泰山隆安煤礦綜合信息化方案泰山隆安煤礦綜合信息化方案 2012 8 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司第 1 頁 目目 錄錄 1總體概述總體概述 1 1 1項目概述 1 1 2設計依據 1 1 3設計原則 4 1 3 1高可靠性 4 1 3 2高互聯性 5 1 3 3高覆蓋性 5 1 3 4高可視性 5 1 4建設目標 6 1 5設計思路 7 1 6總體架構 8 1 6 1系統結構 8 1 6 2實施規劃 9 1 6 3建設要求 10 1 7關鍵支撐技術 11 1 7 1管理信息系統支撐技術 11 1 7 2全集成自動化支撐技術 12 1 7 3管控一體化集成技術 14 2礦井網絡系統礦井網絡系統 16 2 1工業網絡系統設計 16 2 1 1工業網絡需求 16 2 1 2設計目標 16 2 1 3網絡技術選擇 17 2 1 4工業網絡系統設計 18 2 1 5工業網絡系統可靠性設計 19 2 1 6工業網安全隔離設計 21 2 1 7網絡管理 22 3調度中心設計調度中心設計 23 3 1總體要求 23 3 2軟件技術指標 23 3 3設備技術要求 24 3 3 1大屏顯示系統 24 3 3 2服務器技術要求 26 3 3 3工作站配置要求 27 3 3 4光纖通道磁盤存儲柜配置要求 28 3 3 5服務器機柜配置要求 28 3 3 6安全設備配置要求 28 3 3 7打印機 28 3 3 8不間斷電源 UPS 系統 28 4網絡傳輸平臺設計網絡傳輸平臺設計 29 4 1總體要求 29 4 2系統拓撲圖 29 4 3傳輸介質與傳輸設備技術指標 30 4 4系統的安全體系 32 4 4 1系統安全 32 4 4 2操作系統安全 32 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司第 2 頁 4 4 3文件系統安全 32 4 4 4數據庫安全 33 4 4 5系統冗余安全 33 5調度指揮中心裝修及機房建設調度指揮中心裝修及機房建設 34 5 1調度指揮中心裝修 34 5 2防雷 安全接地系統 36 5 2 1防雷系統設計 36 5 2 2接地系統設計 36 5 3機房監控系統 38 6系統平臺設計系統平臺設計 40 6 1總體要求 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軟件接入方式 47 6 6子系統建設和接入要求 47 6 7機電設備接入要求 49 6 8綜合自動化子系統接入 50 6 8 1安全監測系統 50 6 8 2視頻監控系統 53 6 8 3井下人員 車輛定位管理 57 6 8 4調度電話系統 63 6 8 5井下無線通訊系統 70 6 8 6數字語音廣播系統 72 6 8 7井下避難硐室監控系統 76 6 8 8礦井壓風監控系統 82 6 8 9井下供水供液監控系統 83 6 8 10地面 井下電力監控系統 83 6 8 11頂板壓力監測系統 85 6 8 12主通風機監控 87 6 8 13井下膠帶運輸監控系統 89 6 8 14井下排水監控系統 92 6 8 15瓦斯抽采監控系統 94 6 8 16束管監測系統 94 6 8 17綜采工作面監控系統 96 6 8 18污水處理監測系統 98 6 8 19電子磅房監控 98 6 8 20高清視頻會議系統 98 6 8 21一通三防管理系統 106 6 8 22供電系統監控 107 7工程施工 售后服務及培訓工程施工 售后服務及培訓 110 7 16 1 工程施工 110 7 26 2 售后服務 110 7 36 3 培訓 110 8備品備件和專用工具備品備件和專用工具 111 8 1備品備件 111 8 2專用工具 111 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 1 頁 1 總體概述總體概述 1 1項目概述項目概述 我國煤礦安全生產 十二五 規劃中表示 隨著信息化技術的飛速發展和在煤礦 中的廣泛應用 特別是針對煤礦安全生產的管理來說 各種影響煤礦安全的不利因素 都得到了有效控制 使煤礦的安全生產管理有了質的飛躍 真正為實現 安全第一 預防為主 綜合治理 方針奠定了堅實基礎 但是由于我國煤礦生產的安全基礎仍然 薄弱 煤礦災害日趨嚴重 所以仍要高效穩定增強煤礦安全生產的技術支撐與保障能 力 因此大力加強建設安全生產信息化技術依然是規劃中的一個重要部分 本技術方案書正是積極響應 國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知 和 國家煤監局關于建設完善煤礦井下安全避險 六大系統 的通知 的要求 針對 泰山隆安煤礦的實際情況而進行的安全生產信息化建設規劃 提出了該系統及其附屬 設備的功能設計 結構 性能等方面的整體技術要求 對整個系統進行統一的規劃和 整理 從而保證系統分步有序的實施 進行構建出一個完整的 先進 安全 可靠 實用的智能化安全礦山 1 2設計依據設計依據 從礦井的用途和實際出發 把安全放在第一位 礦井綜合自動化系統設備的設計 和制造應符合適用的中國最新版國家標準 GB 或在國際范圍內被接受的具有不低于 下列標準的標準 井筒中和井下只準使用防爆設備 礦井綜合自動化系統的設計和制造應執行最新版國家標準 GB 和行業標準 煤礦安全規程 2006 年 7 月 1 日起施行 煤炭工業礦井設計規范 2005 煤礦安全裝備基本要求 煤礦安全生產監控系統通用技術條件 煤礦安全監控系統使用與管理規范 煤礦監控系統總體設計規范 煤礦監控系統性能測試方法 煤礦監控系統中心站軟件開發規范 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 2 頁 煤礦井下采掘作業地點氣象條件衛生標準 爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求 爆炸性環境用防爆電氣設備 防爆型電氣設備 爆炸性環境用防爆電氣設備 本質安全型電路和電氣設備 爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范 爆炸危險場所安全規定 煤礦通信 檢測 控制用電工產品通用技術條件 MT 209 設備可靠性試驗 GB 5080 1 7 電氣設備的抗干擾特性基本測量方法 GB4859 84 礦井通風安全監測系統裝備標準和使用管理規定 礦井通風及安全裝備標準 AQ6201 2006 煤礦安全監控系統通用技術要求 MT T1004 2006 煤礦安全生產監控系統通用技術條件 MT T1005 2006 礦用分站 MT T1006 2006 礦用信號轉換器 MT T1007 2006 礦用信息傳輸接口 MT T1008 2006 煤礦安全生產監控系統軟件通用技術要求 防治煤與瓦斯突出細則 礦井防滅火規范 礦山安全條例 煤炭工業信息化 十一五 發展規劃 九五 期間煤炭工業電子信息發展規劃綱要 煤炭調度信息化裝備技術規范 監測監控質量標準化實施標準 煤炭工業給排水設計規范 室外給排水設計規范 軟件開發規范 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 3 頁 CSTA 179 180 協議 計算機軟件可靠性和維護性管理 計算機軟件質量保證計劃規范 中華人民共和國公共安全行業標準 信息技術設備包括電氣設備的安全規范 煤炭洗選工程設計規范 GB 50359 2005 煤炭工業調度信息化建設總體規劃綱要 試行 電子計算機房設計規范 電子計算機場地通用規范 GB T 2887 2000 信息技術設備包括電氣設備的安全規范 中華人民共和國公共安全行業標準 安全技術防范規范工程程序技術規范 閉路電視系統工程技術規范 建筑電氣設計規范 電氣裝置安裝工程施工及驗收規范 通用用電設備配電設計規范 93 智能建筑設計標準 2000 建筑物防雷設計規范 94 中華人民共和國消防法 建筑設計防火規范 建筑內部裝修設計防火規范 建筑工程消防監督審核管理規定 火力發電廠與變電所設計防火規范 自動噴水滅火系統設計規范 建筑滅火器配置設計規范 火災自動報警系統 用戶終端設備耐過壓和過電流能力規范 建筑物防雷設計規范 GB50057 94 2000 年版 建筑物電子信息系統防雷技術規范 GB50343 2004 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 4 頁 電力設備過電壓保護設計技術規程 GB64 83 電子設備雷擊保護導則 GB7450 87 IEC 61312 1 雷電電磁脈沖的防護 第一部分 通則 IEC 61312 2 雷電電磁脈沖的防護 第二部分 屏蔽 等電位連接和接地 IEC 61312 3 雷電電磁脈沖的防護 第三部分 過電壓保護裝置的要求 信號防雷 所選產品性能指標 1 3設計原則設計原則 1 3 1 高可靠性高可靠性 軟件軟件 系統平臺軟件選用經過國家認證機構登記注冊的成熟平臺軟件 并有過同類 型礦井成功應用案例 使生產監控應用軟件在安全可靠的平臺下開發和連續 運行 生產綜合監控系統接入各子系統通信接口協議和數據格式 要求具有國際標 準性 開放性和成熟性 使系統接入的子系統通信暢通無阻 保持生產監控 系統連續運行 中央綜合監控系統操作站人機界面中 監控數據整體響應品質要求更新速度 小于 2 秒 含子系統響應時間 畫面更新速度小于 3 秒 管理信息系統具有高穩定性和數據安全性 硬件硬件 生產監控系統設備選用適合礦井惡劣環境下的工業性產品 防爆環境下選用 國家煤礦安全認證產品 基于可靠性理論 生產監控系統核心設備考慮冗余配置 保證關鍵設備單點 故障時建立快速切換機制 不影響主要生產系統運轉 生產監視與控制系統考慮降級操作方式 當意外事故和災害發生時能夠有效 組織和恢復生產 故障診斷及故障對策故障診斷及故障對策 對接入生產綜合監控系統進行監控的各個子系統設備 要求供應商具有提供 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 5 頁 子系統故障診斷信息和故障對策的能力和相應模塊 便于綜合監控系統實時 掌握子系統詳細運行狀態 及時發現隱患和排除故障 保證設備運轉率并滿 足生產計劃要求 生產子系統的關鍵控制設備要求提供平均無故障時間 MTBF Mean Time Between Failure 和平均故障修復時間指標 MTTR Mean Time To Repair Recover 便于綜合監控系統統計生產整體可靠性和可用性指標 評 價建成后系統的運轉率和可維護性 注注 1 MTBF 平均故障時間 一般指產品在兩次故障之間的平均時間間隔 作為 產品的平均壽命的指標之一 注注 2 MTTR 平均維修時間 一般指產品的故障維修所需的平均修復時間 作 為產品可維修性的衡量指標 1 3 2 高互聯性高互聯性 全礦建立統一的系統互聯標準 便于中央監控系統平臺實現高度集成以及易 于維護 要求生產監控系統平臺實現集自動化控制數據 語音 視頻于一體化綜合監 控功能 建立生產事件與多媒體信息聯動的功能 消除自動化系統與多媒體 系統之間 孤島 狀態 要求管理信息子系統之間以及與一體化監控系統之間信息無縫銜接 形成管 控一體化信息系統 1 3 3 高覆蓋性高覆蓋性 與生產運行有關的所有子系統集成到綜合監控系統平臺或信息化平臺中 形 成信息互聯和跨子系統資源共享的數據流以及實現相互之間的聯動功能 生產自動化綜合監控系統為信息化系統提供必要的管理數據 因此在規劃生 產自動化監控系統的同時 考慮信息化系統建設時所需采集的基本信息 如 滿足信息化生產產量統計 能源消耗 設備管理 人員管理 井下車輛管理 等數據采集需求 管理信息系統覆蓋安全生產相關的關鍵管理信息 能夠為管理者提供輔助決 策依據 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 6 頁 1 3 4 高可視性高可視性 生產監控系統可視性包括視頻畫面展示系統和人機界面展示系統 視頻系統應覆蓋井上 井下主要生產環節 能夠清晰地實時監視展示現場實 際場景和動態 通過操作站也能夠自由調用歷史回放畫面 便于查找歷史狀 態 生產綜合監控系統平臺與所有互聯子系統都要建立相關子系統的二維詳細流 程監控畫面 要求各個子系統能夠提供盡可能詳細的設備運行狀態 參數 包括子系統正常和故障狀態和參數 便于操作人員及時掌握生產與設備運 行情況 在運行故障時能夠掌握具體故障原因 及時提出維護維修對策 迅 速恢復生產 達到提高生產運行效率的目的 系統平臺應實現礦井巷道三維瀏覽 漫游等功能 通過現場設備運行狀態數 據采集 在三維瀏覽畫面中能夠反映設備種類 安裝位置 包括關鍵移動設 備的移動位置 設備主要運行狀態 并通過鼠標點擊畫面能夠展開系統監控 畫面二維詳細畫面 如點擊井下攝像機圖標時 操作站展現該攝像機的實時 視頻圖像 結合井下人員跟蹤系統 膠輪車定位系統數據采集 能夠實現動 態移動物體跟蹤和歷史軌跡回放功能等 結合瓦斯和通風監測系統采集數據 展示礦井三維巷道通風流量 壓力數據以及有害氣體實時分布狀態 便于操 作人員掌握井下通風全局情況 1 4建設目標建設目標 泰山隆安煤礦綜合信息化系統是圍繞 三化 礦井目標架構的礦級綜合管理信息平 臺 涉及到生產設計 生產管理和生產監控等方面 是支撐礦井生產運營的管理手段 其目的是加強礦井安全生產執行過程的 人 環境 設備 三個關鍵方面的管控結合 實現 管理信息化 生產自動化 裝備現代化 具體目標為 1 構建礦井安全生產一體化集中管控信息平臺 構建礦井安全生產一體化集中管控信息平臺 應用計算機技術 網絡技術 信息技術 控制技術 智能技術 和煤礦生產工藝 技術 實現礦井生產決策 安全生產執行管理和監測控制等信息的有機集成 實現礦 井安全生產集中監視 集中控制 集中指揮 2 提高安全生產保障能力 支撐自動化 少人化煤礦生產模式 提高安全生產保障能力 支撐自動化 少人化煤礦生產模式 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 7 頁 應用計算機技術 網絡和自動控制技術實現在礦調度指揮中心監測井下環境參數 集中控制井上 下機電設備 減少井下作業人數 達到減人增效和提高礦井安全水平 的目的 實現現場生產過程的動態實時監控與各種調度指揮手段的緊密結合 強化生 產調度指揮的實時性 聯動性 準確性 3 構建上傳下達 信息及時共享的網絡化管理平臺 提高管理溝通效率 實現 構建上傳下達 信息及時共享的網絡化管理平臺 提高管理溝通效率 實現 業務流程化信息管理 提高精細化控制程度 使管理業務流程化信息管理 提高精細化控制程度 使管理 透明化透明化 強化各職能業務管理者 各層級管理者的責任 通過動態的信息跟蹤記錄 可以 追溯相關生產問題的處理過程 明確監督各環節 為精細化管理改進提供依據 4 實現管理信息與監控信息的集成共享 構建可視化管理平臺 強化各級管理 實現管理信息與監控信息的集成共享 構建可視化管理平臺 強化各級管理 層面向生產運行實時信息的管理決策及時性 科學性 層面向生產運行實時信息的管理決策及時性 科學性 5 對于已有的子系統 可通過協議的轉換以融積木的方式融入全礦井綜合自動 對于已有的子系統 可通過協議的轉換以融積木的方式融入全礦井綜合自動 化系統 待建的子系統在建設時需充分考慮系統的統一性 保證各個子系統能無縫接化系統 待建的子系統在建設時需充分考慮系統的統一性 保證各個子系統能無縫接 入全礦井綜合自動化系統 入全礦井綜合自動化系統 1 5設計思路設計思路 在保證安全的前提下 建設一整套具有泰山隆安煤礦管理特色 實用 易用 可 靠的基于物聯網技術的自動化集成系統 形成數據 視頻 語音三網合一的監 管 控一體化的礦井 搭建以安全生產為中心 物聯網技術為基礎的煤礦自動化集成系統平臺 自動化 集成系統平臺由地面調度中心 企業信息網 工業控制環網和設備控制層組成 可實 現礦井主要生產環節如 原煤主運輸 地面生產系統和輔助安全 生產系統的集中監 控等 建設并完善生產子系統 包括膠帶輸送監控系統 主提升監控系統 主通風在線 監測系統 電力監控系統 供排水系統在內的煤礦生產 安全的自動化集成管理體系 實現整個礦井的安全 生產的精細化管理 構建 管控一體化 的本質安全型礦井 以泰山隆安煤業生產管理活動流程為基礎 通過應用軟件的使用 對煤礦現行工 作流程進行整理 將日常辦公 生產活動 財務 安全管理等體系建立在一個具有保 障運行 訪問安全可靠的信息集成管理平臺 實現煤業公司的經營管理 生產管理 安全管理等信息的有機集成 有效地支持公司領導的管理控制和決策指揮 實現在礦井調度指揮中心集中監測井下環境參數 利用現金的技術和合理的方案 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 8 頁 及時有效的發現井下災害并進行集中控制 減少安全事故 提高安全因數 保障生產 安全 減少資源浪費 從而增加經濟效益 通過自動化 信息集成系統的建設 實現井下變電所 通風機房 綜采工作面 膠帶輸送系統的無人值守 或少人值守 減少入井人員 從根本上改變煤礦用人多 效率低的固有模式 達到減人增效和提高礦井安全水平的目的 1 6總體架構總體架構 煤炭企業面臨發展機遇 企業規模和產能急劇擴張 需求逐步呈現多元化擴展 組合型管理代替單一管理成為主流 信息化建設的迫切性也明顯加劇 煤炭企業信息 化建設已從以前單點 分散 部門分割的系統狀態進入了集中管理 更強調信息資源 共享的階段 開始追求建立以信息化 自動化 網絡化 智能化和可視化為特征的 智能化安全礦山 其最終著眼點是希望通過信息資源充分整合 系統協調發展 能夠顯著提升企業的管理決策水平 時效性和競爭力 1 6 1 系統結構系統結構 本系統采用分層 分布式結構 軟件系統采用最普遍的C S結構 網絡通訊采用 TCP IP協議 整個系統由系統層 終端設備層 網絡層組成 系統層 主要由監控中心的系統平臺軟件 計算機系統 顯示系統 網絡安 全設備 輔助設備組成 該層根據終端設備層提供的信息 實現各系統實時 監視 自動化監控 人機接口 記錄及統計 數據庫管理以及各類高級應用 等功能 終端設備層 主要由各類傳感器 PLC 智能終端 專業控制系統及相應通訊 終端設備等組成 該層負責采集各類信息 并執行各類指令 網絡層 兩層間通過通訊網絡層連接 通訊網絡層包括通訊設備 光纜 通 訊電纜及備用電源設備組成 該層主要負責信息的上傳下達 為系統層及終 端設備層提供通訊通道 系統結構詳見下圖 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 9 頁 1 6 2 實施規劃實施規劃 項目的建設原則 總體規劃 分步實施 項目的建設原則 總體規劃 分步實施 按公共部分 工作面部分 各子系統分類分步實施 優先建設公共部分的基礎子 系統如環網子系統 供電監控子系統 調度大屏系統等 及關鍵專業子系統包括安監 人員管理等六大系統 建立綜合監控平臺 然后根據項目推進情況 逐步上齊各個子 系統 第一階段 完成公共部分的基礎設施建設 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 10 頁 網絡傳輸平臺 供電監控子系統 調度大屏系統 視頻會議系統 網絡傳輸平臺及供電監控子系統應著眼于現在及將來 立足于在整個項目范圍內 統一規劃 一次性將所有子系統所需的網絡以及線纜敷設到位 并預留好接口 減少 重復建設 降低投入及維護量 簡化后期的子系統建設工作 第二階段 完成關鍵子系統的建設 礦井綜合自動化系統平臺 監測監控系統 人員定位系統 緊急避險系統 避難硐室 壓風自救系統 供水施救系統 通信聯絡系統 調度電話 語音廣播 無線通訊 上述系統的建設會直接影響生產運營 且與生產作業直接相關 屬于其保障系統 在本項目中已經建設完成 需要集成到綜合信息化平臺中來 第三階段 完成其他子系統建設 綜采工作面監控系統 膠帶運輸控制及保護系統 礦壓安全監測系統 通風機監控系統 污水處理監控系統 磅房稱重系統 其他子系統 1 6 3 建設要求建設要求 全礦井綜合自動化系統平臺由軟件集成和網絡傳輸部分組成 集控中心服務器與 井下子系統通過標準的數據交換方式 如 OPC 等 進行數據通信與采集 并對數據進 行有效綜合集成 將實時 歷史及綜合的數據形成生產調度信息 分析后為管理層提 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 11 頁 供決策依據 專業操作員根據相關信息對各系統進行操作 從而實現監 管 控一體 化 基本功能如下 在物理上和邏輯上充分考慮硬件和軟件冗余 確保網絡的安全 當某子系統的通訊或元器件出現故障時 不影響整個網絡傳輸性能 硬件設備選型須符合國家和行業標準 下井設備應取得 MA MA 認證 井下設備須考慮防爆 防塵 抗高溫潮濕和電磁干擾等要求 地面設備考慮 防雷和抗電磁等干擾 集控中心能實時 準確的采集到子系統的工況及環境參數 并以圖表的形式 表現出來 實現監控與控制 系統可靠 穩定性強 界面友好 操作簡單 維護方便 考慮先進性 安全性 可靠性 實用性和兼容性 做到系統可靠運行 易擴 展 升級 易與異構子網互聯 實時顯示監控點的狀態與數據 設備故障或監測量超限時 專業子系統與集控平臺同步顯示故障設備名稱 報警點及數值 并將故障報警信息存入數據庫 供統計分析 系統實現信息高度集成 自動化 管理信息 視頻集成 建立綜合歷史數據庫 實時寫入數據 為統計分析提供依據 實現各子系統間的關聯分析 聯控功能 保障系統的網絡安全 應用安全 數據安全及供電安全 1 7關鍵支撐技術關鍵支撐技術 1 7 1 管理信息系統支撐技術管理信息系統支撐技術 管理信息化應用系統采用當前公認的具有先進技術理念的 基于框架的 構件化 的 一站式服務的三層或多層架構 這一架構遵循統一數據出口和統一數據入口的原 則 通過統一的一站式服務門戶對外給用戶提供閉環式服務和共享機制 對內整合各 業務應用系統 通過對上層應用服務的請求 調度下層業務邏輯及其相關業務系統的 資源 完成以事件為驅動的工作流和數據流的運行 在這一思想指導下 系統將設計成一個基于將 JAVA J2EE Web 應用系統 在構 架結構上采用三層或多層構架結構 可以滿足系統的縮放性 安全性 可訪問性 重 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 12 頁 用性及可維護性的要求 圖 管理信息系統技術架構圖 這樣的體系結構適合大規模配置的應用系統 而在中間層的業務邏輯不取決于客 戶端 極大地提高了系統的效率 這些業務邏輯共享數據庫連接 可以使大量的用戶 有機會使用系統 這樣增加的是用戶數量而不是數據庫的連接數量 不會影響服務器 的工作效率和增加系統的負擔 1 7 2 全集成自動化支撐技術全集成自動化支撐技術 OPC 技術在泰山隆安煤礦生產自動化控制子系統中的統一作用技術在泰山隆安煤礦生產自動化控制子系統中的統一作用 OPC 即用于過程控制的 OLE 部件對象連接與嵌入 是一種基于 OLE 的通信 標準 它包括一整套接口 屬性和方法的標準集 用于過程控制和制造業自動化系統 OPC 標準的關鍵在于它提供了一種可開發的 高效的通信機制 煤礦生產具有現場環境復雜 條件惡劣 地域覆蓋面大 生產系統多 存在各監控子 系統異構且相互獨立又互相制約等特點 OPC 規范正是解決當前煤礦監控系統數據分 散 自成體系問題的 對癥良藥 只要每個廠家的設備都遵循該規范 并提供相應地符合此規范的設備驅動程序 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 13 頁 則不僅各廠家的監控設備之間可相互兼容 而且 由于 OPC 規范提供了客戶與服務器 之間進行數據通訊和交換的通用工業標準機制 通過 OPC 接口 各 OPC 客戶 應用軟 件 和 OPC 服務器 設備 數據庫 之間形成了即插即用的鏈接關系 而不依賴于軟件和 設備的特定屬性 客戶和服務器可無縫地交換數據 上層的管理系統通過 OPC 也能 夠獲取各種現場設備 生產控制的數據 而且不需要隨著設備的更新而不斷更新軟件 大大降低了整體成本 通過 OPC 現場設備 生產控制和上層安全生產管理系統及經 營管理系統均可以共享信息 為實現煤炭企業的信息集成奠定了基礎 OPC 作為一項逐漸成型的技術已得到國內外廠商的高度重視 許多公司都在原來 產品的基礎上增加了對 OPC 的支持 由于統一了數據訪問的接口 使控制系統進一步 走向開放 實現信息的集成和共享 用戶能夠得到更多的方便 OPC 技術改變了原有 的控制系統模式 給國內系統生產廠商提出了一個發展的機遇和挑戰 符合 OPC 規范 的軟 硬件也已被廣泛應用 世界知名 PLC DCS 系統 OPC SERVER 軟件已經有 130 多種 也給煤礦生產自動化提出了更好解決集成問題的途徑 現場總線技術現場總線技術 現場總線 Fieldbus 是近年來迅速發展起來的一種工業數據總線 它主要解決工 業現場的智能化儀器儀表 控制器 執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場 控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題 由于現場總線簡單 可靠 經濟實用 等一系列突出的優點 因而受到了許多標準團體和計算機廠商的高度重視 現場總線有以下優點 1 一對 N 的結構 一對傳輸線 可以對應多臺現場數字儀表 也可采用多種網絡 拓撲結構 簡化了工程設計 降低了工程費用 2 現場總線采用數字信號傳輸 3 實現遠程監控 4 綜合多種功能 以微處理器為基礎的數字儀表具有多種功能 另外數字調節閥 直接從現場總線接收數字調節信號 在現場總線上就可以構成回路 把原來的 DCS 站 的功能下放到現場儀表 實現徹底的分散 提高系統的可靠性 集成化的通訊平臺集成化的通訊平臺 所有的部件之間的數據交換可以暢通無阻 因為現場總線和工業以太網提供了通 用的數據通道 無論是控制器 人機界面 還是工業控制 PC 中都集成了通訊接口程 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 14 頁 序 使的通訊連接沒有障礙 由于符合開放的標準 即使是第 3 方的設備也可順利地 接入通訊網絡 集成化的數據管理集成化的數據管理 傳統的方法是 PLC 網絡 人機界面等的組態在一個項目中的彼此獨立的 這須 用大量的數據輸入和校對的工作 在集成化的數據管理中 數據一旦被輸入 在整個系統中都可以使用 這是因為 所有的數據是在一個數據庫中進行管理的 這樣就大大提高了工程效率 降低了工程 的實施難度 集成化的編程組態集成化的編程組態 在功能上滿足一個自動化項目從設計 編程 組態 測試開車到操作診斷和遠程 維護的全過程 所有的部件都可以有一個軟件進行組態 降低用戶用于培訓的費用 采用統一化的用戶圖形界面和面向對象的設計 使用起來輕松自如 采用模塊化的設 計 使用戶根據需要進行選擇 采用統一的數據庫 保證了符號和變量在項目中的一 致性 便于維護和提高效率 1 7 3 管控一體化集成技術管控一體化集成技術 隨著信息技術的發展和滲透 生產過程自動化與管理信息化的界限正日趨模糊 生產過程自動化的核心問題正在演變為生產過程的信息化問題 而企業資源計劃也越 來越強調 時間 作為企業資源 強調管理的實時性 強調生產過程的實時數據作為企 業重要資源的管理應用 這種 融合 正日趨發展 雖然過去它們分屬于不同的領域 但是企業信息化的總 目標 使它們結合起來 這個結合部位就是所謂的管控一體化系統 如下圖 圖 管控一體化系統示意框圖 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 15 頁 從生產過程自動化觀點出發 強調生產過程數據的 管理 應用 從管理信息化觀 點出發 強調面向實時化 這就是現今企業信息化解決方案的重要觀點和思路 這也 是 管控一體化系統 的依據 圖 管控一體化系統示意框圖 企業級管控一體化系統實現目標 企業級管控一體化系統實現目標 實現異構控制系統的數據集成 消除信息 孤島 實現從管理觀點出發 所必要的實時化數據的采集和監控 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 16 頁 2 礦井網絡系統礦井網絡系統 2 1工業網絡系統設計工業網絡系統設計 2 1 1工業網絡需求工業網絡需求 泰山隆安煤礦建設安全生產一體化監控指揮平臺 克服信息孤島 形成互相關聯 的綜合信息化系統 系統之間信息實現共享 實現統一的監測與控制 這將有利于生 產實時調度優化和協調 提升處理突發事件的綜合應變能力與應急指揮處理能力 使 各子系統協調運轉 合理發揮產能 提高生產效率和安全管理水平 工業網絡是建設 安全生產一體化監控指揮平臺這一總體解決方案的基礎 工業網絡系統的建設應遵循數字化 高速化 智能化 標準化 安全可靠 易擴 充升級的原則進行設計 工業網絡系統整體解決方案不僅要徹底解決自動化系統 孤島 問題 而且具有高的可靠性 可延展性 企業今后進行的各種自動化改造和新建項目 均可快速 高效地和安全生產一體化監控指揮平臺進行無縫連接 各種新數據也可以 被迅速反映到自動化調度指揮中心的數據庫中 所有的數據經過數據庫的統一管理 數據一旦被輸入 在整個系統中都可以使用 集成化的編程組態 實現從設計 編程 硬件組態 測試到操作診斷和遠程維護的全過程組態應用 通過工業網絡系統的建設 實現所有不同的獨立的子系統的集成 使得避免了重 復的數據采集額外勞動 保證了信息數據的一致性 也使得數據信息能夠得到及時共 享和反饋 使企業信息資源和設備資源得以充分發揮 建設工業網絡系統系統 實現將井上和井下區域控制器和綜合監控站所采集的信 息和控制信號傳送給有關系統 考慮到企業今后的自動化改造及設備更新 需要選用能夠方便更換和擴展接口的 網絡交換機 這樣 企業今后新增加的地面 井下自動控制系統均可以方便接入綜合 自動化控制網絡 而無需另外敷設線路或增加網絡設施 2 1 2設計目標設計目標 工業網絡系統采用千兆工業以太網 按生產關系和地理位置構成邏輯環型網絡結 構 將各子系統的主機作為工業以太環網的一個節點 把各現場子系統整合于基于 TCP IP 的工業以太網中 通過 OPC DDE 數據庫共享 FTP 文件上傳等軟件接口完 成各子系統的信息整合 達到在地面調度室對全礦生產及相關環節的集中監控 實現 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 17 頁 礦井的管控一體化 2 1 3網絡技術選擇網絡技術選擇 作為現代工業控制網絡的技術方主要有 工業以太網與現場總線 礦井綜合自動 化網絡平臺設計可采用工業以太網與現場總線兩種方案 具體比較詳見下表 工業以太網方案與現場總線方案的性能比較 序號序號比較內容比較內容工業以太網方案工業以太網方案現場總線方案現場總線方案 1協議標準 統一且開放的 TCP IP 通訊協 議 便于集成多廠家設備 通訊協議有很多種 集成 多個廠家設備困難 2 與管理網連 接 相同的以太網協議 便于連 接網 協議不同 不易連接管理 網 3帶寬 隨著技術的發展 工業以太 網速率已達到了 1G 現已有 10G 速率骨干級設備可用 網絡速率很慢 只有幾十 K 4可維護性 因在商業領域沿用多年 已 為眾多的技術人員所熟悉 便于維護 維護不太方便 5組網方式 根據情況可組成多種拓撲結 構 只有總線式一種 6技術發展 支持視頻 數據 音頻三網 合一 不支持 從上面的比較可知 工業以太網技術具有組網方便 互連性好 帶寬高 可維護 性好的特點 現代的大型生產監控管理系統中往往使用到多家廠商提供的多種不同類型的設備 為了達到方便管理 保證系統運行穩定的目的 必須選擇一個開放的通信平臺 并將 各種不同類型設備的通信統一到這一標準通信平臺之上 為保證良好的兼容性和可擴 充性 建議使用以太網 TCP IP 技術作為整個系統的通信標準 如有其他類型的通信 格式 如 RS232 RS485 或其他專用通信接口等等 均可通過協議網關轉換為以太網 信息包 在 IP 網絡上進行傳送 以太網 TCP IP 技術具有以下的優勢 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 18 頁 隨著企業的發展 各種新技術的應用 可以預見 對網絡的帶寬要求也會越來越 高 比如基于網絡的視頻監控傳輸應用和井下設備震動信息數據采集等都需要進 行大量數據的傳輸 以太網技術具有相當高的數據傳輸速率 目前已有成功案例應 用于工業環境下的以太網交換機 能提供足夠的帶寬 能在同一總線上運行不同的傳輸協議 從而能建立企業的公共網絡平臺或基礎構 架 支持交互式和開放的數據存取技術 沿用多年 已為眾多的技術人員所熟悉 市場上能提供廣泛的設置 維護和診斷 工具 成為事實上的統一標準 允許使用不同的物理介質和構成不同的拓撲結構 以太網早期存在不確定性和實時性能欠佳的問題 智能交換機的使用 主動切換 功能的實現 優先權的引入等 基本上得到了解決 通過提高數據傳輸速率 仔 細地選擇網絡的拓撲結構 設置服務質量 QOS 等 從而保證數據傳輸的準確 性和實時性 因此 本設計方案選擇工業以太網組網技術作為 我礦綜合自動化工業網絡系統的技 術選型 2 1 4工業網絡系統設計工業網絡系統設計 采用基于工業以太網為主的以太網構建礦井綜合自動化網絡硬件平臺 綜合自動 化網絡技術選用千兆工業環形以太網 通過 Hiper Ring 技術組成環網 構成調度監控 中心網絡的骨干冗余層 地面通過千兆工業以太環網交換機 井下通過隔爆千兆工業 以太環網交換機 接入地面和井下的各個子系統 在礦井地面 井下各建立一個環網平臺 礦井地面 井下環網分別與調度監控中 心兩臺核心交換機連接 最終形成一個冗余工業千兆主干環形網的技術方案 充分滿 足礦井集成信息數據傳輸的帶寬要求 也為今年后發展提供硬件保證 注 此時兩臺 工業核心交換機組成 Hiper Ring 環網 兩個現場環網基于雙機 Coupling 冗余耦合技術 接入兩臺工業核心交換機 組成全網一致的整體冗余網絡 任一單斷點自愈時間快于 50ms 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 19 頁 2 1 5工業網絡系統可靠性設計工業網絡系統可靠性設計 2 1 5 1設備可靠性設備可靠性 煤礦行業的特點決定了整個系統必須具有很高的可靠性和可用性 以此保障生產 活動的正常進行和井下工作人員的安全 因此在選型時考慮所選技術在冗余性 出錯處理和容錯方面的能力 所選的產品 能夠適應井下惡劣的工作環境和防爆要求 本方案設計從網絡拓撲結構 網絡交換機 電源設計等方面 著重體現系統的可 靠性 網絡拓撲結構采用環網組網設計 解決單環鏈路斷點保護可靠 穩定 選用國際知名品牌 赫思曼工業網絡交換機 可靠 穩定 2臺核心交換設備 實現數據的熱備與負載均衡 冗余可靠 井下環網交換機使用雙電源冗余 為工業設備提供2路供電 同時 配置在 線式UPS電源 提高系統供電可靠性 2 1 5 2鏈路可靠性鏈路可靠性 網絡通信線路可靠性設計來保證整個網絡系統的的傳輸可靠性 核心交換設備之 間雙鏈路實現熱備冗余 環網交換設備使用千兆雙鏈路光纖用于環節點的冗余連接 環網之間使用千兆雙鏈路光纖用于環間耦合冗余連接 調度中心服務器及操作員站使 用雙鏈路連接網絡交換設備 整個工業網絡平臺 當其中某一段工作中的光纖線路被破壞或網絡設備發生故障 時 整個網絡實現快速自愈 并保證在 50ms 內恢復正常的通訊 光纜敷設時 使用多芯單模備份光纖 當其中兩芯出現問題時 可以使用其他備 份光纖傳輸 同時 不定期地派工作人員對通信線路進行安全性的檢查 以保證各信 息點訪問的暢通 50ms可靠性倒換保護 實現設備單點單鏈路故障切換 環與環之間雙鏈路連接 實現環環冗余耦合 操作員站 控制主機 服務器雙鏈路連接核心網絡設備 光纜芯數冗余設計 備份熔接 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 20 頁 2 1 5 3供電可靠性設計供電可靠性設計 綜合自動化網絡整體設計中 環網交換機的電源供電設計是設計的重要環節 依 據煤礦用電特點和供電穩定可靠原則 提出以下解決方案 地面環網交換機供電設計 根據煤礦用電設計 地面用電是 220V 的交流電 工業以太網交換機所需的是 24V 直流電 因此為每臺交換機配置 2 塊 80W 的電源模塊 將 220V 的交流電轉成 24V 直流電 同時 設計 1 路 UPS 不間斷供電電源 在有一個電源模塊損壞或停電情 況下 交換機設備可正常工作 完全不影響整個工業環網的傳輸 地面環網交換機供電連接圖地面環網交換機供電連接圖 井下環網交換機供電設計 根據煤礦用電設計 井下用電是 127V 380V 660V 交流電 同樣工業以太網交換 機所需的是 24V 直流電 在電源轉換上做如下考慮 部署礦用隔爆兼本安不間斷電源 該不間斷電源可以適應井下 127V 380V 660V 交流電 變壓為 24V 直流電 再連接 到交換機的電源模塊 同時 設計 1 路 UPS 不間斷供電電源 考慮了交換機的供電模 塊的冗余設計 根據井下供電情況 建議井下環網交換機供電采用專用綜保供電 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 21 頁 圖 井下環網交換機供電連接圖圖 井下環網交換機供電連接圖 保證了交換機的雙路供電 在有一個電源模塊損壞或停電情況下 交換機設備可 正常工作 完全不影響整個工業環網的傳輸 2 1 6工業網安全隔離設計工業網安全隔離設計 本方案中網絡設備采用的赫斯曼工業網交換機全部支持 VLAN 劃分 根據自動化 子系統特點 可以將每個子系統劃分成獨立的 VLAN 即劃分核心服務器區 VLAN 子 網和子系統 VLAN 子網 不同子系統 VLAN 子網之間通常情況下禁止訪問 各子系 統 VLAN 只能與核心服務器區 VLAN 通信 這樣的安全設計可以防止其中一個子系 統通信問題對其它子系統的影響 綜合自動化網絡采用環網設計 環節點之間光纖如果出現問題 不會影響整個環 網的通信 綜合自動化網絡核心采用 2 臺交換機 服務器系統都配置雙網卡 可以保 證服務器與核心交換機相連鏈路的可靠性 2 臺核心交換機配置 VRRP 冗余 任何 1 臺核心交換機的宕機對服務器和 VLAN 通信都不會有影響 整個工業網內部署網絡防病毒系統 所有服務器和控制上位機均安裝網絡版防病 毒軟件 徹底杜絕網絡病毒 工業網絡主要實現對整個煤炭生產的實時情況調度監視和查詢 對各個重要的設 備進行監視與控制 從網絡架構上是一套相對獨立的網絡 因此與管理網絡系統是物 理隔離的 本方案建議采用安全隔離網閘實現工業網絡系統和管理網絡系統之間的通信問題 安全隔離網閘具有數據遷移型和數據訪問型兩種工作模式 對數據在應用層細粒度安 全過濾后 以自有協議方式在安全隔離網閘內擺渡 徹底切斷了不同安全級別網絡間 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 22 頁 的任何連接 實現了高安全的隔離和實時的信息交換 2 1 7網絡管理網絡管理 網管是對整個管理信息網進行規劃 配置的工具 它可以實現對所有支持 SNMP 協議的網絡設備進行管理 配置 在更改設備配置時只要在網管工作站對相關設備進 行合適配置 通過網管工作站對網絡設備進行日常管理 流量統計 故障分析等 方案中工業網絡系統所有光纖環網交換機均支持 Web 管理 在網管工作站上使設 備用瀏覽器 通過光纖環網交換機的管理 IP 地址即可在圖形化界面上實現對交換機管 理 配置和狀態的觀測 而通過光纖環網交換機配套的 Hivision 網絡管理軟件可以實 現對整個通信網絡更加全面的管理 網管軟件支持標準的 OPC 2 0 DA 通過上位組態軟件實現綜合監控平臺對網絡運 行狀態的實時監控 這些實時監控功能主要包括網絡設備是否正常工作 網絡設備故 障原因 電源 風扇 冗余環 路由冗余 冗余上聯等事件的報警 網絡接入設備 是否連通性是否正常等一系列監測功能 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 23 頁 3 調度中心設計調度中心設計 3 1總體要求總體要求 軟件系統 礦井綜合自動化系統平臺軟件 硬件系統 調度監控中心調度大屏 數據服務器 管控服務器 WEB 發布服務器 及視頻服務器 短信報警平臺 綜合調度終端 工程師站 操作員站 輔助設備等 3 2軟件技術指標軟件技術指標 操作系統操作系統 服務器操作系統采用 Microsoft Windows 2008 Server 企業版 應用于管控 服務器 WEB 發布服務器等 WIN XP 專業版操作系統 主要用于操作員站和工程師站 數據庫系統數據庫系統 關系型數據庫軟件 Windows SQL Server2005 標準版 實時數據庫軟件 TXTS900 實時數據庫 平臺軟件平臺軟件 適用于礦業領域 可集成礦井各類自動化系統 支持組態 CAD 圖形顯示 包括平移 縮放和畫面整理等 應具備圖表 2 維 3 維等多種可視化手段 系統展現形式豐富 系統應同時支持實時數據庫和關系數據庫 既能夠支持如電力故障錄波和過 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 24 頁 程控制等應用子系統所需的高實時性 同時也具備商業型關系數據庫高效率 的復雜查詢分析性能 系統應能區分各類消息以及報警 告警 干擾和差錯等 系統能通過 Web 發布 利用 IE 瀏覽器 即能通過互聯網 局域網遠程監測和 監控自動化系統 系統支持雙機熱備功能 3 3設備設備技術要求技術要求 3 3 1 大屏顯示系統大屏顯示系統 總體要求總體要求 調度中心配置 46 DID 液晶拼接屏 數量根據用戶的需求而定 數量根據用戶的需求而定 以及一塊 LED 顯示 屏組成屏幕墻系統一套 大屏顯示系統是其他所有子系統產生的信息的終端表達設備 一個好的大屏幕顯示系統不僅是管理控制中心現代化的形象設備 更重要的是在其他 子系統的支持下 成為日常工作中不可或缺的重要組成部分 大屏幕拼接顯示系統包括液晶拼接單元組合墻體 圖像控制系統 大屏控制控制 管理軟件 接口設備 專用線纜及 3 75 雙基色顯示屏等組成 序號設備名稱 1 46 液晶顯示單元 2 顯示單元底座 3 圖像拼接控制器 4 大屏幕控制管理軟件 5 專用工程線纜 6 控制計算機 7 3 75 雙基色顯示屏 8 42U 機柜 大屏顯示系統如下圖所示 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 25 頁 系統技術要求系統技術要求 DID46 液晶拼接屏 拼接大屏屏頂部為室內 3 75 雙基色顯示屏一塊 顯示單元組合系統尺寸 單屏尺寸 46 對角線 1025 7 寬 579 8 高 130 厚 LED 條屏尺寸 根據拼接屏的數量而定 圖像控制器 應采用模塊化結構 便于擴容 安裝與維護 應具有支持至少 72 個屏的擴展 能力 采用專業高速數字總線交換架構和高速多總線并行處理技術 總線帶寬不小于 180Gb s 可確保在復雜應用情況下大量各種信號的混合高速顯示 圖像控制器系統應能兼容各種種類輸入信號 包括數字 模擬信號 可兼容任 意種類的視頻信號源 包括復合視頻 分量視頻 VGA DVI HDMI 信號 對 各種輸入信號具有相同的拼接能力 信號窗口可以在全屏范圍內任意大小 任 泰山隆安煤礦綜合信息化方案 南京天溯自動化控制系統有限公司 第 26 頁 意縮放 漫游 疊加 單屏 跨屏 全屏顯示 3 3 2 服務器技術要求服務器技術要求 1 1 數據服務器配置要求數據服務器配置要求 數據服務器主要用于提供數據庫服務 主要功能主要功能 具有穩定可靠的大數據量存儲處理能力 快速數據讀取和寫入性能 性能指標性能