东华软件煤矿综合自动化系统

1.1 综合自动化的必要性

为提高煤矿生产能力和安全生产管理水平,多数煤矿已安装或即将建设多种自动化系统,如:提升自动化系统、排水自动化系统、主运自动化系统、通风自动化系统、供电自动化系统、选煤自动化系统、工业电视系统和安全监测系统等。

这些监测、监控系统大多是在不同阶段建设,处于相互独立的状态,造成了很多问题,比如:

  1.  通讯线路重复投资、重复建设;
  2.  整体可靠性差,不利于煤矿安全生产。
  3.  各种系统自成体系,需要专门、独立的值班和维护人员;
  4.  各种系统自成一体,信息不能互通,不能发挥自动化系统的综合效益;
  5.  系统维护量大,维修、维护困难;

因此,为了从系统工程的角度整体上对矿山进行统一的自动化管理,防止“信息孤岛”现象,有效整合各种资源和发挥自动化集成的最大效益,需要建立统一的煤矿综合自动化系统。

通过建设煤矿综合自动化系统,使煤矿井下的安全信息、设备的工况信息和控制信息在一个统一的平台上传输,避免重复投资和建设,提高传输平台的可靠性和传输能力。而且,通过综合自动化软件平台,可以将现有的以及将来要上的自动化系统整合到一个统一的综合自动化监测监控系统中,进行集中的调度管理,有效地提高了矿井生产安全调度水平,实现对煤矿机电设备和安全监测信息的远程集中监测与控制。

1.2 系统目标

  1.  往下能监测各子系统内设备的运行状态以及所需的生产和安全参数,能对矿井内各控制子系统发布控制命令;往上能够上连集团公司局域网,实现矿井与公司之间的生产与管理信息及时交换,从而实现安全生产过程控制网络化、企业综合管理现代化。
  2.  建立一个生产调度中心,在地面调度中心能够对各自动化系统机电设备进行集中监控,井下各系统可实现无人值守,仅需巡检工进行定期巡视和维护,实现全矿的管控一体化。
  3.  建立一个快捷、标准的传输平台,提供安全、先进、可靠的传输能力,满足生产和管理的要求。
  4.  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。

1.3 系统功能

  1. 把各个自动化系统组成监控网,管控中心接收和处理各自动化系统的实时数据,并且将实时、历史及综合分析后的信息提供给信息系统中的客户,接受客户对各子系统的操作请求,从而实现全矿井的管控一体化。
  2. 在物理上和逻辑上都要考虑到网络信道的冗余,确保网络通路的安全和无单点故障。当系统某一子系统的通讯或元器件出现故障时,不能影响其他子系统的的通讯和整个网络的传输性能。
  3. 硬件设备选型须符合有关国家标准和行业标准,并通过国家技术监督局认定的检测机构的型式检验。用于爆炸环境的设备,还必须通过国家技术监督局认定的检测机构的防爆检验,并取得"防爆合格证"。下井设备还应取得国家煤矿安全局的"煤矿安全标志"。
  4. 对于井下部分的系统和网络部件要充分考虑满足防爆、防尘、抗高温潮湿和电磁干扰的要求,必须经过煤安认证。地面系统要考虑防雷和抗电磁干扰等。
  5. 系统在调度中心能及时、准确地采集各个子系统的生产工况、生产和安全参数,并以画面和图表的形式表现出来,同时可以根据生产和调度的要求起、停现场的设备。
  6. 当设备故障或模拟量超限时,监控子系统与自动化平台同步显示故障设备名称、报警测点名称及数值,通过多种形式进行报警,并将故障信息和报警信息存入数据库,供以后统计分析。
  7. 在服务器中建立综合历史数据库,定时将监测数据写入数据库,为今后的统计分析提供参考。
  8. 人机界面友好,操作简单,维护方便。
  9. 充分考虑系统的先进性、实用性和标准性,做到扩展容易,升级方便,并能与异构子网进行互连。
  10. 系统要求可靠性高、稳定性强,能够满足煤矿生产的环境要求。
  11. 充分考虑系统和数据的安全性,系统应具有较强的身份认证机制、完善全面的日志、数据备份和病毒防护功能。

1.4 实时千兆工业以太网

  1. 通过1000兆工业以太网交换机,能够将地面井下的数据信号、图像信号、音频信号统一传输到调度中心,实现三网合一。
  2. 通过在地面井下关键地点,设置工业以太网交换机,能够就近将附近的PLC等自动化设备接入到交换机上。
  3. 通过多台工业以太网交换机,在地面井下形成一个工业以太网的环网,提供标准的TCP/IP传输服务,以替代以前的传输通道。
  4. 要求网络延时小,传输性能稳定可靠,环网的故障恢复时间<300ms。
  5. 考虑到要接入大量数字视频摄像头,网上数据流量较大,为实时控制数据在千兆环网上提供专用传输通道,在传输时与TCP/IP数据相比具有优先性。
  6. 采用工业级设备,保证系统的可靠性。
  7. 网络平台无单点故障,系统故障时可自动切换,保障可靠传输。

1.5 自动化系统接入

硬件接入:支持PLC接入方式、子网络接入方式、上位机接入方式、扩展接入方式。

软件接入:支持驱动接入方式、OPC接入方式。

1.6 监测监控系统

  1. 系统容量:系统输入/输出点位能够满足可采集64K个监控点;巡检周期符合行业规定。
  2. 高可用性和冗余功能:组态软件采用Client/Server架构,在调度中心设立两台互为冗余服务器,数据集中存储在两台服务器上,两台服务器间自动实现数据的同步,并互为热备,当某台服务器故障时,另一台自动接替,以防止数据丢失或控制失控。
  3. 具有友好的操控界面,丰富的全汉字的图形组态,可实现复杂漂亮的图形画面,并支持动化技术、图形缩放技术、多级窗口技术,各种数据、曲线、各种仪表盘等的实时显示,并能方便地进行多画面切换;当设备故障或模拟量超限时,监控子系统与自动化平台同步显示故障设备名称、报警测点名称及数值,并将故障信息和报警信息存入数据库,供以后统计分析。
  4. 显示功能:系统在调度中心能实时、准确地采集各个子系统的数据,并以画面和图表的形式表现出来,在任何一个操作站上,操作人员根据授权可以监视各子自动化系统的设备运行情况,同时可以根据生产和调度的要求控制现场的设备。
  5. 打印功能:能实时或按时间段打印各子系统相关设备的运行参数和运行状态,如开停状态、故障类型、故障发生时间等。
  6. 实时数据管理界面的功能:生成实时数据库,实时数据库在线监测、实时数据库的在线修改。系统具有编辑态、置数态和运行态三个状态,在编辑态下可修改系统的一些静态和统计数据,在置数态下可对一些动态数据进行修改,在运行态下只能对实时数据进行监视。
  7. 报表曲线功能:系统提供自由制作报表的工具、报表编译器,它是图文合一的报表组态工具,有丰富的编辑手段,可生成各种图文并茂的图形报表。报表包括日报、周报、旬报、月报、季报、年报。曲线画面形象地显示了作为时间函数顺序数据,可显示历史、当前和将来的变化趋势,即历史趋势曲线。实时曲线画面只反映画面显示时刻一定时间间隔的实时数据的变化趋势,历史趋势曲线画面则反映给定某个时间段的实时数据变化趋势。通过报表、曲线将矿井的各个主要参数连续的记录,以曲线的方式记录并保存,以便以后的查询,调用管理。
  8. 历史事件记录功能:按时间顺序,将各个历史动作的顺序、时间记录下来,供事后分析用。
  9. 事故追忆功能:在某传感器输出超过预警门限时,把系统中的主要参数记录下来,供事后分析用。时间段长度可由系统维护人员在系统数据库中修改,事故前追忆点数和事故后延续点数也可在参数中修改。
  10. 控制功能:控制软件实现的控制具有远程启动、停止、复位和测试功能,并具有可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式转换等功能。
  11. 故障自诊断功能:应具有强大的系统自诊断功能与故障报警功能,可准确判断故障类型、位置并能进行图像和语音提示以及打印输出,易于管理与维护;
  12. 系统维护和可扩展性:在工程师站上可以进行组态编程,同时兼做网管工作站,当系统监控需求变化时可以很方便的自行调整。同时,应为将来新上的自动化系统留下接口,可以方便地组态和集成。

1.7 主要性能参数

1.7.1    工业以太网

  • 通讯速率10M/100M/1000Mbps 自适应传输
  • 故障恢复时间:<300ms
  • 冗余24V 供电,无需风扇
  • 0 to 60°C 环境温度
  • 工作时相对湿度< 95%
  • 平均无故障时间MTBF超过10年
  • 防护等级IP20

1.7.2    监测监控系统

  • 将画面从空屏幕改变为具有标准对象的画面(100个对象)所花时间为1秒
  • 将画面从空屏幕改变为具有2480个I/O域的画面(8个内部变量) 所花时间为2秒
  • 将画面从空屏幕改变为具有1000个I/O域的画面(1000个内部变量) 所花时间为1秒
  • 将画面从空屏幕改变为10 MB大小的画面(位图) 所花时间为1秒
  • 将画面从空屏幕改变为消息窗口所花时间为2秒
  • 将画面从空屏幕改变为有4列的表格,每个具有120个数值(高速变量记录)所花时间为1秒
  • 在中央归档服务器上每秒钟可归档10000个高速变量历史记录

1.8  经济效益

  1. 节省传输线路铺设和维护费用;
  2. 提高对设备的故障分析和判断能力,减少停机事故;
  3. 加强对辅助运输的调度与管理,提高运输能力;
  4. 减少人工操作失误,增强操作系统得可靠性,延长设备使用寿命;
  5. 搭建传输平台、数据平台和监控平台,一次投资,长期受益;
  6. 在地面集中监测监控,井下减员增效,减少井下人员伤亡的可能性;
  7. 集中监测、监控,实现无人值守、定期巡检,有效降低生产成本;
  8. 提高整体集成水平,发挥自动化系统的综合效益;
  9. 实现煤矿管控一体化,提高煤矿的安全生产调度水平。

 

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