煤矿信息化系统总体设计方案

煤矿信息化系统总体设计方案内容摘要：

支撑实现的核心技术为 集成化的数据管理、集成化的通讯、集成化的编程组态。 XX 煤矿 煤矿是 XX 省 煤业集团公司下属的在建年产 500 万吨特大型矿井，结合 XX 煤矿 矿在建矿之初提出的： 努力把 XX 煤矿 煤矿建设成为工程质量优良、装备选型科学、环节配套合理、管理理念先进、管理手段一流、企业文化领先、环境舒适优美的国内一流的特大型现代化矿井。 要达到上述目标，我们认为只有依靠先进的管理理念、 采用多种现代化信息与自动化技术，建立全矿井监测、控制、管理一体化的、基于网络的大型开放式分布控制系统 ， 形成全矿 井生产各环节的过程控制自动化、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，以保证对全矿井安全状况和生产过程进行实时监测、监视、控制、和调度管理 ，使矿井高效集中生产，达到减员增效、降低成本，提高矿井整体生产水平，才能实现 XX煤矿 矿的建设目标。 2．方案依据  《 XX 煤 集团 XX 煤矿 煤矿信息化建设招标文件》  《煤矿安全规程》和《煤矿设计规范》  《智能调度室装备规范》  《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》 GB 一 2020  《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》 GB 一 2020 技术方案 第 5 页 共 97 页  《矿用一般型电气设备》 GB 12173 一 90  《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》 MT 209－ 90  《工业电视系统工程设计规范》 GBJ 1 15 一 87  《电力系统通信运行管理规程》 SD22 了一 87  《企业供配电系统节能监测方法》 GB/T 16664 一 1996  《通用用电设备配电设计规范》 GBSOO55 一 93  《矿山电力设计规范》 GB50O7O 一 94  《职业安全健康管理体系指导意见和职业安全健康管理体系审核规范》。 3．方案指导思想 为贯彻 XX 煤矿 矿 “信息化建设要先行并统领 XX 煤矿 煤矿建设全过程 ” 的建设思想，本方案力求使矿井各类信息集成为实现异构条件下的信息联通与共享，功能集成为不同应用系统联动、协调有序运行，避免各自孤立的监控系统不能使信息资源和设备资源得以充分发挥的弊端。 通过本系统的实施使 XX 煤矿 煤矿在采用先进的技术装备上达到国内第一流的高产、高效的现代化矿井水平，使矿井生产安全可靠，有效地预防和及时处理各种突发事故和自然灾害；实现全矿井的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的网络化、信息化、科学化。 4．方案原则 XX 煤矿 煤矿信息化建设应遵循以下设计原则：  先进性 充分利用 飞速发展的计算机和自动化网络技术，全面准确地体现用户的管理思想及操作方式，建立一个符合标准的、开放的、易管理的自动控制网络系统。  开放性 技术方案 第 6 页 共 97 页 既要在符合通用标准的前提下，兼通多种自动化控制系统，也就是要提供各种层次的尽可能多的符合国际标准的接口，实现子系统最大限度的信息共享。  实用性 符合用户的业务工作需求，按照用户的运作模式，实现监控系统信息收集、处理、查询、统计、分析等功能，提供管控一体化水平。  可靠性 在硬件选型、网络设计、支撑环境、应用系统的建设过程中，必须充分体现这一原则。 尤其是网络系统设计中必 须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。  经济性 是指在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个高水平的、完善的自动化控制网络系统。 所有设备的选型配置坚持价格比最优的原则。 技术方案 第 7 页 共 97 页 第二章、 系统设计总体描述 1． 三层体系架构 在 XX 煤矿 煤矿信息化设计中，我们根据‘管控一体化”的思想，采用了三层网络结构，并结合自动化、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，并将煤炭生产、管理的各个环节，统一在一个网络 平台上，形成统一、完整的有机整体。 技术方案 第 8 页 共 97 页 2．传输网络架构 XX 煤矿 矿井的网络设计分为两部分，体现了 集成化的数据管理、集成化的通讯、集成化的编程组态，以实现最大限度的信息共享。 如下图所示： 1 2 M P R O F I B U S1 0 0 M 工 业 以 太 网 W I N C C W I N C C W I N C C W I N C C W I N C C W I N C C O SM 冗 余 操 作 员 服 务 器 2 工 程 师 站 交 换 机 冗 余 操 作 员 服 务 器 1 W E B 服 务 器 集 团 公司 计 算机 网 络 视 频信 号输 入大 屏幕 显示 系统 束 管 、 安 全 监 控 系 统 主 运 输 三 遥 系 统 通 风 机 三 遥 系 统 排 水 三 遥 系 统 供 电 三 遥 系 统 其 他 系 统 S 7 3 0 0 S 7 3 0 0S 7 3 0 0主 斜 井 皮 带 机 分 站中 央 变 电 所 分 站中 央 泵 房 分 站S 7 3 0 01 1 采 区 变 电 所 分 站S 7 3 0 0工 作 面 顺 槽 皮 带 机S 7 3 0 0上 仓 胶 带 输 送 机网 关1 变 电 所 分 站2 变 电 所 分 站通 风 机 分 站 技术方案 第 9 页 共 97 页  建立一个覆盖整个矿区，连接集团公司，以千兆光纤网为主干网络、桌面工作站以百兆接入的快速交换以太网；  采用西门子公司的三层结构网络系统为基础，实现以太网 100M，现场总线 12M的综合自动化传输网，以实 现管控一体化的信息化要求。 3．系统特点 采用工业以太网 +现场总线的网络结构 采用西门子 以太网、控制网和设备网所组成的开放型网络， 以西门子的Profibus 和 100M 工业以太网为基础，解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点，系统由地面控制中心、现场分站、信息传输介质、网络通信接口设备组成，以实现先进的、统一的自动化控制网络平台，使整个系统配置合理，信息共享，安全可靠，提高指挥效率和生产率。 采用了环网冗余技术 地面上要求高可靠的自动化控制网络均采用网络冗余技术。 矿井下环境条件恶劣，尤其是信道的故障率最高，因此本设计方案采用了环网冗余技术，大大提供了矿井自动化系统的可靠性。 在物理上和逻辑上考虑到传输信道、管控服务器、调度主机、供电电源的冗余，确保传输通路、数据服务、监控工作站、供电电源的安全可靠。 网络交换机采用工业以太网交换机，有双电源冗余输入。 异构系统的互联互通 本设计方案分别在网络级和串口级提供了多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子系统的接入，实现最大限度的信息共享。 它能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品，实现各系统间互操作，并将各系统数据集成。 如地测信息系统、矿压观测、通风模拟系统。 技术方案 第 10 页 共 97 页 先进的体系结构 本设计方案采用 B/S 模式设计三层网络体系结构，便于及时、准确地采集各个子系统的工况、生产和安全参数，方便管理层实时查询、分析和决策。 应用系统采用当前公认的具有先进技术理念 的 三层或多层架构。 遵循统一数据出口和统一数据入口的原则，通过统一的一站式服务门户对外给用户提供闭环式服务和共享机制，对内整合各业务应用系统。 通过对上层应用服务的请求，调度下层业务逻辑及其相关业务系统的资源，完成以事件为驱动的工作流和数据流的运行。 W e bB r o ws e r数据库表现参数业务服务和业务对象智能分析器工作流服务器外部接口X M L规则器EJB 容器W e b l o g i c / W e b s p h e r e服务器关系数据库访问服务W e b l o g i c / W e b s p h e r e服务器控制SERLETSJSPEJB 容器USER SESSION服务J A V AC l i e n t表现层 应用层 数据访问层 数据库层 采用 MES 技术 按照“管控一体化”的要求，在经营管理系统和自动化控制系统之间建立处理联系，实现企业管理信息系统与工业控制现场的无缝连接。 技术方案 第 11 页 共 97 页 实时信息数据集成 以信息集成平台为核心，将实时数据流在企业统一信息平台上集成起来，同时，针对统一信息平台开发各种综合应用，形成集成化、网络化应用。 各种图形、图像、报表信息都可以通过 Web 的方式在任何一台终端统一浏览，统一界面。 统一的数据仓库 在集成化的数据管理中，数据一旦被输入，在整个系统中都可以使用。 这是因为所有的数据是在一个数据库中进行管理的。 这样就大大提高了工程效率。 降低了工程的实施难度。 集成化的编程组态 实现了从设计、编程、硬件组态、测试到操作诊断和远程维护的全过程组态应用。 所有的部件都可以有一个软件进行组态，采用统一化的用户图形界面和面向对象的设计，使用起来轻松自如；采用模块化的设计，使用户根据需要进行选择；采用统一的数据库，保证了符号和变量在项目中的一致性，便于维护和提高效率。 降低用户用于培训的费用。 安全性 充分考虑系统和数据的安全性。 系统应具有较强的身份认证、授权、加密等机制、完善全面的事件日志、数据备份和病毒防护功能。 4．达到的技术指标和参 数 地面主干网速率： 1000M 工业以太网速率： 100M 现场总线传输 速率： 12M/s 技术方案 第 12 页 共 97 页 产品防护等级： 矿用本安型 Ex ibI 防爆等级：隔爆型；隔爆型兼本安型； 供电电压等级：交流： 127V～ 1140V（＋ 15%～－ 20%） 使用条件：温度：－ 20℃ ～＋ 40℃ 湿度：不大于 95%(＋ 25℃ ) 周围介质：允许使用环境中有爆炸危险介质。 工业以太网每段网站可连接 100 个，整个网络最多可达 1024 个。 5．西门子 PROFIBUS 现场总线与其他子系统的可集成性及业绩 本设计所选西门子 PROFIBUS现场总线是当今 世界上 8种现场总线中应用最广泛之一，其市场占有率（欧洲、亚洲）达到 50%以上，西门子 PROFIBUS 现场总线，基于单元和现场的设计思路，符合 IEC61158 和 EN50170 国际标准，是全球应用最广泛的过程现场总线系统，支持来自 250 多个仪表厂商的 1500 多种设备，在我国煤矿井下也已得到应用。 PROFIBUS 定义串行现场总线系统的功能特性，可以将较低层的分布式自动化设备联网到中高层（单元层）来。 常用的协议有 PROFIBUSFMS，PROFIBUSDP， PROFIBUSPA。 PROFIBUSFMS， 通用的解决方案，用于工业通讯中现场层和单元层的通讯任务。 PROFIBUSDP，这个速度优化的版本，专门用于自动化系统和分布式 I/O 站以及现场设备之间的通讯，特点是，最小化的响应时间，和高抗干扰度； PROFIBUSPA 用于过程自动化，将自动化系统和过程控制系统与现场设备 技术方案。