省正龍煤業

城郊煤礦綜合自動化系統

【技術協議】

甲方：省正龍煤業城郊煤礦

乙方：新力源實業

2010年12月

目錄

第一章總則................................................................5

1.1礦井基本現狀..........................................................5

1.2綜合自動化總體目標....................................................5

1.3工程圍.................................................................6

1.4設計原則...............................................................6

第二章編寫依據及標準..........................................................7

第三章礦井綜合自動化總體技術要求............................................9

3.1礦井總體構架..........................................................9

3.2項目建設容.............................................................9

第四章綜合自動化網絡平臺系統...............................................16

4.1設計目標..............................................................16

4.2設計原則.............................................................16

4.3設計容...............................................................17

4.4方案的特點...........................................................18

4.5系統的總體功能.......................................................19

4.6系統網絡設計.........................................................21

4.7關鍵技術參數.........................................................22

4.8網絡主要設備技術參數.................................................23

4.9網絡安全要求.........................................................29

4.10網段劃分............................................................29

第五章綜合自動化軟件平臺....................................................31

5.1軟件功能和指標.......................................................31

5.2組態軟件、工業數據庫的選擇...........................................33

5.3組.態軟件WinCCV7.0主要技術指標......................................33

5.4核心服務器及工控計算機...............................................34

第六章自動化子系統建設及接入.................................................42

6.1主井監測系統.........................................................42

6.2副井提升監測系統.....................................................45

6.3壓風機系統............................................................47

6.4通風系統..............................................................50

6.5主泵房排水系統........................................................52

6.6井下供電自動化系統...................................................56

6.7井下主煤流系統.......................................................80

6.8砰石山提升系統.......................................................87

第七章無線通訊系統.........................................................91

7.1城郊煤礦調度通訊系統現狀介紹.........................................91

7.2KT130型礦用多功能無線通信系統概述..................................92

7.3系統組成及特點.......................................................92

7.4系統主要功能.........................................................94

7.5系統主要技術指標.....................................................94

7.6技術方案設計.........................................................97

7.7系統設備配置說明.....................................................101

第八章礦用IP廣播系統......................................................102

8.1系統概述............................................................102

8.2設計原則............................................................102

8.3設計標準............................................................103

8.4系統組成.............................................................103

8.5系統特點.............................................................104

8.6主要功能............................................................104

8.7、主要技術指標.......................................................105

第九章工業數字視頻系統.....................................................108

9.1前言.................................................................108

9.2設計原則及標準......................................................108

9.3設計思想............................................................110

9.4系統解決方案.........................................................110

9.5主要設備參數.........................................................114

9.6設備分布位置.........................................................117

第十章調度指揮中心、集控中心...............................................118

10.1概述................................................................118

10.2調度室中心裝修要求..................................................118

10.3調度中心數字顯示墻.................................................119

10.4調度室設備供電.....................................................122

10.5電源室部分.........................................................123

10.6網絡服務器機房部分.................................................123

第十一章項目分工及項目時間安排..............................................126

11.1工程實施要求.......................................................126

11.2工程實施時間安排....................................................127

附件：項目主要設備清單.......................................................128

一、千兆工業網絡平臺.........................................................128

二、綜合自動化系統平臺.......................................................129

三、自動化子系統建設及接入...................................................131

四、無線通訊系統..............................................................134

五、礦用IP廣播系統..........................................................136

六、數字工業電視系統.........................................................136

七、調度指揮中心及集控中心建設...............................................137

第一章總則

1.1礦井基本現狀

城郊煤礦是永煤公司建成投產的第三對大型現代化礦井，礦井位于省永城市老城東側，

西北至隴海鐵路站98Km,東北至京滬鐵路站99Km,東南至車站76Km,西南至京九鐵路亳州

站55Km,礦井有專用鐵路經永城集配站至青町站與鐵路主干線相連，公路交通由寶塔路與

311國道、永宿公路相連，經芒山與連霍高速公路連接，交通十分便利。井田北臨四樓井田，

南接新橋井田。井田圍北起F6斷層，南至F20斷層，西起F2斷層；東至煤層隱伏露頭，南

北長約12Km,東西寬約llKm,勘探面積約103km）礦井設計利用儲量為72576萬噸，井

田非經濟儲量2502萬噸，礦井可采儲量為40229萬噸，其中第一水平18830萬噸，第二水

平21399萬噸。2008年煤礦生產能力復核500萬噸/年。城郊煤礦現生產水平為一水平，開

采二2煤，分北翼、東翼、西翼、南翼布置。

1.2綜合自動化總體目標

城郊煤礦在永煤集團“裝備現代化、生產自動化、管理信息化”的建設思想指導下，提

出依靠先進的管理理念、采用多種信息管理與自動化技術，建立全礦井監測、控制、管理一

體化、基于網絡綜合自動化的系統集成，以實現全礦井生產各環節的過程控制自動化、安全

生產綜合調度指揮信息化。

城郊煤礦綜合自動化項目本著“統一設計、分步實施”的原則進行規劃設計。系統總體

傳輸網絡采用1000M工業以太網。

綜合自動化項目分為三期建設，第一期包括：綜合自動化網絡平臺、主井提升在線監測、

副井提升在線監測、電力在線監測監控、壓風機在線監測監控、中央泵房在線監測監控、主

煤流在線監測監控、人員定位及無線通訊系統、調度指揮系統改造、視頻系統、井下IP語

音通訊救生系統；第二期包括：頂板在線監測、全礦涌水及水文孔在線監測、設備點檢管理

系統、平巷運輸信集閉系統；第三期：城郊礦MES系統、井下綜采工作面自動化、采區排水

自動化、斜巷運輸自動化。

整體項目完成后城郊煤礦井下和地面各個生產系統、機電設備、電力系統、管網等的監

控，將集成到一個統一的網絡平臺，使城郊煤礦在采用先進的技術裝備上達到國一流的高產、

高效現代化礦井水平，使礦井生產安全可靠，有效地預防和及時處理各種突發事故和自然災

害；實現全礦井的數據采集、生產調度、經營管理、決策指揮的網絡化、信息化、科學化。

實現企業的經營、生產決策、安全生產管理和設備控制等信息的有機集成，達到提高礦井安

全水平的目的。

1.3工程圍

本次工程建設項目僅包含第一期容，按照城郊煤礦遠期規劃，在進行第一期建設時，必

須充分考慮后期各系統的工作模式、通訊方式、數據發布接口、網絡拓撲結構及信道劃分等

容。

本次容包括：

(1)綜合自動化網絡平臺

(2)主井在線監測系統

(3)副井提升系統

(4)壓風機在線監測監控

(5)通風系統

(6)主泵房排水系統

(7)井下供電自動化系統(部分)

(8)井下主煤流系統

(9)無線通訊系統

(10)煤礦應急救援網絡廣播系統(礦用IP廣播系統)

(11)年石山提升系統

(12)調度指揮系統改造

(13)工業數字視頻系統

1.4設計原則

立足于高標準、高起點、高要求，依據“國先進、實用可靠、科學經濟”的原則，實現

“煤礦裝備現代化、安全監測數字化、輔助設施自動化、管理過程信息化”，把各礦井建設

成為國一流的現代化、數字化礦山。

從裝備現代化、生產自動化、管理信息化入手，提高工作效率，逐步實現除掘進工作面

等少數子系統外實現無人值守操作的目標，在調度中心遠程完成生產過程監控工作。

1、提高生產設備的自動化水平，滿足生產需要

通過更新設備及其自動化技術改造，實現主要生產設備的自動化，提高設備的生產效率，

改善生產環境和生產條件，滿足礦井生產的需要。通過對生產設備監測、監控水平的提高，

提高設備運行、維護水平，保證礦井的長期連續生產。

2、實現無人化、少人化的礦井自動化生產

通過集成應用網絡技術、自動化控制技術、軟件應用技術，在各種基礎設備自動化應用

的基礎上實現各個子系統自動化的集成，以實現不同生產子系統的集中遠程控制和信息共

享，為實現井下生產的綜合控制和優化整體生產能力提供手段。提供語音、數據、圖像三種

類型的信息的集成平臺，使生產過程自動化與生產調度管理的信息化實現一體化。

3、實現管理實時化與生產自動化的結合

形成生產組織管理和生產作業監測控制結合的管控信息化平臺，實現管理信息與監控信

息的集成共享，強化面向生產運行實時信息管理決策的及時性、科學性。采用標準化的、統

一的圖形界面實時監控、指揮企業的安全生產。為礦安全生產提供高效、實時的管理支撐。

第二章編寫依據及標準

本項目的設計、制造、實施均應執行最新版國家標準(GB)和行業標準。系統集成商也

可采用高于下述標準的行業標準、規。

?《煤礦安全規程》；

?《煤炭工業礦井設計規》；

?《煤礦安全裝備基本要求》；

?《煤礦安全生產監控系統通用技術條件》；

?《煤礦安全監控系統使用與管理規》；

?《煤礦監控系統總體設計規》；

?《煤礦監控系統性能測試方法》；

?《煤礦監控系統中心站軟件開發規》；

?《爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求》；

?《爆炸性環境用防爆電氣設備防爆型電氣設備》；

?《爆炸性環境用防爆電氣設備本質安全型電路和電氣設備》；

?《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規》；

?《爆炸危險場所安全規定》；

?《煤礦通信、檢測、控制用電工產品通用技術條件》(MT209)；

?《設備可靠性試驗》(GB5080.1-7)；

?《電氣設備的抗干擾特性基本測量方法》(GB4859-84)；

?《礦井通風安全監測系統裝備標準和使用管理規定》；

?《礦井通風及安全裝備標準》；

?《AQ6201—2006煤礦安全監控系統通用技術要求》；

??MT/T1004-2006煤礦安全生產監控系統通用技術條件》；

??MT/T1005-2006礦用分站》；

??T/T1006-2006礦用信號轉換器》；

??MT/T1007-2006礦用信息傳輸接口》；

?《礦山安全條例》；

?《煤炭工業信息化“十一五”發展規劃》；

?《“九五”期間煤炭工業電子信息發展規劃綱要》；

?《煤炭調度信息化裝備技術規》；

?《監測監控質量標準化實施標準》；

?《煤炭工業給排水設計規》；

?《計算機軟件可靠性和維護性管理》；

?《計算機軟件質量保證計劃規》；

?《煤炭工業調度信息化建設總體規劃綱要》（試行）；

?《電子計算機房設計規》；

?《電子計算機場地通用規》GB/T2887-2000；

?《信息技術設備包括電氣設備的安全規》；

?《電氣裝置安裝工程施工及驗收規》；

?《通用用電設備配電設計規》93；

?《建筑物防雷設計規》94；

?《電子設備雷擊保護導則》GB7450-87；

?IEC61312-1《雷電電磁脈沖的防護第一部分通則》；

?IEC61312-2《雷電電磁脈沖的防護第二部分屏蔽，等電位連接和接地》;

?IEC61312-3《雷電電磁脈沖的防護第三部分過電壓保護裝置的要求》；

?《信號防雷》；

?其他國際、國家、行業相關現行標準。

以上標準、規均須是投標前一個月的最新版本。

第三章礦井綜合自動化總體技術要求

3.1礦井總體構架

城郊煤礦生產裝備綜合自動化控制網絡系統包含井下網絡和井上網絡兩部分，主干網均

為環形1000M光纖工業以太網按冗余結構設計，保證系統的高可靠性、快速性，保證在使用

中如有光纖斷點，網絡能在300ms之自恢復并正常工作，而且系統具有自診斷功能，預報故

障點以便維修。

總體概念：在盡量多的傳感信息采集支持下，實現生產設備單元就地智能化、自動化、

信息化，以子系統自動化為基本單元，建立雙千兆以太環網，實現分站間信息傳遞和分站上

傳，實現遠程的監測監控（遙測、遙控、遙調、遙視、故障巡視報警等）功能的信息自動化

模式；同時通過安全互聯技術與其它網絡間實現信息共享。通過現場設置包括聲、振、視、

開、停等在的大量現場信息采集傳感子系統的有機集成，來實現現場的智能化和自動化，使

相當一批場所達到就地無人值守的綜合信息監控自動化，實現礦井的安全、高效、減人的一

攬子交鑰匙工程目標。

工業以太網必須具備工業級別，控制網按區域分成6個子環網，即井下環網（4個環網，

把原建好的改為2個環網）、井上環網（2個環網）；井下、井上環形網絡單獨成環，通過兩

臺工業核心交換機進行冗余連接、數據傳輸處理和網間路由，按生產場所分布情況環網設交

換機數量為：井下17變電所、一個綜采工作面各設1臺交換機；井上礦18個交換機；3個

風井各設1臺交換機。作為全礦工業以太網的主干網，主干網絡節點提供以太網光接口，方

便地面及井下各個子系統和采集傳感器的接入，同時要方便井上、下的工業網絡的擴展和升

級。管控服務器兩臺熱備冗余，數據庫服務器采用容錯服務器，進行數據采集、歸檔、儲存、

工業控制網絡中的信息發布。工業以太網控制層配置網絡管理機、2臺工程師工作站和8臺

操作員工作站。礦井監測監控信息自動化網運行在一個物理獨立的網絡中。在系統調用上要

求用戶實行分級權限管理，保證工業以太網的安全性和操作的唯一性、準確性。

系統及每個交換分站要有不間斷電源，保證發生故障時網絡能正常工作。

系統要能滿足現場設備變更增減的調整需要，能方便地改變組態和閉鎖關系。

3.2項目建設容

3.2.1容：

1、建立井上、井下綜合信息自動化雙環光纖冗余千兆工業以太網，其中井下交換機18

臺，井上交換機18臺，改造原來的1個大以太網為2個小以太環網。

2、建立遠方監測監控控制站與電視墻，建設新的調度指揮中心。

3、完成規定項目就地自動化建立和遠方監測監控系統建立和接入（見下表）。

4、部分就地自動化子系統接入。

5、與礦井現有網絡實施安全，信息通訊實現共享。

3.2.2、現場主要子項目現狀與目標

序號系統名稱現狀實現目標主要采集項目說明

1、新建一個約480平米的調度

中心。

城郊煤礦調度室改擴建

12、建設LCD拼接屏及LCD監

及服務器機房建設

視器墻。

3、建立監控機房

1、西門子全千兆工業以太網方

案

(XR324-12M)+(X307-3LD)+(X

414-3E)+KJJ125(X414-3E)

全礦井千兆工業以太光井下采用X308-2LD

22、設置地面2個環，井下4個建設千兆工業以太環網平臺，無阻塞傳送各種數字信息

纖雙環網構成一個環網

環，環間雙鏈路連接

4、覆蓋井下所有變電所

5、井下千兆交換機采用冗余供

電

絞車運行電壓、運行電流、電量、制動油壓、潤滑油壓、提

升時間、信號打點次數(上上次、上次、本次)、低頻電流、

各系統運行正常，低頻電壓、提升鉤數、信號、定量裝載、卸載、箕斗運行位

3主井在線監測系統手動與自動運行，建立遠方監測置、電機軸承溫度、電機線圈溫度、電機振動、減速機油溫、

有通訊口輸出閘瓦間隙、開關柜參數等；變壓器(干式)溫度、冷卻風機

運轉狀況(兩臺)、高壓柜各種保護、提升重量。遠方運行參

數畫面包含九大保護。視頻方面有車房；

絞車運行電壓、運行電流、電量、制動油壓、潤滑油壓、提

升時間、信號打點次數（上上次、上次、本次）、提升狀態（提

人、提物）、低頻電流、低頻電壓、井口及井底操車系統狀況、

操作手動，通訊口

4副井提升系統建立遠方監測罐籠運行位置、電機軸承溫度、電機線圈溫度、電機振動、

輸出

減速機油溫、閘瓦間隙、開關柜參數等；泵站的電流（取自

PLC）；視頻方面有車房、井口；首繩在線檢測、變壓器溫度

監測

壓風機采用美國取排氣溫度、排氣壓力、電機軸承溫度、電機線圈溫度、油溫、

得專利的IR的進水溫度和壓力、出水溫度和壓力、出口流量、空壓機運行

Intellisys智能控電壓、運行電流、電量、環境溫度、開關柜參數等；視頻方

制系統進行改造。面有空壓機房；機房現場需要安裝自動化控制系統

5壓風機系統建立遠方監測監控

有就地、遠程并可

對空壓機的運行狀

態進行監測，有接

口

風機入口靜壓、全壓、風速、流量、入口溫度（即井下排出

氣體溫度）、電機軸承溫度和定子繞組溫度、電機的功率和總

自動監測系統，通

功率、電流、電壓、風機效率、電機振動、風門開啟、風門

6通風系統訊口輸出；無電度遠方監測監控

到位、風門關閉、開關柜綜保參數、電量等；視頻方面有風

計量

機房、風機現場；

水倉水位、小井水位、電機軸承、線圈溫度、水泵正、負壓、

計劃改造現場自動

7主泵房排水系統建立遠方監測監控水泵流量、管路流量、運行電壓、電流、電量、功率、閥門

化系統

開停、開度及泵房視頻信號等（與上諾公司實現信息接駁）

各接入開關電流、電壓、功率、功率因數、斷路器、刀閘的

僅高壓有保護通訊改造低壓開關柜、建立高低壓

8井下中央變電所分、合狀態、接入變電所的視頻信號等

口配電遠方監測監控

打滑、跑偏、煙霧、縱向撕裂、堆煤、灑水、沿途急停系統、

電壓、電流、電機溫度、煤流情況、各部皮帶運行情況、各

9井下主煤流系統就地自動化系統建立煤流系統遠方監測監控。

煤倉煤量、各給煤機運行情況、各部皮帶電機參數、各傳感

器狀態、各部皮帶機頭、機尾、給煤點視頻信號等

高壓開關有綜合保

建立就地自動化，遠方監測監各接入開關電流、電壓、功率、功率因數、電量、斷路器、

10采區變電所護器，具備通訊接

控四遙功能刀閘的分、合狀態、接入變電所的視頻信號等

□

400部手機，井下120余個基保證井下每天200部手機的使用量，通訊覆蓋圍要保證在8KM

站，240個無線分站，40個便以上；礦領導（20人）、機關管理人員（200人）、區隊主管、

11無線通訊系統無攜式移動基站，且對城郊礦區、跟班隊長（120人）、流動電鉗工（60人）等佩帶手機

東、西、北風井院、礦門口等

進行無線覆蓋。

在井下軌順車場、采掘工作面、

12煤礦應急救援網路廣播膠帶巷安裝IP語音系統，實現

直接通話

實現無線、有線、視頻、位置、

建立一個28mxi5nl的新調度中心，安裝一組4X8+4X4的數字

13調度指揮系統改造通訊的等多網合一的綜合調度

大屏，用于組態信息和視頻信息的顯示。

系統

視頻壓縮量要適度，圖像要盡量保證清晰；井上全部采用全

14工業數字視頻監控系統按附表配置

功能、彩色攝像頭；井下部分盡量采用彩色攝像頭。

3.2.3基本要求

1、井下及主要場所所有電氣元件必須為礦用防爆型并盡可能多使用本質安全型，光纜、電纜的

阻燃性等必須滿足國家有關煤礦防爆阻燃標準和《省防爆電氣性能檢查細則》要求，新增設備必須有

防爆合格證、生產許可證、煤安證及煤安證號。

2、綜合自動化網設計應符合《國際現場總線標準》IS0DIS11898,《1000Mbps以太網標準》

IEEE802.3、《遠動終端能用技術條件》GB/T13729-92；各種電子設備要具有電磁兼容報告，防止干擾；

綜合自動化系統必須做到既不被電磁干擾，又不干擾其他系統。

3、礦井自動化配備設備防護等級：平地惡劣環境必須達到IP55,井下均不能低于IP54。

4、建立就地自動化監測監控系統，要本著現有設備能夠滿足要求的繼續使用，不能滿足要求的

進行新增。

5、系統設有遠方監控和就地操作轉換和閉鎖功能，且就地操作權限高于遠控；就地系統必須有

手動和自動兩種操作方式。

6、凡要求建立監測監控功能項目，要能實現遙測、遙控、盡量實現遙調功能。

7、每個機電裝備碉室如要求建立就地自動化監測監控系統的信息采集量，必須實現集環境、煙、

視、聽聯動基本功能的采集傳感和監測功能；遠方監測監控能夠顯示以上功能，并能超限報警、在報

警一定時間無人員響應應自動保護停車，并能對報警記錄及操作進行查詢。

8、千兆以太網交換機、就地自動化監測監控系統和遠方監測監控中心系統，必須配備不間斷電

源（UPS電源），在主電源斷電情況下能夠繼續供電22小時。

9,工業以太網設計、設備、施工等必須滿足國家相關標準要求；同時根據礦方遠景規劃情況，

工業以太環網要留有充分的擴展空間。

10、遠方監測監控中心操作臺，配備2臺工程師站、8臺監控操作員站（操作員通過授權互為冗

余）。

11、就地子系統軟件采用標準軟件接口規和協議，系統實行信息點實時掃描，當信息點改變時可

自動傳輸，提高管控服務器的實時性。

12、綜合自動化系統具備連鎖、鎖定功能，能夠實現實現信息收集、傳輸、指令篩選的自動化；

同時實現礦井自動化整個系統的預警聯動功能，如某故障點報警時系統能夠同時自動跳出故障點組態

畫面。

13、礦井綜合自動化系統平均無故障時間MTBF210年；系統死機率212個月；變化數據刷新率

必須W3s；數據在千兆網絡網傳輸時間WlOOms。

14、各主要場所子系統分站應能滿足視頻、音頻、光端、RS485.RS232,電信號等各種采集信號

的輸入，并預留適當備用端口。

15、核心交換機采用雙機熱備方式；井下、井上環網各自成環，然后分別接入核心交換機；整個

礦井信息自動化網絡必須具有自診斷功能，能夠提示網絡故障點。

16、管理控制服務器選用雙機熱備方式、數據庫服務器采用高可靠性的硬件冗余容錯技術，web

服務器、視頻服務器及其它輔助服務器采用單機服務器。

17、綜合自動化系統使用的所有光纜必須為單模光纜。光纜使用注意控制和視頻、聲音信號分開

的原則。

18、安排好合理的培訓計劃，對礦方人員進行培訓，負責培訓具有獨立編程能力的工程師不少于

4人；在系統發生變化時，提供無償技術服務和支持。

19、系統軟件及建立的子系統軟件要保證實現免費升級，且硬件設施不高于市價供應。

20、保證技術服務和售后運行質保一年（三包）。

第四章綜合自動化網絡平臺系統

4.1設計目標

綜合自動化網絡平臺主要是建設統一的監測監控綜合集成平臺，建設具有技術先進、信息化程度

較高、指揮靈活、處理能力強的安全生產自動化和調度指揮系統，將礦井的各監控子系統集成、匯聚

到綜合自動化控制網絡平臺，充分考慮子系統的接入與整合，節省投資、資源共享，提高系統功能，

并可與礦信息管理網實現無縫聯接，從而為信息化礦井建設奠定堅實的技術基礎。

系統建成后，使各自動化子系統數據在異構條件下可進行有效集成和有機整合，實現相關聯業務

數據的綜合分析，集控中心人員或相關專業部門人員通過相應的權限對安全和生產的主要環節設備實

時監測和進行必要的控制，實現全礦井的數據采集、生產調度、決策指揮的信息化，為礦井預防和處

理各類突發事故和自然災害提供有效手段。

總之：系統運行后，設備穩定，傳輸可靠，系統安全，實現三網合一，達到監、管、控一體化及

減員增效的目的，舞成本質安全型的數字化礦井。

4.2設計原則

安全自動化改造系統的設計和開發是一項重要的系統工程，它的組織、設計與開發除了需要遵循

系統工程的方法，與原有信息系統必須緊密結合。系統的規劃、設計應遵循如下的原則，這些原則的

重要程度依次排列如下：

>集成性原則：全面實現信息系統的集成，以及新系統與原有信息系統間的集成。

>先進性和成熟性原則：全面采用當前國際先進和成熟的系統平臺和開發工具平臺。

>安全、可靠性原則：系統必須具有很好的安全性設計和構架，保證數據的安全，軟件要通過

各種措施，切實保證能夠長周期安全穩定運行。

>易操作性原則：系統的操作應該方便，界面友好、美觀、大方。

>可維護性原則：系統應該具有良好的可維護能力，保證維護方便、快捷。

>可擴展性原則：系統應具有較好的可擴展性，為系統的擴展留有接口，提供良好的二次開發

的能力，具有與其它系統相連接的兼容接口，易于與未來開發的軟件系統的集成。

>標準化和開放性原則：系統采用國際最流行的技術和標準來進行實施、客戶化，使企業整個

信息系統具有很好的開放性，滿足將來擴展的需求。

>設計基于千兆光纖工業以太環網的綜合工業網絡平臺，可綜合傳輸煤炭安全生產各子系統監

測監控數據、工業電視視頻圖像、調度數據等信息，并與永煤公司監控數據網相連接。

>設計面向對象、具有分布式處理功能、滿足煤炭生產實時性、可靠性要求的綜合自動化軟件

平臺，可實現對煤炭生產各子系統的監測監控數據的采集、處理、存儲、瀏覽等，為煤礦生產調度指

揮提供數據基礎，并與永煤公司相關信息化系統無縫集成。

>設計一套調度指揮系統，主要包括煤炭生產監控信息的綜合顯示和應用于調度指揮中心的各

種辦公設備。

>為實現煤炭生產各子系統的綜合集控，提高礦井的綜合自動化水平，針對現有與生產過程密

切相關的各子系統的單機自動化實際情況，進行相應的改造和升級設計，實現各子系統監控數據在綜

合自動化軟件平臺上的集成，利用軟件平臺進行數據處理和分析，為煤礦企業的指揮調度提供綜合的

數據基礎。

4.3設計容

根據城郊煤礦綜合信息化建設的總體目標，綜合自動化網絡平臺技術建設是以礦井生產和安全相

關的各類自動化執行子系統為基礎，利用先進高效的傳輸網絡將各執行子系統的信息進行綜合，并將

綜合處理之后的控制決策指令反饋各執行子系統，總體結構示意圖如下：

圖4-3城郊煤礦綜合自動化網絡平臺結構示意圖

分為：執行子系統、網絡傳輸系統、控制決策系統，另外還需具備信息發布系統作為輔助系統。

4.3.1執行子系統

包括礦井生產各環節的自動化系統和礦井安全管理系統：這些系統應按綜合自動化的要求進行設

計，除滿足傳統單一的孤立系統對自身系統的輸入輸出和控制模式的要求外，還必須滿足作為綜合自

動化執行子系統的輸入輸出接口和控制模式的要求。

這些執行子系統按功能分為三類，第一類為主線系統即煤流系統（包括采掘系統、井下運輸系統、

主井提升）；第二類為安全保障系統（包括瓦斯監測、通風、排水、人員監測）；第三類為輔助系統（包

括環境保障系統、壓風系統、副井運輸、人員運輸、供電系統、通訊系統、視頻系統等）。第一、二

類系統是對生產和安全產生直接影響的系統，必須作為控制的重點，而第三類系統作為保障系統，必

須與第一、二類系統進行智能聯動，保障生產的順利進行。

4.3.2網絡傳輸系統

網絡傳輸系統主要包括執行子系統與控制決策系統間的通訊網絡、控制決策系統與信息管理系統

的通訊。網絡傳輸系統一般采用現場總線和工業以太網絡。

4.3.3控制決策系統

控制決策系統是綜合自動化的核心部分，是指揮和調度整個礦井生產的大腦。此部分主要的是利

用一統一的系統開發平臺并結合專業的模塊開發軟件，將各類執行子系統的信息、信息管理系統的決

策指令、操作人員的操作指令等進行綜合分析處理，結合礦井生產工藝流程，開發出聯動控制策略庫、

綜合故障診斷系統、專家決策系統，并按設定的控制策略，用處理后的結果去反饋控制各類執行子系

統，從而使生產過程完全處于控制決策系統的智能管理之中，改變以往依靠人為調度去控制生產過程

的模式。同時開發可視化的人機界面、報表分析、趨勢分析以及WEB信息發布等功能，礦井生產的高

度的智能化、可視化、信息化。

控制決策系統的開發是整個綜合自動化能否真正為礦井生產和安全帶來實效的關鍵，也是不同的

規劃設計者體現不同凡響的思路所在。

4.3.4信息發布系統

信息發布系統主要是指綜合自動化的信息輸出和接收設備，包括大屏幕顯示、無線信息發布（如

PDA）、WEB發布、ADO數據庫發布等。

4.4方案的特點

本方案的綜合自動化系統具備以下特點：

>“統一化、標準化”

本方案的綜合自動化系統采用統一化、標準化的設計思路，從執行子系統的控制PLC、控制模式、

通訊接口、通訊協議、數據接口、數據格式、數據的部署和利用、軟件開發平臺、軟件功能等各方面

都采用統一的標準。

>控制與執行一體化

本方案設計的綜合自動化系統將礦井各類自動化和監測監控系統作為整個系統的執行子系統，負

責執行“控制決策系統”的直接控制命令，各執行子系統的工作完全受“控制決策系統”的控制和協

調，不再是一個個孤立的子系統，而是整個綜合自動化系統中關鍵的執行機構。

>高效的傳輸系統

采用1000M工業以太環網作為綜合自動化的主管傳輸網絡，井上、井下各形成一個獨立的環網，

各環網上任何一點斷開，都不會使網絡中斷。1000M工業以太環網為綜合自動化提供實時的、準確的、

大流量的通訊能力，并能提供視頻、音頻等多信號的網絡服務。

>專用的工業以太網協議

本方案中采用的工業以太網是基于西門子Profinet構建的專業網絡，Profinet是用于工業以太

網控制系統的專用協議，其不但支持常規的TCP/IP通訊，更支持西門子自動化系統的S7通訊，在

S7通訊模式下，采用的通訊通道為以太網網第二層通道（RT）通道，因此具有極高的通訊速度（最

高可大雙向毫秒級，而普通的TCP/IP協議最高只支持100毫秒），同時具備完全的雙工通訊能力和完

善的優先級通訊機制，完全克服了一般以太網常見的網絡堵塞、網絡沖突、數據丟失、廣播風暴等弊

端。因此本方案中基于Profinet的以太網構建既能滿足一般TCP/IP通訊的要求（網絡視頻、IP及

其他不支持S7通訊的系統）的通訊要求，更能實現關鍵生產系統的S7專業通訊。為了能構建基于

Profinet的工業以太網絡，本方案中凡涉及PLC控制的系統，均采用西門子S7PLC系統產品，并配

置專門的Profinet通訊模塊。

>先進的軟件開發平臺為多樣性和個性化控制打下基礎

采用目前國外最先進的自動化控制軟件開發平臺，其具備數據采集、數據存儲、人機界面、實時

控制、報表分析、腳本功能、嵌入式功能等開發組件；采用可視的組態化編程環境，具備從設計、編

程、硬件組態、測試到操作診斷和遠程維護的全過程組態應用；采用統一化的用戶圖形界面和面向對

象的設計，采用模塊化的設計；采用統一的數據庫，保證符號和變量在項目中的一致性。

>先進的控制策略模型

利用專業模塊開發軟件，開發出適合生產和安全的礦井控制策略模型，能利用此模型的分析和邏

輯控制功能，實現礦井生產與安全間的智能聯動，實現礦井生產流程的自動調度。而不是僅僅擁有數

據集成監測和遠程控制的普通SCADA軟件。不同設計者的思路及水平體現在此部分。

>采用冗余、容錯等技術保證系統可靠性

系統全程采用熱備冗余、多線監測和保護、多回路控制等方式，保證系統的安全和可靠：電源的

設計、網絡設計、服務器設計、數據采集、數據處理、控制模型等都要考慮冗余設計和容錯設計。

>系統安全性和開放性

充分考慮系統和數據的安全性：具有完善的身份認證、授權、加密等機制、完善全面的事件日志、

數據備份和病毒防護功能；系統具備開放性和擴展性，在現場設備和系統發生變化時，能方便的進行

控制程序的維護和更新。

4.5系統的總體功能

通過精心設計的控制模型和軟件，上述系統建成后至少具備以下功能：

>能對整個礦井生產過程中的各環節，尤其是煤流系統、安全監測系統、保障系統等進行全方

位的動態化、可視化的監視；并依據既定控制模型策略，實施實時控制。

>能實現采掘系統的自動化，能實現井下中央變電站、采區變電站、水泵房、皮帶運輸、地面

變電站、地面箱變、壓風機房、主扇風機房、地面皮帶運輸、地面水處理、礦燈房等系統的無人操作

和無人值守，大量減少人員。

>能對上述機電設備和系統有關聯的系統實現自動閉鎖和聯動。如：能實現煤流系統的一鍵啟

動功能。又如：當煤流系統中某環節發生故障時，能自動轉入故障運行模式，對煤流系統中的執行子

系統進行合理的控制；還如：能根據各節點煤倉的狀態自動作出停機、降低能力、開機等操作，最大

可能的保證煤流的連續和經濟運行。

>能實現生產系統與安全監測系統的聯動，能對安全系統發出的警報作出及時的響應，能根據

安全監測的結果，制定可行的生產計劃，供決策使用；必要時，可直接控制相關系統和設備。

>能根據礦井生產中各大型設備的啟停、運行狀況設計出合理的負荷分配機制，能盡可能的降

低大型設備的運行成本，并使得供電網絡處于最經濟的狀態，能有效避免大型設備集中啟動造成的電

網沖擊。

>能根據生產過程中的實際情況，制定合理的工藝流程，能統計出每個系統的有效運行時間和

無效運行時間，從而盡可能的優化各系統的運行規則，盡可能的達到節能效果。

>能對生產過程中產生的異常和故障情況作出統計，并制定出合理的事故和故障處理預案，能

詳細的記錄事故或故障過程的所有數據及責任人，能方便的進行事故追查和責任認定。

>能對礦井運轉過程中的各大型設備進行合理的負荷分配，對大型設備的啟停應設置合理的規

則，既能保證生產的安全和連續，又能確保電網的安全。

>能利用安全監測系統進行事故的預警，并利用人員定位系統、無線通訊系統和語音系統及時

自動的給相關人員發出預警信號，最大可能的降低事故的發生幾率和最大可能的降低事故損失。井下

定位系統應具備在危險場合的高精度定位，以利在事故發生后的搜救行動。

>能夠利用人員定位和考勤系統對井下、井上的人員分布作及時的了解，當設備或系統發生故

障時，能自動通知離該系統最近的維護人員前往排查事故。并對維護人員的出勤情況作統計。

>能對大型設備的運行時間和運行狀況作跟蹤記錄，并能對大型設備的維護、檢修、備品備件

的采購等提出建議性計劃，并能根據設備的異常情況作出突擊檢修計劃，并自動通知相關職能部門和

人員，達到設備事故預警的目的。

>能對網絡通訊情況進行實時監視，能對網絡中斷、網絡堵塞、網絡癱瘓等進行及時的預警并

能監測故障點位置。對接入系統的所有設備和執行子系統的通訊情況進行實時的監測，一旦通訊出現

異常時，執行子系統自動轉入就地集中控制，同時在監控服務器中出現通訊中斷的報警，并自動通過

報警系統通知相關維護人員。

綜合自動化所采集的信息能通過WEB、ODBC等方式，有權限的與信息管理系統進行共享，并能通

過ODBC等方式接受來自信息管理系統的信息，這些信息僅限于能指導生產和安全的決策信息。綜合

自動化網絡和信息管理管理利用硬件防火墻進行隔離，保證各自系統的安全性。

4.6系統網絡設計

綜合工業傳輸網絡平臺的主要作用是為城郊煤礦建立運行安全可靠、容量大、功能強、便于維護、

穩定可靠的數據傳輸網絡，要求能夠綜合傳輸城郊煤礦各生產自動化子系統監測監控數據、工業電視

視頻圖像、數字語音、調度數據等信息，網絡應具有以下特點：

快速實時對于自動化系統來說，大數據量的采集、響應應保證毫秒級的無差錯傳輸，對于視頻

和語音數據，應保證網絡的抖動和延遲不影響實時數據流的傳輸。這就要求骨干網絡設備具有很高的

交換性能和容量，并在提供安全訪問控制、針對不同應用的服務質量保證和網絡管理功能時對性能不

受影響，以確保骨干網絡上端到端傳輸的實時性。

穩定可靠由于生產環境惡劣，對網絡設備的可靠性要求比企業網絡要高的多，網絡設備在環境

適用和防護方面應達到工業級的可靠性，支持模塊冗余和熱插拔。骨干網絡拓樸結構應支持網絡冗余

和耦合，自愈時間應小于300毫秒。

高安全性由于面向多個子系統的接入和不同的用戶，網絡的安全性尤其重要，不同子系統利用

不同的邏輯通道在網絡中傳輸。同時利用各種加密技術、認證技術確保數據資料的完整性和性。網絡

應采用獨立信道傳輸，監測監控網絡同辦公網絡之間應采用防火墻進行隔離，確保網絡不受病毒和安

全攻擊。

保證服務質量網絡對不同的業務傳輸應提供不同的服務等級，支持ToS和QoS,以確保高優先

級業務的服務質量。對工業電視視頻圖像傳輸業務，網絡應提供組播功能，以