数字化矿山系统总体规划设计

数字化矿山综合解决方案,北京中电久恒科技有限公司2010年7月,系统目录,一、本数字化矿山解决方案产生的背景二、我国煤矿现有系统概述三、设计依据与原则四、系统总体设计五、集成工程实施方案,一、本数字化解决方案产生的背景,我国煤炭行业煤矿是一个巨大的产业，大型企业众多，每年投入大量资金保障安全生产。目前，各大型煤矿大多数已建成包括各类生产、通信、安全保障、销售的瓦斯安全监控系统、井下人员定位系统、产量监控系统、视频监控系统、顶板离层监测系统、电量检测系统(plc)、井下小灵通和程控电话系统、排水系统、皮带集中控制系统(plc)、皮带探伤控制系统(x射线)、风机在线监测系统、洗煤厂的PLC集控系统以及自动装车等子系统。以上系统都是单独运行，分属监控室、生产科、机电科和调度室。还属于第一代的煤矿安全监控系统。不利于安全问题的预防和问题产生后的及时解决。,煤矿安全监控系统经历了几代的发展,第一代-煤矿安全监控系统特点是各监控子系统独立运行，数据单独显示。例如，实现以瓦斯监控为代表的各传感器实时数据显示，报警等功能，且各子系统完全是单独运行；第二代-煤矿安全监控平台系统特点是各监控子系统独立运行，数据集中显示。例如，以工业以太环网为代表，实现各监测子系统的传输层整合，系统独立运行，各子系统数据集中显示在统一的界面，以方便操作与浏览，甚至可以在统一的管理平台下通过功能键切换各子系统。第三代-煤矿安全监控综合联动系统特点是各监控子系统联动运行，依据数据因果关系模型，发现煤矿安全隐患，并及启动应急预案。数据联动、控制联动、过程联动应急预案与事件关联（安监总厅应急(2009)73号生产经营单位生产安全事故应急预案评审指南）,本方案建设内容和目标,根据我公司长期的市场需求调研和对已有系统的分析，本解决方案的建设内容和目标是在煤矿现有系统的基础上，统一规划，分期建设综合自动化系统，实现第三代的矿井安全监控，做到事前有预案，事发有预警，事中有联动，事后有督察。具体目标是：利用现有网络并稍加改造建立各系统与综合自动化系统的数据通道和控制通道，通过桥接实现各系统的互联互通，数据联动，达到在统一界面下的全面矿井安全监控；（一期目标）系统在数据联动的基础上，建立预警预测分析模型，通过关联数据的综合分析及时发现安全隐患，并通过预警或报警的方式给出提示。可以为现场处置提供辅助决策；（一期目标）系统可以编制、存储和管理只涉及设备和子系统的简单联动预案（PLC）；涉及组织资源和安全生产调度的现场处置预案、专项应急预案和综合应急预案，并可以针对发生的安全隐患、应急事件根据各相关部门职责、安全保障设备、系统的功能和现场处置流程自动或手动执行相关控制程序以及调用预案。实现设备、系统和流程的综合联动。（一期目标不包括自动执行，即不实际联动，可将联动指令按建议的方式提供给调度部门）,具体目标（续）系统建立模拟仿真环境，可以对大型预案进行仿真训练，也可以实现对安全生产调度过程和环境、设备状态的仿真，提供具有真实感的可视化信息。（一期目标）搭建能够满足上述应用体系结构和运行的基础系统平台。（一期目标）企业的安全监控是为了保障生产，煤矿的安全隐患和事故也是多发生在生产调度管理过程中，因此，综合自动化系统将集成生产系统，将生产因素纳入安全管理的范畴。建设方法：分步实施、先做模型、征求意见、优化设计、逐步完善、系统开发、安装试运行；生产运行状态分析和如何采取应急措施，积累生产安全案例，提出优化试运行方案；预警系统-自动采取措施和人工采取措施；报警系统-自动采取措施和人工采取措施；人员撤离方案。,项目设计概要,矿井安全监控系统预警预测分析系统综合集成联动系统预案模拟仿真系统安全生产管理系统基础系统平台数据标准化,国内煤矿现有系统概况,本规划设计方案可以集成的现有系统：大部分煤矿涉及的井下12个安全监控系统01瓦斯安全监控系统-监控室02井下人员定位系统-监控室03产量监控系统-监控室04视频监控系统监控室05顶板离层监测系统-监控室、生产科06电量检测系统(plc)-机电科07计量系统核子秤-监控室、生产科08井下小灵通-监控室、调度室09程控电话-监控室、调度室10排水系统(plc)-监控室、生产科11皮带集中控制系统(plc)-监控室12皮带探伤控制系统(x射线)井上系统:13洗煤厂的集控室14轨道衡15地磅16销售票监控系统17ERP办公系统(内外网是隔离的)18外网网站系统(信息发布),设计依据与原则,设计依据有关建设项目的文件煤矿安全生产相关文件用户方提供的有关基础资料有关建设项目的文件,设计原则,应用系统集成系统的建设将遵循安全性与可靠性、先进性、可扩展性、可管理性的原则，同时要吸取其他应用系统建设和运行中的成功经验和成熟技术。应用系统集成工程设计原则如下：可靠性原则先进性原则可扩展性原则可管理性原则经济性原则整体规划、分步实施互联互通、共建共享严格管理、安全保密,建设方法,应用系统集成系统集成包括硬件、系统软件、定制软件以及数据等的综合集成，应用系统集成系统集成的目标是支撑新业务系统定制开发，应用系统集成、统一机构用户目录，统一数据资源目录和统一的权限分配策略，实现交互层、流程层、数据层的集成和服务，即实现应用系统集成系统的综合业务集成以及计算机支撑技术与应用系统的无缝集成。,集成（融合）能力,四、系统总体设计,基于C4ISR理念的总体设计,数据采集,数据采集将透过原有系统的通讯接口或者系统的开放接口与本系统通讯模块进行。通讯连接使用（但不限于）RS-485，RS-232，以太网或者其它通讯方式。极个别情况下，若系统确实需要增加的子系统，可以新建子系统完善，以便于实现整个系统的完整性和实用性（广播系统，实现应急时刻的撤离通知）。对于串口连接的子系统，使用串口服务器进行连接，对于单一串口的设备，采用串口服务器透明转发软并联的技术实现连接。具有串口连接的子系统必须提供相应的串口控制协议。对于网络连接的，在同一网络下经过交换机连接。网络中必须有足够的IP地址供使用。IP连接的子系统必须提供相应开放协议或者开发包。本系统将配置有串口服务器、采集服务器（含数据库）为采集服务。,关联分析,采集的数据存放在采集服务器的数据库中，分析服务器对采集的数据进行实时同步分析。分析策略可以定制和修正。关联分析将在采集数据的基础上进行，参照原有系统数据的有效数据和数据的上下限阀值进行关联性分析。重点保证主要安全隐患关联的数据的关联分析，即从某一数据的变化研究关联趋势的分析研究。将事故发生的预警水平提高，达到安全生产的本质性目的。关联分析的结果将通过网络发布给指定客户端，客户端软件将就分析结果在相应模型中进行展示。关联分析的结果还将用来生成指导性预案，经过修正和研究，最终生成执行性预案。,系统展示和预案,对于“矿井设备表示子系统”展示层面，拟采用三维模型仿真技术，进行煤矿各种设备的标注，实现煤矿安全和生产的动态管理，建立数据因果关系模型，进行数据分析。展示客户端安装在指挥中心或者调度中心。经过采集和关联分析，客户端三维模型中的设备数据将展示在指挥席位或者调度席位。本系统在三维模型中将展示前端各个仪表或传感器的数值、位置、报警阀值；摄像机图像（分屏显示）。后台将设置各个子系统的联动方式、联动策略、数据阀值超越的报警方式和预案关联。任何的采集数据均可查询调用，同时，基于超越阀值的数据升级为事件，升级为事件的数据将关联相应其它数据一并展示。针对有必要关联图像的科目，相对应的图像会自动弹出至当前，以便操作者透过图像进行更多的判断。所有事件级别的数据和图像将按照策略进行统一保存，以便将来追溯查询。上升为事件的同时，系统将给出相应处理的指导性预案。该预案可以人工进行修正。不断的关联和修正将使得预案不断完善。上述的事件与预案回放技术还可以用于培训或者对于安全生产进一步完善研究。从而提高安全生产的整体水平。,应急预案编制,应急预案仿真-复杂的人群疏散仿真,封闭出口2,封闭出口1,转移到楼梯间,系统进程,初期系统做到只监不控，经过反复验证修正，最终实现（二期）煤矿安全综合联动系统的目标。,主要联动子系统,瓦斯爆炸为主线的数据联动集成瓦斯安全监控系统超标关联风系统检测；井下人员定位系统（相关区域）人数统计；顶板离层监测系统数据复核；电量检测系统复核风机用电指标；排水系统数据复核；图像监控系统综合复核。模型中给出危险地段模型位置，告知危险类型和给出处理预案。针对分析确实为危险前兆，透过广播系统（或者其它手段）通知撤离。顶板离层主线的数据联动集成顶板离层监测系统数据超标；井下人员定位系统（相关区域）人数统计；排水系统数据复核；图像监控系统综合复核。模型中给出危险地段模型位置，告知危险类型和给出处理预案。针对分析确实为危险前兆，透过广播系统（或者其它手段）通知撤离。皮带集控的数据联动集成皮带集控数据超标；图像监控系统综合复核。若必要可以增加局部温度检测。模型中给出皮带问题地段模型位置，告知问题类型和给出处理预案。其它联动集成针对超越上述类型的子系统信息集成，将参照上述策略和煤矿生产的特点，形成相应的联动、给出问题模型位置、弹出视频复核和告知问题类型并给出处理预案。,五、集成工程实施方案,采用综合集成技术，进行煤矿各应用系统的数据采集、关联分析、形成现场处置预案、专项应急预案、综合应急预案，进行煤矿安全生产各子系统的联动控制。针对当前主要解决安全生产问题，我们理解为重点解决地下系统的接入整合。其中包括：瓦斯安全监控系统(主风机)-监控室井下人员定位系统-监控室产量监控系统-监控室视频监控系统监控室顶板离层监测系统-监控室、生产科电量检测系统(机电科(plc)-机电科排水系统(plc)-监控室、生产科皮带集中控制系统(plc)-监控室皮带探伤控制系统(x射线),在集成上述系统中，首先重点解决数据采集，数据整合。在数据整合的同时进行综合分析，进而解决：1)对危险源进行危害性分析2)对安全系统的常态运行进行分析3)对非控制性危险源事故排查进行分析4)对井下作