天向煤业全矿井综合自动化系统初设.docx
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天向煤业全矿井综合自动化系统初设
矿井综合自动化系统建设及方案
第一节综合自动化系统建设的要求
一、系统一般要求
金星矿井设计规划30万t/a，是采用两立一斜混合开拓的新型矿井。
当前，随着对煤矿安全生产的要求日益提高，积极采用高新技术和先进适用技术，实现“煤矿装备现代化、系统自动化、管理信息化”，立足将本矿井建设成为安全高效的大型现代化矿井。
二、系统的总体要求
通过优化矿井的相关生产资源综合管理调控能力，建立矿井监测、控制、管理一体化的、基于网络的信息化系统集成，以实现全矿井各生产环节的过程控制自动化、安全生产综合调度指挥和业务运转网络化、行政办公无纸高效化。
1、应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和煤矿生产工艺技术，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成。
2、应用计算机技术、网络和自动化控制技术，实现在矿调度指挥中心监测井下环境参数，集中控制井上、井下机电设备，减少井下作业人数，达到减人增效和提高矿井安全水平的目的。
3、应用计算机技术、网络技术和自动化技术实现井下人员跟踪、位置查询、人数汇总、安全告警等井下人员信息。
4、通过应用软件，实现生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化，并能实现对关键设备的状态监测和故障分析。
5、利用先进的技术和合理的方案，使系统具有良好的性价比。
三、系统网络要求
监控系统及自动化网络主要实现对整个煤矿安全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，因此该网络与煤矿安全生产密切相关，也加深了系统对网络安全性的要求。
本系统中，监测监控网络、管控网络、自动化网络从网络架构上都是相对独立的网络，相互间是物理隔离的，外网和内网之间的物理隔离都通过部署隔离网闸的方式实现。
同时在信息管理网络上也允许一部分高层主管领导用户对监控及自动化网络中的资源及系统进行访问。
因此配置防火墙和网闸以实现与外界的安全通讯。
第二节安全监控指挥中心的建设
一、.机房的建设
地板
地板选用防静电陶瓷架空活动地板，豪华、美观、耐磨，地板安装高度为10-15mm，下面留出充分的布线空间。
参见下图：
地板与墙体交界处做封边处理。
机房入口处让出开门空间。
调度室进口留出2米通道，铺上除尘地毯，典雅豪华。
地板铺设安装牢固，平整、无松动。
墙面
墙面、柱面进行防尘、防潮、防水、保温处理，确保洁净度高、不产生粉尘、不产生龟裂、眩光，起到防水、防潮、防霉的效果，同时使房屋内部平整、光滑，清洁美观。
墙面做必要的美观装饰设计，必须做防火阻燃处理。
大屏幕显示墙安装到位（设备安装紧固）后，对屏幕四周边预留空隙进行收口（以不漏光为原则），并作必要的修饰，颜色与周围整体协调。
吊顶采用钢骨架结构，顶面为高耐火性能的泰山牌石膏板材。
造型美观，颜色与整个空间的色调协调。
灯光控制
大屏幕显示墙的背后应有不少于1-2米的维修通道，设置可独立控制灯光。
灯光控制要求设置可以分组独立控制开关，特别强调显示拼接墙前面4米内的灯光要能单独控制，平行于屏幕排列，要单独可控开与关。
灯光不能直接照射到屏幕上。
尽量设计背朝大屏方向。
整个大厅的灯按平行于屏幕方向分组进行控制，不能选用较强光的光源。
灯光的布置原则是：
使工作区有足够灯光强度，但对屏幕又不会产生明显的影响。
数字显示拼接墙需要对周围太阳光线进行控制，采用加厚型全遮光布做窗帘，用于遮光并隔热。
二、调度室、机房平面布置图
调度中心、机房设在三层，调度室面积121m2，维修间面积17.9m2，机房面积18m2，放置设备（墙架、调度台、大屏控制柜、服务器机柜、网络机柜、调度通信机柜等），以下为安装摆放位置相对示意图：
整个装修要求格调清新、色调偏冷，以简捷明快为好。
装修材料必须选用耐火阻燃优质材料并做表面耐火处理。
保证机房的温度、湿度、洁净度、照度、防静电、防火、防雷电等，能充分满足计算机设备的安全可靠地运行，延长计算机系统使用寿命的要求，同时又要给系统管理员创造一个舒适、典雅的环境。
装修后效果图
三、.防雷接地网建设
机房的防雷方案，依据中华人民共和国国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）要求：
为防止由电源线侵入的感应雷破坏机房信息系统，应在电源线路引入的配电箱处装设过电压保护器。
本方案采用二级防雷：
主级防雷：
在机房配电箱电源进线处安装武汉雷光60KA和武汉雷光40KA高容量防雷器，当感应雷袭来时，主级防雷器可迅速被击穿，通过接地线将雷击高压浪涌泄入大地，从而保护机房设备。
次级防雷：
为了防止雷电残压侵入设备，在设备电源线进线处安装雷光20KA防雷器和万佳防雷插座，在网络进线处设置迪舰科技20口和8口网络信号避雷器可进一步减小感应雷电的影响，保护电子设备免受损坏。
接地系统构成：
《电子计算机机房设计规范》（GB50174—93）规定：
电子计算机机房接
装置的设置应满足人身的安全及电子计算机正常运行和系统设备的安全要求，
本方案采用综合接地方式，交流接地和安全工作接地合二为一，与直流接地的接地引线引至大楼的地面，再将它们与避雷地桩接成综合接地网。
这样他们就有同样的电位，在发生雷击时，不会发生雷电反击而损坏设备。
同时，要求接地电阻小于4Ω，可保证接地线间不产生电位差、不相互干扰。
这是目前工程上最常见的做法。
3.1接地模块平面图
说明：
为了保证接地电阻小于4Ω，采用优质的接地体和引下线（25mm2铜线2根），由专业防雷工程公司设计和施工，根据实际情况综合运用，采用12块50*70接地极，相互间用镀锌钢板（40*4）焊接相连牢靠，深埋（60CM）地下，然后铺撒20袋（25KG/每袋）降阻剂、浇水渗透，增大接地线面积和接地可靠性，保证接地电阻达到要求。
接地极通过镀锌钢板引入室内作为综合接地端，最后经过鑫道技术人员、本矿机电科、登封市气象局逐次检验都达到了要求。
3.2一楼总电源防雷和UPS电源接地图
说明：
一台60KV电源避雷器安装在一楼电源配线箱里接开关上线，一台40KV电源避雷器也安装在电源配线箱里接开关下线，这两个避雷器分别用25平方接地线连接到一楼接线铜板上，接线铜板连接到接地极上，UPS电源用2根6平方接地线连接到接线铜板上，使UPS电源完全接地，更好的保护UPS电源。
四、.机房配电
1.机房内供电电源为三相四线制；
2.灯光、空调等用电设备作接地保护，并入办公楼配电系统；
3.机房用电设备之间有选择性地配合，从不同相线引出，均衡负荷，以放射式向用电设备供电；
4.机房的设备供电用两双路供电，其中设备供电由UPS提供并按设备总用电量进行了预留，而空调用电由市电提供，并按空调设备的要求供配。
5.维修通道内或底架下面配置6个插座：
8块大屏配两个，16台监视器和LED屏用4个，调度台设备用3个，每个插座由单独的开关控制。
6.位于大屏幕显示系统维修通道内的空调（柜式空调），其出风口的冷风顺着通道吹送，不能对着投影墙直吹，以避免投影墙屏幕冷热不均匀而损坏和结露现象。
大屏幕前面和后面修护通道的空调开关集中安装一个地方，在使用空调时应同时打开或同时关闭送风，防止遗忘某个开关造成严重的温差。
7.电源引入
由于UPS电源系统放置在一楼，三楼机房到地下室走线在1、2、3层楼板上打1个Φ75mm、两个Φ110mm的过线孔连通至楼下电缆沟，并安装相应的穿线管，分别敷设电源线、接地线、信号线。
（参照设计图纸）
接地系统进入地下室打一个过墙孔，镀锌扁钢引入室内接地线盒。
监控室与机房隔墙过线孔（约60*300）两个
8、UPS电源，山特EX-30KVAS/4小时，风帆电池12V100A，96块。
五、大屏幕显示系统
矿井在调度中心配置1套大屏幕显示系统，由1组67″×8DLP矿井监控信息显示系统，2组2×4台32″液晶显示器和1套LED（发光二极管）显示系统组成，使调度人员对全矿井监控及自动化系统运行情况进行实时、灵活、清晰的多画面、多信息集中监视。
DLP大屏幕投影拼接系统，集信息搜集、传递、处理、切换、控制、显示、决策于一体，采用国际先进的DLP高清晰度数码显示技术、投影墙无缝拼接技术、多屏图像处理技术和控制技术，构成具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、功能先进、操作方法先进的大屏幕显示系统。
通过这套大屏幕投影拼接系统，可以实时观看与监控系统有关的各种信息，包括GIS电子地图、实时工业视频监控信号、各种管理信息系统数据、各种历史数据图像以及计算机、电视、实物投影仪、DVD等信号源的信息和计算机网络信息等多种信息，可随时对各种现场信号和各类计算机图文信号进行多画面显示和分析，及时做出判断和处理，发布调度指令，实现实时监控和集中调度的目的。
DLP大屏幕投影拼接系统设备包括DLP背投机投影拼接墙、多拼图形控制系统、大屏幕应用系统管理软件和信号控制与切换系统设备等。
LED（发光二极管）显示系统由LED显示屏、控制主机、及软件等组成，便于矿井名称、井下人数、时钟、气象及矿井重要信息的显示。
第三节全矿井综合自动化系统的建设
综合自动化系统包括：
2台IBM数据服务器，2台IBM采集服务器、1台IBMweb服务器、1台IBM应用服务器、1台IBM流媒体服务器、视频存储柜、磁盘阵列、以及防火墙、隔离网闸、网络打印机及UPS电源、软件等。
综合自动化系统的布线、敷设通过服务器和工作站全部接入1000M环网交换机，将地面和井下的各类信号统一传输到安全调度指挥中心。
在环网的关键地点，设置交换机，能够将附近的PLC等自动化设备接入进来。
通过多台交换机，在地面和井下形成一个环网，环网故障恢复时间应小于200ms，提高系统可靠性。
井上下环网通过光纤连接，在井下，有安全监测监控系统、视频监控系统以及人员定位系统等几部分，根据煤矿安全规程，每部分分别组建自己的工业以太网系统，分别通过各自的交换机将监测、监控信息传到井上监控中心。
在井上，有独立的自动化系统组成环网，还有管理控制网络系统、信息管理网络系统，各部分系统通过防火墙和网闸实现信息安全共享。
一、监测监控系统
1、系统组成
本矿井选择KJ95N安全监测监控系统，由地面中心站，现场分站、安全生产参数传感器、断电仪、报警器以及信息传输介质、网络通讯接口等组成。
对矿井生产环境中影响安全生产的参数和设备进行自动检测和闭锁控制，并在地面中心站计算机上进行集中显示、报警、记录和自动报表等，并进行危险分析与预测，以提高矿井生产的安全性和自动化水平。
KJ95N安全监测监控系统是一个综合性的监控系统，它可以将安全与生产监测信息等各种信息综合在一起，实现了信息的综合利用，同时系统还可以方便汇接其他监测系统（KJ69，提升装置,瓦斯抽放系统等），实现了信息共享和局部环节的自动化控制。
整个系统是典型三级网络架构，是一种先进的集散型微处理机系统。
先进可靠的软件，总线型的分站和传感器使系统保持领先的技术水平，局部传感器及其连接线的故障不会影响系统的正常工作，从而确保整个系统的可靠性。
系统具有技术先进、结构合理、运行可靠、故障分散、维修方便等优点。
2、系统现状
中心站设在调度楼三楼监控中心，主机一备一用，操作台上8台计算机和打机全部用超六类网线进入DLK24口交换机，交换机的11口与赫斯曼核心交换机1口相连，经过核心交换机用24B矿用阻燃光缆传入井下防爆环网交换机，下接备用电源、分站和传感器。
主井变电所安装备用电源和分站一台，主井东大巷上山迎头装甲烷传感器一台、回风装甲烷传感器一台，西大巷装甲烷传感器一台、回风装甲烷传感器一台，总回风装甲烷、一氧化碳、温度、风速传感器各一台，主副井共装传感器8台。
斜风井用两根MHYVP1*4*7*0.52通讯电缆从调度室到223机电硐室接备用电源一台、分站一台，223东大巷装甲烷传感器两台，西大巷下山迎头和回风各装甲烷传感器一台，总回风装甲烷、一氧化碳、温度、风速传感器各一台，共计8台，风门开关、风机开停等等都有足够的备用量。
矿井安全监控信息可通过传输网络上传至磴槽投资公司和登封市煤炭局监控中心，实行24小时值班。
3、监控主机
研华工控机，酷睿2CPU2.4G/2G内存/250G硬盘/声卡/双100M网卡/DVD光驱/键盘、鼠标/22英寸液晶
4、矿井安全监测监控系统一期工程设备清单
序号
产品名称
型号、技术特征
数量
单位
备注
1
安全监控主机
研华工控机酷睿2CPU2.4G/2G内存/250G硬盘/声卡/双100M网卡/DVD光驱/键盘、鼠标/19"液晶
2
台
研华
2
监控系统软件
KJ95N
1
套
天地（常州）
3
操作系统软件
windows2008中小型企业版
2
套
4
录音电话
40小时录音
1
台
先锋
5
地面声光报警器
CXB1
1
台
天地（常州）
6
通用监控分站
KJF16B+KDW6a
4
台
天地（常州）
7
高低浓度甲烷传感器
KGJ23
14
台
天地（常州）
8
一氧化碳传感器
KGA5
4
台
天地（常州）
9
风筒传感器
KG5009
6
台
天地（常州）
10
风速传感器
KFW15
2
台
天地（常州）
11
负压传感器
KGY3A
1
台
天地（常州）
12
温度传感器
KG3007A
4
台
天地（常州）
13
语音报警风门
KXT22+KGE22
2
组
天地（常州）
14
开停传感器
KGT15
10
台
天地（常州）
15
馈电断电仪
KDG15A
7
台
天地（常州）
16
电源电缆
MY3*4+1*4
0.5
Km
天津
17
主通讯电缆
MHYVP-1*4*7/0.52
1
Km
扬州天能
18
传感器电缆
MHYV-1*4*7/0.52
2
Km
扬州天能
19
本安两通接线盒
JHH-2
50
个
宁波龙亿
20
本安三通接线盒
JHH-3
30
个
宁波龙亿
系统具有监控信息存储功能，并可显示各类监测数据、曲线、实时动态模拟图形，制作、打印灵活多变的报表。
二、人员定位系统
选用KJ69J人员定位系统，它的主机配置和监测监控的一样，该系统主要由地面中心站、数据传输通道、阻燃光纤、本安型接收器、无线编码发射器、本安电源等设备组成。
在副井入井处、副井底、主井底、主井变电所、东大巷、西大巷、斜风井口、斜风井底、斜风井223中段、223西下山迎头及下山中段等处分别配置人员定位系统接收器，下井人员随身携带无线编码发射器，发射器通过发射射频信号将预置的身份号码数据发送给接收器，将信息传输到分站及地面主机。
监测主机连续不断地轮流与各个井下监测站进行通信，每个监测站接收到主机的询问后，立即将该监测站收到的人员安全信息传给主机。
地面监测主机将收到的信息进行处理和存盘，形成多种可查询，打印的文件及图标显示，供管理人员查询，完成系统对人员安全的监测功能。
系统具有监控信息存储、地图跟踪、人数汇总、位置查询、轨迹演示、安全告警及报表打印等功能，人员信息已通过传输网络上传至公司和煤炭局监控中心。
三、调度通讯系统
我矿从金岭引进了一趟通讯光缆，光缆把有线、电话和网络信号传送了过来，形成了由光纤传输的通信网络。
当前用的通讯系统是网通公司的设备JPX170F-2400L,井下共安装电话40余部，平地安装电话100余部，通讯系统的合理分配也是我今后工作中的一个重点。
今年新安装的通讯系统是KTJ4H型数字程控交换机，目前用户板为4块，容量是64门，随着发展的需要可以增加板子，每块板子可以输出16门电话号。
调度交换机的数字中继通过2M数据线与行政交换机的数字中继连接，并通过SDH数字信道接入矿区调度通信系统，可以直拨外线，转拨内线。
它采用数字交换网、计算机两级分散控制方式，总线采用422结构，使用高级C语言编程，具有技术先进、造型美观、体积小、灵活性强、可靠性高、功能完善、维护方便等优点。
新系统有120位调度键盘，能录音、放音、扩音、组呼、群呼、强插、强拆等功能，现在主副井下安装了6部电话，还没有很好的和我矿原有的通讯系统融合在一起，这个系统需要进一步的加强运用。
目前从调度室机房到井下通讯机柜有两根铠装80门矿用通讯电缆，在设备容量和线路容量上都有一定的空间，能满足以后的接入。
四、视频监控系统
系统配置多路输入8108硬盘录像机、视频矩阵切换器和分配器，可将现场传来的每路视频信号各分为两路，一路送电视墙显示，另一路送硬盘录像机进行MPEG4或H.264数字压缩编码录像。
可设置多个不同地点进行实时、定时控制和录像，并可同时回放8路录像文件。
通过监控系统以太网可实现远程实时监视和控制，满足单路、多路录像文件的检索查询及传输。
监控系统有两套服务器，一套是模拟，一套是数字高清，模拟监控系统经过硬盘录像机把主井口、副井口、煤场、磅房、监控室、主涵洞、井下变电所、主井东大巷这8个地方的视频上传到了煤炭局和磴槽投资公司，11月份又接到煤炭局关于煤矿视频监控系统的补充通知，又增加了驻矿监督官办公室和井下主要转载点的视频传输。
当前平地能显示的摄像头有14台，井下有6台，以后可能还会再增加一部分，我们要加强对视频监控的管理力度，做好“探头看门，鼠标检查”的具体工作。
数字监控系统我们采用的是国内先进的数字技术，设备端口全部是1000/100兆高速接入，摄像机是网络高清数字型、在矿上只要有网络的地方都能看到全矿井各个地方的视频现场。
五、主通风机在线监控系统
本矿井回风斜井通风系统采用2台矿用轴流风机，设计一套风机在线监测系统，主要用来监测主通风机风压、风量、效率、风机轴承轴温、风机振动、电流、电压、功率、风机开停、反风情况、排风口瓦斯浓度、瓦斯涌出量等主要风机参数。
在风机出风口安装传感器、变送器后，风机参数可以直接在地面中心站及管理网络工作站上反映出来，减少了有关的检查和值班人员，帮助领导和调度员及时掌握风机运行情况。
对于存在的隐患能够迅速做出处理决策，避免可能发生的事故。
通过本系统可以实现矿井通风机风压、风量及其它安全参数的实时在线监测，并能定期核定计算矿井实际需求风量，为确保风机正常运行、保证煤矿安全生产、减员增效提供了新的技术手段。
六、压风机房监控系统：
该系统选用1套PLC控制装置完成对各台压风机的参数检测和控制。
设备开停、油压、电量参数、轴温、储气罐压力、励磁电压、功率因数等压风机的运行参数进行监控。
为技术人员及时维护和设备运行分析提供关键平台。
七、锅炉房监控系统
在系统实现自动化监控后，接入综合自动化系统，可以实现调度监控功能。
系统将采用PLC控制，锅炉房设备采用集中控制，通过数据交换，综合自动化软件平台可实现以下功能：
综合自动化应提供锅炉房监控用标准界面，界面应采用模拟画面，动态显示锅炉房全部工艺环节上电气设备的运行工况。
实现锅炉、给水泵、辅机及出渣的监视，检测水位、压力、负压、温度、辅机电流、电压等。
系统记录锅炉房全部报警信息，并生成报表。
八、地面10千伏电力监控系统
本系统软件升级以后，可以实现在调度室检测电力设备的运行信息，系统由地面中心站、现场分站、信息传输介质、网络通讯接口等组成。
利用计算机应用、信息传输、现代控制和传感技术对矿井电力系统范围内的各子系统的设备在调度室对应的上位机上进行集中监视
九、副井提升监控系统
接入方式：
1、硬件采用以太网
2、软件OPC软件接口方式
实现目标：
在调度室和领导办公室使用浏览器，采用多种方式（图形、表格）监测副井提升的电流、电压、速度等。
十、视频会议系统
目前我国会议电视技术发展较快，功能齐全，配置灵活,联网便利，为减少会议开支，节省时间，提高工作效率。
设计在本矿配置1套会议电视终端设备，可通过网络与集团公司会议电视设备联网。
视频会议系统包括MCU多点控制器（视频会议服务器）、会议室终端、PC桌面型终端）等几个部分。
各种不同的终端都连入MCU进行集中交换，组成一个视频会议网络。
设计包括了语音会议系统等，可以让所有桌面用户通过PC参与语音会议。
此外，视频会议系统还具有录播功能。
能够进行会议的即时发布并且会议内容能够即时记录下来，包括音频内容，会议中领导嘉宾视频画面、会场参与者视频画面的同步录制。
基于现时流行的会议信息资料的要求，本系统能够支持演讲者电脑中电子资料PPT文档、FLASH、IE浏览器及DVD等视频内容。
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