矿井综合自动化信息系统设计文档

中国.电光防爆电气有限公司-1-煤矿综合信息自动化控制系统技术方案中国.电光防爆电气有限公司-2-第一章综合自动化控制系统1、概述1.1、简介为加快应用高新技术和先进适用技术改造和提升传统产业，加速煤炭企业的信息化建设，更好地发挥各自动化系统的作用，协调生产过程中系统间的关系，提高机械设备的利用效率，提高安全生产和管理水平，开发信息资源的价值，需要对多个自动化系统进行整合，并进行综合自动化信息系统集成建设。综合自动化信息系统将集成当今先进的计算机信息化、自动化和监测监控等技术，针对煤矿高危险、恶劣环境的特点，通过系统优化和创新，开发煤矿综合自动化技术，在现场控制为主的局部控制系统基础上，实现以地面集中操作、分布控制为主的全过程控制。即通过生产现场的设备层、控制层与信息层的集成，实现控制与管理的数据通讯与共享；通过开发基于中间件技术的控制软件，将对生产过程的控制、监测能力随网络的扩展而自然延伸，直至实现通过互联网络进行的异地远程监测与维护。综合自动化系统采用现场总线技术将通用或专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们具有数字计算和数字通信能力，采用一定的通信介质作为总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成适应实际需要的自控系统。简而言之，它把分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统。现场总线将控制功能彻底下放到现场，节省了硬件数量与投资，降低了安装成本和维护费用。同时用户具有高度的系统集成主动权，用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而限制了使用设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。现场设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差，提高了系统的准确性与可靠性。系统采用PROFIBUS-DP传输类型的PROFIBUS现场总线，最大传输速率可达12Mbps，可应用于现场级，高速、廉价的传输形式的自控系统与现场设备之间的实时通信。PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS总线访问方式为：主站之间通信采用令牌传输，主站和从站之间采用主从方式。PROFIBUS可以采用总线型、树型、星型等网络拓扑，总线上最多可挂接127个站点。通过对设备指定符合PROFIBUS行规的过程参数、工作参数、厂家特定参数，设备之间就可以实现互操作。综合自动化信息系统最终目标是使矿井生产管理的全过程全面实现自动化控制与管理，即“采煤、掘进、运输、通风、供排水、供电”六个生产环节实现综合自动化。其中“采煤”环节实现工作面生产自动化控制，地面集中监测;“运输、掘进”环节实现地面集中控制，无固定岗位工；“通风、供排水、供电”环节实现三遥控制，无人值守；建立灵敏、准确的信息系统，把企业生产、管理和经营在网络的层次上集成化，实现网络化、信息化管理；通过管控一体化，实现生产自中国.电光防爆电气有限公司-3-动化系统的实时数据库与管理信息系统关系数据库之间的数据集成，提高管理信息系统中有关生产的原始数据的准确性、实时性；同时通过对设备参数、生产过程参数的分析，提高生产调度、经营、管理的准确性与及时性。综合自动化信息系统是将先进的自动控制、通讯、计算机技术、信息技术和现代管理技术结合，将企业的生产过程控制、运行与管理作为一个整体进行控制与管理，提供整体解决方案，以实现企业的优化运行、优化控制与优化管理，从而成为提高企业核心竞争力。综合自动化是煤矿实现高产高效的有效手段，对于提高煤矿的生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用。通过该综合自动化系统的建设可以实现：(1)、生产的信息化促进全矿的管理信息化，大量的安全生产监测数据是管理信息化的基础，通过对监测数据进行转换、整理、挖掘，管理系统对全矿的安全生产状况进行综合性动态分析，为领导科学决策提供依据。(2)、综合自动化信息系统与管理信息系统有机结合，可加强企业内部协作与通信，提高生产和管理效率，增强企业的市场竞争力，使煤矿企业的信息化进程实质性的跨上一个新台阶。(3)、使管理人员从繁杂的手工事务性劳动中解脱出来，以便从事更高水平的管理工作。(4)、实现对网络的集中管理，对网络上的各种设备进行监控和处理，对网络的正常运行提供保障。(5)、能够有效的实现生产、安全管理和综合查询等功能，使其成为一个综合性的信息化网络。为实现上述目标，系统采用当今国际、国内先进的监控监测技术，视频技术、网络等技术，建成一个现代化的安全生产监测、控制信息网络系统。1.2系统要求用户通过对矿井综合自动化系统的整体规划设计，使系统达到以下要求：(1).往下能监视各子系统内设备的运行状态以及所需的生产和安全参数；往上能够上联集团公司广域网，实现矿井与公司之间的生产与管理信息及时交换，实现管控一体化。(2).建立一个生产调度中心，设备的监视和控制（保留功能）均可在调度中心进行，实现全矿的管控一体化。(3).在生产调度中心能对联网的各子系统按照生产工艺的要求进行划分，便于控制和调度。(4).根据上述要求建立一个快捷的网络系统，要求此系统要充分安全、先进、可靠，能够满足生产和管理的要求。(5).系统随着矿井建设能够整体规划分步实施，并能随着技术的发展方便升级。(6).设备选型必须符合有关国家标准和行业标准。1.3设计依据(1).《煤矿监控系统总体设计规范》(2).《煤炭工业矿井设计规范》(3).《煤矿安全规程》中国.电光防爆电气有限公司-4-(4).《煤炭调度信息化装备技术规范》(5).《煤矿安全装备基本要求》；(6).《矿井通风安全监测系统装备标准和使用管理规定》；(7).《“九五”期间煤炭工业电子信息发展规划纲要》；(8).《电子计算机机房设计规范》(9).《煤炭调度信息化装备技术规范》。1.4设计指导思想本系统在设计上力求通过信息集成实现在异构条件下的信息连通和共享；通过功能集成将不同功能的应用系统联系起来，使之协调、有序的运行；通过人/组织、技术、管理的集成形成一个包括人员在内的有机整体以达到整体优化的目标。从而避免了以自动化孤岛形式建立起来的各种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。同时本系统力求采用智能自动化的各种智能控制方法，或者几种智能方法的结合，或者智能控制与传统控制方法的结合，解决难建模或具有不确定特性的对象的自动控制和自动化问题，这为提高系统的性能和可靠性提供了有效的技术手段。随着计算机在煤矿生产与经营管理等方面应用领域的不断扩大以及集成化的发展，在以系统硬件设备的基础上，煤矿建立Intranet和Extranet以及在这个环境下的各类自动化信息系统。通过分析用户的要求和矿井的实际情况，整个综合自动化系统中信息分布广，传输质量高，网络应保证安全生产监控信息的时效性、真实性、可靠性；功能要求全，系统有别于过去其它系统在功能上注重“监测”，强调管控一体化；包容性强，对矿井各自动化子系统均能接入到系统中。为此，在系统设计重点考虑以下内容：(1).实时性：系统必须保证系统中的所有监控信息“可用”，不能出现延迟，造成系统失控。(2).可靠性：一方面当系统中任一组件（不论是硬件还是软件）发生故障都不会导致整个系统的瘫痪，另一方面为使系统运行时间的最大化，需要以可靠的技术来保证在网络维护和改进时，系统不发生中断。(3).开放性：系统应能够保证来自不同厂商的设备可以相互通信，并且可以在众多厂商产品的集成环境中共同工作。它决定了某一通讯技术能否被广大自动化设备制造商和用户所接受，并进行推广应用的关键。(4).易于管理和维护：由于网络设备的数量、品种多，矿上专门从事信息管理工作的人员少，因此，在网络设计时应考虑尽量降低管理与维护工作量。(5).安全性：系统必须建立可靠的数据传输、备份、存储等安全保障措施，同时应能防止外部非法用户的入侵。最后，通过本系统的实施将采用先进的技术装备并且达到国内现代化矿井水平，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、决策指挥的信息化、科学化；是今后煤矿企业进行信息化建设的基石。中国.电光防爆电气有限公司-5-2、系统设计全矿井自动化信息系统设计包括：系统硬件平台设计、软件平台设计、现场子系统整合方案的设计。2．1设计原则先进性以先进、成熟的网络通信技术进行组网，支持数据、语音和视像等多媒体应用，能确保网络技术和网络产品几年内基本满足应用的需求。要求采用的系统结构应当是先进的、开放的体系结构；采用的设备、技术应当是业界先进的；采用先进的现代管理技术，以保证系统的科学性。实用性由于现代煤矿企业的安全、生产监控及调度任务、各职能部门之间业务的联系在很大程度上是以网络为基础，而安全、生产监控则对数据的实时性要求很高。因此，在设计上应保证网络的处理能力和带宽越大越好。开放性网络具有良好的开放性，与其他网络有很好的互连性。高可靠性实时监控的不可间断性决定了在网络设计中（尤其是网络主干）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。因此，在硬件选型、线路、支撑环境及结构上都必须高质量，并保证核心网络设备具备冗余。同时，采用先进的防火墙技术保证系统的安全。可扩展性在网络技术日新月异的今天，网络要有能力和将来的技术融合，同时要保护现有投资，保证网络系统随时加入新的设备，保证有关软件的顺利升级和扩充。要求：网络规模的可扩展性，包括网络的地理分布、用户数。网络容量的可扩展性，要求整个网络系统随着用户规模和应用的扩展，网络的传输容量也必须能相应的提高。灵活性整个网络系统必须满足便于安装、便于管理、便于维护、便于使用的要求。安全性网络的各个环节要尽可能多的提供安全保密措施，来保证网络的性能。安全措施应包括：防病毒、防黑客、防止非法或越权访问、传输加密、安全策略控制等。可管理性网络的建设必须保证网络运行的可管理性。要求可发现网络拓扑、实时监控网络性能、管理维护设备配置，并可迅速简便地进行网络故障的诊断。经济性在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个尽可能高水平的、完善的网络系统。所有设备的选型配置和采购订货，坚持性能价格比最优的原则，同时兼顾供货商的资信度和维修服务能力。中国.电光防爆电气有限公司-6-2．2、硬件平台设计全矿井综合自动化信息系统硬件平台设计采用信息层、控制层和设备层三层网络结构。其核心任务是构建监控信息子网、构建企业信息网中的监控信息数据库服务器、实时WEB服务器及与监控信息子网的隔离设计、设备层与监控信息子网接入设计。为矿井的管控一体化提供高效快捷的网络平台。2．2．1、构建监控信息子网监控信息子网是企业信息网的一部分，子网中的节点共在一个相对独立的网段。用防火墙将其与企业信息网隔离。它由管控服务器（双机热备）、地面及井下以太环网、图形控制器、操控站、各专业主机等部分组成。2．2．1．1、管控服务器管控服务器配置双机，用磁盘阵列进行热备。它通过标准的软件接口、统一的数据信息描述与子网中的各现场子系统主机进行数据存取。提供WEB服务，为调度员提供操控页面和浏览页面。并将各现场子系统的信息分类送往企业信息网中。2．2．1．2、地面及井下以太环网采用工业以太网交换设备和光缆构成一个贯通井下井上的信息的环型光纤高速通道，带宽为100M，可同时接入不同协议的数据在该网上进行传输和交换。采用环型光纤以太网，实现了网络介质的冗余。单环拓扑为系统提供了冗余，并且隔离了通讯的错误。在使用工业以太网交换机时，以太冗余环网将自动的修复连接，它的恢复时间少于300ms，这为网络的稳定性提供了保障。它有：●2个光纤口：100M（SC连接器）。单模光缆，距离15KM(多模光缆，距离2KM)。●6个RJ45口：10/100M，全双工/半双工，M