管理网络系统是物 理隔离的 本方案建议采用安全隔离网闸实现工业网络系统和管理网络系统之间的通信问题 安全隔离网闸具有数据迁移型和数据访问型两种工作模式 对数据在应用层细粒度安 全过滤后 以自有协议方式在安全隔离网闸内摆渡 彻底切断了不同安全级别网络间 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 22 页 的任何连接 实现了高安全的隔离和实时的信息交换 2 1 7网络管理网络管理 网管是对整个管理信息网进行规划 配置的工具 它可以实现对所有支持 SNMP 协议的网络设备进行管理 配置 在更改设备配置时只要在网管工作站对相关设备进 行合适配置 通过网管工作站对网络设备进行日常管理 流量统计 故障分析等 方案中工业网络系统所有光纤环网交换机均支持 Web 管理 在网管工作站上使设 备用浏览器 通过光纤环网交换机的管理 IP 地址即可在图形化界面上实现对交换机管 理 配置和状态的观测 而通过光纤环网交换机配套的 Hivision 网络管理软件可以实 现对整个通信网络更加全面的管理 网管软件支持标准的 OPC 2 0 DA 通过上位组态软件实现综合监控平台对网络运 行状态的实时监控 这些实时监控功能主要包括网络设备是否正常工作 网络设备故 障原因 电源 风扇 冗余环 路由冗余 冗余上联等事件的报警 网络接入设备 是否连通性是否正常等一系列监测功能 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 23 页 3 调度中心设计调度中心设计 3 1总体要求总体要求 软件系统 矿井综合自动化系统平台软件 硬件系统 调度监控中心调度大屏 数据服务器 管控服务器 WEB 发布服务器 及视频服务器 短信报警平台 综合调度终端 工程师站 操作员站 辅助设备等 3 2软件技术指标软件技术指标 操作系统操作系统 服务器操作系统采用 Microsoft Windows 2008 Server 企业版 应用于管控 服务器 WEB 发布服务器等 WIN XP 专业版操作系统 主要用于操作员站和工程师站 数据库系统数据库系统 关系型数据库软件 Windows SQL Server2005 标准版 实时数据库软件 TXTS900 实时数据库 平台软件平台软件 适用于矿业领域 可集成矿井各类自动化系统 支持组态 CAD 图形显示 包括平移 缩放和画面整理等 应具备图表 2 维 3 维等多种可视化手段 系统展现形式丰富 系统应同时支持实时数据库和关系数据库 既能够支持如电力故障录波和过 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 24 页 程控制等应用子系统所需的高实时性 同时也具备商业型关系数据库高效率 的复杂查询分析性能 系统应能区分各类消息以及报警 告警 干扰和差错等 系统能通过 Web 发布 利用 IE 浏览器 即能通过互联网 局域网远程监测和 监控自动化系统 系统支持双机热备功能 3 3设备设备技术要求技术要求 3 3 1 大屏显示系统大屏显示系统 总体要求总体要求 调度中心配置 46 DID 液晶拼接屏 数量根据用户的需求而定 数量根据用户的需求而定 以及一块 LED 显示 屏组成屏幕墙系统一套 大屏显示系统是其他所有子系统产生的信息的终端表达设备 一个好的大屏幕显示系统不仅是管理控制中心现代化的形象设备 更重要的是在其他 子系统的支持下 成为日常工作中不可或缺的重要组成部分 大屏幕拼接显示系统包括液晶拼接单元组合墙体 图像控制系统 大屏控制控制 管理软件 接口设备 专用线缆及 3 75 双基色显示屏等组成 序号设备名称 1 46 液晶显示单元 2 显示单元底座 3 图像拼接控制器 4 大屏幕控制管理软件 5 专用工程线缆 6 控制计算机 7 3 75 双基色显示屏 8 42U 机柜 大屏显示系统如下图所示 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 25 页 系统技术要求系统技术要求 DID46 液晶拼接屏 拼接大屏屏顶部为室内 3 75 双基色显示屏一块 显示单元组合系统尺寸 单屏尺寸 46 对角线 1025 7 宽 579 8 高 130 厚 LED 条屏尺寸 根据拼接屏的数量而定 图像控制器 应采用模块化结构 便于扩容 安装与维护 应具有支持至少 72 个屏的扩展 能力 采用专业高速数字总线交换架构和高速多总线并行处理技术 总线带宽不小于 180Gb s 可确保在复杂应用情况下大量各种信号的混合高速显示 图像控制器系统应能兼容各种种类输入信号 包括数字 模拟信号 可兼容任 意种类的视频信号源 包括复合视频 分量视频 VGA DVI HDMI 信号 对 各种输入信号具有相同的拼接能力 信号窗口可以在全屏范围内任意大小 任 泰山隆安煤矿综合信息化方案 南京天溯自动化控制系统有限公司 第 26 页 意缩放 漫游 叠加 单屏 跨屏 全屏显示 3 3 2 服务器技术要求服务器技术要求 1 1 数据服务器配置要求数据服务器配置要求 数据服务器主要用于提供数据库服务 主要功能主要功能 具有稳定可靠的大数据量存储处理能力 快速数据读取和写入性能 性能指标性能