煤矿综合自动化系统讲座(二)

煤矿综合自动化（二）总纲要煤矿主要生产工艺煤矿生产系统、安全系统业务需求煤矿综合自动化系统基本概念建设内容关键技术自动化、信息化、数字化比较煤矿综合自动化系统解决方案生产自动化安全监控安全生产管理辅助系统第二部分煤矿综合自动化系统一、什么是煤矿综合自动化系统1.概念概念提出：煤矿综合自动化又称CIMAS（ComputerIntegratedMineAutomationSystem），基于CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）原理提出；应用技术：应用现代电子技术和自动化技术、网络技术及计算机技术等；功能分析：实现对矿井生产过程全面监控的系统，把采掘生产设备监控系统、皮带运输监控系统、供电监控系统、提升监控系统、压风监控系统、通风监控系统及其他辅助生产设备监控系统等子系统数据进行集中监控，实现生产及辅助生产各运行参数的统计并上传至矿区办公局域网，使得煤矿生产和管理更加科学高效。同时将一些主要生产数据和安全情况向上一级管理部门进行汇报，上一级管理部门可以通过这些数据对煤矿进行远程实时监视。出现紧急情况发出告警信号。一、什么是煤矿综合自动化系统1）系统集成：生产控制及检测系统（采煤工作面、综掘工作面、皮带运输、地面洗选、矿井供电、井下主排水、矿井主通风机等辅助生产系统设备状态数据、工艺参数据；矿井环境监测、束管监测等系统监测数据）、生产管理系统（安全管理、生产调度、生产计划组织及机电管理等信息应用系统）及企业管理信息系统（办公自动化、财务管理、物资供应管理、人力资源管理、资产管理等）的集成。(生产与管理的集成)2）技术及装备：网络、通信、数据库、自动化、信息化以及工业电视等技术及设备。3）目标：提高煤矿安全管理能力；实现生产、管理的一体化(生产自动化、管理自动化)。4）实现煤矿综合自动化的意义：消除信息“孤岛”，实现信息共享；提高矿井安全管理水平；提升矿井综合形象。1.概念一、什么是煤矿综合自动化系统2、逻辑架构图和系统结构图逻辑架构图一、什么是煤矿综合自动化系统2、逻辑架构图和系统结构图系统结构图一、什么是煤矿综合自动化系统3、系统分析煤矿综合自动化系统的物理结构分为:信息层、控制层和设备层三层网络结构。信息层：基于以太网的开放的网络技术TCP/IP，使管理层通过计算机即可随时了解安全、生产、财务、人事、运输等各种信息，实现全矿井统一调度及统一管理。控制层：控制层网络部分由现场控制站、现场操作员站、就地和中央控制站等组成。设备层：现场设备层网络用以连接底层现场设备，有远程I/0站现场仪器仪表设备。三个层次：基础自动化层、数据处理层、业务应用层；安全、生产数据、管理信息集成；综合自动化信息集成平台。二、煤矿综合自动化系统主要内容煤矿综合自动化系统解决的是安全、生产两大主题，进行科学精细化管理，达到管控一体化。二、煤矿综合自动化系统主要内容（1）基础自动化矿井生产自动化系统（PCS）(1)综采工作面自动化控制系统；(2)掘进工作面自动控制系统；(3)主运输皮带集中控制系统；(4)矿井主排水自动控制系统；(5)主扇风机自动控制系统；(6)压风机自动控制系统；(7)地面筛选集中控制系统；(8)选煤厂综合自动化；(9)地面装车自动控制系统；(10)井下辅助运输监控系统(11)矿井主煤流计量系统；(12)矿井供电自动化控制系统等。安全管理监控系统（1）矿井巷道顶板压力监测系统；（2）安全监测监控系统；（3）人员定位跟踪系统；（4）矿井安全生产无线监管系统等。辅助安全监控系统（1）视频监控系统；（2）矿井调度通信及井下无线通信系统。（2）煤矿安全生产管理系统MES（业务应用）（3）企业管理、决策系统（业务应用）•Pcs-productioncontrolsystem,生产过程自动化系统；•MES-ManufactureExecuteSystem，全称生产执行系统或制造执行管理系统，俗称生产管理系统)1、主要内容煤矿综合自动化系统还包括通风安全环境监测（风机在线监测监控）子系统、瓦斯抽放监测（管道瓦斯抽放监测与控制）子系统、火灾预报束管监测（煤层自然发火实时分析）子系统、工业电视监视系统子系统、电力监测子系统、胶带机监测子系统、主副（斜）井提升监测子系统、矿压监测（矿井冲击地压实时分析及专家诊断预测与控制）子系统、矿用自动防尘撒水控制（皮带机头自动喷水降尘）子系统、机车调度子系统、考勤子系统、电话通讯子系统、电视会议子系统、计算机网络子系统等等。综合自动化系统具有将上述各控制子系统无缝集成的能力，系统提供统一的数据接口,每个子系统用一个软件适配器与综合监控平台数据交互。数据接口采用标准的UDP(UDP-UserDatagramProtocol用户数据报协议)通信接口，系统支持瓦斯监测、视频监控、配电监测、机电设备监控管理等各种子系统的软件适配。系统架构是全开放的，扩展能力很强。每接入一种子系统模块，只需要一个适配程序。系统初建时可根据需求和条件先建最急需的最基本的核心平台，然后分期分批增加各种子系统及不断升级，最后建成最完善的系统。2、关键技术两个网络，一个平台。1）两个网络：工业网络—生产系统设备数据（运行状态、电机温度、轴承温度、振动等）、工艺参数（水位、流量、压力、煤位等）及环境监测数据（安全监测数据、火灾束管监测的数据）的传输通道（数据传输高速公路）；企业信息网—企业实现信息化的物质基础，企业管理相关信息共享，实现企业信息化管理。2、关键技术2）一个平台：即综合自动化信息集成平台，类似于物流中心和桥梁。主要作用：数据采集：提供统一数据接口、通讯协议，采集一线生产数据；数据存储、分析：将数据分类存储，加以分析；（物流中心）远程监控：利用组态软件，开发人机界面（HMI），远程监测监控设备状况及生产状态；监测环境状态；异常情况报警；生产管理系统应用：利用采集到的数据，结合安全、生产管理模式，开发生产管理系统；信息化数据来源：为企业管理系统提供数据源。（桥梁）3、装备要求井下设备要取得煤安标志（MA）及矿用防爆证书。三、综合自动化网络1、典型的工业控制网络结构工业以太网——赫斯曼、西门子、MOXA等提供解决方案（常用的）；现场总线——Profibus、ControlNet。赫斯曼电子公司位于德国的Neckartenzlingen，产品范围包括采用模拟和数字广播电视传输技术的移动发射和接收系统，企业和工业网络解决方案以及现场总线系统。公司由“香蕉插头”之父RichardHirschmann先生于1924年创立。历经81年，赫斯曼这个当初只有一个人的公司已经发展成为在现代通信领域领先全球的一个现代化企业。目前我国投入运行的网络系统有100M工业以太环网(龙口的北皂矿等)、1000M工业以太环网系统（新汶的华丰矿、兖矿的兴隆庄矿）和Profibus工业现场总线系统(宁煤集团羊场湾矿)、ControlNet工业现场总线(充矿集团济三矿)。采用ControlNet总线系统的还有神华集团神东矿区的八对矿井。工业控制网络拓扑结构图环网：井上、井下2个环网；冗余：2台核心交换机，冗余热备份；链路冗余、服务器冗余、工作站冗余；设备：网络交换机；服务器；工作站……。基本组成网络安全规划：网络安全设备；防火墙或网闸，网络数据流量控制；通信线路安全；网络防病毒。企业信息管理网络平台网络安全设备调度中心千兆路由环网冗余冗余链路冗余链路服务器群数据采集服务器冗余热备6、设备安全设置7、网络安全策略各监控子系统等操作站、控制主机2、防/杀病毒3、数据安全控制4、系统漏洞扫描5、系统补丁分析1、防攻击、防病毒、准入控制企业Intranet网络1.1工业以太网结构以太网是目前应用最为广泛的计算机网络，工业以太网是工业应用专门设计，是一种国际标准、开放的网络，其数据传输率高，实时性好，是今后发展的方向。该系统为三层网络结构模式。系统要能与企业综合信息管理系统连接，实现信息共享，同时系统能与通讯系统相连接，实现调度、指挥、控制一体化，并能通过矿局域网与集团公司信息化网络系统连接，以实现与集团公司大调度的互连互通。工业以太网传输平台的特点是能很好的满足上述对传输网络平台的要求，同时能实现数字、音频、视频的三网合一，真正实现综合业务传输。由于采用高可靠性工业以太网协议，可满足控制网实时性的要求。基于以太网煤矿综合自动化系统网络平台1.2工业现场总线结构（平台）工业现场总线是一种专门用于工业监测与控制的网络，其实时性强，安全可靠，传输速率和开放性大大高于目前国内的煤矿安全生产监控系统，特点是工作稳定性好，技术成熟；网络节点就是控制器，投资少；能满足煤矿安全、生产监测监控的需求。基于工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台的三种应用类型。基于ControlNet工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台基于Profibus工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台许厂煤矿的基于Profibus工业现场总线的煤矿综合自动化系统网络平台。设计3层网络，分为管理系统PCInternet网、地面1000M工业以太主干网、井下西门子PROFIBUS现场总线主干网。地面主干网为1000M环型光纤工业以太网，井下采用PROFIBUS环型光纤网。控制中心由3台操作员站和1台DDE（Dynamicdataexchange）服务器组成，分别完成以下系统的监测：选煤厂系统(包括洗煤、选研、装车预计量)、主井提升系统、主井提升装载系统、副井提升系统提风机系统、变电站系统、地面空压机及上下井人员统计等子系统。2、企业信息化网络企业信息化网络，局域网；煤矿实现信息化物质基础。销售信息、物资采购信息和库存信息、财务管理信息、生产调度信息、安全管理信息、企业接入煤矿集团中心及Internet上网业务为核心的企业计算机管理信息化系统提供硬件传输平台。网络结构：星型结构；三层架构：接入层、汇聚层、核心层；服务器及存储。。。网络安全规划企业信息化网络拓扑结构图3、两个网络互连四、综合自动化信息集成平台数据集成的业务需求数据集成的技术需求“数出一门，量出一家”保证数据的有效性和一致性不同业务和系统间能够实时的交换和共享数据汇总、分析和展示企业历史的业务数据从管理角度，透明底层的数据，监督数据的准确性从管理角度，规范业务的数据流程提供统一的数据发布平台提供统一的生产过程数据与管理信息的数据集成平台关系数据库和实时数据库的数据整合1、架构架构图基于工业组态软件平台（实时历史数据库），结合矿井具体情况而开发。数据采集监控组态实时历史数据库WEB客户端2、平台构成3、平台特点集成性：实现不同应用系统之间的数据共享和应用集成。开放性：提供DDE、ODBC、Web、OPC等标准接接口，实现了生产数据与其它应用程序、Internet/Intranet的连接，为应用开发提供了统一的系统资源和共享资源。透明性：易于操作，便于修改与调试。功能多效性：提供了共享的数据管理、数据服务和网络通信等功能。五、综合自动化系统通讯接口及协议规划物理层—硬件设备层通过加装以太网卡或转换接口卡来支持以太网标准和TCP/IP协议目前煤炭行业自动化控制系统常用的物理接口类型如下表RS485总线接口现场总线接口PLC可编程控制器接入RS232/485串口，非标准协议上位机/操作员站直接以以太网接入综采自动化系统Profibus选煤厂集控系统主煤流计量系统矿井供配电系统供电监测系统CAN主排水控制系统皮带秤系统等通风安全监测系统皮带集控系统ControlNet胶带运输集控系统人员车辆定位跟踪系统等Modbus副井提升监控系统等协议层—软件层根据不同的协议，配置相应的数采接口程序进行数据的采集，然后存储在统一的数据平台目前煤炭行业自动化控制系统常用的软件协议如下表五、综合自动化系统通讯接口及协议规划OPC/DDECAN/Modbus西门子PLC或Profibus基于485总线的协议基于文件的数据交换基于串口通讯的非