矿井综合自动化硬件及平台.docx
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矿井综合自动化硬件及平台
矿井综合自动化硬件及平台
1矿井综合工业网络平台
1.1工业以太网拓扑结构
根据技术规范署要求和各安全生产子系统的实际情况，并考虑工业广场和井下巷道布局，系统采用环网结构，在地面构建一个环网，在井下构建一个环网，并耦合至骨干核心交换机。
系统拓扑结构如下图所示:
（根据各矿具体情况定）
矿井工业以太环网结构示意图
1.2工业以太网络布置
工业以太环网共安设10台网络交换机，综合工业网络的地面网络节点有调度室（2台）、主井机房、压风机房、选煤厂共5个点，在调度室机房部署两台高性能的核心交换机与其它地面网络节点组成环网结构。
综合工业网络的井下网络节点有（5根据情况定）台矿用隔爆兼本安型千兆以太环网交换机，地面环网和井下环网通过调度室两台性高性能M4002核心交换机分别与井下的两台高性能交换机相连接，形成地面环网和井下环网的耦合通讯。
交换机采用导轨方式安装，无风扇散热方式；支持多种冗余机制；符合几乎所有的工业标准。
1.3系统网管
选用赫斯曼的Hivision作为系统网络管理软件。
赫斯曼的Hivision允许您观察网络上任何一个节点的设置。
通过对网络的全面监视，您能够实现综合的负载和故障分析。
Hivision图形方式的交互式用户界面以及设备图案化使您的工作更直接，更容易理解，并且其他方便的附加功能让您在使用时增加了巨大的价值。
1.4网络传输平台性能指标、技术要求
1）主干网速率：
1000M
2）传输介质：
单模光纤（传输距离30km）；
3）防爆等级：
隔爆型；隔爆兼本安型；
4）使用条件：
温度：
0℃～40℃
5）湿度：
不大于95%（＋25℃）
6）周围介质：
允许使用环境中有爆炸危险介质。
7）可以通过专用的网关软件对交换机进行管理和控制；
8）每台交换机支持6个以上以太网接口，可以选择为电接口、光接口或两者的任意组合；
9）支持全双工/半双工运转；
10）支持单冗余链路，最大网络重构自愈时间小于300
1.5主要设备参数
1）机房核心交换机选择德国赫斯曼公司的代表产品MACH4002.
该产品是MACH4002系列模块化千兆工业以太网交换机，它支持安全而且完善的赫斯曼超级冗余环，能够在毫秒级时间内修复出现的通信故障，同时提供了最快的传输性能，保护了客户现有的投资。
赫斯曼MACH4002千兆工业以太网交换机
其系列产品的主要特点是：
－为满足工业应用的需要，将冗余概念扩展到整个系统，从千兆骨干网直到设备本身。
－模块化设计，基板配置灵活，能够安装最多4个各种传输速率的介质模块（包括10/100/1000M的线速度）。
－支持如802.1Q，802.1D，802.1p，802.3x协议，支持如端口聚集，端口镜像，多播、广播限制及全面的安全功能。
－支持24VDC冗余电源。
－采用长距离模块，节点间距离可达100km。
2）在地面和井下的主要耦合点选择交换机是赫斯曼的MS4128交换机，其他节点选择赫斯曼RS30的交换机.
交换机是卡轨式安装、模块化设计，并支持网络管理的千兆工业以太网交换机。
通过配置介质模块，最多可达28个端口，4个千兆光口（SFP端口模块）或4个千兆电口，以及24个快速以太网端口。
具有管理和诊断功能：
LED显示（电源、连接状态、数据、100Mbps，自动协商，全双工，故障，冗余管理器，组环端口，LED测试）,线路检测，2个设备状态开关量输出，RMON监测（统计、历史、报警、事件），端口镜像。
QoS4个队列，端口优先级（IEEE802.1D/p），VLAN（802.1Q），组播控制（IGMPSnooping/Querier,GMRP）,广播限制，流控制（802.3x），SNTP（简单网络时间协议）。
支持多种冗余，包括HIPER-Ring（超级冗余环），RSTP（快速生成树），冗余环-环之间耦合，DualHoming，双24VDC电源冗余，冗余状态信号输出，链路聚合（多达7个trunk，每个trunk允许8个端口，LACP）；1000M以太网最长传输距离达到120km。
MS4128千兆工业以太网交换机
3）矿用隔爆兼本安型千兆以太环网交换机
电源：
a.额定工作电压：
AC127V/660V；
b.输入视在功率：
不大于70VA；
以太网光信号接口：
a．接口数量：
2～4（可选）；
b．传输方式：
全双工TCP/IP传输协议，波长为1310nm的单模光纤；
c．传输速率：
1000Mbps；
d．光发射功率：
-10～0dBm；
e．光接收灵敏度：
-20dBm；
f．最大传输距离：
10km（发射光功率-10～0dBm；接收灵敏度-20dBm；使用MGTSV（2～72）B型单模光缆，MGTSV（2～148）×1型单模光缆）。
以太网电信号接口（非本安接口）：
a．接口数量：
8～24（可选）；
b．传输方式：
全双工TCP/IP传输协议；
c．传输速率：
10/100Mbps自适应；
d．信号工作电压峰峰值：
1V～5V；
e．传输距离：
10m（使用MHYV2×2×0.75mm2型矿用通讯电缆）；
RS485信号接口：
a．接口数量：
1个
b．传输方式：
半双工RS485信号，双极性；
c．传输速率：
9.6Kbps；
d．信号工作电压峰峰值：
2V～12V；
e．信号工作电流峰值：
≤100mA；
f．传输距离：
200m（使用MHYV2×2×1.0mm2型矿用通讯电缆）
备用电池：
铅酸蓄电池；当交流电源断电之后，交换机能继续工作2小时以上；蓄电池有防护性绝缘盖板，并具有联锁装置，保证开盖后不对外供电。
主要特性
（1）可以组成千兆自愈环网，提高网络可靠性；
（2）与IEEE802.3uFastEthernet标准兼容；
（3）可靠的存储——转发体系结构；
（4）包含2-4个用于组成自愈环网的1000M光接口，其它端口为10/100M自适应电接口；
（5）自协商功能可以实现自动传输方式调整（全双工或半双工）和传输速率调整（10Mbps或100Mbps）；
（6）设备之间可以通过级联进行扩展；
（7）每个端口都支持双向的地址学习功能；
（8）帧过滤和转发比率为：
10Mbps端口每秒14,880包（64字节短帧）；100Mbps端口每秒148,810包（64字节短帧）；
（9）支持大于1K的地址空间。
2综合自动化系统软件平台
综合自动化系统软件平台由地面监测控制中心、井下监测控制分站、井上监测监控分站、数字化监控设备等组成，以全矿井上、下工业以太环网为信息传输网络；本系统不仅仅是对所接入系统的信息综合，更关键的把数据分类、共享，建立有效的管理系统，为领导决策提供依据。
矿井工业控制环网将接入的各子系统信息通过标准的数据交换方式与综合监控中心进行数据存取，并将各子系统的信息进行综合处理。
矿井综合自动化、信息化信息管理系统负责将实时、历史数据信息进行分析综合，然后对各系统进行规律总结，并将信息在有效时间内提供给系统中的相关用户，为用户进行设备检修和采取必要措施提供决策依据。
要求网络功能完全满足各矿矿井井上、井下的需求，具有良好的可靠性，兼容性、扩容性。
系统平台建立在Ifix组态软件的基础上，实现了对各矿子系统（根据各矿情况定）的统一数据管理，实现浏览、控制的权限管理、数据的分析与故障与报警显示。
2.1数据系统分级管理
在局域网内或组态系统中，根据实际情况设定不同权限，实现安全监测信息、设备运行信息及其他信息的分类显示。
不同的用户，在不同的工作站，不同的操作人员，进入不同的系统需要设置不同的访问权限，确保整个系统运行的绝对安全。
2.2实时报警故障记录
矿井综合自动化、信息化网络平台为用户提供各类监测系统的实时报警信息包括超限报警、开关报警、系统在线设备的故障记录，并能按照所选定的不同条件进行不同的查询和打印。
2.3完整的事件记录
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，并能按照所选定的不同条件进行不同的查询和打印。
为系统的事故追查及重演提供重要的信息。
2.4扩展功能
矿井综合自动化、信息化网络平台采用统一标准的数据接口，采集各监测系统的数据，保证采集数据的准确性。
接口数据具有实时性与可扩展性，可满足实时数据的要求。
当监测数据有增、减等变动时，自动反映到系统中。
同时，可将各监测系统的数据进行专业级处理后，作为上一级信息网的信息源。
选用计算机和系统软件留有备用容量和接口，可以很方便地进行扩展,以满足将来全矿井的需要。
2.5系统安全性
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。
通过对网络加设防火墙，安装网络版防病毒软件，具有网络冗余、备份数据机制，最大可能的实现网络及数据的安全性。
2.6故障报警分析统计
系统自动统计出昨日、当日、当前的报警故障个数，并可点击查看相应详细信息，可以按子系统、类别、等级、日期段等条件查询和统计历史报警或故障信息，并进行打印。
2.7综合查询
系统可以查询任何系统中设备的开停情况，如开停时间、次数等，可查看累计量信息及统计图表，还可查看整个系统的网络故障信息，方便用户管理。
2.8系统图
可以快捷查看某设备的开停统计、故障统计，设备固有参数等信息的查询。
2.9煤流监测
综合各子系统的数据，对煤的生产过程生产流程进行全过程监测。
2.10历史曲线
系统选择日期查看某监测点历史数据的曲线，在曲线的值坐标上可以自定义刻度。
2.11故障报警分析
当系统出现故障和报警的时候会自动弹出窗口或弹出报警条，根据用户自定义的等级严重性排序，并提供声光报警，依据其影响程度进行分类、分级。
2.12系统安全性
控制安全：
设定不同权限，实现安全监测信息、设备运行信息及其他安全信息的分类显示。
在不同的工作站，不同的操作人员，进入不同的系统需要设置不同的访问权限，访问权限与控制权限分级管理。
对用户的操作请求进行权限认证。
当用户请求的操作具备相应操作权限时，此用户才可以进行相应的操作，同时将本操作记录到操作日志中。
网络安全：
综合自动化、信息化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。
因网络与煤矿安全生产密切相关，设计网络架构独立，与办公网物理隔离，2个网络间隔离通过网闸与防火墙实现。
信息网络允许部分主管部门与领导对综合自动化、信息化网络中的资源及系统进行访问。
配置防火墙实现与外界安全通讯，在外网出口部署防火墙。
控制内网所有计算机均安装网络版杀毒软件，通过WEB服务器上的主站，可定期更新。
2.13远程控制功能：
操作人员登陆系统后可以对井下具备远程控制条件的子系统实现远程控制。
2.14提供开放的数据接口
系统对外提供通用的标准数据接口OPC.
3子系统接入
所有需要接入的子系统，需要子系统已经独立成系统，并提供通信接口和通信协议，在这个基础上才可以进行接入。
本模块实现了子系统的数据进入井上下环网，通过开发接口程序，把各个子系统不同的通信协议转换成综合自动化平台能够采集的统一协议。
1）把子系统的数据接入井上下环网；
2）通过硬件或开发协议转换接口把子系统的数据接入环网；
3.1综采工作面集控监控系统接入
3.1.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.1.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现对采煤机等工作面设备的开停记录查询；
3）实现对采煤机等工作面设备运行参数等信息的实时显示；
4）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.2综掘工作面监控系统接入
3.2.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.2.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现对综掘机等工作面设备的开停记录查询；
3）实现对综掘机等工作面设备运行参数等信息的实时显示；
4）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.3井下变电所监控系统接入
3.3.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.3.2实现功能
1）实现对遥信量实时显示；
2）实现对遥测量实时显示；
3）实现对设备的遥控；
4）实现对分合闸的记录查询；
5）实现对电流、电压等运行参数等信息的实时显示；
6）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.4井下胶带运输监控系统接入
3.4.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.4.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现对接入的胶带机开停记录查询；
3）实现对胶带机电流、电压、温度等信息的实时显示；
4）实现对胶带机拉绳、跑偏等保护信息的实时显示；
5）实现对胶带机运行模式的实时信息显示；
6）实现对胶带机的开停控制；
7）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.5矿井主通风机在线监控系统接入
3.5.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.5.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现对风机开停记录查询；
3）实现对风机电流、电压、温度等信息的实时显示；
4）实现对风门状态信息的实时显示
5）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.6井下排水监控系统接入
3.6.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.6.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现对水泵开停记录查询；
3）实现对水泵电流、电压、温度、流量等信息的实时显示；
4）实现对水泵过转矩、超温等保护信息的实时显示；
5）实现对水泵运行模式的实时信息显示；
6）实现对水泵运行时间的统计；
7）实现对水泵的开停控制；
8）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.7地销监控系统接入
3.7.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.7.2实现功能
1）实现对每一车称重的实时数据监测；
2）实现对每天地销情况的汇总统计；
3）实现对没月、季情况的汇总统计；
4）实现对销售合同的查询；
3.8矿井35/10kV变电所接入
3.8.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.8.2实现功能
1）实现对遥信量实时显示；
2）实现对遥测量实时显示；
3）实现对设备的遥控；
4）实现对分合闸的记录查询；
5）实现对电流、电压等运行参数等信息的实时显示；
6）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.9空压机监控系统接入
3.9.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.9.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现对压风机开停记录查询；
3）实现对压风机电流、电压、温度、流量等信息的实时显示；
4）实现对压风机超温等保护信息的实时显示；
5）实现对压风机运行模式的实时信息显示；
6）实现对压风机运行时间的统计；
7）实现对压风机的开停控制；
8）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.10快速装车站监控系统接入
3.10.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.10.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现对装车情况的实时显示；
3）实现对装车数据的统计；
4）实现对系统电流、电压等信息的实时显示；
5）实现对报警信息的实时显示；
6）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.11洗煤厂监控系统接入
3.11.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.11.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实现胶带机等设备状态实时显示；
3）实现对电流、电压、温度等信息的实时显示；
4）实现对超温、过流等报警信息的实时显示；
5）实现对控制模式的实时信息显示；
6）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.12辅助运输监控系统接入
3.12.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.12.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）实时监控车辆的运行状态
3）显示车辆的各项运行参数
4）对故障进行记录
5）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.13锅炉房控制系统接入
3.13.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.13.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）动态显示锅炉房全部工艺环节上电气设备的运行工况；
3）提供机房全部报警信息
4）实现对锅筒水位、蒸汽压力、炉膛负压、除氧器压力和软化水箱水位等主要参数进行实时显示；
5）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.14生产生活污水处理监系统接入
3.14.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.14.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）系统实现泵、阀的启停控制及运行状态监测；
3）采集流量信号、浊度计信号、液位信号等参数；
4）系统实现整个流程的自动控制，并可故障报警；
5）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.15日用消防泵房控制系统接入
3.15.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.15.2实现功能
1）实现对系统的实时组态模拟显示；
2）监测生产给水泵、阀门的运行状态，检测水泵出口压力、泵电机电流、生产水池液位等模拟信号；
3）监测日用变频供水系统、消防水泵、阀门的运行状态，检测水泵出口压力、泵电机电流、日用消防高位水池液位等模拟信号；
4）能够监测水泵运行参数，出水管压力、流量、电动闸门位置等实时数据显示，实现水泵控制及监测自动化，调度人员在控制中心即可掌握日用消防系统设备的所有检测数据及工作状态。
5）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.16煤矿安全监测系统接入
3.16.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.16.2实现功能
1）实现对开关量实时显示；
2）实现对模拟量实时显示
3）实现对瓦斯超限等报警信息实时显示；
4）实现对系统故障、报警显示、查询；
3.17矿井数字工业电视系统接入
3.17.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
3.17.2实现功能
1）在综合自动化系统软件平台中根据不同点击地点的按钮可以弹出视频画面；
2）根据预先定制规则，根据报警信息可以弹出相应的视频画面；
3.18煤矿井下无线通信系统接入
3.18.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
3.18.2实现功能
1）显示无线通信系统原有上位机提供参数信息。
3.19矿用人员安全监测系统接入
3.19.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.19.2实现功能
1）实现对区域人员实时显示；
2）实现对井下人员实时显示
3.20矿井火灾束管监测系统接入
3.20.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.20.2实现功能
1）实现抽取采空区气体分析结果查询；
3.21煤矿顶板动态监测系统接入
3.21.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.21.2实现功能
1）实时显示监测点的数据和直方图，当监测数据超限时能自动声音报警并记录报警事件；
2）井下的压力监测分站、离层传感器可实时监测数据，能根据设定报警参数报警指示，通讯分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示；
3）井上监测服务器能根据设置的记录周期将数据存储到数据库，形成历史数据；
3.22瓦斯抽放计量监控系统接入（矿实际情况）
3.22.1接入方式
1）通过网关进行协议转换采用就地接入的方式，把系统的数据接入工业以太环网；
2）数据机房通过采集器对数据进行实时采集、存储。
3.22.2实现功能
1）能连续集中监测泵房及井下抽放管路的负压、浓度、温度、流量；泵房中循环水的水压、水温；泵房环境瓦斯浓度、抽放泵的运行状态、轴温、电流、电压、功率等；
2）能够依据所测参数自动换算标准状态下的混合瓦斯流量和纯流量，并计算累计抽放量
3）分站上可连续实时显示监测参数实时值、累计值及设备工作状态；
4）实时统计、分析处理、存储日、月报表；
4主要设备清单
序号
设备名称
规格/型号
单位
数量
生产厂家
1、
工业以太环网平台
<1>
核心交换机
4个10KM千兆SC口1310nm光，4个百兆光口，24个10/100电口，88-300VDC或85-264VAC冗余电源）
台
2
赫斯曼
<2>
矿用隔爆兼本安型千兆工业以太环网交换机
KJJ23（2个千兆光口、4个百兆光口、12个百兆电口、2个485接口；（含不间断电源）
台
5
赫斯曼
<3>
地面工业以太环网交换机
2个千兆光口、4个百兆光口、12个百兆电口、2个485接口
台
3
赫斯曼
<4>
小机柜（黑色）
地面交换机配套：
内置2
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