乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案

乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案内容摘要：

》 《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设 备》 《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》 《民用建筑电气设计规范》（ JGJ/T 1692） 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 9 重庆梅安森科技股份有限公司编制 《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》（ GB/T 503112020） 《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》（ GB/T 503122020） 《工业企业通讯设计规范》 GBJ4281 《工业企业通信接地设计规范》 GBJ11587 《 国际标准化组织标准 (ISO)》 《 国际电气电子工程师协会标准 (IEEE)》 《 国际电工委员会标准 (IEC)》 《 供电电源标 准 》 (GB288782) 《 计算机场地技术要求 》 (GBJ45— 82) 《计算机场地技术条件》 (GB2887— 89) 《以太网通讯标准》 () 《建筑设计防火规范》 (GBJ1637) 《电气设备用图形符号》 (GB／ T5465－ 1996) 《电气装置安装工程施工及验收规范》 (GBF23292) 《视听、视频和电视系统中设备互连的优选配接值》 (GB/T158591995) 《煤矿综合自动化系统招标文件》 ZBZX2020045 其他国家、行业有关现行标准。 六、系统运行环 境 地面中心站机房设备是保证系统地面中心站设备长期稳定运行的首要条件，机房环境须符合国标 GB288783“计算机站场地技术” 的要求，对系统只要基本满足要求即可。 具体表现在动力、温度、防尘、防静电、防雷击等方面。 A．动力供电： 电压波动范围 380V/220V177。 10%,频率 50Hz177。 2%,波形失真率≤ 20%。 机房电源为双电源自动切换稳压供电，第一级为交流稳压器供一台 UPS及其它电器外设，第二级为 UPS，它的输出供主控计算机， UPS电源供电至少 4小时以上。 机房应设专用配电柜或配电箱，并提供双路电源引入和 相关配电装置。 UPS输入和稳压器的输入均由配电箱引出。 配备与地面中心站相兼容的电源插座，其接地应符合国家规定的机电标准。 （面对插座，右插孔为火线，左插孔为零线，上面插孔为地线）。 B．接地要求： 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 10 重庆梅安森科技股份有限公司编制 系统工作地，要求接地电阻≤ 4Ω，接动力源的输出零线； 保护地要求接地电阻≤ 4Ω； 通讯屏蔽电源接地点，要求接地电阻≤。 C．恒湿恒温要求： 机房内的环境条件要求开机时，温湿度为 A级，停机时温湿度要求为 B 级。 D．防尘要求： 要求机房双层门窗密封，无灰尘，达到 B级。 E．电磁场干扰： 采用防静电地板 ，机房内无线电干扰强度在（ ）时应小于 12db， 磁场干扰强度不大于 800A/M。 F．机房通讯电话： 机房通讯电话应设生产、行政电话各一门。 生产电话为录音电话，行政电话须加传真机。 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 11 重庆梅安森科技股份有限公司编制 第二章 煤矿综合自动化系统 一、建设总体思想 本工程作为矿井综合生产自动化系统工程，建设内容主要包括：矿井综合生产自动化系统调度指挥中心网络建设、网络传输平台建设（环网井下设备、环网地面设备）、调度指挥中心机房设备、调度监控中心软件平台建设、矿井各生产子系统集成。 二、建设内容 新建内容： 调度指挥中心网络 建设、网络传输平台建设（环网井下设备、环网地面设备）、 安全监控、人员管理、风机监测、 调度指挥中心机房设备、调度监控中心软件平台建设。 接入系统： 本次煤矿综合自动化系统主要接入有、绞车提升系统等 4个子系统。 序号 系统名称 本次完成内容 备注 1 安全 监控系统 接入 TCP/IP， RS485 2 风机在线监测 接入 TCP/IP， RS485 3 井下作业人员管理系统 接入 TCP/IP， RS485 4 绞车提升系统 接入 TCP/IP， RS485 5 中心机房建设 新建 大屏、供电、防雷 6 水泵 房无人看守 新建 TCP/IP， RS485 7 工业视频监控 新建 TCP/IP， RS485 8 井下语音广播 新建 TCP/IP， RS485 9 调度通讯 新建 TCP/IP， RS485 10 压风机房 预留 TCP/IP， RS485 11 地磅 预留 TCP/IP， RS485 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 12 重庆梅安森科技股份有限公司编制 四、总体设计 工程范围 本工程的工作范围包括矿井综合自动化系统的设计、制造、供货、运输、调试、培训、试运行及质保期维护。 1）总体负责整个综合自动化工程的系统集成工作。 2）设计并构建矿井综合生产自动化控制中心 和井上下综合生产自动化网络传输平台建设。 3）设计并构建矿井综合生产自动化控制中心及构建统一的软件平台，实现各子系统信息共享，系统的综合自动化。 包括：中心机房建设、大屏幕建设、工业以太网建设、综合软件平台建设、子系统接入、子系统建设等。 4）接入子系统：安全监控、人员定位；新建子系统：视频监控、水泵房无人值守、电力监控、皮带集控、核子秤、工业视频、通讯调动、压风机房、地磅系统、井下语音广播、调动室大屏。 5）设计并构建统一数据存储体系，实现各子系统在统一平台上进行数据存储。 6）整个网络最少须有 20%的 扩容能力。 7）应提供全部图纸及技术资料。 8）对用户进行技术培训。 9）售后服务。 10）全面实现本技术规格书所确定的全部综合监控功能。 煤矿综合自动化系统结构 矿井综合自动化控制系统是整个矿井信息“大脑”，它需要一个快速、安全、运行可靠的网络平台为大量的信息流动提供支撑，同时要有一个功能全面的安全生产信息应用系统为矿井安全生产的科学调度提供决策支持。 一套完整的综合自动化控制系统包括资源管理层（信息层）、过程控制层、操作执行层（设备层）。 矿井综合自动化控制系统集成设计方案总体构架见下图： 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 13 重庆梅安森科技股份有限公司编制 资源管理层（信息层）： 其主要目的是利用操作执行层（设备层）提供的大量生产信息使企业各个实体将能够不受地域的限制进行监视与控制工厂局域网里的各种数据，并对这些数据进行进一步的分析和整理，为相关的各种管理、经营决策提供支持，实现管控一体化。 目前，资源管理层（信息层）实现的途径就是通过企业外部网（ Inter） 和企业内部网 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 14 重庆梅安森科技股份有限公司编制 （ Intra）。 由于涉及实际的生产过程，必须保证网络安全，因此这一层还要采用防火墙、用户身份认证以及密钥管理等安全技术。 过程控制层： 是采集服务器和各个子系统主机或控制器之间采用 OPC/DDE/FTP 待协议方式传输控制信息命令，相互握手的一个过程。 控制层不仅仅是命令的传输，需要信号采集的归类、逻辑判断，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，用户就能随时通过执行工作站查询网络运行状态以及现场设备的工况，对生产过程进行实时的远程监控。 赋予一定的权限后，还可以在线修改各种设备参数和运行参数。 过程控制层通常可以独立工作，主控设备本身具有或通过扩展接口可以接入到综合自动化控制系统中，操作执行层（设备层）的功能一般由计算机完成，还为实现先进控制和远程操作优化提供支撑环境。 例如实时数据库 、工艺流程监控、先进控制以及设备管理等就本项目而言过程控制层对应这各子系统主机或控制器。 操作执行层（设备层）： 是通过底层测控信息的实时传递从过程控制层中获取数据，以它通过工业以太环网或现场总线与过程控制层相连，完成这一层功能的关键技术是以太网与底层现场设备网络间的接口，以及底层数据包的正确解释和传输。 操作执行层（设备层）越来越趋向新的技术发展，采用以太网网络接口方式。 煤矿综合自动化系统特点 矿井自动化监控系统采用工业以太网的网络结构，以 1000M工业以太网作为综合 自动化的主干网络，各个监控自动化子系统通过 1000M工业交换机接入主干网络，该方案可以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。 采用工业以太环网后，解决了传输集成的问题。 当工业以太环网下井后，各子系统数据信息均汇集到环网中传输，每个子系统不再敷设一根井下到地面的传输线，结构清晰，维护简单。 目前重庆梅安森科技 股份有限公司已具有系列产品，可以做到全矿井范围内的“三网合一”，即数据、语音、视频的信息数字化后合在一条线路上传输。 用环网冗余技术 煤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光纤环网冗余技术，地面上要求高可靠性的自动化控制系统也通过环网接入到综合自动化控制系统，大 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 15 重庆梅安森科技股份有限公司编制 大提高了矿井自动化系统的可靠性。 在物理上和逻辑上兼顾到传输信道、管控服务器、调度主机、供电电源的冗余，并且确保传输通路、数据服务、监控工作站、供电电源的安全可靠。 整个工业监控网络中，当其中某一段工作中的光纤线路被破坏 或网络设备发生故障时，整个网络实现快速自愈，并保证在 50ms 内恢复正常的通讯。 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。 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。 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。 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。 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作效率，降低了工程的实施难度。 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。 核心交换设备冗余，设备引擎、电源冗余。 服务器、磁盘阵列采用部件冗余和双机热备，保证数据的安全。 采用防火墙、网闸、杀毒软件对系统进行全方位的保 护。 乐山物联网智能化矿山综合自动化系统技术方案 16 重庆梅安森科技股份有限公司编制 综合自动化系统软件 4 .1 技术选型 国内的煤矿综合自动化研究起源于 2020年，经过 10年的高速发展，自动化软件平台也是百花齐放，逐渐形成两大流派： 组态软件： 采用现在工业领域应用的组态软件，实现实时数据的采集和无缝接入； 定制软件： 通过采用组态软件的原始图例进行定制开发，实现实时数据的采集和无缝接入； 类别 特点 备注 组态软件 组态软件 集成平台和待集成系统选用同一组态软件可以实现数据的无缝接入 在人机界面上，提供丰富、专业的图形库供用户在制作工艺流程图时使用 支持 微软的 COM/DCOM组件技术和面向对象技术 软件实时性、开放性、互连性及操作性要优良，可通过 ODBC 技术共享实时数据库，方便与其它系统共享数据 组态软件主要将重点放在客户端上，而在 WEB 浏览功能上比较弱化，进行 WEB 发布，不支持显示自定义曲线及报表，运行效。