煤矿综合信息化管控平台
第一章 煤矿综合监控平台
一、平台架构
系统总体架构分为管理层、控制层和设备层三层结构，各子系统信息传输平台为统一的工业以太网（安全监测监控系统通过单独组建100M工业以太网进行信息传输）。其中信息管理层通过综合自动化平台进行统一的数据规划；控制层以工业以太环网为数据传输平台，主要由整个监控中心设备及环网平台；设备层采用现场总线，保证了现场子系统的实时性和可靠性，主要由各自动化子系统设备组成。
信息管理层：通过矿局域网进行信息传输，在各台计算机上，可以通过综合自动化平台在统一的界面下根据权限和等级查看全矿的所有信息，将本部门的信息向综合自动化平台进行发布，实现全矿安全生产的信息化管理。
控制层：在工业以太环网上接入的操作站、工程师站上，通过综合自动化软件平台向设备层的控制器发送控制指令，并实现对整个子系统设备的集中控制。如：皮带运输集控、井下排水控制、电力监控等系统，或对所有设备和环境参数的监测。如：安全监测监控系统、人员定位系统、工业电视监控系统等。
现场设备层：设备操作台、PLC控制箱、传感器、执行器、开关柜、智能变配电装置、行程开关等现场设备。是具体控制动作的执行者。
矿井综合自动化系统硬件结构示意图
二、硬件设备
（一）现状
目前xxxx已有一个中心调度室，配备一套监视器显示墙。安装有安全监控系统、人员定位系统、视频监控系统，每个系统配备有监控主机、操作台、网络设备及其配套设备。现机房设计有机房防雷和UPS电源，UPS电源仅能满足现有设备使用。原有操作台位置和UPS容量已无法满足新建的综合自动化系统及其子系统使用需求，因此需要新增相应数量的操作台和新增一套UPS电源，以保障新建综合自动化系统稳定运行。
（二）配置设备
1、服务器
为确保数据安全可靠，配置3台NF5270M4，E5-2603v4(1.7GHz/6c)/6.4GT/15ML3*2|16G RDIMM DDR4 内存*4| 2T SAS*3＋480GSSD |INSPUR 八通道高性能 C15SAS3008卡IMR+KEY*1|INSPUR_NF5270M4_3.5HD4口背板*1|主板集成千兆网卡*2|双电源-NF5270M4*1|标配导轨*1，互为冗余和集群，内置虚拟化平台软件，预置集成平台环境，无需磁盘阵列。采用先进的虚拟化技术实现安全数据平台WEB服务器、采集服务器、归档服务器、分析服务器、流媒体中心服务器的硬件优化配置和共享，大大提升硬件的使用效率，降低成本。
配置1台NF5270m4 ，E5-2603v4(1.7GHz/6c)/6.4GT/15ML3*2|16G RDIMM DDR4 内存*4| 2T SAS*2|INSPUR 八通道高性能SAS3008卡IMR+KEY*1|主板集成千兆网卡*2|双电源-NF5270M4*1|标配导轨*1|INSPUR_NF5270M4_3.5HD4口背板*1，用于工业电视监控系统的管理服务器和流媒体服务器。
2、UPS电源
本次新增UPS主要为综合自动化系统提供稳定的电源保障，主要给服务器、自动化监控网络核心设备、自动化各子系统数据服务器、监控主机、操作站员等设备提供不间断供电。用电量概算统计：
新增操作员站、工程师站、子系统控制主机共计16台：16*300W/1000=4.8KW；
服务器4台：4*600W/1000=2.4KW；
中心网络设备（防火墙1台、核心交换机2台等）：2KW；
USP供电总负荷约：9.2KW本次调度中心机房不间断电源系统选用10KVA/2H不间断UPS，提供调度中心机房综合自动化系统不间断电源的配电。
本次方案设计选用山特3C10KS，采用双转换纯在线式架构,是最能有效解决所有电源问题的最佳架构设计，对电网出现：断电/市电电压过高或过低、电压瞬间跌落或是减幅震荡、高压脉冲、电压波动、浪涌电压、谐波失真、杂波干扰、频率波动等状况都可以提供良好的解决方案，为用户负载提供安全可靠的电源保障。
3、操作台
本次建设子系统包括千兆环网平台、瓦斯抽放泵房监控系统、信息引导发布系统、电力监控系统、皮带监控系统、排水监控系统、压风机监控系统、主通风机监测系统 等子系统的主备机，配置10套操作台和座椅。
三、平台软件
（一）软件界面
系统支持三级菜单，大类（含大类概览，如大类下有无报警）、子系统概览（各个子系统实时数据、通讯状态、报警信息、大型设备运行状态）、子系统详细参数界面。
系统平台设计总图一幅，可以快捷查看某设备的实时数据、开停状态、故障统计，设备固有参数等信息的查询，可切换到各子系统中。
各子系统设计分图，由组态动画、数据流程、采集数据、详细参数等构成，可查询各子系统的详细信息。可随时访问诸如设计图纸、统计图表、现场视频等其它信息，以保证机电设备的正常运行和生产要求。
界面简单、直观，便于集控员方便地访问过程及设备的相关信息，并做出相应的、快捷的行动。
基于B/S结构，支持中文界面，支持宽屏。符合国际工业标准，基于开放结构。
模块化系统设计可以连接多个操作界面，使集控员的决策和行为更加快速准确。
（二）集成监控
1、安全监控系统
图4-11 安全监测分布总览图
系统功能：
实现安全监测数据在同一页面上集中、连续、滚动显示。系统具有监测数据超限、传感器异常和联网状态异常等报警功能，可根据需要分别对各类数据设置相应的报警级别和对象，实现分类、分级报警。可进行多种形式的分类统计、查询和图形显示。
2、人员定位系统
图4-12 人员分布总览图
系统功能：
实现井下人员定位数据、人员定位报警数据等实时数据在同一页面上集中、连续、滚动显示。可实现矿井状态异常、下井超时、工作异常、区域超员、进入危险区域、系统故障等报警，可根据需要分别对各类数据设置相应的报警级别和对象，实现分类、分级报警。实时动态显示井下人员位置，并可实现井下人员活动的轨迹回放。矿领导带班下井计划及下井信息记录。可进行多种形式的分类统计、查询和图形显示。
3、视频监控系统
系统功能：
实时显示各生产经营单位的视频监控画面，可同时显示多个视频画面，或者放大显示某一视频画面，可自动或手动切换画面。可实现对前端可控摄像机的调焦和上下左右旋转控制操作，进行视频手动录像和画面抓拍。
（三）集成自控
1、集成系统
（1）运输系统
主运输监控系统集成图
（2）排水系统
主排水泵房监控示意图
（3）通风系统
风机监控系统
（4）压风系统
图4-18 空压机站监控系统集成图
（5）供配电系统
变电所系统图
（6）瓦斯抽采系统
瓦斯抽放监控系统图
2、系统功能
（1）自动化集成模块
A、实时数据采集与存储
系统能采集存储生产过程的重要数据，以实现设备的数据管理和分析。提供毫秒级的数据采集速度。采用高效的数据压缩算法可以大大节约存储空间。
B、平台集中自动化控制
在平台软件上通过管理权限，可对相应的自动化系统发送控制命令，远程集中控制煤矿生产设备，在具备条件的情况下可完全实现无人值守。
C、实时监控功能
系统的每幅画面能显示过程变量的实时数据和设备运行的状态，这些数据和状态能实时更新。显示的颜色或图形将随过程状态而变化。棒状图和趋势图将能显示在任意一个画面的任何一个部位上。生产装置的图片、工艺流程图、设备简图、单线图等都可以在终端显示出来，每个画面都可包括字母数字字符和图形符号，通常采用可变化的颜色、图形、闪烁表示过程变量的不同状态，所有过程变量的数值和状态可动态刷新。操作员在此画面对有关过程变量实施操作和调整。功能键和软开关的设置可在画面上任意位置，并可通过光标就对任何一个过程进行操作。
可显示所有的过程点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值。
a、全局概要显示
从全局的角度浏览矿井运输、提升、通风、人员分布、供电情况的总体展示。便于总调度人员使用。
b、分区显示
能对工作面内的相关设备信息（如：水泵运行状态、煤流状态、瓦斯情况等）分区域显示，便于队组管理人员使用。
（2）子系统数据字典统一编码
为了更加的规范和统一标准，系统采用了对所有系统进行规范编码，这样做有以下三方面的好处：
A、可以保证系统内部共享数据的一致性，减少调试和数据点混乱以及可能重名的问题
B、减少以后系统升级的工作量以及减少新系统接入的工作量
C、三方共享数据提供更加规范的数据接口和数据定义，主要为数据联网上传和三维数字化矿山提供更加规范和标准的接口
（3）基于一张图服务的GIS总览图
生产综合监控系统最难维护的就是矿图更新的问题，因为巷道随着开采的进行，巷道不断的变化，但是作为总览界面的底图却没有变化，这样就不断的产生维护需求。有没有方法能解决这一问题呢，当然，系统基于一张图的GIS插件可以实现巷道的自动更新和监测点位的实时展示。实现这个功能是通过基于三维数字化矿山平台的地测功能。
图4-23 GIS总览图
（4）远程控制功能
对具有远程控制功能、通过接口和通讯协议的设备，获得授权的人员可通过集中控制平台对设备实现远程开停操作。并根据预先设置的控制逻辑关系实现跨系统的自动远程控制。
依据子系统工艺流程，控制地面和井下各种被集成的现场主要设备的运转。为保障所控制系统的正常运转，在非正常工作模式下启动相应的预设模式控制各相关系统工作。
集控员通过系统的人机界面选择设备的控制方式，系统主要控制方式有：
单点控制：限制点设置，修改模拟量阈值设定的命令。
模式控制：通过一组顺序或并发执行的控制命令。
程序控制：通过一组带条件判断的顺序来执行的控制指令。
时间表控制：根据配置的时刻表启动控制指令。
系统联动控制：由某种状态或事件触发，涉及多个子系统协同动作一组控制指令。
控制功能包括但不限于实现以下功能：
针对采集的各监控子系统的生产工况参数进行综合分析，自动完成过程控制，也可由生产综合监控平台集控员远程操作控制。
系统的控制操作应遵循预检、启动的原则。
各监控子系统具有集中联锁/就地解锁两种控制方式，两种控制方式可实现无扰动转换。
集控程序设计为可自定义启停的原则，保证最短的起、停车时间，并具有跳转功能。
（四）集成管理
1、区域环境及生产效能评估
通过对各子系统已接入的环境参数进行重组和计算得出每个区域的评价结果，进行区域状态的综合评定，可以起到矿井安全多层防护作用，加快安全事故隐患排查效率，达到事前预警，从而提高矿井灾害预防能力。
可以定期对影响煤矿生产的各类因素和影响时间进行分析评估，指导管理人员对经常影响生产的环节加强管理；分析矿井生产过程中能耗与产量的关联信息，指导管理人员对生产各环节进行优化控制，节约能耗，提高产量。
2、系统统一报表
系统支持报表系统（实时数据展示、历史报表、报警报表、产量报表、掘进报表等），可根据需求自定义报表，并打印。
生产报表包括：生产详细日报、月报等，支持设备开停记录统计、开停累计时间统计、故障报警信息统计。
系统具备自定义报表功能，集成Microsoft Excel等应用程序。可在 Excel表格中自动生成报表。
根据设定时间自动生成报表。可以任意配置时间，可以按日、周、月、旬等生成报表。
3、事件记录、查询报警
（1）事件记录
系统对所有涉及系统配置操作，对子系统实施控制的操作及一些重要的操作，系统都自动进行完整的记录，包括：操作时间、操作者、事件描述等。为系统的事故追查及重演提供重要的信息。
（2）历史趋势显示
趋势显示可以调用历史数据曲线，可在趋势图上切点观察任一时点的值。
（3）报警显示
系统可按时间或者时间段统计查询报警个数，并按类别、等级等条件查询。
对于需要报警的变量给出报警提示，以颜色闪烁或提示框等方式直观的表现，并有专门的报警窗口可以查看历史报警；
在条件具备的情况下具有分级短信报警功能。
（4）具备在线组态设计功能
系统具备画面设计、动画连接、脚本编写等功能，还应具备对变量的报警、趋势曲线组态等重要功能。
4、实时报警 (含预警、报警、短信功能)
集中控制平台为用户提供各类监测系统的实时报警信息包括超限报警、开关报警、系统在接设备的故障记录，并可设定组合报警。报警内容需通过语音方式播报，并配置声光装置。
通过矿用监控数据中心接入各个子系统，然后对已接入的测点进行自动分类监测、处理，由已接入测点的设置和一段时间内的历史数据，根据预警值算法计算得出该测点的预警参考值，并由此参考值对测点的实时值进行处理得到测点的预警状态。实现目标：在没有达到报警状态前就掌握目标的变化趋势，让各种超限报警消失在萌芽状态。
平台具备GPRS短信报警功能（业主在具备GPRS模块的情况下），自动将监测报警信息通过GPRS发送到相关人员手机上，便于领导及时了解安全生产情况，制定相关决策，保证安全生产。当测点有故障、报警时，监控中心会自动将故障、报警的详细内容以短信的形式发送到预设的手机上。
平台具备EMAIL发送邮件功能，如果服务具有上网功能，则可以启动邮件发送服务，实现低成本的报警送达。
在业主方申请了企业微信的情况下，也可以增加微信模块，实现通过微信发送报警功能。
实现目标：各级领导通过手机同步掌握相应级别的报警状态，不受时间、空间限制。
5、应急预案
应急预案列表，避灾线路图，根据煤矿制定的有关煤矿事故及预案的处理措施，管理矿区各区域可能发生的事故或预案信息，以提高煤矿抢救处理事故水平、降低事故危害程度；一旦有事故发生，可及时启动相应的处理方案，并自动的快速通知各相关领导和单位，提示该预案的详细处理信息；提醒相关人员记录事故记录及原因，供以后查看及分析使用；
预案启动方式有两种：一种是自动启动，系统通过判断事故表达式条件自动启动；一种是人工启动，接到事故通知或演习时可以通过人工方式启动。系统提供应急救援预案路线图供应急指挥。
6、子系统及数据分级管理
对于不同权限的人，进入的拥有的功能界面和子系统菜单不一样，也就是根据不同的权限，按职能部门和岗位职责来划分。例如对于控制层级别，可以拥有对该系统数据的完全控制功能，而对于领导层只是具有浏览和查看分析报表和关键KPI指标的权限。
7、扩展接口功能
综合自动化系统采用统一标准的数据接口采集各监测系统的数据，保证采集数据的准确性。接口数据具有实时性，可满足实时数据的要求。当监测数据有增、减等变动时，应自动反映到系统中。同时，可将各监测系统的数据进行专业级处理后，作为上一级信息网的信息源。选用计算机和系统软件应留有备用容量和接口，可以很方便地进行扩展,以满足将来全矿井的需要。
扩展接口支持WEBSOCK和OPC DA/OPC UA、WEBAPI几种方式提供数据，实现基于云解决方案的高可靠和高安全性的标准化数据接口。
8、系统安全性功能
系统健壮、抗干扰能力强、容错性好，具有优良的安全验证体系，支持系统的安全性恢复，支持数据备份，保证系统安全可靠。客户端的访问必须通过口令，没有授权的用户无法登陆客户端。通过加设网络防火墙，安装网络版防病毒软件，具有网络冗余、备份数据机制，最大可能的实现网络及数据的安全性。
操作系统采用防火墙功能，实现第一层保护，子允许开发制定的端口与外部通讯，第二层保护是硬件防火墙，这样可以减少外部病毒程序的试探性攻击和扫描。
9、系统自诊断功能
系统具备自身心跳监测的功能，如果系统自身模块哪个环节出现错误，系统会将错误以独立与整个系统的方式发送告警信息及EMAIL邮件，实现系统全天候24小时的不间断运行。
10、配置管理
（1）访问权限管理模块功能
对使用系统的有关人员，将使用统一标准的应用系统授权管理，如系统的参数配置、组态、功能模块调阅、发送指令等使用权限进行集中授权管理。能有效防止非法操作，并能对非法操作进行跟踪记录，确保系统运行安全。
（2）丰富的子系统扩展接口
平台软件要和各种监控硬件设备进行通信，获取其它业务管理系统的数据，能适应现场的多种设备选择，支持RS485、RS232、Can等总线。支持市场上主流设备的数据交换协议，例如： TCP/IP协议、Modbus协议、OPC2.0协议、FTP协议、ODBC等等。使系统能在应用级别上可以使用更广泛的功能接口，方便子系统接入。
（3）系统具备软件的定制及扩展功能
可以使用、修改、扩充、定制构件，以满足其个性化应用需求。平台软件使用系统框架构件作为基础，内部的每一个子系统都作为一个构件，可以单独维护，避免了牵一发而动全身的情况；使整个平台软件便于升级和扩展。
三、平台配置
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序号 |
名称 |
规格参数 |
数量 |
单位 |
备注 |
|
一、软件部分 |
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|
1 |
煤矿监控及自动化管控平台 |
监控及自动化管控软件 |
套 |
1 |
|
|
2 |
安全监控系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
3 |
人员定位系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
4 |
通风系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
5 |
瓦斯抽采系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
6 |
压风系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
7 |
排水系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
8 |
运输系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
9 |
供配电系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
10 |
视频监控系统接入 |
套 |
1 |
|
|
|
二、硬件部分 |
|||||
|
1 |
应用服务器系统 |
2*E5-2603 V2 4C 1.8GHz,2x8GB DDR3内存, M5110e+512M缓存卡 Raid 0,1,5； 3X1T SAS 7.2K 2.5"硬盘, DVD-RW,550W HS 四口千兆网卡；2U机架式 |
3 |
台 |
|
|
2 |
流媒体服务器 |
2*E5-2603 V2 4C 1.8GHz,2x8GB DDR3内存, M5110e+512M缓存卡 Raid 0,1,5； 3X1T SAS 7.2K 2.5"硬盘, DVD-RW,550W HS 四口千兆网卡；2U机架式 |
1 |
台 |
|
|
3 |
虚拟化软件 |
|
1 |
套 |
|
|
4 |
服务器操作系统 |
windows server 2008 |
4 |
套 |
|
|
5 |
数据库 |
Oracle11g 标准版 |
1 |
套 |
|
|
6 |
短信系统 |
短信猫（8口，带二次开发包）或短信平台 |
1 |
套 |
|
|
7 |
KVM系统 |
8个接入端 |
1 |
套 |
共享 |
|
8 |
音箱 |
MD-10 |
1 |
套 |
共享 |
|
9 |
安全网闸 |
|
1 |
套 |
共享 |
|
10 |
交
| ||||