大恒煤业信息化总体方案上报.doc
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大恒煤业信息化建设
总体方案
山西朔州大恒煤业有限公司
2010年12月
第一章大恒煤业建设目标及建设原则
1.1建设目标
遵循“国际先进、国内领先”的总体目标和“整体规划、分步实施、重点突破”的总体建设原则，本项目将以与直接生产相关的自动化、数字化和集成管理，以及生产安全监控相关的建设和集成管理为重点，将大恒煤业建设为在生产管理中基本实现“生产过程自动化”、“安全监测数字化”、“企业管理信息化”、“信息管理集约化”的数字化矿井。
项目建设成功对于郓城煤矿具有以下现实意义：
A.提高矿井安全生产管理水平
实现在调度指挥中心集中监测井上、井下生产安全信息，远程控制主运皮带、主扇风机、供电、井下泵房、选煤厂等各系统设备，实现无人值守，提高安全性。
B.提高生产效率，建设知识型企业
推进精细化管理，通过提高生产设备和辅助生产环节的自动化水平，提高生产效率，并减少现场操作人员。
同时，将大量人员工作由现场操作逐步转变为对设备和系统的分析预防、维护管理等知识型工作，提高业主队伍的技术和管理水平及生产承包方维护、应用水平，使其更有能力、精力和手段推进精细化管理。
C.消除信息“孤岛”，实现数字矿山管控一体化，提高管理效率
实现井上井下所有控制、监测子系统在一个统一的网络平台上运行，从而消除信息“孤岛”，达到最大程度的信息共享，提高管理效率。
1.2建设原则
²先进性、成熟性
使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，既能满足当前的需求，又能适应未来的发展实用性，选用的设备应是经过实践检验的成熟产品。
²可靠性
综合自动化系统的可靠性是系统具有实用性的前提，确保能高效、稳定适应煤矿特殊环境的连续工作。
²安全性
综合自动化系统是基于网络体系的，其安全性将是系统建设的核心技术，而用户对网络安全的要求又相当高，因此安全性原则非常重要。
监控系统中主要有以下几大安全问题：
数据的私有性（保护监控系统的数据不被侵入者非法获取）；
授权（防止非法侵入者在监控系统上发送错误信息）；
访问控制（控制对网络资源的访问）。
安全措施应包括：
防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。
²实时准确性
综合自动化系统的基本功能就是将被监控对象发生的事件在有限的时间内准确及时地反映上来，并根据系统控制程序实施合理控制。
因此实时性与准确性的原则贯穿在系统设计的各个方面，设备和终端必须反应快速，充分配合实时性的需求。
²互联性和可扩展性
把各子系统有机结合起来，满足信息层结构中各层之间信息沟通，增加各子系统之间的互联性和可扩展性。
充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分配合未来功能及扩充、升级项目的需求，以避免将来重复的投资。
标准化、结构化、模块化的设计思想贯彻始终，奠定系统的开放性、可扩展性、可维护性、可靠性和经济性的基础。
²易操作、维护
先进且易于使用的图形人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。
系统应便于各种日常维护，能够方便地进行软件的重新配置、系统的自检与恢复、硬件备品备件的更换和软件系统的升级。
²经济性
既要保证系统设计的先进性，又要保证系统设计的经济性。
在一定的资金资源下，提供最合理的方案，所有设备的选型配置和采购订货，坚持性价比最优的原则，同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力。
第二章信息化网络平台
2.1信息化网络平台
目的：
在统一平台的核心思想指导下，建立起千兆高速、开放、安全、可靠的矿井公共网络传输平台和网络交换系统，建立网络基础服务系统，实现三网合一，支持Internet接入，并具备完善的网络安全体系和管理体系，以保证网络系统的安全可靠运行；
内容：
网络平台的建设包括管理网络、工业环网、服务器群组、安全系统、综合布线5个部分，涵盖这5个部分的硬件、软件及传输线缆等。
信息传输服务：
接入层设备应能提供方便的接入端口，无论从任何一点接入，都应方便地支持编程上传/下载、系统诊断和数据采集功能，且不需要复杂的编程或特殊的软硬件支持，同时不影响实时信息传输性能；
网络模式及结构：
要求以模块化、层次化为网络设计理念，采用以太网技术及成熟的千兆网络设备组成千兆主干网络，支持星型、树型、总线型和环形等多种拓扑结构，提供便利的接入条件和快速的线路保护功能。
冗余：
在物理上和逻辑上都要考虑到网络系统的冗余，确保网络系统的安全。
当网络中某一子系统的通讯或元器件出现故障时，不能影响其它子系统的通信和整个网络的传输性能。
业务：
实现三网合一，支持Internet接入。
网络管理及故障诊断：
配置调度中心网管工作站及移动管理终端，实现图形化展示网络拓扑、全流程的故障管理、主动的网络监视、批量的设备配置备份。
配置可视化操作员站及工程师版网管软件，实现网络设备统一监控管理，支持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。
同时，可以将网络设备的状态信息通过OPC方式传递到HMI/SCADA软件中，从而将网络监控与其他智能设备的监控集成一体。
网络安全：
应统筹制定网络安全策略，采用设备安全、网络安全、数据安全、联网安全等一系列软硬件安全措施，部署网络安全系统，保证综合监控及自动化网络与所有子系统的安全，保证综合监控及自动化网络与企业信息网络的安全隔离。
2.2管理网络
2.2.1管理网络的建设目标：
能够通过企业信息网络平台传输数据、语音、视频信息；实现企业OA办公自动化、ERP系统、统一上网业务；支持Internet接入、自动化网络接入。
具有“可扩展、可运营、可管理，并可持续发展”的能力。
管理网络布置在地面，采用星型结构，主干带宽1000M，接入层为100M接入，服务器与核心交换机以1000M接入。
核心交换机采用双机冗余网来提高性能和控制风险。
采用网闸实现与工业环网的连接。
用于管理系统的服务器采用冗余连接至核心交换机，并通过光纤交换机接入磁盘阵列。
安全系统设备通过1000M连接至核心交换机，对全网安全进行监测、控制和管理
2.2.2网络平台功能
²支持多种客户端如Web浏览器、移动设备和传统客户端，可运行在多种操作系统上，可访问多种不同的数据系统。
²支持可伸缩的分布式事务处理，能够提供高级别的安全性、可靠性、可用性和数据完整性。
²提供可扩展的运行环境，这一环境可用于基于组件的分布式解决方案的开发和部署。
²可与企业数据库、事务处理系统和其他应用进行交互。
²能够进行快速的业务集成，业务流程管理，符合现有成熟的应用集成规范。
²网络要求以模块化、层次化为设计理念，采用三层、星型网络扑结构，网络核心使用千兆以太网交换机、双电源冗余，支持千兆骨干，百兆到桌面。
²接入交换机采用光纤千兆双链路上行连接至核心交换机。
第三章综合自动化集成平台及子系统接入
3.1平台建设内容和架构
综合自动化软件系统，是集数据通信、处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体的综合数据应用软件系统，能在各种情况下准确、可靠、迅捷地做出反应，及时处理，协调各系统工作，达到实时、合理监控的目的。
综合自动化平台具有“集中管理，分散控制；监控全面，使用方便”的特点，并要基于先进的平台软件技术开发，从技术，设计，开发，维护等各个方面保证系统的先进性，符合现代煤矿生产集中控制的软件系统，并基于网络平台运行，以网络操作系统Windows2003Server为运行环境，以关系数据库（如MSSQL_Server、DB2、Oracle等）为数据库支撑。
同时还可将安全生产相关数据存储在实时数据库及关系型数据库中，建设全矿统一的安全生产综合数据库，以实现对全矿安全生产历史状况的查询与分析。
3.2系统架构
系统采用B/S模式设计三层网络体系结构：
浏览器、应用逻辑服务器、数据库服务器。
下为软件系统体系结构示意图:
客户端应用程序
+Ado.Net
客户浏览器
应用程序服务器
IIS+XMLWebService
+
Ado.Net
+
业务规则
数据库服务器
SQLServer
数据库
XML/DATAAAAAA
客户浏览器以WEB浏览器，如InternetExplore,Netscape等作为客户端应用的容器，属于表示层，包含了系统的显示逻辑。
由它向WEB服务器提出请求服务，WEB服务器对用户身份进行验证后，与数据库服务器进行交互，通过HTTP协议把相关内容返回给客户端，客户浏览器把接收到的主页内容显示出来。
系统结构：
系统采用C/B/S（客户机/浏览器/服务器）混合结构，工作人员对现场设备的操作都在客户端上；服务器可分为人机界面服务器和数据服务器，并且服务器也可以分布设置。
客户端通过系统网络访问服务器提供的画面及数据。
3.3软件开发平台
3.3.1软件接口
软件接口及标准的信息协议是软件整合能否实现的关键，对于各现场控制单元（子系统），接入组件支持业界普遍认同的一些标准接口接入。
3.3.2OPC接口
OPC（OLEforProcessControl）是被工控领域广泛遵循的一种标准，它规范了应用程序与现场设备或数据源之间数据存取的接口协议，它是基于微软的组件技术（COM/DCOM）设计，采用客户/服务器体系结构。
它既可存取本地OPC服务器数据，又可存取分布在网上其它节点的OPC服务器，并且具有高效、安全的特点。
它是目前存取现场数据最理想的方法。
3.3.3DDE/NetDDE接口
NetDDE是基于网络的动态数据交换（DDE）技术，DDE由微软早期发布，解决应用程序之间数据的动态交换。
也采用客户/服务器体系结构。
它既可存取本地DDE服务器数据，又可存取分布在网上其它节点的DDE服务器，它比OPC在速度和安全性方面要逊色。
但对一些动态刷新系统它仍不失为一种简单有效的方法。
3.3.4ODBC接口
现场控制单元（子系统）可将一些对实时性要求不高（如统计等）信息周期性地通过数据接口写入指定的共享数据库（如MSAccess、ORACLE或MSSQL等）的表中，综合自动化控制系统通过数据库接口获取相关信息。
3.3.5FTP传送
现场控制单元（子系统）将实时数据周期性地写入指定的文件中，文件的结构符合统一的信息描述，子系统通过FTP上传至管控服务器设置好的FTP服务器。
3.3.6标准、开放的接口协议
采用标准、开放的接口协议，各系统互联基于以太网，采用标准、开放的协议如OPC、NetDDE、MPEG4等协议。
3.3.7管控一体化
综合自动化平台可实现安全、生产各环节参数的自动接入与汇总处理，并能实现智能化控制方案形成，对现场子系统进行调控。
3.4子系统接入
3.4.1生产子系统列表
郓城煤矿围绕煤炭安全生产系统要求接入集成平台的子系统有：
Ø矿井调度通讯系统
Ø井下排水监控系统
Ø井下供电监控系统（包括中央变电所、采区变电所）
Ø地面压风机监控系统
Ø地面主通风机监控系统
Ø地面电力监控系统
Ø矿井无线通讯系统
Ø井下人员定位系统
Ø矿井安全监控系统（
Ø矿井防灭火束管监测系统
Ø选煤厂监控系统
Ø矿井语音广播系统
Ø工业电视系统
Ø矿井水文监测监控系统
Ø矿井矿压监测监控系统
Ø
3.4.2子系统接入方式
过程控制网络与操作执行层（设备层）网络间的集成主要是实现网络间信息交换与信息共享。
网络设备选型要充分考虑到各子系统自身网络所采用通信协议和通信模式的复杂性，具备提供开放的、标准的通信协议转换能力网关产品。
根据目前设备、技术的情况和未来技术发展的方向，各子系统信息的集成主要采取三种方式：
1、对于PLC系统，子系统由控制器的以太网接口接入环网。
2.、对于带上位控制系统，子系统通过上位机的网口接入环网连接。
3.、对于总线接入的子系统，系统通过接口转换模块连接控制器接入环网。
系统应能随着矿井建设进程做到整体规划分步实施，并能随着技术的发展方便升级，充分考虑系统平台和数据的安全性。
根据矿区整体规划，集成商负责整个综合自动化系统建设的规划、设计、编制相应数据库文件。
对于由系统集成商建设的子系统，系统集成商应紧密配合原始设备厂商完成子系统控制系统的设计、现场调试和相关培训。
3.5子系统接入解决方案：
综合自动化系统集成需要接入的生产子系统统计表
序号
监控点
接入方式
数据接口
子系统主设备所在位置
1
综采工作面生产监测系统
以太网
OPC
综采工作面
2
井下排水监控系统
以太网
OPC
中央水泵房
3
井下供电监控系统
RS485转换以太网
OPC
中央变电所、采区变电所
4
主运皮带监控系统
以太网
OPC
主皮带机头、顺槽机头
5
主通风监控系统
以太网
OPC
通风机房
6
地面电力监控系统
RS485转换以太网
OPC
35KV变电站，主斜井井口房、通风机房
7
井下压风监控系统
以太网
OPC
压风机房
8
安全监控系统
以太网
OPC
调度指挥中心
9
人员定位系统
以太网
OPC
调度指挥中心
10
束管监测系统
以太网
OPC
调度指挥中心
11
选煤厂监控系统
以太网
OPC
选煤厂
12
副井索道监控系统
以太网
OPC
副井口
13
工业电视系统
以太网
地面机房
3.5.1综采工作面生产监测系统
◆监控对象
大恒煤业装备综合自动化采煤系统，则可全面实现对综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、泵站的集中联锁控制。
◆主要功能
²监测采煤机的牵引速度、方向、位置；
²监测采煤机的电机电流、电机温度、缺水信息；
²监测液压支架的工作状况；
²监测泵站、负荷中心的工作状态、参数、故障信息；
²监测刮板机、转载机、破碎机运行状态及相关参数；
²监测被控电机工作电压，电流，温度，启动状态，故障状态；
²移动变电站信息、组合开关信息。
²集中控制方式（由地面或其它主控计算机对系统进行远程逻辑控制）
²就地控制方式（由集控主机进行设备煤流联锁控制）
²检修控制方式（由集控主机进行单台设备控制）
²点动控制方式（进行单台电机控制）
²工作面破碎机、转载机、刮板运输机启、停控制（含单启、单停、联锁启停）
²乳化泵、喷雾泵启/停控制
²破碎机、转载机、前/后部刮板运输机启动语言预报警
²工作面沿线急停闭锁及报警
²转载机、刮板运输机过载显示及语言报警
²在刮板机运输机机头头实现就地启/停功能
²与顺槽胶带机集控系统互相联系与联锁关系控制（按煤流顺序起停设备可选）
²传感器保护的报警、停车（停车可以通过参数设定来选择）
²主控制器就地带有所有检测及控制的参数调整功能
²参数调整密码保护功能
PLC控制站配置以太网络接口模块，就近连接千兆环网交换机，完成子系统接入。
实现调度监控中心对子系统的数据采集和远程控制，可达到无人值守。
3.5.2井下排水监测、监控系统
²PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。
²系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作。
²系统具有通讯接口功能，PLC可同时与操作屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现水泵四遥功能。
²系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动射流泵，若在程序设定的时间内达不到真空度，便有报警输出。
²在操作屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障点自动闪烁。
具有故障记录，支持历史数据查询等功能。
²系统保护功能：
超温保护、流量保护、电动机故障、电动闸阀故障。
²系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。
◆在地面控制中心实现的功能
²显示功能
动态显示井下泵房运行的工况，以及水流量的大小；实时显示个水泵中各种保护传感器的工作状态，并对低电压、漏电、过电流、真空度、流量开关、定子温度、轴承温度、水位超限等故障类型进行诊断分析显示。
²控制功能
具有远程控制水泵的开/停功能，以及泵房其他设备的远程控制控制功能，如电动闸阀、电磁阀的开合控制。
²保护功能
系统对水泵排水系统过程中出现的故障有保护功能。
²报表功能
把各种模拟数据如电流、温度做成报表的格式，供操作人员查询参考。
◆子系统接入
PLC控制站配置以太网络接口模块，直接连接中央变电所内的的千兆环网交换机，完成子系统接入，从而实现调度监控中心对水泵的远程监测监控，无人值守。
3.5.3井下供电监控系统
◆监控对象
中央变电所、采区变电所
系统实时采集供电系统的电压、电流、功率、电量、功率因数、频率、开关的分合状态及故障信息；根据矿井实际需要进行分合闸；显示变电所设备运行情况及电压、电流等参数的变化、显示变电所各保护传感器的状态、显示跳闸、过载、短路等故障类型并查看各分站间通信是否正常、查看历史数据、分析故障原因，并进行数据分析统计，生成相关报表。
实现无人值守，实现电力监控四遥：
即遥控、遥测、遥信、遥调。
◆子系统接入
矿井电力监控系统在各个变电所设置协议转换器，将RS485信号转换为以太网信号，均以以太网接口接入变电所内或附近设置的以太环网交换机，从而接入矿井工业以太网平台，实现与调度监控中心的通信，在调度监控中心可以实现对变电所的远程监测监控，如一次设备的保护、监视、测量、控制、报警、开关状态记录、远方信息交换等功能。
3.5.4主运皮带监控系统
◆监控对象
主斜井胶带输送机，大巷胶带输送机。
◆基本控制功能
²实现控制站接入矿井综合自动化系统的井下光纤工业以太环网；
²实现与胶带监控系统的通讯及硬接线闭锁；
²实现组合开关内电量参数的监测及上传；
²控制系统的“三遥”控制功能：
在线监测胶带设备的运行状态，实现正常的顺序起、停控制；
²电机电流、电机轴温等检测；胶带机主电动机的过载、失压、电压不平衡及缺相保护功能；
²系统负责协调胶带机前后设备的顺序控制；
²完成液力耦合器勺杆的位置调节，实现胶带机的软控起停、自动张紧、起车预警、停车、紧急停车、故障保护等控制功能；
◆安全保护功能
安全保护系统具有胶带机打滑、堆煤、满仓、煤位、超温洒水、烟雾、温度、沿线急停、跑偏、断带、撕裂和语音系统等多种保护和装置。
²智能跑偏/拉线保护：
对胶带机运行当中的跑偏故障进行保护和沿线出现紧急情况时进行紧急停车。
由于选用的智能跑偏/拉线开关，在操纵台上可以监视到智能跑偏/拉线开关的动作位置，以便及时发现故障地点，进行处理，恢复生产。
²堆煤保护：
监测上煤点是否堵塞，出现故障能控制胶带机紧急停车。
²烟雾保护：
监测驱动部因机械摩擦产生的烟雾，并能提供信号控制胶带机紧急停车。
²超温洒水保护：
对驱动部发生火灾进行停车，洒水保护。
²打滑保护：
胶带机上安装测速传感器，连续监测胶带机的速度，并提供打滑保护信号。
²煤位监测：
通过监测传感器可以连续监测煤仓的煤位信号。
²温度保护：
通过设置在电机上的温度传感器可以连续监测电机温度，并提供温度超限报警。
²断带保护：
通过断带保护传感器监测胶带是否断裂，并能提供信号控制胶带机紧急停车。
²撕裂保护：
通过纵撕保护传感器监测胶带是否纵向撕裂，并能提供信号控制胶带机紧急停车。
²胶带机语音电话系统：
在胶带机沿线单独设有一路电话系统进行通话联络。
◆子系统接入
将皮带通讯控制保护系统主控制器经接口和协议转换（RS485总线接口、Modbus数据协议）后，与PLC控制站连接，PLC控制站配置以太网络接口模块，就近连接千兆环网交换机，完成子系统接入，从而实现调度监控中心对子系统的数据采集和远程控制，可达到无人值守。
3.5.5主通风机监控系统
◆监控对象
矿井主扇，轴流式通风机。
◆技术功能要求
主通风机在线监测系统与主机配套。
在线监测参数有：
风机的入口静压、风量、电机功率、A相电流、A相电压；电机轴承温度、风机轴承温度、电机绕组温度、（PT100温度传感器用户预埋）；风机振动、风机开停信号及正反风信号等。
能根据被测风机类型调动相关风量、风压、功率、效率的计算公式，对数据进行处理并按照标准形式以表格、曲线方式输出，并显示风量、全压、静压、功率、全压效率等性能指标参数；能够进行自动调节、远程监控。
◆子系统接入方式
该系统为通风机设备的配套系统，综合自动化工程集成商只考虑子系统接入问题。
在通风机房设置工业环网交换机，将该系统的控制器或上位机接入（根据电控厂商的设备最终确定接口和协议转换形式）环网交换机，在矿井调度监控中心实现远程监测功能。
集成平台制作相应的监视界面。
集成平台采集到该数据后在自动化平台监视。
集成平台制作相应的画面和数据展示界面。
3.5.6井上电力监控系统
◆监测对象
地面变电所
主要功能
系统实时采集供电系统的电压、电流、功率、电量、功率因数、频率、开关的分合状态及故障信息；根据矿井实际需要进行分合闸；显示变电所设备运行情况及电压、电流等参数的变化、显示变电所各保护传感器的状态、显示跳闸、过载、短路等故障类型并查看各分站间通信是否正常、查看历史数据、分析故障原因，并进行数据分析统计，生成相关报表。
实现无人值守，实现电力监控四遥：
即遥控、遥测、遥信、遥调。
◆子系统接入
矿井电力监控系统设置协议转换器，将RS485信号转换为以太网信号，均以以太网接口接入变电所内或附近位置的以太环网交换机，从而接入矿井工业以太网平台，实现与调度监控中心的通信，在调度监控中心可以实现对变电所的远程监测监控，如一次设备的保护、监视、测量、控制、报警、开关状态记录、远方信息交换等功能。
3.5.7矿井压风监控系统
采用PLC可编程序控制器配合压风机电控柜对压风机进行单机和多机联动控制，通过上位机及综合自动化系统对该系统实现就地/远程控制。
实现对压风机运行时各类参数、及管网压力、排水温度、管网气体流量等动态信息的监测。
压风机房监控系统可以控制调整运行参数（压力值、控制模式、加载/卸载延时时间）；显示机组排气压力、机组排气温度、主机排气温度、喷油温度、分离前压力、进气过滤器滤芯情况、进气过滤器真空度、冷却器过滤器滤芯情况、进气蝶阀开度、总运行时间/加载时间；主机排气温度及润滑油温度过高时，控制停车；故障报警：
进气过滤器滤芯更换、冷却器过滤器滤芯更换、油气分离器滤芯更换、主机排气温度/压力过高、传感器故障、卸载/加载时分离器前压力过低、启动器失效、主电机过载、风扇电机过载、压力变速失效、温度传感器失效、微处理器的存储器失效等情况进行报警，实现无人值守。
将该子系统接入矿井综合自动化网络，集成平台采集到该数据后在自动化平台进行自动化监测与控制。
集成平台制作相应的画面和控制界面。
子系统接入方式：
子系统采用PLC控制，PLC配置以太网网络模块，接入就近设置的地面环网交换机，通讯协议为TCP/IP。
3.5.8选煤厂控制系统
系统以PLC为核心，实现对原煤准备、主洗选、产品储运主要生产设备的集中控制、设备运转状态的集中监视为目的的集中控制系统。
主要采用集中联锁和就地解锁两种控制方式对全厂洗选生产过程进行自动控制。
包括：
程序启车、停车，集中连锁、事故闭锁、报
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