信息及自动化

宁夏枣泉煤矿初步设计(修改) 第十一章 信息及自动化第十一章 信息及自动化 第一节 综合信息自动化总体设计一、一般要求枣泉煤矿为设计能力为5.0Mt/a的特大型现代化矿井。根据矿井设计能力、开采技术条件、机械化装备水平等因素和煤矿安全规程、煤炭工业矿井设计规范等的要求，本煤矿的矿井自动化系统、安全监测监控监视系统、计算机网络系统、通信系统及有线电视系统的装备标准较高，为了整合上述各系统设备，本矿井设计配备了一套全矿井综合信息化管理系统。矿井综合信息化管理系统，按照“高质量，高效率，高标准”目标，并兼顾集团公司信息网络建设总体规划的原则，进行系统网络规划。该系统应用计算机技术、通信技术、网络传输及工业控制技术，对矿井各类资源和信息系统进行集成、控制和管理，实现矿井内外资源、信息共享和有效利用。系统以安全性、可靠性、开放性为设计指导思想。将现代成熟、先进的自动化技术引进煤矿生产中，并参考国内的成功经验，根据“管控一体化”思想，运用现代控制技术及网络技术，选用先进的工业控制产品，构建起高度集成的现代化全方位网络体系。系统实现了数据采集离散化，设备控制分布式、智能化，调度操作集中化，生产管理信息化，实现了从生产第一线、调度、管理科室和领导办公室的层层联网及信息共享。为实现预期的矿井建设目标，打下良好基础。通过该网络系统，相关人员能及时了解安全及生产情况，根据趋势图表，提高运行管理、预警分析和设备维护水平，降低运行管理成本，减轻工作人员的劳动强度，实现矿井安全生产、高产高效。二、系统结构和系统组成枣泉煤矿综合信息化管理系统的结构如图11-1-1。从图中可以看出，枣泉煤矿综合信息化管理系统，由五个单元构成。1、生产调度指挥中心：实现生产、运销调度、安全监测和调度通信等的集控管理和信息发布。2、安全管理信息系统：实现矿井瓦斯监测、防灭火信息监测和矿井工业电视监视，同时完成安全设施管理以及生产安全信息管理。3、综合自动化控制系统：实现矿井井下工作面、井上下煤流、地面生产和辅助生产系统的实时在线监测控制和变电所综合自动化系统以及主井带式输送机、副井提升机、主扇通风机、制氮(空压)站等的监测监控。4、经营管理系统：主要功能为企业管理信息系统(MIS)，实现矿井办公自动化、事务管理、经营管理、技术管理和能源管理等。5、矿井通信系统：实现矿井行政通信、调度通信、视频会议、井下应急通信、有线电视以及与集团公司的通信和信息联络。三、综合自动化控制系统方案现代工业生产过程综合自动化控制系统，都是以SCADA来概述的。SCADA（计算机监控和过程数据采集系统），常用的有两种：一种是以现场总线为基础的，另一种是以态网为基础。1、现场总线为基础的SCADA这种方案是将全矿井的控制系统都通过控制网总线连接，所有的控制信息在调度中心汇总后，通过工业现场总线（控制网）与EtherNet（以态网）网关，连接管理信息网络。现场操作监控计算机则连接到控制网上。2、以态网为基础的SCADA这种方案是将全矿井的控制系统，根据其相对独立性，分为多个相对独立的子系统。各子系统主控PLC配置以态网模板。整个控制系统信息层，通过EtherNet连接。这样，调度中心和现场设置的操作监控计算机均连接到以态网上。采用基于OPC技术规范的组件软件，能大大减少了系统集成的编程费用。同时，减少操作站的投资。上述两种方案，区别在信息层上。前者存在的主要问题有：技术标准性问题、用户程序可移植性问题、系统功能可伸缩性问题、控制设备互操作性问题等等，所有这些，使得以“企业综合自动化”为目标的“管控一体化”变得较为复杂，同时，系统软硬件互换性和开发性较差，系统投资较高，并且投产后系统日常维护费用较高。在上个世纪90年代以来，基于Internet和Web应用技术爆炸性发展，不仅改革了管理模式，提高了管理效率，同样引发了工业控制领域深刻的技术变革。以现场总线为基础的SCADA存在的各种问题找到了一个既成事实的解决方法这就是在全球范围内得到广泛而深层次应用的基于TCP/IP协议的网络技术和基于WWW协议的Web技术也就是说，组成企业“综合信息自动化”的企业Mis（管理信息系统）和企业生产过程SCADA都以TCP/IP和Web技术为基础，实现企业“管”“控”数据流之间的无缝连接，从而使“管控一体化”解决方案变得简捷和现实可行，产生了以开放性、网络化为特征的立足于Web和“Infarnet+Intranet+Internet”一体化的应用可靠成熟的SCADA系列产品，近几年来，在冶金、电力等行业得到了广泛的应用。为顺应潮流，所有主流PLC或DCS均配套了以态网通讯模板。Ethernet/IP是一种开放式的工业网络标准，支持隐式信息通信(实时的I/O通信)、显式信息通信(通信交换)或者两者都有，使用商用的、现成的Ethernet通讯芯片和物理介质。对于现场环行网络冗余系统，采用Ethernet/IP的带宽为100Mbps(根据现场需要，能升级到1000Mbps)，是Profibus、ControlNet等高速控制总线网络的带宽的20倍以上，对于现场监测监控量极大的大型矿井，能保证高速实时数据传输，不会因为网络阻塞而中断。枣泉煤矿的综合自动化控制系统，即企业生产过程SCADA的设计，就是利用以态网SCADA模式，采用Ethernet/IP工业网络，实现煤炭生产采掘运的综合调度和生产过程自动化。3、以态网为基础的综合自动化解决方案的特点：与现场总线为基础的SCADA相比，以态网为基础的枣泉煤矿的煤炭生产过程综合自动化控制系统(SCADA)的主要特点是：信息层软硬件可以选用目前市场上触手可及的廉价的兼容性产品，而且还可以得到广泛而廉价的维护备件和维护人才的支持。与传统模式的SCADA系统相比，其初始建设投资和随后的日常维护费用都会大幅度降低。综合自动化控制系统规模越大，这两种费用下降的幅度也会更大，其性能/价格比上升的幅度自然也会更大。具体地说，有以下几部分的优势：1）网络硬件：工业控制信息层，采用与管理信息网络完全相同的网络产品、传输方式和传输线路，大大减少了信息层设备投资，同时，方便了系统网络升级，减少了备件和维护费用。2）网络技术：基于TCP/IP协议，实现现场总线、非标准控制网络和信息网络的透明互连，并最终形成“Infarnet（面向控制设备的现场总线及工业控制网络）+Intranet（实时数据库和人机操作界面）+Internet（远程人机交互）”一体化。3）操作系统：采用以Windows2000为基础的大系统操作平台。4）数据库：生产过程实时数据库与企业Mis数据库一样，采用基于Windows操作系统的数据库，可以实现无缝相连。5）编程软件：采用基于OPC（OLE for Process Control，过程控制中对象嵌入技术）技术规范的组件软件，大大减少了系统集成的编程费用，同时，方便了系统功能升级和用户程序移植。6）操作监控站：采用与办公计算机相同的宽带接口，连接综合自动化控制网络。根据需要能够廉价地任意增加，增加的投资只与选用的工控机（包括运行需要的操作系统软件和接口软件）价格有关。四、综合自动化系统网络结构枣泉煤矿综合自动化系统所需覆盖的范围广、规模大、控制距离长、涉及工艺多、信息量大，点对点控制无法实现现场的实际要求，为了最大限度的保证系统的可靠性和实时性，就必须采用多级异构网络结构，并保证异构网络之间的互联互通。根据自动化各组成部分的不同需求，系统设计为三层网络结构：层次名 称网络类型带 宽协议模式1信息层EtherNet100M/1000MCSMA/CD2控制层EtherNet10M/100MProducer/consumeeer3设备层CIP30k-12MProducer/consumer信息层：采用以太网，用于全矿的数据采集和程序维修，通过实施企业资源管理系统，将企业各方面的资源充分调配，平衡和控制，通过柔性的生产计划实现及时生产，全面、实时控制业务过程、信息支持决策以及支持创新体系。控制层：采用以太网，通过实时I/O控制、控制器互锁和报文传送，实现全系统的高效集成。设备层：采用设备网，用于底层设备的低成本、高效率信息集成，达到减小费用和方便安装之功效。三级网络之间的互联互通将由带背板通讯功能的PLC网关来桥接或传送网络之间的控制及信息数据，通过软件编程配置，实现异构网络之间及异型数据库之间的无障碍贯通。同时，矿自动化网络又隶属于更高级的宁夏煤业(集团)有限责任公司综合信息自动化网络，构成一个上通下达的企业综合多级异构网络。五、综合自动化所要达到的总体要求1、各生产过程全面实现自动化，并在矿调度室分别对各生产环节进行监控，达到减员增效的目的。2、遵循先进、可靠、实用原则，尽量减少投资。3、加强自动化系统、信息管理系统在煤炭行业的通用性。4、在实现设备层、控制层全面自动化的基础上，提高信息层的技术含量。通过引用、开发及实施具有现代生产管理思想的软件系统，使综合自动化系统能发挥更大的整体效益。5、实现生产控制的实时数据库和信息管理的关系数据库的接口，能够实现信息系统对生产数据的无障碍存取。6、上位监控系统软件、网络管理软件等均基于WEB浏览器模式开发，支持远程监测、远程维护。六、综合自动化系统主要内容枣泉煤矿综合自动化控制系统为实时监控网络结构，具有完善的生产监控管理能力。它主要由以下系统组成：1、生产指挥中心：配置最先进的大屏幕拼接显示系统，实现生产调度和安全监测的集中管理。2、主运输带式输送机监测监控系统：驱动采用CST软启动装置或调速型液力偶合器，通过PLC联入控制网，在设备闭锁状态下，所有的运输设备开、停及配仓、倒仓等操作均在指挥中心进行，不再设现场固定岗位。3、辅助提升监测系统：驱动采用直流传动装置，通过工控机联入控制网，所有副井提升的监测信息均在生产指挥中心反映，相关人员不必到现场，就能了解提升机运转情况及有关参数。4、主通风机监测监控系统：采用MCC马达控制中心，主通风机可实现授权遥控、现场集中、就地手动三种控制方式，能自动切换风机，自动反风，实现少人值守。5、井下排水自动化系统：采用液位计、压力计、流量计、电控阀等，实现井下排水自动化，实现无人值守。6、变供电三遥系统：地面变电所采用微机综合自动化系统。井下变电所采的高低压配电柜，保护、执行元件采用微机保护及FLEX I/O，通过PLC接入井下控制网，保证了系统的可靠性。在生产指挥中心可对全矿变电所进行检测及授权遥控分合闸，实现无人值守。7、煤流自动计量系统：矿井煤炭运输主要带式输送机均安装电子称，自动计量当班各队原煤产量，自动生成矿井生产调度报表，为矿井生产管理提供有力的手段。8、工业电视系统：通过摄像系统将现场图像转化为可传输信息，接入传输系统发往生产指挥中心；同时接收数据传输系统从生产中心发出的控制信号，从而指挥和控制摄像系统按操作人员要求进行工作。9、综采工作面生产监测系统：通过接口设备将采煤机及液压支架等的数据通过井下工业以太网上传，可在生产指挥中心实时监测工作面采煤机、液压支架等设备的现场运行情况。10矿井安全监测监控系统：实时监测井下瓦斯、一氧化碳、通风状况等各项矿井环境参数和井上下主要生产环节的各种生产参数和主要设备的运行状态参数。11、电话调度系统：系统既满足煤矿调度的需要，又充分考虑了今后技术发展和调度通信信息综合化的要求，使井下与地面的通讯更加便捷。12、入井人员管理系统：实现煤矿入井人员的出勤考核、管理和安全监督，以适应工矿企业日益增长的现代化管理要求。13、矿井采暖系统：实现锅炉房的自动化监测监控。14、矿井地面压风制氮系统：通过PLC将所获得的数据信息上传工业以态网，同时指挥中心发出调度指令给PLC，控制设备运行，实现整个地面压风制氮系统的自动化监控。15、地面生产系统：利用Profibus DP总线连接主控PLC、远程I/O和DP接口设备。主控PLC与操作监控计算机和调度控制网之间的连接通过工业以太网，在它们的协同工作下，完成整个地面生产系统的集中控制。16、装车站：模块化快速装车站。17、企业管理信息系统(MIS)：采用浏览器/服务器体系（B/S）结构，包括调度、安检、计划、通风、区队、档案、质量、党团等管理模块，实现办公的网络化、自动化。实现企业网站、档案图书管理、办公自动化、事务管理、经营管理、技术管理和能源管理等。综合自动化系统网络配置总图见附图C1397G226-1。第二节 矿井安全管理信息系统枣泉煤矿属低瓦斯矿井，煤层属易自燃发火煤层，煤尘具有爆炸危险性。矿井装备煤矿安全监控设备是保障矿井安全生产的主要措施之一，本设计根据煤矿安全规程、煤炭工业矿井设计规范、矿井防灭火规范、矿井通风安全监测装置使用管理规定和煤矿条件，确定该煤矿的安全监测监控、监视设备和防灭火信息监测，同时完成安全设施管理以及生产安全信息管理。一、安全监测监控系统设置要求为了安全生产、高产高效、提高煤矿自动化水平，充分发挥安全监测监控系统的作用。根据现行煤矿安全规程、矿井通风安全监测装置使用管理规定，结合该矿井的建设规模，安全监测及生产监控合并。1、环境监测：主要监测井下各种有害气体及工作的作业条件，如：高、低浓度甲烷(瓦斯)气体、一氧化碳、风速、温度、压力、负压、粉尘、烟雾等。2、生产监控：监控井上下主要生产环节的各种生产参数和主要设备的运行状态参数。如地面主变电所、井下中央变电所的电量、提升机、主扇通风机、局扇、皮带、转载机、配电开关和磁力启动器等的运行状态和参数。3、矿井安全监测监控中心设置在矿调度中心内。矿井安全方面的测点按煤矿安全规程、矿井通风安全监测装置使用管理规定的相关要求进行配备；生产方面的测点按矿井生产管理惯例和监测监控系统的产品技术说明书及相关设备资料进行配备。二、安全监测监控系统选择经过多年来的技术发展，煤矿安全监测监控系统技术已经较为成熟，一些基础设施已达到国际先进水平。目前，生产煤矿采用的安全监测监控系统的两种结构形式：a、干线式：这种结构由地面中心站向井下引出一条公共干线。传感器都直接接入该公共干线。该系统结构简单，传输速度高，系统扩展灵活，节约传感器电缆，但需采用价格较高的智能传感器，造价偏高。KJ31(森透里昂)等系统就属于该类型。b、塔式：这种结构由地面中心站、若干井上下分站组成，传感器都经过分站通过信号转换后送至地面中心站。该系统传输速率相对较低，传感器电缆多，但采用价格较低的模拟量传感器，其系统投资较低，且传感器维护简单，典型的系统产品有有KJ4、KJ25、KJ95等。本着系统安全可靠、灵活实用、便于维护、节约投资的原则，根据该矿井的规模和井下开拓方式，确定采用后者（塔式）的系统结构型式。在设备选择上，选择技术先进，并经实践证明使用效果较好的监测监控系统，系统设备必须符合煤矿井下环境的使用条件，井下设备必须符合煤矿安全规程的有关规定，具有防爆、防潮能力；以保证设备本身的使用安全和可靠工作。经过比选，本设计选用KJ4-2000型监测监控系统，该系统采用标准数据库存储数据，以文字、图形、报表、语音等多种形式显示数据方式。数据存储分为实时数据和趋势数据，实时数据能精确反映瓦斯、风速、负压、一氧化碳等模拟量的实时测量值，趋势数据反映模拟量统计值，如报警及解除报警时间及状态，断电/复电时间和状态，断电/复电逻辑关系不符报警时间及状态，设备/开停时间及状态。系统具备三种控制功能，监控分站可实现本地控制、异地程序断电/复电控制及中心站紧急手动断电/复电控制。中心站与分站、分站与传感器之间具有良好的隔离性能，系统具有较强的抗干扰能力。地面中心站设在办公楼内，在副斜井提升机房、通风机房、井下中央变电所、采煤工作面、掘进工作面等处设有分站。在采煤工作面、掘进工作面设有瓦斯断电仪。掘进工作面配备了瓦斯风电闭锁装置。依照矿井的灾害种类及灾害程度，本系统对瓦斯、一氧化碳、温度、风速、粉尘、烟雾、风筒、风门、主要设备的开停等参数进行监测监控。同时，在井下两个采煤工作面，设置GC-85火灾预报束管监测系统，用于煤矿气体成分监测，预报煤层自然发火，一旦发现有关指标超过或达到临界值等异常变化时立即发出预报。火灾预报束管监测系统作为安全监测监控的一个子系统，纳入全矿井安全监测监控系统。为了保证监控系统高效可靠运行，还配备了相应的维修仪表。三、工业电视监视系统矿井安全监视系统，选用KJ32型矿用光纤工业电视系统，系统具备低照度摄像和光纤传输两项技术，视频带宽10MHz（S/N60dB）, 不受电磁干扰, 传输两端完全绝缘, 高清晰度、长距离视频传输。解决了煤矿工业电视系统环境照度低、传输距离远，须防爆等问题。在井下副井井底、工作面采煤机、转载皮带、运输皮带等部分采用矿用本安型光纤摄像仪，该摄像仪以光信号直接输出，经光缆把视频图象无中继传输到调度室。在地面主井驱动机房、副井井口房部分采用一体化带夜摄功能的彩色摄像机，装车处采用矿用本安型光纤摄像仪。调度室部分设计了16台21英寸纯平彩色监视器及23台67英寸DLP显示屏组合而成的监视墙。从井下传送来的光信号经视频光接收机将光信号变成电信号，和地面上各监测点送来的信号一起传至视频矩阵切换器。彩色监视器用于工业电视信号的24小时显示；DLP显示屏主要用于计算机信号显示，兼顾工业电视信号的分割、放大等，从而实现对整个矿井生产调度全方位掌握。四、防灭火信息监测根据矿井的灾害程度，本矿井设有煤自燃发火色谱监测系统。系统选用GC-85型矿井火灾多参数色谱监测系统。系统由自动取样器、专用色谱分析仪、色谱数据处理工作站以及束管采样单元组成。其中，自动取样器具有24路束管接口，数据处理工作站可控制自动取样器，循环采集各路束管的气样进行分析。同时，还留有手动进样口，可以分析人工采集的任何地点的气样。GC-85型矿井火灾多参数色谱监测系统特点：1专用色谱仪、双柱箱分别控温，三个色谱柱并联，具有预切柱和甲烷化装置。 2全部采样、分析过程自动化，由微机控制,12-24路采样点自动切换。 3配四通道色谱工作站，对三组分析结果进行自动处理，全部分析数据及谱图自动存贮。4分析组份：微量CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2、C3H8、C4H10。在井下两个采煤工作面，均设置火灾预报束管监测，用于本煤矿气体成分监测,预报煤层自然发火,一旦发现有关指标超过或达到临界值等异常变化时立即发出预报。火灾预报束管监测系统，作为安全监测监控的一个子系统，纳入全矿井安全监测监控系统。此外，应加强地面仓储煤以及落地煤防灭火管理和矿井其他重点防火部位的防灭火管理，其信息应及时输入矿井综合信息化网络。五、安全设施管理以及生产安全信息管理为保证矿井安全生产，安全设施管理以及生产安全信息管理，应及时输入矿井综合信息化网络。安全设施管理包括自动防跑车装置、安全门、挡车器、风门、风电、瓦斯电闭锁装置、电气安全防护设施等。生产安全信息管理要完成以下方面的管理：(1)入井人员安全信息管理静态：人员健康档案管理和入井出勤计划等管理。动态：入井人员实检统计考勤管理、入井人员井下分布管理和井下人员健康状态等管理。(2)生产安全隐患管理采、掘、机、运、通等安全隐患汇报统计、计划安排、整改处理管理。(3)设备运行性能安全管理第三节 矿井自动化监测控制系统枣泉煤矿综合自动化控制系统，实现全矿井采、掘、运及辅助生产等的自动控制和矿井自动化调度。具有矿井井下工作面、井下排水、主运输、井上下煤流、地面生产系统、装车站、主扇通风机、辅助提升、压风、制氮、供水、采暖和井上下变配电系统等的实时在线监测控制和集中管理。一、矿井自动化调度系统综合自动化调度网设计为实时监控网络结构，具备完善的生产监控管理功能，对全矿各主要生产环节及相关辅助环节的生产过程进行实时数据采集、传输、处理、显示、记录、打印，对地面生产系统、带式输送机运输系统、变电所、排水系统和通风机等设备进行集中监控，同时配合工业电视系统进行安全图象监视，以确保人员及设备的安全，全面提高矿井的经济效益和社会效益。1、系统功能各生产过程全面实现自动化，并在矿调度室分别对各生产环节进行监控，达到减员增效的目的。1）实时运行参数监测各监控系统采用图形、报表的形式，实时显示、采集生产工况参数。2）实时过程控制分析采集的参数，各系统自动完成过程控制，或由调度员操作控制。3）历史数据查询生产实时监测数据均可以存储于生产实时数据历史数据库中，可以实现历史回显历史趋势分析，及直方图饼图等进行综合分析。4）设备故障及模拟量超限报警当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现语音报警实时打印故障功能。服务器将该故障信息存入故障信息数据库，供以后统计分析。5）生产实时画面监测工业电视信号可直接接入监测终端，当出现异常（故障违章检修）时，可将此画面截取，转换为数字形式存储，并可以通过网络上传集团公司，6）优化生产计划在网络服务器中建立了综合历史数据库，定时将生产经营等数据存入数据库中，制作计划生产完成情况的趋势分析图表，为今后的生产计划提供参考；根据外运下达的计划和设备实际状态仓储煤量，合理安排生产计划设备维修计划，以最大限度的减少对生产外运的影响。2、集成化的信息处理平台采用集成化的信息处理的软件平台，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，实现企业信息系统与工业控制现场的无缝连接。它以微软的OLE/COM、DCOM技术为基础，采用了OPC标准接口，从而具备了自动控制功能，并能实现设备和设备之间的互操作性与互换性。加强自动化系统信息层与企业管理系统的通用性。集成化的信息处理，具有以下主要功能：1）将生产现场数据集成并在大屏幕上显示；2）为企业管理系统提供生产实时数据；3）向上级集团公司提供特定的数据内容；4）将现场信息（包括控制的动态实时数据、信息管理系统数据）有效、快速、安全地传输到客户计算机，实现现代化大型企业的跨地域分布实时管理。5）提供标准化接口，满足企业管理系统二次开发的需要。6）上位监控系统软件、网络管理软件等均基于WEB浏览器模式开发，支持远程监测、远程维护。3、集成化的三层网络结构枣泉煤矿综合自动化控制网络，采用了以太网、控制网和设备网所组成的开放型网络。1）信息层信息层是整个自动化网络的最高层，它采用工业以太网（Ethernet/IP）技术，以TCP/IP（传输控制协议/国际协议）+CIP（通用工业协议）作为其传输协议，将可编程序控制器、网关、人机接口和控制软件连接至企业的管理信息系统，实现对现场采集数据和信息进行管理功能。信息层使用Ethernet/IP网络，连接生产指挥中心监控主站及现场操作监控站的计算机、PLC的以态网通讯模块等，根据需要，节点上的任意1台监控计算机均能完成全部的监控功能。考虑到现场总线通信的局限性和工业网络的发展趋势以及系统的可升级性，整个系统采用工业以太网作为主要的通信平台。工业自动化网络信息层设备，需要能在极端条件下，如电磁干扰、高温和机械负载等，正常工作。井下设备必须取得煤矿防爆合格证和煤矿矿用产品安全标志准用证，能够适应井下恶劣的工作环境和防爆要求。采用高可靠性的Hirschmann工业以态网交换机，生产指挥中心核心交换机，采用模块化千兆工业以太网交换机MACH3005，能提供了最高的数据处理速度，和最优的容错保护。（1）多重冗余和高可靠性所采用的千兆以太网交换机属于工业级产品，具有双电源冗余，支持“超级环”（HIPER-RING）、双链路冗余（Link Redundancy）、双节点冗余（Dual-homing）和生成树（Spanning Tree）等多种冗余方式。可以构成冗余光纤工业以太环网，当发生某处光纤故障时，网络通讯会在500ms之内恢复正常。采用了高容量大负载的工业级设计，配置双电源，采用无源背板大大提高了系统的可靠性。其工作环境温度范围可以达到050，防护等级达IP30。核心交换机的可用性要求是7*24小时运行，全年不停机，交换机含全部部件的MTBF指标均不能低于10年（Telcordia SR-332标准）。核心交换机的全部部件（含风扇）均支持热插拔现场更换。（2）开放性和可扩展性主干网络采用的HIRSCHMANN工业以太网，符合802.3以太网标准，支持标准的光纤传输和TCP/IP协议。由于采用的是以太网标准，而不是各厂家专有的现场总线标准，所以可以允许在同一个网络上实现对不同厂家的设备的实时数据采集。HIRSCHMANN网络产品除了满足能工业现场的要求之外，还支持多种网络拓扑结构和多重冗余方式，如（单）环网冗余、单环双节点冗余、双总线冗余、单环双节点冗余、双环网冗余和环间冗余（下联冗余）。环间冗余（下联冗余），即可以在两个环网之间建立两条互为热备的连接通道，当其中一条发生故障时可以自动切换到另外一条通道，为系统的扩展提供了很大的方便。对于某些协议开放的工业设备，如果并不具备以太网接口，但可以提供标准的RS232/RS485/RS422口，在满足一定的前提条件下，可以采用以太网网桥实现RS232/RS485/RS422到TCP/IP的转换，从而使这些设备的以太网接入变得非常简单方便。MACH3000千兆工业以太网设备，采用了完全模块化的设计，从而大大降低了扩展的成本。专用的网管软件HiVision，支持OPC Server，可以工业监控组态软件实现数据通信，从而使网络管理集成到SCADA系统中进行统一管理。（3）严格的安全保证在数据传输链路方面，由于骨干网的交换机都带有SNMP管理单元，集成了基于WEB的管理系统，支持RMON网管。从而保证了良好的安全性。对交换机的管理采用了二级密码访问机制，可以关闭不用的交换机端口，防止外部设备的非法接入。千兆以太网交换机支持工作组管理，可以根据需要将端口划分为不同的工作组，并限制其访问权限。可以通过端口设置防止非法上网和非法计算机接入。（4）生产指挥中心综合调度室：综合调度室是全矿综合自动化控制系统的监控指挥中心，所有的控制信息在这里汇总并由此发布，并且接入企业管理网络（矿局域网）。在生产指挥中心监控室设置两台生产在线(数据库)服务器(HP工业级)，互为热备份冗余。操作监控主站设置6台工业控制计算机(配液晶彩显)，正常时，4台作监控和通讯终端（SCADA）实现矿井生产调度监控；1台作报警通讯机，实现故障实时报警、打印；1台作为工程师站，兼做正常打印。当有操作监控站故障时，其它任意1台监控计算机均能完成其功能。在EtherNet/IP上系统服务器和多台通讯计算机，负责打印、数据存储、信息服务及通讯服务。配置容量不小于10kVA，后备时间不小于2h的UPS电源设备。监控软件平台采用OPC技术规范的组件软件，通过SCADA Server实时采集各系统的数据，即可在调度室实现操作控制；数据上传矿信息网后，可实现在办公终端监视生产过程，供决策部门和管理部门掌握生产最新动态。另外，监控软件能够提供网络的视图，开发人员不用梯形图逻辑编程来完成I/O的映象及PLC互锁（无数据块传送编程）。应用软件构成本系统的应用软件将由多部分组成，主要包括：各监控系统过程控制程序软件第三方通讯软件网络通讯软件数据库链接软件上位监控软件报警软件监控服务软件其中最后三种软件是生产指挥的人机对话窗口，是整个系统的眼睛，以下是其达到的主要指标和内容。监控软件主要技术指标画面显示分辨率：1024X768 同屏色彩数：32k色；画面响应时间：指从发出调出某幅图形指令到图形全部显示到屏幕的时间。全屏重绘可以达到1秒以内。画面刷新周期：指图形每间隔多少时间必须根据数据库中的数据重新显示。主要根据检测周期、通讯速度、及显示软件的编制技巧。在本系统中，主控软件具有事件处理能力，各监测画面刷新周期与其数据上传周期时间的延迟为ms级。画面刷新时间：指画面和数据刷新一次所需要的时间，小于1秒。主要内容包括综采工作面监测、主井提升监控、运输系统三遥、矿井变电所电力三遥、矿井排水系统三遥、矿井主扇风机监控、辅助提升监控、压风制氮监控等，具体如下：主运输系统实时控制、显示图及CST状态监视图矿井供配电系统实时控制及显示图矿井排水系统实时控制及显示图矿井主扇风机实时控制及显示图矿井给水实时控制及显示图矿井压风制氮实时控制及显示图矿井供暖系统（锅炉房）实时控制及显示图矿井排水处理实时控制及显示图矿井主扇风机实时控制及显示图地面生产系统（排矸车间）实时控制及显示图辅助提升实时控制及显示图综采工作面实时监测显示图井上下煤流计量实时监测显示图重要参数实时及历史趋势图各种实时生产数据以上只是各主要系统图，各系统还应包括多幅子图。（5）现场操作监控站：是全矿综合自动化控制各子系统的现场监控点。当网络出现故障而需要检修时，能在现场指挥子系统生产。在给排水系统控制室、锅炉房、水处理站、变电所和井下带式输送机、变电所、地面提升机房、地面通风机房、工作面等处设置现场操作监控站（工业控制计算机）或工业智能图形工作站。（6）移动工作站：是全矿综合自动化控制的便携式工程师站和移动监控点。包括笔记本电脑（编程和调试用软件）、专用调试设备、测量仪器及编程和调试用软件、电缆等两套。2）控制层控制层是整个自动化网络的中间层，是一个开放型网络，它将处理器与处理器之间的信息交流，处理器与输入/输出接口之间的信息交流集成在一起，实现实时I /O控制、闭锁和报文传输，保证了控制信息的实时性和准确性。控制层设备，采用高可靠性的PLC进行控制，井下设备必须取得煤矿防爆合格证和煤矿矿用产品安全标志准用证，能够适应井下恶劣的工作环境和防爆要求。各子系统主控PLC，采用工业现场总线/RS485连接分布式I/O和工艺设备配套控制器。各子系统主控PLC，配置以太网通讯模板，与生产调度信息层连接。为了保证建立一个冗余、可靠的网络结构，必须考虑各个子系统的控制系统冗余性。对于重要系统或有联锁要求的子系统，采用双PLC或PLC配置双网卡。控制网，有控制器的PLC使用Ethernet/IP工业以态网，个别独立系统中的远程I/O与主控PLC之间的连接使用现场总线网络。控制网将I/O网络的功能和对等信息传输网络结合。这种开放型网络提供任务关键控制数据（例如I/O数据刷新、控制器之间互锁的功能。同时支持实时关键数据的传输，例如程序上载下载和报文）。控制层网络节点包括PLC及远程I/O等。现场采用不小于100M的Ethernet环形网络,个别处补充放射式冗余网络。光环网冗余结构通过建立一个环状的光纤以太网结构来实现网络冗余，减少网络单点，增强整个通信网络在突发情况下的生存能力。光环以太网结构如下图所示。图11-3-1 Ethernet/IP光纤环网冗余结构图所有交换机都具备不小于两个全双工光纤端口，一个连接上级交换机，一个用于连接下级交换机，构成一个完整的光纤环路。当其中某一段工作中的光纤线路被破坏或相应的网络设备发生故障时，整个网络会自愈，并在500ms内恢复正常的通讯。各工业现场的节点交换机的技术要求： （1）交换机的互联带宽为百兆或千兆全双工。（2）支持环型冗余拓扑。（3）支持与核心交换机的冗余链接方式。（4）对于整个矿自动化网，必须确保在任何一个光缆位置或交换机发生一个故障时，整个网络的通讯故障会在500ms以内恢复。（5） 交换机性能应符合线速交换，支持QoS（2个或以上的强制优先级），端口交换时延不大于50us。（6） 交换机的全部部件均支持热插拔现场更换。（7） 交换机的所有指标均应符合工业标准，适应7*24小时运行，全年不停机的要求，（8） 包括全部部件的交换机的MTBF指标均不低于20年（MIL-HDBK217F：25摄氏度）。3）设备层设备层是面向现场设备的一层，也是整个自动化网络的最低层。它无需中间的输入/输出系统就可以将现场设备和可编程序控制器直接相连实现操作者和现场设备之间信息互传，并可实现故障自动诊断。设备网使用基于CIP通用工业协议的Ethernet、Profibus、DeviceNet、RS485等通信方式，辅以I/O模块，将低层设备直接连接到低层控制器上，进行实时I/O控制和点对点的信息交换，实现入网设备包括电力监测单元，MCC马达控制器，变频器，SCM软启动，DSA设备启动适配器和FLEX I/O离散模块等。通过控制电缆硬接线或双绞通信线，将现场设备信息，采集到各子系统的主控PLC、分布式I/O、控制网络和工艺设备配套控制器。4、网络安全和抗干扰系统应在软、硬件两方面保证网络安全和抗干扰能力。传输线路设备具有防雷能力。（1）网络安全：防火墙+应用网关的形式。设置防火墙、防毒墙；安装网络版防病毒软件（使用网络安全管理系统，具有IP地址管理、客户端管理及远程监控、网络设备管理等功能；设立完备的身份认证及操作权限机制。对人员进行划分，设定终端权限；设置系统快速恢复机制；具备远程维护能力；保证综合自动化控制网与企业管理信息网的物理隔离，同时保证两网间信息通信的安全。（2）数据安全：数据中心数据库系统是关键系统，需要不间断的为客户提供服务。即使发生短暂的业务中断，也可能导致难以估量的经济和安全损失。充分考虑导致业务中断的原因，如系统硬件故障；应用程序或操作系统出错；人为错误；电脑病毒/黑客入侵；自然灾害；正常的停机及影响正常运行的诸多因素，在系统中断时，能够在最短的时间内恢复数据，所以需要采用一套统一存储和离线备份系统，对数据库中的数据，进行保护。5) 先进的生产者/客户模型生产者（Producer）/客户（Consumser）模型支持输入数据的多信道广播和对等通信数据的多信道广播，使控制数据同时到达操作的每一个单元，更有效的利用网络的频带宽度；支持状态切换的报文发送，显著减少网络通信量，以做出更快的响应。特别适合对时间有苛刻的控制数据传输（如I/O刷新、控制起到控制器的互锁）系统。二、主运输带式输送机监控系统（矿井带式输送机运输三遥系统）枣泉煤矿主运输系统，由综采工作面运输顺槽带式输送机、主井带式输送机、原煤带式输送机等组成。本矿井主运输带式输送机系统，采用PLC集中控制系统，并设置本质安全型操作屏。实现对井下带式输送机、给煤机等的起停控制及紧急闭锁、二级跑偏、胶带打滑、纵向撕裂、温度、烟雾、电机故障等信号的显示、分析和报警功能。系统采用逆煤流延时起车，瞬时停车方式，设备之间相互闭锁，并设有起车、停车、事故和联系信号。系统网络主干为树干型（总线型）结构，生产指挥中心站及各分站之间采用工业以态网冗余光纤连接。在各控制分站转为双绞线电缆网络，连接各子系统PLC控制器或网关模块；各分站由CPU通过I/O及设备网络对现场设备控制及采集数据。各带式输送机控制分站，均采用KJ2002A带式输送机控制保护系统。控制分站的控制核心器件是可编程序控制器，用于集控、就地、检修工作方式下，程序控制带式机。PLC有通讯接口模块，可接入井下Ethernet/IP网，并提供完整的控制变量表，控制系统能够在线诊断，并且其控制程序可在地面主机在线下载。控制分站设置有本质安全型操作屏，由液晶显示器和操作箱组成，对带式机实施控制操作和监视带式的运行工况。操作屏可以就地监视电动机电流、带式机速度、拉线急停和跑偏开关的动作位置等各种保护状况以及显示带式机的正常运行工况和各种故障状态。通过操作屏的各种操作控制按钮，可以进行工作方式选择和就地控制带式机。三、变配电监控系统（矿井电力三遥系统）地面变配电监控系统，由110kV变电站综合自动化系统集中监控，通过以态网接入矿井综合自动化控制网络。110kV变电站综合自动化系统，详见第十章的相关内容。在煤矿井下，设置变配电监控系统（矿井电力三遥系统）1、矿井供电三遥系统范围井下中央变电所、采区中部变电所及综采综掘面移动变电站。2、电力三遥系统（即遥控、遥测、遥信）应具备的功能。具有遥控、柜控及检修三种控制方式。监测高、低配电柜和综采综掘面移动变电站运行状态参数。监测每个高压回路，电气参数如电流、电压、有功、无功、功率因数、电量，及高、低回路运行状态参数。电器参数存贮及电压、电流的运行曲线。电力三遥系统与工控网联接在矿调度室进行三遥控制。3、矿井供电三遥系统配置1）井下中央变电所三遥系统井下中央变电所主要是给井下主排水泵供电，将其三遥系统与排水三遥系统合二为一，在排水三遥系统中具体描述。2）采区中部变电所三遥系统采区中部变电所高压柜内装有电力监测模块和FLEX I/O分布式I/O模块，完成各柜的电参数检测、合分闸控制与开关量参数检测，低压进线开关内装有FLEX I/O，完成状态参数检测及进线柜的合分闸控制，全部开关柜设计成为可以可靠接入自动化系统的智能柜。电力监测模块和FLEX I/O通过设备网接入控制站，不需要任何控制电缆。控制站选用S7系列PLC，完成变电所高低压开关柜的三遥功能。四、主排水监控系统（矿井井下排水三遥系统）主排水泵房的排水泵主电机，由井下中央变电所一对一供电。在水泵房设有就地操作箱。为了实现矿井井下排水自动化，设计有矿井自动化排水系统。在排水泵的出口管路安装有电动闸阀，总出水管路上安装压力与流量传感器。水仓设液位计连续测量水仓水位，作为自动调节的参考反馈量。矿井自动化排水系统采用防爆PLC控制，能根据井下水仓水位自动起停水泵，工作泵故障时，备用水泵自动投入。为了节约能源，排水系统设计选用ZPB-G型高压气、水两用射流装置，使水泵实现无底阀运行。现场控制器采用PLC，完成数据采集与控制功能。控制点设于井下中央变电所中，为二合一控制站，即井下主排水泵房三遥系统和井下中央变电所三遥系统共用硬件平台。外设负压、压力、流量、液位等传感器监测水量参数，通过4-20mA模拟量信号接入PLC。1、操作方式：系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。 2、程控功能：PLC主要实现主排水系统的数据采集、动态显示及主排水泵自动启停、自动倒换等顺序控制功能。1）系统的控制选择自动灌水系统，完成开泵前的自动灌水。水泵及灌水控制具有遥控、就地及检修三种控制方式。根据水仓水位高、低，按程序自动开、停泵。2）三遥系统检测以下参数水泵电机电参数检测（电流、电压、功率及功率因数）。水泵电机定子及轴承温度检测。水泵吸水管侧真空度检测。水泵出口压力检测。流量的检测。3）水泵三遥系统与井下控制网联网，实现在矿调度室进行三遥。五、矿井主通风机监控系统枣泉煤矿主通风机，设置在矿井工业场地。为了实现主通风机三遥，在矿调度室对主通风机进行遥控、遥测、遥信，由一套以PLC为核心组成自控系统，外设整套负压、风量监测装置，通过模拟信号接入PLC。1、矿井主通风机监控系统完成以下自动控制功能(1) 主通风机正常状态下的开、停控制。(2) 主通风机定期轮换控制。(3) 矿井发生事故需返风时的倒转返风控制。(4) 风门绞车控制。(5) 自动调节控制程序具有倒换风机预警、定时反风预告、风量调节预报和风量自动调节控制四类程序。其中，风量自动调节控制程序，根据矿总工程师批准的限值范围进行。2、主通风机监控系统需检测的参数(1) 主电机电器参数：电压、电流、有功、电量、功率因数。(2) 主通风机温度参数：主电机定子及轴承温度、扇风机轴温。(3) 主通风机及风门运行状态参数。(4) 主通风机的负压、风量。3、主通风机监控系统与综合自动化控制网络连接，实现在矿调度室在线监控。六、矿井压风、制氮监控系统在矿井地面压风制氮站操作控制室，设置集中监控系统1套。集中操作显示空压机、冷却水泵等的热工测量参数、设备运行状态，并能集中报警和集中控制。系统采用S7系列PLC进行控制，并设置有P4系列工控计算机作为操作监控站，具有故障自诊断、高低压电源回路、空压机、制氮设备参数等的实时显示以及报表打印功能，便于事故的预测和分析处理，保证压风制氮站设备安全可靠的运行。该监控计算机能与矿井调度中心计算机联网，把压风制氮站运转情况及有关参数及时传递给中央调度室，通过矿井调度网络，相关人员能及时了解压风制氮站情况。井下移动压风设备，通过机械设备附带控制器的通讯接口，接入井下控制网，实现自动化监控，无人值守。七、矿井辅助提升监测监控系统副井提升机采用全数字直流SCR-D电控系统。具有以下监控功能：提升信号显示系统、提升保护、综合后备保护、故障自诊断、行程、速度图、开车准备状态，控制系统状态、高低压电源回路、直流主回路、安全回路等实时显示以及报表打印功能。在副井中设有提升信号装置，信号采用转发方式，井底信号由井口转发至提升机房，信号、操车与通信合为一体，系统具有提人、提物、检修，并相互闭锁。在副斜井中各车场设有防跑车控制系统。系统由脱扣机构、传感器、主控箱、限位器、挡车栏、语音报警器等设备组成。平时正常情况下，除提升人员时(提升人员时，挡车装置和防跑车装置必须是常开状态，并能可靠地锁住)，挡车栏处与常闭状态。当绞车起动正常运行时，矿车到达测速区域后，挡车栏自动台起，矿车过后，挡车栏自动落下。当矿车超速、跑车、溜车时，测速传感器发出挡车信号，控制系统便对有关设备进行自动闭锁，对跑车进行可靠的阻拦。避免事故的发生。辅助副井提升监测监控系统，通过与综合自动化控制网络连接，实现在矿调度室在线监测。八、矿井采暖监控系统锅炉房配备了2台10 t/h、1台4 t/h蒸气锅炉。并预留1台10t蒸气锅炉位置。根据矿井综合信息化管理的要求，在锅炉房设置PLC控制装置。系统配置高性能P4工控机，21液晶显示操作站2套、A3幅面