煤矿综合自动化系统方案

煤矿综合自动化系统方案内容摘要：

实时通信技术 其中采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，解决了以太网通信的实时性。 ② 总线供电技术 采用直流电源耦合、电源冗余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决 了以太网总线的供电问题。 ③ 远距离传输技术 采用网络分层、控制区域微网段化、网络超小时滞中继以及光纤等技术解决以太网的远距离传输问题。 ④ 网络安全技术 采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。 ⑤ 可靠性技术 采用分散结构化设计、 EMC设计、冗余、自诊断等可靠性设计技术等，提高基于以太网技术的现场设备可靠性，经实验室 EMC测试，设备可靠性符合工业现场控制要求。 （ 2）起草了 EPA国家 标准。 以工业现场设备间通信为目标，以工业控制工程师（包括开发和应用）为使用对象，基于以太网、无线局域网、蓝牙技术 +TCP/IP协议，起草了“用于工业测量与控制系统的 EPA系统结构和通信标准”（草案），并通过了由 TC124组织的技术评审。 （ 3）开发基于以太网的现场总线控制设备及相关软件原型样机，并在化工生产装置上成功应用。 针对工业现场控制应用的特点，通过采用软、硬件抗干扰、 EMC设计措施，开发出了基于 北京永能科技发展有限责任公司 9 以太网技术的现场控制设备，主要包括：基于以太网的现场设备通信模块、变送器、执行机构、数据采集器、软 PLC等成果等。 在此基础上开发的基于 EPA的分布式网络控制系统在杭州某化工厂的联碱碳化装置上成功应用，该系统自 2020年 4月投运一直稳定运行至今。 （ 4）北京合成网络技术有限公司为使国内工业以太网技术迅速与国际水平接轨，斥资推出了“工业以太网工程 师认证（ IEEC）”课程，并相继推出提高班课程，供国内广大工业自动化领域的工程师及工程管理人员学习提高。 据美国权威调查机构 ARC（ Automation Research Company）报告指出，今后 EtherNet不仅继续垄断商业计算机网络通信和工业控制系统的上层网络通信市场，也必将领导未来现场总线的发展， EtherNet和 TCP/IP将成为器件总线和现场总线的基础协议。 美国 VDC（ Venture Development Corp.）调查报告也指出， EtherNet在工业控制领域 中的应用将越来越广泛，市场占有率的增长也越来越快，将从 2020年的 11%增加到 2020年的 23%。 由于以太网有“一网到底”的美誉，即它可以一直延伸到企业现场设备控制层，所以被人们普遍认为是未来控制网络的最佳解决方案，工业以太网已成为现场总线中的主流技术。 目前，在国际上有多个组织从事工业以太网的标准化工作， 2020年 9月，我国科技部发布了基于高速以太网技术的现场总线设备研究项目，其目标是：攻克应用于工业控制现场的高速以太网的关键技术，其中包括解决以太网通信的实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本 质安全等问题，同时研究开发相关高速以太网技术的现场设备、网络化控制系统和系统软件。 北京永能科技发展有限责任公司 10 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。 应用计算机技术、网络和自动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、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。 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。 保证煤矿生产安全，提高产量和质量，提高企业经济效益和竞争能力。 利用先进的技术和合理的方案，使系统具有良好的性价比。 系统建设完成后应能够使煤矿井上下各生产环节的生产工况信息和视频信息在一个统一软件平台上运行，在异构条件下进行联通与共享，能够使不同功能的应用系统联系起来，协调有序运行，使各自独立的监控系统信息实现共享。 系统建设完成后能够对全矿井安全、生产的主要环节进行实时监测、监视和必要的控制，实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化，为矿井安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故 和自然灾害，提供有效手段，为企业信息化的应用和发展奠定基础。 最终建成国内领先、国际先进的矿井综合自动化系统。 矿井综合软件平台的主干网结构采用环形 1000M工业以太网，主干网传输介质为光纤，采用工业以太网交换机进行数据交换。 矿井监控信息子网运行在一个相对独立的网段中，通过物理隔离设备和硬件防火墙与矿局域网（也即是信息网络）隔离。 矿井自动化控制系统主控设备设于调度控制中心。 矿井综合信息化软件平台将各子系统监控数据运用统一的通信协议格式，多种接口方式，采集、处理、汇总，构成统一的数据存取模 式，对监控数据采用组态方法，为矿井生产调度用户创建形象、直观的生产动态监视画面，实时显示矿井生产工况和环境监测数据，同时支持数据 WEB方式浏览，通过网络方便矿领导和各生产职能部门随时掌握矿井生产动态和安全状况。 也可以通过网络接入到公司信息网，供公司领导查询。 当然工程师也可以在专用工作台上通过切换的方式，对各个系统进行维护。 矿井综合信息化软件平台的建立为矿井安全生产调度、实时监控提供高效、畅通的信息和公共服务环境。 为各级领导及各相关职能部门提供及时、准确的决策信息，从而提高综合管理水平。 为全矿井的安全生产管 理提供基础数据。 北京永能科技发展有限责任公司 11 综合自动化网络系统工业以太网、光纤通信等先进技术，在环境恶劣、人员设备分散、有特殊安装要求的煤矿构建一个符合防爆要求的井下 1000Mbps 高速互联网，系统的核心是在煤矿井下建立具有开放协议的工业数字网络系统，传输安全监测、监控、语音、视频图像信息，为煤矿的综合自动化提供可靠的高速信息平台，对煤矿安全生产、减人提效和科学管理有重要意义。 根据 “ 管控一体化 ” 的思想，本方案采用了光纤以太网技术和三层网络结构，结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理 论和新技术，利用世界先进实用的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，使矿井在 “ 采、掘、运、风、水、电、安全 ” 等生产环节全面实现信息化，并将已建、将建的煤炭生产、管理的各个环节的自动化、信息化系统，统一集成在一个骨干光纤软件平台上，形成统一、完整的有机整体，简洁的网络结构加之国际标准的以太网协议，使得整个网络维护管理和升级低成本、简单、高效和可靠。 煤矿综合自动化网络系统包括井下网络和井上网络两部分，均为环型工业以太网，通过两台核心交换机连接起来。 环型以太网为 1000M工业以 太网，作为全矿主干网，为全矿各个子系统提供方便灵活的工业以太网接口，地面、井下子系统均可以方便接入。 煤矿信息化工业以太网，采用环型结构，以保证系统的高可靠性。 如果在使用过程中有光纤网络断开，网络也能照常工作，而且系统能及时诊断出故障点以便维修。 地面 1000M工业以太环网由工业级交换机组成，各子系统接入附近的交换机。 对于以后扩展的系统可以通过相关的接口模块和交换机接入到系统中。 地面主网络通过地面网关交换机接入调度指挥控制中心网络。 井下千兆以太环网也是通过地 面网关交换机接入调度指挥控制中心。 井下设计以工业以太网光纤环网为主要控制网络，通过井下防爆交换机形成千兆以太环网，构成井下安全、生产过程控制自动化的统一的软件平台。 北京永能科技发展有限责任公司 12 系统分为三个网络层次：设备层、控制层及信息层  设备层：将底层设备直接联结到煤矿井下的各种控制器上，采用智能化的接口设备，降低成本，方便安装，并可实现快速故障诊断；  控制层：将 I/0 网络功能和对等信息传输网络结合起来，实现具有 I/0 控制、闭锁和报文传送，保证信息的实时性和确定性；  信息层：采用 Ether, 通过 TCP/IP 协议，将可编程控制器、网关、人机接口和控制软件连接至企业的信息系统。  利用光纤通信技术和宽带计算机网络技术传输井上、下各主要环节设备的工业电视图像和其他数据信息； 北京永能科技发展有限责任公司 13  通过嵌入式 Inter 接口连接各种监测系统，可处理数据、语音、视频、图形等各种多媒体信息；  通过智能接口与井下监测监控系统、矿井自动化系统、工业电视系统等连接，实现井上 /下交互式的多媒体网络；矿领导和调度室不仅可以看到监测监控系统传上来的各种参数和图表、图形等，还可以交互式地任意观察相应的工业电视画面。 采用工业以太网加现场总线、环网冗余技术；支持异构系统的互联互通；支持 SNMP 网络管理软件控制，可以方便地监测整个网络的运行情况。