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1.1 綜合自動化的必要性

為提高煤礦生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)管理水平，多數(shù)煤礦已安裝或即將建設(shè)多種自動化系統(tǒng)，如：提升自動化系統(tǒng)、排水自動化系統(tǒng)、主運(yùn)自動化系統(tǒng)、通風(fēng)自
動化系統(tǒng)、供電自動化系統(tǒng)、選煤自動化系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)等。

這些監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)大多是在不同階段建設(shè)，處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，造成了很多問題，比如：

1、通訊線路重復(fù)投資、重復(fù)建設(shè)；

2、整體可靠性差，不利于煤礦安全生產(chǎn)。

3、各種系統(tǒng)自成體系，需要專門、獨(dú)立的值班和維護(hù)人員；

4、各種系統(tǒng)自成一體，信息不能互通，不能發(fā)揮自動化系統(tǒng)的綜合效益；

5、系統(tǒng)維護(hù)量大，維修、維護(hù)困難；

因此，為了從系統(tǒng)工程的角度整體上對礦山進(jìn)行統(tǒng)一的自動化管理，防止“信息孤島”現(xiàn)象，有效整合各種資源和發(fā)揮自動化集成的最大效益，需要建立統(tǒng)一的煤礦綜合自動化系統(tǒng)。

通過建設(shè)煤礦綜合自動化系統(tǒng)，使煤礦井下的安全信息、設(shè)備的工況信息和控制信息在一個統(tǒng)一的平臺上傳輸，避免重復(fù)投資和建設(shè)，提高傳輸平臺的可靠性和傳輸能力。而且，通過綜合自動化軟件平臺，可以將現(xiàn)有的以及將來要上的自動化系統(tǒng)整合到一個統(tǒng)一的綜合自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，進(jìn)行集中的調(diào)度管理，有效地提高了礦井生產(chǎn)安全調(diào)度水平，實(shí)現(xiàn)對煤礦機(jī)電設(shè)備和安全監(jiān)測信息的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測與控制。

1.2 系統(tǒng)目標(biāo)

1. 往下能監(jiān)測各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及所需的生產(chǎn)和安全參數(shù)，能對礦井內(nèi)各控制子系統(tǒng)發(fā)布控制命令；往上能夠上連集團(tuán)公司局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)礦井與公司之間的生產(chǎn)與管理信息及時交換，從而實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)過程控制網(wǎng)絡(luò)化、企業(yè)綜合管理現(xiàn)代化。

2. 建立一個生產(chǎn)調(diào)度中心，在地面調(diào)度中心能夠?qū)Ω髯詣踊到y(tǒng)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控，井下各系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人值守，僅需巡檢工進(jìn)行定期巡視和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)全礦的管控一體化。

3. 建立一個快捷、標(biāo)準(zhǔn)的傳輸平臺，提供安全、先進(jìn)、可靠的傳輸能力，滿足生產(chǎn)和管理的要求。

4. 隨著礦井建設(shè)能夠整體規(guī)劃分步實(shí)施，并能隨著技術(shù)的發(fā)展方便升級。

1.3 系統(tǒng)功能

1. 把各個自動化系統(tǒng)組成監(jiān)控網(wǎng)，管控中心接收和處理各自動化系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，并且將實(shí)時、歷史及綜合分析后的信息提供給信息系統(tǒng)中的客戶，接受客戶對各子系統(tǒng)的操作請求，從而實(shí)現(xiàn)全礦井的管控一體化。

2. 在物理上和邏輯上都要考慮到網(wǎng)絡(luò)信道的冗余，確保網(wǎng)絡(luò)通路的安全和無單點(diǎn)故障。當(dāng)系統(tǒng)某一子系統(tǒng)的通訊或元器件出現(xiàn)故障時，不能影響其他子系統(tǒng)的的通訊和整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

3. 硬件設(shè)備選型須符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并通過國家技術(shù)監(jiān)督局認(rèn)定的檢測機(jī)構(gòu)的型式檢驗(yàn)。用于爆炸環(huán)境的設(shè)備，還必須通過國家技術(shù)監(jiān)督局認(rèn)定的檢測機(jī)構(gòu)的防爆檢驗(yàn)，并取得"防爆合格證"。下井設(shè)備還應(yīng)取得國家煤礦安全局的"煤礦安全標(biāo)志"。

4. 對于井下部分的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)部件要充分考慮滿足防爆、防塵、抗高溫潮濕和電磁干擾的要求，必須經(jīng)過煤安認(rèn)證。地面系統(tǒng)要考慮防雷和抗電磁干擾等。

5. 系統(tǒng)在調(diào)度中心能及時、準(zhǔn)確地采集各個子系統(tǒng)的生產(chǎn)工況、生產(chǎn)和安全參數(shù)，并以畫面和圖表的形式表現(xiàn)出來，同時可以根據(jù)生產(chǎn)和調(diào)度的要求起、?，F(xiàn)場的設(shè)備。

6. 當(dāng)設(shè)備故障或模擬量超限時，監(jiān)控子系統(tǒng)與自動化平臺同步顯示故障設(shè)備名稱、報警測點(diǎn)名稱及數(shù)值，通過多種形式進(jìn)行報警，并將故障信息和報警信息存入數(shù)據(jù)庫，供以后統(tǒng)計分析。

7. 在服務(wù)器中建立綜合歷史數(shù)據(jù)庫，定時將監(jiān)測數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，為今后的統(tǒng)計分析提供參考。

8. 人機(jī)界面友好，操作簡單，維護(hù)方便。

9. 充分考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、實(shí)用性和標(biāo)準(zhǔn)性，做到擴(kuò)展容易，升級方便，并能與異構(gòu)子網(wǎng)進(jìn)行互連。

10. 系統(tǒng)要求可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠滿足煤礦生產(chǎn)的環(huán)境要求。

11. 充分考慮系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的身份認(rèn)證機(jī)制、完善全面的日志、數(shù)據(jù)備份和病毒防護(hù)功能。

1.4 實(shí)時千兆工業(yè)以太網(wǎng)

1. 通過1000兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，能夠?qū)⒌孛婢碌臄?shù)據(jù)信號、圖像信號、音頻信號統(tǒng)一傳輸?shù)秸{(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一。

2. 通過在地面井下關(guān)鍵地點(diǎn)，設(shè)置工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，能夠就近將附近的PLC等自動化設(shè)備接入到交換機(jī)上。

3. 通過多臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，在地面井下形成一個工業(yè)以太網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)，提供標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP傳輸服務(wù)，以替代以前的傳輸通道。

4. 要求網(wǎng)絡(luò)延時小，傳輸性能穩(wěn)定可靠，環(huán)網(wǎng)的故障恢復(fù)時間<300ms。

5. 考慮到要接入大量數(shù)字視頻攝像頭，網(wǎng)上數(shù)據(jù)流量較大，為實(shí)時控制數(shù)據(jù)在千兆環(huán)網(wǎng)上提供專用傳輸通道，在傳輸時與TCP/IP數(shù)據(jù)相比具有優(yōu)先性。

6. 采用工業(yè)級設(shè)備，保證系統(tǒng)的可靠性。

7. 網(wǎng)絡(luò)平臺無單點(diǎn)故障，系統(tǒng)故障時可自動切換，保障可靠傳輸。

1.5 自動化系統(tǒng)接入

硬件接入：支持PLC接入方式、子網(wǎng)絡(luò)接入方式、上位機(jī)接入方式、擴(kuò)展接入方式。

軟件接入：支持驅(qū)動接入方式、OPC接入方式。

1.6 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

1. 系統(tǒng)容量：系統(tǒng)輸入/輸出點(diǎn)位能夠滿足可采集64K個監(jiān)控點(diǎn)；巡檢周期符合行業(yè)規(guī)定。

2. 高可用性和冗余功能：組態(tài)軟件采用Client/Server架構(gòu)，在調(diào)度中心設(shè)立兩臺互為冗余服務(wù)器，數(shù)據(jù)集中存儲在兩臺服務(wù)器上，兩臺服務(wù)器間自動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步，并互為熱備，當(dāng)某臺服務(wù)器故障時，另一臺自動接替，以防止數(shù)據(jù)丟失或控制失控。

3、具有友好的操控界面，豐富的全漢字的圖形組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜漂亮的圖形畫面，并支持動化技術(shù)、圖形縮放技術(shù)、多級窗口技術(shù)，各種數(shù)據(jù)、曲線、各種儀表盤等的實(shí)時顯示，并能方便地進(jìn)行多畫面切換；當(dāng)設(shè)備故障或模擬量超限時，監(jiān)控子系統(tǒng)與自動化平臺同步顯示故障設(shè)備名稱、報警測點(diǎn)名稱及數(shù)值，并將故障信息和報警信息存入數(shù)據(jù)庫，供以后統(tǒng)計分析。

4. 顯示功能：系統(tǒng)在調(diào)度中心能實(shí)時、準(zhǔn)確地采集各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并以畫面和圖表的形式表現(xiàn)出來，在任何一個操作站上，操作人員根據(jù)授權(quán)可以監(jiān)視各子自動化系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行情況，同時可以根據(jù)生產(chǎn)和調(diào)度的要求控制現(xiàn)場的設(shè)備。

5. 打印功能：能實(shí)時或按時間段打印各子系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，如開停狀態(tài)、故障類型、故障發(fā)生時間等。

6. 實(shí)時數(shù)據(jù)管理界面的功能：生成實(shí)時數(shù)據(jù)庫，實(shí)時數(shù)據(jù)庫在線監(jiān)測、實(shí)時數(shù)據(jù)庫的在線修改。系統(tǒng)具有編輯態(tài)、置數(shù)態(tài)和運(yùn)行態(tài)三個狀態(tài)，在編輯態(tài)下可修改系統(tǒng)的一些靜態(tài)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在置數(shù)態(tài)下可對一些動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，在運(yùn)行態(tài)下只能對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。

7. 報表曲線功能：系統(tǒng)提供自由制作報表的工具、報表編譯器，它是圖文合一的報表組態(tài)工具，有豐富的編輯手段，可生成各種圖文并茂的圖形報表。報表包括日報、周報、旬報、月報、季報、年報。曲線畫面形象地顯示了作為時間函數(shù)順序數(shù)據(jù)，可顯示歷史、當(dāng)前和將來的變化趨勢，即歷史趨勢曲線。實(shí)時曲線畫面只反映畫面顯示時刻一定時間間隔的實(shí)時數(shù)據(jù)的變化趨勢，歷史趨勢曲線畫面則反映給定某個時間段的實(shí)時數(shù)據(jù)變化趨勢。通過報表、曲線將礦井的各個主要參數(shù)連續(xù)的記錄，以曲線的方式記錄并保存，以便以后的查詢，調(diào)用管理。

8. 歷史事件記錄功能：按時間順序，將各個歷史動作的順序、時間記錄下來，供事后分析用。

9. 事故追憶功能：在某傳感器輸出超過預(yù)警門限時，把系統(tǒng)中的主要參數(shù)記錄下來，供事后分析用。時間段長度可由系統(tǒng)維護(hù)人員在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中修改，事故前追憶點(diǎn)數(shù)和事故后延續(xù)點(diǎn)數(shù)也可在參數(shù)中修改。

10. 控制功能：控制軟件實(shí)現(xiàn)的控制具有遠(yuǎn)程啟動、停止、復(fù)位和測試功能，并具有可進(jìn)行地面遠(yuǎn)程編程、故障(保護(hù))屏蔽及控制方式轉(zhuǎn)換等功能。

11. 故障自診斷功能：應(yīng)具有強(qiáng)大的系統(tǒng)自診斷功能與故障報警功能，可準(zhǔn)確判斷故障類型、位置并能進(jìn)行圖像和語音提示以及打印輸出，易于管理與維護(hù)；

12. 系統(tǒng)維護(hù)和可擴(kuò)展性：在工程師站上可以進(jìn)行組態(tài)編程，同時兼做網(wǎng)管工作站，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)控需求變化時可以很方便的自行調(diào)整。同時，應(yīng)為將來新上的自動化系統(tǒng)留下接口，可以方便地組態(tài)和集成。

1.7 主要性能參數(shù)

1.7.1 工業(yè)以太網(wǎng)

通訊速率10M/100M/1000Mbps 自適應(yīng)傳輸

故障恢復(fù)時間：<300ms

冗余24V 供電，無需風(fēng)扇

0 to 60°C 環(huán)境溫度

工作時相對濕度< 95%

平均無故障時間MTBF超過10年

防護(hù)等級IP20

1.7.2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

將畫面從空屏幕改變?yōu)榫哂袠?biāo)準(zhǔn)對象的畫面(100個對象)所花時間為1秒

將畫面從空屏幕改變?yōu)榫哂?480個I/O域的畫面(8個內(nèi)部變量) 所花時間為2秒

將畫面從空屏幕改變?yōu)榫哂?000個I/O域的畫面(1000個內(nèi)部變量) 所花時間為1秒

將畫面從空屏幕改變?yōu)?0 MB大小的畫面(位圖) 所花時間為1秒

將畫面從空屏幕改變?yōu)橄⒋翱谒〞r間為2秒

將畫面從空屏幕改變?yōu)橛?列的表格，每個具有120個數(shù)值（高速變量記錄）所花時間為1秒

在中央歸檔服務(wù)器上每秒鐘可歸檔10000個高速變量歷史記錄

1.8 經(jīng)濟(jì)效益

1、 節(jié)省傳輸線路鋪設(shè)和維護(hù)費(fèi)用；

2、 提高對設(shè)備的故障分析和判斷能力，減少停機(jī)事故；

3、 加強(qiáng)對輔助運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度與管理，提高運(yùn)輸能力；

4、 減少人工操作失誤，增強(qiáng)操作系統(tǒng)得可靠性，延長設(shè)備使用壽命；

5、 搭建傳輸平臺、數(shù)據(jù)平臺和監(jiān)控平臺，一次投資，長期受益