大柳塔煤矿综合自动化系统技术方案0606.docx

1、大柳塔煤矿综合自动化系统技术方案0606曹妃甸综合自动化系统技术方案2010年10月第1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

2、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

3、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

4、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： 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

5、国家和行业标准。下井设备应取得“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，实现监测与控制。 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，易与异构子网互连。 实时显示监测点的状态与数据。 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

6、，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。 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： 千兆高速工业以太网环网：1000Mbps 冗余环网技术，故障恢复时间50ms 第2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

7、用电工电子产品 通用技术条件煤炭工业矿井设计规范GB 502152005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GB 8566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/TIA 568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）AQ 62012006煤矿安全监控系统通用技术要求MT/T1004-2006煤矿安全生产监

8、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3章 网络传输平台建设3.1 总体要求目前个别控制

9、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。3.2 网络交换机主要技术要求 模块化：设备可提供多个扩展性模块 实现多种冗余：冗余环，引擎冗余、电源冗余，风扇冗

10、余 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 环网交换机配置不少于4个千兆光纤接口，不少于6个百兆电口，并支持强大的端口扩展能力，实现1000Mbit/s中心环网技术，实现热备交换机冗余 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； 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 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

11、间实现故障的诊断和定位3.3 交换机配置 地面集控中心配置2台核心交换机 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 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 地面10KM主干20芯铠装光缆，地面5KM分支8芯铠装光缆 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3.4 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： 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。 管理人员通过矿信息管理网上的PC终端

12、，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。 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。3.5 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 采用常规的网络安全手段VLAN划分 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 采用UPS不间断电源来保证网络节点设备的供电安全性 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

13、安全 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 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 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 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4章 集成监控平台建设4.1 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，该平台采用北京坤达科技软件，搭建统一的软件监控平台。在此平台上通过人机界面（HMI）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。

14、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。4.2 功能要求 系统容量：系统可采集64*1024个监控点，最多可扩展12*64*1024。 高可用性和冗余功能：组态软件采用Client/Server架构，在集控中心设立两台服务器(互为冗余)，两台服务器间自动实现数据的同步，并互为热备，当某台服务器故障时，另一台自动接替，以防止数据丢失。 操控界面：界面友好，全汉字图形组态，支持动化技术、图形缩放技术、多级窗口技术等，数据、曲线实时显示，能进行多画面切换。 监控功能：能实时、准确地采集各子系统的数据，并以组态画面和组态图表的形式表现出来，在任何一个操作站上，各专业的操人

15、员有各自的权限，可根据不同权限监视自动化系统设备运行工况，并可根据要求控制现场的设备。 打印功能：能实时或按时间段打印各子系统相关设备的运行参数和运行状态，如开停状态、故障类型、故障发生时间等。 实时管理界面的功能：系统具有编辑态、置数态和运行态三个状态，在编辑态下可修改系统的一些消息类别、用户文本块和报警临界值，在置数态下可对一些动态变量进行修改，在运行态下只能对实时模拟量数据进行监视。 报表曲线功能：系统提供实时、历史报表曲线。实时曲线画面反映一定时间间隔的实时数据的变化趋势。历史曲线画面反映过去某个时间段的实时数据变化趋势。通过曲线报表将子系统的各个主要设备参数连续的记录并保存，以便以后

16、的查询，调用管理。 历史事件记录功能：按时间顺序，将各个历史动作的顺序、时间记录下来，供事后分析用。 实时报警功能：当设备故障或模拟量超限时，监控子系统与自动化平台同步显示故障设备名称、报警测点名称及数值。 事故追忆功能：在设备参数超过预警门限时，系统自动将设备主要参数记录下来，供事后分析用。时间段长度可由系统维护人员在系统数据库中修改，事故前追忆点数和事故后延续点数也可在参数中修改。 控制功能：具有本地和远程启、停功能(不建议远程控制)。 故障自诊断功能：具有强大的系统自诊断与故障报警功能，可准确判断设备故障类型、位置，并能提供图像和声音报警提示以及打印输出。 系统维护和可扩展性：在工程师站

17、上可以进行组态编程，同时兼做网管工作站，当子系统监控需求变化时可以很方便的进行调整。同时，为待建子系统留下接口，可以方便地组态和集成。 控制灵活性：各专业子系统即可独立操作，也可在平台上统一集控4.3 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. 服务器硬件部分的集成以服务器为核心，为集成平台提供软件运行环境的硬件平台。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 2台工控机 操作员站 12台

18、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 高速针式打印机 网络激光打印机 彩色打印机4.4 软件技术指标1. 操作系统 操作系统采用Windows 操作系统。 Windows XP Professional：是一32位的网络操作系统，主要用于工作站和工程师站。 Windows 2003 Sever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。 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 最多可支持128个用户组，每组最多包

19、含128个单独的用户 最多支持40964096象素的图形显示，包括平移、缩放和画面整理等 能区分多达16类消息以及报警、告警、干扰和差错等 使用一个专门的服务器，每秒最多归档10,000个测量值和100个消息 在基本系统中可组态1500个归档变量，最多可扩展到120,000个 图形设计器支持组态32个图层，完全可以在线改变组态数据 一个服务器最多为32个与之相连的客户机提供过程数据、归档数据、消息、画面和报表 最多可部署12个服务器，客户机只需最小的授权 使用Redundancy选件，可并行运行两个相连的服务器，当两个服务器中的一个出现故障时，第二个服务器承担整个系统的控制任务 使用Web服务

20、器软件，能通过互联网、内部网或局域网远程监测和监控自动化系统，并最多可联接50个客户机同时进行远程操作和监视3. 集成内容通过软件平台的整合，在上位机的整合界面上将开发出一个综合的人机界面（HMI），可以切换到每个子系统，各子系统有分画面，即能全面了解系统的整体运行情况，也能详细了解单个子系统的具体运行工况，实现各系统协作、关联操作。该系统可以与其他协同平台软件集成；并留有相应的可扩展空间；便于后续子系统的纳入，便于系统的升级，便于用户的功能扩充和与其它平台应用系统的二次开发。通过软件平台的整合，达到各子系统协作、关联操作的目的。第5章 子系统接入平台建设5.1 子系统现状需接入的子系统如下：

21、 地面变电系统 瓦斯抽放系统 制氮装置控制系统 皮带系统 电子秤系统 瓦斯监测系统 人员跟踪定位及考勤系统 束管监测系统 风机监测系统 瓦斯脱水系统此次自动化系统平台也需要考虑在建和待建子系统的预留接口。5.2 接入要求 子系统接入时要求具有良好的兼容性、可靠性和扩展性 当某子系统的通讯或元器件出现故障时，不能影响其他子系统的的通讯和整个网络的传输性能 子系统硬件接口须采用标准以太网接口 子系统的软件通讯协议支持标准OPC通讯协议5.3 硬件接入方式根据控制点的分布、各自动化系统的特点和接入技术的特点，可考虑以下四种接入方式，并且需要原厂家提供以太网接口和软件通讯协议。 上位机接入方式对于自动

22、化系统比较简单，没有以太网接口，但有上位机，可以在该上位机上增加通讯以太网卡，与附近的交换机进行物理上的网络联接。 PLC接入方式对于自动化系统采用PLC进行控制，可以对PLC增加以太网模块，与交换机进行物理上的网络联接。 子网络接入方式对于自动化系统已经很成熟，并且自成网络，对外有统一的以太网接口，可以通过此RJ45口与交换机进行物理上的网络联接。 扩展接入方式对于自动化系统不仅没有以太网接口，而且也没有上位机，但该系统支持RS484或Profibus等现场总线，可以增加转换设备，通过扩展方式转化成以太网接口与交换机进行物理上的网络联接。5.4 软件接入方式在各个自动化系统与综合自动化的千兆

23、以太网进行物理上硬件网络联接以后，下一步要解决的就是通过软件进行数据通讯，各自动化系统可采用以下四种通讯方式：OPC通讯方式、驱动通讯方式、DDE/NetDDE方式和自主开发方式，但是最好采用OPC通讯方式，并且需要原厂家提供OPC接口。 OPC通讯方式如果该自动化系统具有上位机，并且该上位机软件支持OPC SERVER，则可通过上位机软件的OPC方式进行通讯。 驱动通讯方式如果组态软件支持该自动化系统的PLC的驱动，或者该PLC有基于OPC SERVER的驱动，则可以通过组态直接与PLC通讯进行数据交换。 DDE/NetDDE方式DDE/NetDDE通讯方式是一种标准的网络接口，是MS Wi

24、ndows操作系统提供的一种动态数据交换信息通讯机制，它允许两个应用程序通过连续自动的交换数据来进行对话。 自主开发方式对于以上条件都不满足的情况，可以由子系统厂商或集成商公司自主开发，将其它通讯协议转换成OPC协议。5.5 原有子系统的接入5.5.1 地面变电子系统地面变电系统包括35KV变电所与6KV变电所、人行井变电所（加），中部回风井变电所、均采用珠海万力达电气公司的MGLJ-300L通讯管理机，该管理机可与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入方式上该系统暂不支持OPC协议，需厂家开放通讯协议，供方经技术改造提供OPC方式进行通讯。5.5.2 瓦斯抽放子系统瓦斯抽放系统包括2部分

25、：中央瓦斯抽放站和南三瓦斯抽放站。中央瓦斯抽放站和南三瓦斯抽放站采用重庆煤科院的KJ90型煤矿安全远程联网集中监管系统，该系统的上位机可与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入方式上可以直接采用OPC方式进行通讯。5.5.3 制氮装置控制子系统制氮系统包含2部分：南二制氮机装置控制系统和二号桥制氮机装置控制系统。该系统均选用汾西皆利空分设备公司的制氮机，该制氮机配置有PLC自动控制装置，经改造后，PLC可与上位机连接，然后在该上位机上增加通讯以太网卡，与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入方式上可以直接采用OPC方式进行通讯。5.5.4 皮带子系统皮带子系统采用天津华宁公司KTC10

26、1通讯控制系统完成930米主井皮带机、730米暗斜井皮带机、500米石门皮带机、1400米集中巷皮带机、340米南翼下山皮带机的控制和保护。该系统的上位机可以与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入方式上可以直接采用OPC方式进行通讯。其它的皮带需要经改造后提供以太网接口和OPC协议才可接入，建议在二期改造。5.5.5 电子秤子系统电子秤系统包含3部分：分别位于16403号皮带机头和5号皮带机头变电所附近。该系统采用北京赛华贝斯特公司的电子皮带秤设备，该系统与上位机相连，上位机可以与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入方式上该系统暂不支持OPC协议，需厂家开放通讯协议，供方经技术改造

27、提供OPC方式进行通讯。5.5.6 瓦斯监测系统安全监测系统采用北京康斯培克公司的KJ31安全监测系统，该系统上位机可以与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入方式上该系统暂不支持OPC协议，需厂家开放通讯协议，供方经技术改造提供OPC方式进行通讯。5.5.7 人员跟踪定位及考勤系统人员跟踪定位及考勤系统采用北京富力通产品，系统有上位机，可以直接接入就近的工业环网交换机，软件上需要厂家开放协议采用OPC的方式进行通讯。5.5.8 束管监测子系统束管监测系统选用北京东西分析仪器公司的GC4085矿井气体采集分析系统的设备，目前该系统具有上位机，可以与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入

28、方式上可以直接采用OPC方式进行通讯。软件接入方式上该系统暂不支持OPC协议，需厂家开放通讯协议，供方经技术改造提供OPC方式进行通讯。5.5.9 风机监测子系统南二、南四主扇及中部回风井风机监测子系统选用徐州矿大的主扇监测系统，该系统的上位机可以与附近的交换机进行物理上的网络联接。软件接入方式上可以直接采用OPC方式进行通讯。5.5.10 瓦斯脱水系统瓦斯脱水系统目前配置有上位机，可直接接入就近的二号工业厂区工业环网，软件通讯上需要厂家公开通讯协议体统OPC协议。第6章 调度大屏系统建设6.1 系统概述大屏显示系统目前主要有液晶拼接、DLP拼接和液晶拼接三种方式，液晶拼接系统由于拼接缝太大（

29、大于7MM）影响整体的视觉效果所以一般应用到一些对视觉效果要求不高的场合如火车站候车厅等场所；DLP拼接显示系统由于采用的是背投的原理，所以必需使用专用灯泡来提供显示光源，需要定期更换灯泡，因此系统的维护成本很高；等离子拼接显示系统由于采用先进的技术以及良好的显示效果已成为目前高端显示系统的主流。因此根据指挥调度中心的使用特性，大屏幕显示系统建议采用由33台等离子显示单元组成。设备布置方式为：在墙的中间放一33的等离子显示单元无缝拼接组成大屏幕显示墙两边各放置12台工业电视监视器，等离子显示单元应带有智能防灼屏功能，保证静止画面长时间显示不留下残影。将各类信息以高亮度、高清晰度显示出来，同时为

30、多人提供信息，显示方式为多屏拼接显示，重点突出、主次分明。还可将各路工作站，计算机的信息显示在大屏幕上，便于实时显示各种监视、监测信息。更可同时将录像等视频信号显示在大屏幕上，便于观看。根据以上布置整个大屏显示长约6.3M,高约3M（详见系统尺寸图），因此要求矿调度室的房间宽不小于7M，长不小于8M,高不小于3.5M。监视摄像头的视频信号通过视频矩阵接入大屏，实现定点或轮循显示摄像头图像信息。如果将调度终端的VGA信号、电视台视频信号也送入大屏,则可显示电脑显示器所能显示的所有信息（如井下通风系统图、工况、环境监测监控参数）及电视频道信息。大屏幕既可整体显示一幅图像，也可分别显示多幅图像。6.2 设计原则大屏幕投影墙总体方案的整体设计思路遵循以下六大原则：适用性原则：大屏幕显示系统是实现网络集中监控自动化的重要组成部分，系统必须保证实用并切实满足综合需要，而且是完全根据PDP大屏幕投影显控系统建设的物理环境和应用特殊性来量身设计。高性价比原则：系统建设追求最合理的配置和尽可能高的性能价格比，同时也要充分保障系统可获得及时有效的长期技术服务。可靠性原则：为满足PDP大屏幕显示系统724小时的连续运行，系统设计时，关键部位选用高可靠性设备，除对于重要的控制节点采用先进的高新技术来保障外，在出现问题时系统的冗余能力、人力物力和解决问题的经验与效率上给用户有最充分