煤矿综合自动化系统方案设计.docx
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煤矿综合自动化系统方案设计
山西潞安集团夏店煤矿
全矿井综合自动化
技
术
要
求
2011年10月
第一章系统概况
1.1建设目标
此次综合自动化建设的内容主要是建设统一的网络传输平台，将矿井的各个控制系统及各工业现场的视频监控汇聚到集成监控平台，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，并能体现建设的最新面貌，同时树立本矿职工的自信心和自豪感，鼓舞大家工作热情。
1.2建设内容
综合自动化系统平台通过地面集控中心服务器对子系统的数据采集，在工程师站上完成各子自动化系统的组态，使子系统数据达到有效集成，实现综合监测和控制。
具体建设内容如下：
●千兆工业以太网传输平台
千兆工业以太网传输平台就相当于在矿区修建了一条信息高速公路，通过在地面及井下部署工业以太网交换机组成千兆工业以太网，将来井上井下各控制系统、工业电视系统都能够通过此传输平台汇聚到矿调度集控中心。
●调度集成监控平台
各个系统的数据通过信息高速公路传输到统一的数据仓库，通过调度集成监控平台可以对全矿井的控制数据进行统一的管理
●子系统接入平台
该平台要求接入的系统在软件上和硬件上都采用统一的国际标准接口接入到综合自动化系统平台中，目前子系统厂家繁多，软件通讯协议上也各不统一，通过该平台进行软硬件的技术改造后可以按照标准的方式实现现有系统的无缝接入。
同时该系统还对将来建设的系统提出了接口上的要求，使待建系统建成后直接接入系统平台。
●大屏显示系统
大屏显示系统采用先进的等离子技术可将各系统控制画面及地面井下视频数据整体的展现出来
●数字工业电视系统
提高安全生产管理水平的必要手段，对矿区内各预设位置进行24小时监控，及时发现问题和隐患，同时为领导决策和信息核实提供依据。
1.3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，分析后为管理层提供决策依据，专业操作员根据相关信息对各系统进行操控，从而实现监、管、控一体化。
基本功能如下：
Ø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。
Ø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。
Ø硬件设备选型须符合国家和行业标准。
下井设备应取得“MA”认证。
Ø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。
Ø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，实现监测与控制。
Ø系统可靠、稳定性强，界面友好，操作简单，维护方便。
Ø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，易与异构子网互连。
Ø实时显示监测点的状态与数据。
Ø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。
Ø系统实现信息高度集成（自动化、管理信息、视频集成）。
Ø建立综合历史数据库，实时写入数据，为统计分析提供依据。
Ø实现各子系统间的关联分析、联控功能。
Ø考虑系统的网络安全、应用安全、数据安全及供电安全。
工业以太网环网能够达到以下的性能指标：
Ø千兆高速工业以太网环网：
1000Mbps
Ø冗余环网技术，故障恢复时间<50ms
第二章设计规范
下列标准包含的条文，通过在本技术规范书中引用而构成本技术规范书的条文。
本技术规范书出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本技术规范书的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
《煤矿安全规程》
《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》
《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》
《煤炭工业矿井设计规范》GB50215—2005
《煤矿安全装备基本要求》
《煤矿监控系统总体设计规范》
《煤矿监控系统中心站软件开发规范》
《煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要》（试行）
《煤炭调度信息化装备技术规范》（试行）
《计算机软件开发规范》GB8566
《电子计算机房设计规范》
《煤炭工业信息化“十一五”发展规划》
《IEEE-802.3标准》
《EIA/TIA568工业标准及国际商务建筑布线标准》
《YD/T926.1-1997大楼通信综合布线系统标准（邮电部部颁行业标准）》
《建筑与建筑物群综合布线工程设计规范》（CECS2000）
《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/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》
《建筑设计防火规范》
《建筑内部装修设计防火规范》
《煤炭工业矿井设计规范》
《建筑工程消防监督审核管理规定》
《煤炭工业给排水设计规范》
《矿山安全条例》
《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》
《软件开发规范》
《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》
《建筑电气设计规范》
《电气装置安装工程施工及验收规范》
《用户终端设备耐过压和过电流能力规范》
《信息技术设备包括电气设备的安全规范》
第三章网络传输平台建设
1.总体要求
目前个别控制子系统已实现远程控制，单各系统数据传输通道自成体系，没有全矿范围的统一工业控制网络规划，本次系统集成需建立全矿井的综合自动化网络系统，主干网络采用单模光纤传输（传输速率1000Mbps），能够把矿井的设备控制层各子系统连接到此系统平台上。
在监控中心建设一个终端环（传输速率1000Mbps），通过此系统往下能对矿井内各控制子系统发布控制命令，并能监视各子系统内设备的运行状态，收集所需的生产和安全参数，并且往上能够通过Web服务器联接信息管理网，实现与集团公司之间的生产与管理信息交换。
2.网络交换机主要技术要求
Ø模块化：
设备可提供多个扩展性模块
Ø实现多种冗余：
冗余环，引擎冗余、电源冗余，风扇冗余
Ø核心交换机配置不少于4个千兆光纤接口，不少于24个百兆电口，并支持强大的端口扩展能力和网络路由功能
Ø环网交换机配置不少于2个千兆光纤接口，不少于12个百兆电口，并支持强大的端口扩展能力，接核心环网交换机不少于3个千兆光纤接口
Ø实现1000Mbit/s中心环网技术，实现热备交换机冗余
Ø支持虚拟局域网技术（VLAN），质量服务（Qos），多播过滤功能（IGMP），流量限制功能，模块可热插拔；
Ø支持HIPER-Ring超级冗余环技术,保证任何一个主交换机出现问题,所有服务器和在线工作站可继续工作，环网重构时间严格小于50ms
Ø网络管理及实时故障诊断：
支持WEB管理，SNMP协议，可实现远程实时在线故障诊断，当故障发生时，用户可在第一时间实现故障的诊断和定位
3.交换机配置
Ø地面集控中心配置2台核心交换机
Ø地面配置6台环网千兆交换机，为地面每台交换机配置UPS不间断电源，支持2小时延迟
Ø井下配置3台千兆隔爆交换机，为井下每台交换机配置矿用隔爆不间断电源，支持2小时延迟
Ø地面10KM主干20芯铠装光缆，地面5KM分支8芯铠装光缆
Ø井下10KM主干20芯铠装矿用阻燃光缆，井下5KM分支8芯铠装矿用阻燃光缆
4.与信息网连接
由于考虑到工业以太控制网和矿管理信息网的安全隔离，通过千兆防火墙与局域网相连，实现以下安全要求：
Ø在信息管理网和工业以太网之间采用防火墙、防病毒软件系统进行隔离和防护。
Ø管理人员通过矿信息管理网上的PC终端，用IE浏览器访问工业以太网的Web服务器，可在信息网浏览和查询控制网的系统信息和进行必要的权限控制。
Ø在矿局域网和集团公司广域网之间通过防火墙和路由器，实现矿与集团公司之间的生产与管理信息安全交互。
5.系统的安全体系
在本项目中，为确保全矿井综合自动化系统平台的安全性，拟采用以下网络安全措施来构建网络安全体系，包括网络安全、数据安全、数据存储、灾难备份与恢复、供电安全等
●网络安全
Ø采用常规的网络安全手段VLAN划分
Ø采用防火墙进行网络隔离，防止不可预测的具有潜在破坏性的侵入
Ø采用UPS不间断电源来保证网络节点设备的供电安全性
Ø外网用户访问由防火墙进行控制，有授权的用户才可以访问控制网
●数据安全
Ø采用网络防病毒软件完整检测和清除服务器和工作站的各种病毒和恶意程序
Ø相关部门可以通web服务器浏览集控网信息，确保数据安全
●数据存储
Ø服务器配置高性能的RAID功能（RAID5），在RAID5组内损坏一块硬盘不造成数据的丢失，可通过配置可以立即用热备盘替代损坏的磁盘，从而提高数据存储的安全性、可靠性
Ø服务器有冗余功能，再次提高保证数据存储的安全性和系统的安全
第四章集成监控平台建设
1.总体要求
调度集成平台建设是矿井综合自动化系统集成的核心内容，搭建统一的软件监控平台，可以通过人机界面可实时监测子系统设备工况，并可对各子系统的I/O进行控制。
同时，通过存储的历史数据，可对各子系统的设备状况进行分析、查询、统计。
2.功能要求
●系统容量
●高可用性和冗余功能：
●操控界面
●监控功能打印功能
●实时管理界面的功能
●报表曲线功能：
●历史事件记录功能
●实时报警功能
●事故追忆功能
●控制功能
●故障自诊断功能
●系统维护和可扩展性
●控制灵活性
3.硬件技术指标
采集冗余服务器、归档冗余服务器、Web浏览服务器、安全服务器、工程师站、操作员站、安全设备。
1.服务器
在监控中心集成平台中，共有如下的服务器系统：
●2台采集服务器（冗余配置）：
●2台数据库服务器（冗余配置）：
●1台Web浏览服务器：
●1台安全服务器：
2.工程师站和操作员站
●工程师站
Ø2台工控机
●操作员站
Ø12台工控机
3.安全设备
●防火墙系统
●UPS电源
●防雷模块
●调试笔记本
4.软件技术指标
1.操作系统
Ø操作系统采用Windows操作系统。
ØWindowsXPProfessional：
是一32位的网络操作系统，主要用于工作站和工程师站。
ØWindows2003Sever标准版：
提供了部署WEB和应用服务器的平台，主要应用于采集服务器、数据库服务器、WEB服务器、安全服务器等。
2.组态软件
采用居于世界领先地位的国外著名品牌工控组态软件。
Ø适用于所有工业领域，全球通用的多语言支持，可集成任何自动化系统
Ø最多可支持128个用户组，每组最多包含128个单独的用户
Ø最多支持4096＊4096象素的图形显示，包括平移、缩放和画面整理等
Ø能区分多达16类消息以及报警、告警、干扰和差错等
Ø使用一个专门的服务器，每秒最多归档10,000个测量值和100个
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