煤矿信息化系统总体设计方案(共91页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录第一章、 工程概述1. 概述随着我国煤炭事业的发展，高产高效煤矿对生产过程监控、全矿井生产安全环境监测、生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化提出了更高的要求。支撑实现的核心技术为集成化的数据管理、集成化的通讯、集成化的编程组态。XX煤矿煤矿是XX省煤业集团公司下属的在建年产500万吨特大型矿井，结合XX煤矿矿在建矿之初提出的：努力把XX煤矿煤矿建设成为工程质量优良、装备选型科学、环节配套合理、管理理念先进、管理手段一流、企业文化领先、环境舒适优美的国内一流的特大型现代化矿井。要达到上述目标，我们认为只有依靠先进的管理理念、采用多种现代化信息与自动化

2、技术，建立全矿井监测、控制、管理一体化的、基于网络的大型开放式分布控制系统，形成全矿井生产各环节的过程控制自动化、生产综合调度指挥和业务运转网络化、行政办公无纸高效化，以保证对全矿井安全状况和生产过程进行实时监测、监视、控制、和调度管理，使矿井高效集中生产，达到减员增效、降低成本，提高矿井整体生产水平，才能实现XX煤矿矿的建设目标。2方案依据l XX煤集团XX煤矿煤矿信息化建设招标文件l 煤矿安全规程和煤矿设计规范l 智能调度室装备规范l 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求GB 3836.4一2000l 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求GB 3836.1一2000l 矿用一般

3、型电气设备GB 12173一90l 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT 20990l 工业电视系统工程设计规范GBJ 1 15一87l 电力系统通信运行管理规程SD22了一87l 企业供配电系统节能监测方法GB/T 16664一1996l 通用用电设备配电设计规范GBSOO55一93l 矿山电力设计规范GB50O7O一94l 职业安全健康管理体系指导意见和职业安全健康管理体系审核规范。3方案指导思想为贯彻XX煤矿矿“信息化建设要先行并统领XX煤矿煤矿建设全过程”的建设思想，本方案力求使矿井各类信息集成为实现异构条件下的信息联通与共享，功能集成为不同应用系统联动、协调有序运行，避

4、免各自孤立的监控系统不能使信息资源和设备资源得以充分发挥的弊端。通过本系统的实施使XX煤矿煤矿在采用先进的技术装备上达到国内第一流的高产、高效的现代化矿井水平，使矿井生产安全可靠，有效地预防和及时处理各种突发事故和自然灾害；实现全矿井的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的网络化、信息化、科学化。4方案原则XX煤矿煤矿信息化建设应遵循以下设计原则：v 先进性充分利用飞速发展的计算机和自动化网络技术，全面准确地体现用户的管理思想及操作方式，建立一个符合标准的、开放的、易管理的自动控制网络系统。v 开放性既要在符合通用标准的前提下，兼通多种自动化控制系统，也就是要提供各种层次的尽可能多的符合国际

5、标准的接口，实现子系统最大限度的信息共享。v 实用性符合用户的业务工作需求，按照用户的运作模式，实现监控系统信息收集、处理、查询、统计、分析等功能，提供管控一体化水平。v 可靠性在硬件选型、网络设计、支撑环境、应用系统的建设过程中，必须充分体现这一原则。尤其是网络系统设计中必须考虑提高网络运行的可靠性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。v 经济性是指在一定的资金资源下，尽量有效地利用，以适当的投入，建立一个高水平的、完善的自动化控制网络系统。所有设备的选型配置坚持价格比最优的原则。第二章、 系统设计总体描述1 三层体系架构在XX煤矿煤矿信息化设计中，我们根据管控一体化”的思想，采用

6、了三层网络结构，并结合自动化、信息、计算机、网络、通讯的新理论和新技术，利用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件，使矿井在“采、掘、运、风、水、电、安全”等生产环节全面实现信息化，并将煤炭生产、管理的各个环节，统一在一个网络平台上，形成统一、完整的有机整体。2传输网络架构XX煤矿矿井的网络设计分为两部分，体现了集成化的数据管理、集成化的通讯、集成化的编程组态，以实现最大限度的信息共享。如下图所示：l 建立一个覆盖整个矿区，连接集团公司，以千兆光纤网为主干网络、桌面工作站以百兆接入的快速交换以太网；l 采用西门子公司的三层结构网络系统为基础，实现以太网100M，现场总线12M

7、的综合自动化传输网，以实现管控一体化的信息化要求。3系统特点3.1采用工业以太网+现场总线的网络结构采用西门子以太网、控制网和设备网所组成的开放型网络，以西门子的Profibus和100M工业以太网为基础，解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点，系统由地面控制中心、现场分站、信息传输介质、网络通信接口设备组成，以实现先进的、统一的自动化控制网络平台，使整个系统配置合理，信息共享，安全可靠，提高指挥效率和生产率。3.2采用了环网冗余技术地面上要求高可靠的自动化控制网络均采用网络冗余技术。矿井下环境条件恶劣，尤其是信道的故障率最高，因此本设计方案采用了环网冗余技

8、术，大大提供了矿井自动化系统的可靠性。在物理上和逻辑上考虑到传输信道、管控服务器、调度主机、供电电源的冗余，确保传输通路、数据服务、监控工作站、供电电源的安全可靠。网络交换机采用工业以太网交换机，有双电源冗余输入。3.3异构系统的互联互通本设计方案分别在网络级和串口级提供了多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种子系统的接入，实现最大限度的信息共享。它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。如地测信息系统、矿压观测、通风模拟系统。3.4先进的体系结构本设计方案采用B/S模式设计三层网络体系结构，便于及时、准确地采集各个子系统的工况、生产和安全参数，方便管理

9、层实时查询、分析和决策。应用系统采用当前公认的具有先进技术理念的三层或多层架构。遵循统一数据出口和统一数据入口的原则，通过统一的一站式服务门户对外给用户提供闭环式服务和共享机制，对内整合各业务应用系统。通过对上层应用服务的请求，调度下层业务逻辑及其相关业务系统的资源，完成以事件为驱动的工作流和数据流的运行。3.5采用MES技术按照“管控一体化”的要求，在经营管理系统和自动化控制系统之间建立处理联系，实现企业管理信息系统与工业控制现场的无缝连接。3.6实时信息数据集成以信息集成平台为核心，将实时数据流在企业统一信息平台上集成起来，同时，针对统一信息平台开发各种综合应用，形成集成化、网络化应用。各

10、种图形、图像、报表信息都可以通过Web的方式在任何一台终端统一浏览，统一界面。3.7统一的数据仓库在集成化的数据管理中，数据一旦被输入，在整个系统中都可以使用。这是因为所有的数据是在一个数据库中进行管理的。这样就大大提高了工程效率。降低了工程的实施难度。3.8集成化的编程组态实现了从设计、编程、硬件组态、测试到操作诊断和远程维护的全过程组态应用。所有的部件都可以有一个软件进行组态，采用统一化的用户图形界面和面向对象的设计，使用起来轻松自如；采用模块化的设计，使用户根据需要进行选择；采用统一的数据库，保证了符号和变量在项目中的一致性，便于维护和提高效率。降低用户用于培训的费用。3.9安全性充分考

11、虑系统和数据的安全性。系统应具有较强的身份认证、授权、加密等机制、完善全面的事件日志、数据备份和病毒防护功能。4达到的技术指标和参数地面主干网速率：1000M工业以太网速率： 100M现场总线传输速率：12M/s产品防护等级：矿用本安型Ex ibI防爆等级：隔爆型；隔爆型兼本安型；供电电压等级：交流：127V1140V（15%20%）使用条件：温度：2040湿度：不大于95%(25)周围介质：允许使用环境中有爆炸危险介质。工业以太网每段网站可连接100个，整个网络最多可达1024个。5西门子PROFIBUS现场总线与其他子系统的可集成性及业绩本设计所选西门子PROFIBUS现场总线是当今世界上

12、8种现场总线中应用最广泛之一，其市场占有率（欧洲、亚洲）达到50%以上，西门子PROFIBUS现场总线，基于单元和现场的设计思路，符合IEC61158和EN50170国际标准，是全球应用最广泛的过程现场总线系统，支持来自250多个仪表厂商的1500多种设备，在我国煤矿井下也已得到应用。PROFIBUS定义串行现场总线系统的功能特性，可以将较低层的分布式自动化设备联网到中高层（单元层）来。常用的协议有PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA。PROFIBUS-FMS，通用的解决方案，用于工业通讯中现场层和单元层的通讯任务。PROFIBUS-DP，这个速度优化的版本

13、，专门用于自动化系统和分布式I/O站以及现场设备之间的通讯，特点是，最小化的响应时间，和高抗干扰度；PROFIBUS-PA用于过程自动化，将自动化系统和过程控制系统与现场设备如:压力、温度和液位变送器等连接起来,代替了420模拟信号传输技术,大大提高了系统功能和安全可靠性。与常规技术相比，使用PROFIBUS工业过程现场总线技术可以使硬件（其中包括电缆）、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域。除了安装简单外，它有很高的传输速率（可达12Mbits/s），多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型）以及可选的光纤双环冗余。PRO

14、FIBUS-PA的技术使得现场变送器或其他现场设备如执行机构等可以以总线方式连接。PROFIBUS-PA同时实现了对变送器或其他现场设备如执行机构等的供电和信号传输。通过DP/PA耦合器，将PROFIBUS-DP和 PROFIBUS-PA有机地联在一起，从而构成了完整的PROFIBUS过程现场总线体系。在这一点上，目前只有PROFIBUS能实现，而其它类型的现场总线，由于其技术上的局限性，只能实现PROFIBUS的部分功能。PROFIBUS与其他总线（其他PLC系统）或第三方设备实现良好无缝联接。下面是我们挑选的其中几例。1 兖州矿业集团济宁二号井、兴隆庄煤矿井下胶带机控制采用的CST软启动控

15、制系统，CST主控制器采用AB公司的SLC5 PLC，实现了与井下胶带机集中控制系统的西门子PROFIBUS-DP的联接； 2 山西潞安常村煤矿，井下胶带机集中控制系统采用西门子PROFIBUS现场总线采用RS485通讯接口与KJD15矿用隔爆兼本安型控制器实现了良好联接；3 河北冀东水泥厂三友水泥生产线其西门子PROFIBUS现场总线和AB 公司的Control Logix 实现了无缝联接；4 邢台水泥厂2500吨水泥项目其西门子PROFIBUS现场总线和Honeywell PLC实现了无缝联接；5 上海石洞口污水处理厂实现Modicon Modbus Plus 和西门子PROFI

16、BUS 无缝联接；6 上海宝山钢铁集团采用的西门子PROFIBUS与ABB公司设备实现了良好联接；7 上海通用汽车发动机生产线采用的西门子PROFIBUS 和GE9030/GE9070 PLC 实现了联接；8 鞍山钢铁厂原先建立的是MODICON MODBUS/MODBUS PLUS 网络，后建立西门子PROFIBUS现场总线控制网络，Modicon Modbus/Modbus Plus和西门子PROFIBUS实现了无缝联接。第三章、 XX煤矿煤矿一期子系统设计1XX煤矿煤矿信息化建设综合传输网络平台1.1XX煤矿煤矿信息化建设需求分析根据“信息化建设要先行并统领XX煤矿煤矿建设全过程”的要求

17、，以实现整个系统的高度集成和信息的高度共享的目标。本次XX煤矿煤矿信息化系统建设内容：主运输三遥系统、排水三遥系统、通风三遥系统、供电三遥系统、煤流计量、安全监测系统、束管监测系统、工业电视、通讯系统、矿局域网等系统的设计与实现必须满足整体建设要求。1.2西门子全集成网络传输平台1.2.1PROFIBUS现场总线生产线自动化控制系统(CIPS)在过程现场级需要一个强有力、开放和稳定可靠的过程现场总线系统。PROFIBUS现场总线，基于单元和现场的设计思路，符合IEC61158和EN50170国际标准，是开放的现场总线网，能充分满足这些要求。PROFIBUS定义串行现场总线系统的功能特性，可以将

18、较低层的分布式自动化设备联网到中高层（单元层）来。常用的协议有PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA。PROFIBUS-FMS，通用的解决方案，用于工业通讯中现场层和单元层的通讯任务；PROFIBUS-DP，这个速度优化的版本，专门用于自动化系统和分布式I/O站以及现场设备之间的通讯，特点是，最小化的响应时间，和高抗干扰度；PROFIBUS-PA用于过程自动化，将自动化系统和过程控制系统与现场设备如:压力、温度和液位变送器等连接起来,代替了420mA模拟信号传输技术,大大提高了系统功能和安全可靠性。而且PROFIBUS的完整性也是其他现场总线无法比拟的。PRO

19、FIBUS有三种类型：即FMS、DP和PA。对于通用自动化，可以采用PROFIBUS-FMS；对于制造业自动化， 可以采用 PROFIBUS-DP IEC61158-2中指定的本质安全传输技术。OLM（光纤链路模块）采用混合技术（电气和光学传输方法），有可能达到最佳的拓扑结构（线性、环形、星形）；用冗余配置的电源和电缆可达到高的可用性；可在很长距离内传输信号；有中继器功能。是全球应用最广泛的过程现场总线系统。多年来，PROFIBUS风靡全球，成功地应用于制造业、楼宇、过程自动化和电站自动化等领域，近几年在我国煤矿井下已得到应用。PROFIBUS是目前世界上应用最广工业过程现场总线，它已被成功应

20、用于25万个项目中。PROFIBUS支持来自250多个仪表厂商的1500多种设备，这些设备的互操作性在上述应用中得到了验证。与常规技术相比，使用PROFIBUS工业过程现场总线技术可以使硬件（其中包括电缆）、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域。除了安装简单外，它有很高的传输速率（可达12Mbits/s），多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型）以及可选的光纤双环冗余。PROFIBUS-PA的技术使得现场变送器或其他现场设备如执行机构等可以以总线方式连接。PROFIBUS-PA同时实现了对变送器或其他现场设备如执行机构等的

21、供电和信号传输。通过DP/PA耦合器，将PROFIBUS-DP和 PROFIBUS-PA有机地联在一起，从而构成了完整的PROFIBUS过程现场总线体系。在这一点上，目前只有PROFIBUS能实现，而其它类型的现场总线，由于其技术上的局限性，只能实现PROFIBUS的部分功能。1.2.2西门子工业以太网西门子以太网基于区域和单元联网的设计思路，符合IEEE802.3和802.3 u国际标准。SIEMENS已成功应用十年之久的10Mbps技术和最新开发的100Mbps技术（802.3u的快速以太网），结合交换机的全双工和自动感知的运行，允许用户能选择他需要的网络性能，也可选择符合要求的数据传输率

22、。高速以太网，与一般的以太网相比，扩大了可连接的终端数；提高了数据的吞吐量，因此提高了网络的性能；可以方便地实现50个OSM和全部扩展150Km的网络拓扑结构，不会影响信号传输时间；全双工运行方式，使得数据的吞吐量，比网络额定的传输率大一倍，对一般以太网为20M位/秒，对快速以太网为200M位/秒。OSM（光纤交换机模块）能成功有效的装配100Mbps网络，除2个FOC端口外，还有多达6个端口（任选ITP或RJ45接口）连接终端和网络段；冗余24VDC电源；OSM内部集成的冗余度管理器，能连续的监视网络的功能，当探测到环中线路或OSM故障，能在最大0.3秒内启动备用线路。ITP标准电缆，是预装

23、有Sub-D连接器的电缆，作为一种牢固的连接方法，用于通讯站和网络部件的直接连接，电缆长度最大可以达到100m。玻璃光纤使用于冗余环的拓扑结构，面向未来，是安全的网络传输介质，完全不受电磁干扰的影响。1.3 综合传输网络平台设计方案根据XX煤矿煤矿信息化建设的要求，我们为XX煤矿煤矿设计三层网络，分为管理系统PC Internet网、地面100M工业以太主干网、井下西门子PROFIBUS现场总线主干网。地面主干网为100M环型光纤工业以太网，井下采用PROFIBUS环型光纤网。如图2-1所示。三层网络基本情况如下：XX煤矿煤矿地面综合调度控制中心建立以监测与控制为主的管理以太网有独立的网关、防

24、火墙，并可以向公司的以太网（INTERNET）提供XX煤矿煤矿全矿安全、生产等信息，并支持授权的远程访问。XX煤矿煤矿地面控制系统即井上部分，建立100M西门子工业以太网，并作为全矿主干网，主干网通过西门子工业级交换机OSM为全矿各个子系统提供方面灵活的工业以太网接口（接口由西门子OSM和S7-400H组成），XX煤矿煤矿地面、井下子系统均可以方便加入。子系统有：通风系统、地面供电系统等；以及安全监测系统、束管系统也通过工业以太网接口接入到工业以太网中。井下控制子系统设计以PROFIBUS环型光纤网络为主要控制网络，实现井下安全生产过程控制自动化。井下子系统：主运输三遥系统、排水三遥系统、井下

25、供电三遥系统、煤流计量等。1.3.1管理以太网设计XX煤矿煤矿地面综合调度控制中心由六台操作员站组成，分别完成以下系统的监控：束管监控系统、安全监控系统；主运输三遥监控系统；通风机三遥监控系统；排水三遥监控系统；供电三遥监控系统；其他系统（如煤流计量等）。所有操作员工作站软件平台为西门子WINCC（Client版本），关于WINCC基本功能后面有介绍。原则上每一台操作员站均可以调用、操控全矿所有被控系统，但我们将为每一台操作员站设置其监测与控制工作权限，以提高系统的可靠性。1.3.2工业100M以太网设计XX煤矿煤矿地面100M西门子工业以太网，采用环型结构，以保证系统的高可靠性。如果在使用过

26、程中有光纤网络断开，网络也能照常工作，而且系统能及时诊断出故障点以便维修。在地面100M工业以太网上设计互为冗余的操作员服务器二台，服务器采集全矿生产、安全等全部信息，并提供给管理以太网上各个操作员站，各个操作员站对全矿子系统的控制信息也由服务器，经由工业以太网上相应节点发送到被控子系统。服务器上的重要历史信息能够保留一年或更长时间。在工业100M以太网上，将设计一台工程师站，工程师站负责全部控制系统的组态和维护，工程师站由经过专门培训过的工程师操作。工业100M以太网上设计的全矿子系统接入点将由西门子工业交换机OSM和S7-400H控制器组成，S7-400H控制器将起到路由器和PROFIBU

27、S协议接入作用。对于以后扩展的系统可以直接通过接口模块接入到系统中。1.3.3 PROFIBUS网络设计井下控制子系统设计以PROFIBUS光纤网络为主要控制网络，形成西门子PROFIBUS现场总线的井下控制系统，实现井下安全、生产过程控制自动化。PROFIBUS网络通过地面网关（由西门子OSM和S7-400H组成）把信息接入到工业100M以太网上。由此可见未来的XX煤矿煤矿将形成一个全矿井上、井下统一的监测监控制网络平台，使XX煤矿煤矿建成为全国领先的现代化、信息化的煤矿即（E-煤矿）。XX煤矿煤矿网络系统图如图2-1：图2-1 XX煤矿煤矿信息化建设系统图1.4调度控制中心软、硬件调度控制

28、中心分设备硬件和软件两大部分。系统硬件分为操作员站、服务器以及网络设备等。软件有编程软件、组态软件和各种通信软件。1.4.1硬件2台操作员服务器：采集全矿生产、安全等全部信息，并提供给管理以太网上各个操作员站，各个操作员站对全矿子系统的控制信息也由服务器，经由工业以太网上相应节点发送到被控子系统。6台操作员站：用于监控各个子系统的工况、设备的状态、控制个设备运行。1台工程师站：工程师站负责全部控制系统的组态和维护，工程师站由经过专门培训过的工程师操作。1台WEB服务器：负责把信息传送到矿局域网。1.4.2软件今后随着煤矿开采，综合自动化系统不断升级的需求，根据煤矿使用的实际情况，上位机软件使用

29、西门子的组态软件WinCC。WinCC介绍西门子监控系统WinCC，是基于WINNT和WINDOWS 2000操作平台的监控系统，具有友好的用户界面，是一种开放的系统。它不仅对现有的西门子控制器全兼容，对许多厂家生产的控制系统，也能作到无需驱动的接入。WinCC，具有图形、曲线、报警、报表、动态表格、数据管理等功能，C接口为熟悉C语言的用户开辟很大的发挥空间。通过与ActiveX单元的连接，功能扩展不受限制。可简单接入PROFIBUS网和工业以太网。WinCC是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术与微软公司在共同开发的居于世界领先地位的工控软件。WinCC即WINDOWS_CONTROL_C

30、ENTER（视窗控制中心）。WinCC是一个强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单的过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用，最多可管理64K个外部标签。在任何情况下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口，使操作员能够清晰地管理和优化生产过程。WinCC拥有先进人机界面产品的所有功能，其集成的功能已包括：v 图形系统用于自由地组态画面，并完全通过图形对象进行操作，图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态。v 报警信息系统记录和存储事件并予以显示，可自由选择信息分类、信息显示和报表，操作非常简便。v 变量存档接收、记录和压缩测量值，用于曲线和图表显示及进一步的编辑功能。v 报

31、表系统用户自由选择一定的报表格式，按时间顺序或事件触发来对信息操作、当前文档数据进行用户报表输出。v 数据处理对图形对象的动作使用C语言及C编译器进行编辑。v 标准接口通过ODBC和SQL访问用于组态和过程数据的SYBASE数据库。v 应用程序接口允许用户编写可用于扩展WinCC基本功能的标准应用程序。WinCC的组态及归档数据存放在关系型数据库中，数据可用标准工具如ODBC和SQL等读出。很多标准的应用如Microsoft Excel等可以和WinCC并行运行，同时可通过DDE装载过程数据。操作员站软件允许通用的OCX、ActiveX链接。更进一步，集成的OPC(OLE_for_proces

32、s_control)服务器使得过程数据可由其它应用程序(OPC客户机)访问。 v 显示l 操作站（WinCC）可提供多种窗口显示。l WinCC为用户提供了丰富的图形和仪表符号图库，用户还可以建立自定义的新图库，新建的图库可以被存储和检索。l WinCC采用多层显示结构，显示的层数可根据工艺过程和运行要求来确定，这种多层显示可使运行人员方便地翻页，以获得操作所必需地细节和对特定的工况进行分析。多层显示包括总貌显示（区级显示）、成组显示和回路显示。v WinCC图形对象包括：l 标准化和图型化的对象l 按钮和滑块 l 检查框和复选框 l 应用和图形窗口 l OLE对象 l ActiveX控制 l

33、 I/O域 l 文字列表 l 状态显示 l 组显示v 报警PCS_7过程控制系统的报警信号发出功能支持操作员对偶然发生的事件进行处理，这些事件是产生在过程或I_&_C中的，正常的，不常发生的或不希望发生的状态，这些事件在发生时将报告给操作员。除了这些事件，操作员的介入也完全加入到当前报警列表和档案中。SIMATIC WinCC不仅捕捉过程消息和本地事件，而且将这些内容存入瞬时或连续的档案库中，并在需要时有选择地提取它们以供使用通过声音、影像序列或直接由报警转移到相关的过程画面。这样可以避免危急情况、缩短危急时间或减少危急造成的影响。 由于有自由定义的特性，消息结构可以根据您的设备的特殊

34、要求而设定。通过划分最多16个消息等级，既可以做简单的故障和状态报文，也可以为几个设备区域分别做警报、警告、故障和错误报文。 v 消息可从三个途径得到： l 单独的“位”消息 l 来自自动化系统的顺序报文 l 模拟量超限报警消息可单独确认，也可以整个系统统一确认并传输到自动化系统中。v 报表(记录)和存储WinCC提供了一套集成的报表系统，数据库里的所有过程点都可以打印输出。它可以将在过程中录入的数据按以下方式输出，输出的页面格式是自由的，用户自定义的。l 信息顺序记录l 信息归档报表l 操作者记录报表l 系统信息报表l 用户报表l 硬拷贝除了打印到打印纸，还可以打印输出到文件及在屏幕上打印预

35、览。可以定义打印任务按小时、天、星期及月报表形式循环输出。报表输出可由以下情况触发：按时间顺序触发、事件触发、操作者触发。l 信息顺序记录可以将输入的信息立即打印输出到预先定义好的打印机上，逐行打印。l 信息存档可以分成短期存档和长期存档。短期存档最多可存储10000条信息，以环形档案库的方式储存在内存或硬盘中。用户可以通过一些选择条件规定哪些特定的信息需要归档。短期档案库为一个环形的缓存区，新来的信息总是首先覆盖最老的信息。长期存档用作短期存档的延续，通常被置于硬盘或软盘上，可设计成环形档案库或连续档案库。长期存档只受磁盘空间大小的限制。用户可以调出和返回存档，系统会发出信息来通知用户磁盘还

36、有多少可用空间，使得用户可以及时作出反应。v WinCC趋势归档过程数据、内部变量数据和任何应用中产生数据的或手输数据可以被周期性地或以某个具体受控方式收集和记录下来。 也可以形成以下几种数据： l 平均值 l 总值 l 最低和最高峰值 l 自由公式的计算值 结果被储存在一个固定存储介质中，存储间隔可以在毫秒和一年之间任意设定。 如果要求特别快速的存储，那么这些数据还可以在主存储器中的循环缓冲器中处理，在屏幕上以画面和表格方式显示，或打印在生产报表中。v C语言接口WinCC提供集成的标准C语言编程环境，任何用户程序都可以同时与WinCC一起运行，并且可以使用WinCC的数据库和WinCC的内

37、部函数。利用这种方法，WinCC可以解决任何性能计算问题。v 锁定工艺过程、档案库和系统以防没有权限的存取，比如 l 改变设定值 l 选择图形画面 l 在运行状态下进入开发组态。可对操作员提供1000不同的存贮级别，由口令和用户名确定。在本次改造中，可以设定各级操作权限密码，以便可以实现各子站可以操作其他子站设备的功能，同时增加各种权限密码可以防止越权操作。其他西门子系统编程、及通信软件在系统设计时一并考虑。其中软件开发平台主要有：STEP7 V5.2编程软件，完成上位机监控组态，和对控制器编程；以及操作系统软件、编程软件、数据库等。根据实际使用的需要，用ActivX,ASP等技术开发管理层信

38、息化应用。这包括B/S应用，分布式数据库等。1.4.3调度指挥控制中心功能及作用1、冗余功能采用双服务器实现双机热备用，当其中一台计算机出现故障时，可自动切换到另一台计算机，以防止数据丢失或控制失控。2、系统容量系统输入/输出点位能够满足可采集无限个监控点；巡检周期符合行业规定。3、显示功能能实时显示各胶带机、通风机、泵房、变电所等相关设施及所有信息状况，并能方便地进行多画面切换；当被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后发出语音、文字告警提示。4、控制功能具有远程启动、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。5、故障自诊断功能可准确判断故障类型

39、、位置并能进行图像和语音提示以及打印输出。6、打印功能能实时或按时间段打印胶带机、通风机、泵房、变电所等相关设备的运行参数(如运行时间、电机电流等)和运行状态(如开停状态、故障类型、故障发生时间等)。 7、数据统计、汇总对数据进行综合处理，满足报表统计、曲线图、柱状图显示并能打印输出。8、网络功能与其它集控系统(如：管理系统)组成网络并纳入全矿计算机局域网，供矿调度室、矿领导及有关部门随时掌握井上、井下各系统工作情况。9、掉电保护为防止系统突然断电造成系统数据的丢失以及控制失控，采用UPS供电，保证系统不断运行。UPS能够为系统提供6小时的连续供电要求。2主运输三遥2.1系统概述XX煤矿煤矿主

40、运输系统由工作面顺槽皮带机、井下甲带给料机、主斜井皮带机和上落煤塔皮带机组成，皮带机均采用CST软启动控制系统和皮带保护系统。主斜井皮带机驱动机房设于主斜井井口，上落煤塔皮带机驱动机房设于上落煤塔皮带机中部。主要受控对象见表1-1、监控点位见表1-2，保护点位见表1-3。控 制 对 象 表 表1-1序号设备名称长度（米）功率(KW)速度(M/S)电压等级启动方式控制方式1主井胶带输送机16833x16004.510KVCST软起动远控2上仓胶带输送机2632X3154.510KVCST软起动远控3顺槽胶带输送机25003X6303.1510KVCST软启动远控4井下甲带给料机1140V远控监

41、控 点 位 表表1-2序号设备名称起停返回电流断相漏电复位闭锁DODIAIDIDIDODI1主井胶带输送机21333112上仓胶带输送机21222113顺槽皮带输送机21333114井下甲带给料机21保 护 点 位 表表1-3序号设备名称堆煤洒水跑偏低速烟雾急停煤位DIDIDIDIDIDIAI1主井胶带输送机1161122上仓胶带输送机1211113顺槽皮带输送机22122244井下甲带给料机每条胶带分别设置一套控制装置，在本方案中采用SIEMENS S7-300系列PLC，加装OLM链接模块接入到PROFIBUS网。按照具体位置分别为：落煤塔控制分站、主井驱动机房控制分站、顺槽控制分站。2.

42、2方案设计2.2.1系统构成和系统图胶带机电控系统主要由胶带机控制分站、操作屏以及安全保护等设备组成。1、胶带机控制分站三个控制分站：主井驱动机房控制分站、落煤塔控制分站在地面可用一般的控制装置；顺槽控制分站采用KJD15矿用隔爆兼本安型控制器。控制分站完成整个系统的数据采集、设备控制、信息传输及网络通讯。v 装置有各种继电器转换板、中间继电器、接触器、输入/输出隔离板等，用于信号的转换，输入信号的隔离、放大及输出控制外围设备等。对于本安型控制器还具有本安电源模块、本安/非本安隔离板等，用于本安/非本安信号的转换。v 控制分站的控制核心器件是可编程序控制器，采用SIEMENS公司的S7-300

43、控制器，用于集控、就地、检修工作方式下，程序控制胶带机。PLC有通讯接口模块，可接入PROFIBUS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。2、操作屏操作屏由液晶显示器和操作箱组成，对胶带机实施控制操作和监视胶带的运行工况。顺槽控制分站采用的操作屏为本质安全型。v 操作屏可以就地监视电动机电流、胶带机速度、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胶带机的正常运行工况和各种故障状态。v 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胶带机。3、安全保护安全保护系统具有胶带机打滑、堆煤、满仓、煤位、超温洒水、烟雾、温度、沿线急停

44、、跑偏、断带、撕裂和语音系统等多种保护和装置。v 智能跑偏/拉线保护：对胶带机运行当中的跑偏故障进行保护和沿线出现紧急情况时进行紧急停车。由于选用的智能跑偏/拉线开关，在操纵台上可以监视到智能跑偏/拉线开关的动作位置，以便及时发现故障地点，进行处理，恢复生产。v 堆煤保护：监测上煤点是否堵塞，出现故障能控制胶带机紧急停车。v 烟雾保护：监测驱动部因机械摩擦产生的烟雾，并能提供信号控制胶带机紧急停车。v 超温洒水保护：对驱动部发生火灾进行停车，洒水保护。v 打滑保护：胶带机上安装测速传感器，连续监测胶带机的速度，并提供打滑保护信号。v 煤位监测：通过监测传感器可以连续监测煤仓的煤位信号。v 温度

45、保护：通过设置在电机上的温度传感器可以连续监测电机温度，并提供温度超限报警。v 断带保护：通过断带保护传感器监测胶带是否断裂，并能提供信号控制胶带机紧急停车。v 撕裂保护：通过纵撕保护传感器监测胶带是否纵向撕裂，并能提供信号控制胶带机紧急停车。v 胶带机语音电话系统：在胶带机沿线单独设有一路电话系统进行通话联络。图2.2.1 XX煤矿煤矿胶带机集中控制示意图2.2.2落煤塔控制分站落煤塔控制系统由落煤塔控制分站、操作屏以及安全保护等设备组成，落煤塔控制分站设在地面可用一般的控制装置。安全保护装置的具体设置如下：v 拉线保护3个（100米1个）；v 跑偏保护3组（机头、机尾、中间各1组）；v 烟

46、雾保护2个；v 超温洒水装置1套；v 打滑保护1套；v 温度保护4套（每个电机2套）；v 断带保护1套；v 撕裂保护1套；v 语音电话3套（100米1套）；v 煤位监测1套。另外磁窑堡二矿至落煤塔胶带机上安装的电子皮带秤信号通过串行通信传输到落煤塔控制分站，通过落煤塔控制分站把煤流计量信息传送到调度控制中心。2.2.3主井驱动机房控制分站主井胶带输送机分站位于主井驱动机房，采用一般的控制装置。该分站同时对主井驱动机房变电所内的高低压进线柜及馈电柜进行控制，对电压、电流、功率、功率因数、电量等参数进行采集，实现高低压进线遥控自投互锁、高压馈电线路遥控功能，完成状态参数采集与分析，区分各种故障类型

47、，如过流、速断、跳闸回路断线等。并将数据通过PROFIBUS网上传，供指挥中心监控终端显示实时数据及绘制历史曲线图表，并由监控报警机提示及打印故障信息，以利于生产指挥人员准确及时地掌握第一手资料，正确地指挥生产，及时地排除故障，消除事故隐患。开关柜的保护、测控单元采用南瑞中德的NSP788，每个开关柜分别安装1台NSP788。可以节省大量的二次电缆和施工工作量，以及主控室的占地面积，并使安装调试及维护非常方便，可靠性大大提高。NSP788所监控的信息通过主井驱动机房控制分站传送到调度控制中心，实现无人值守。NSP788的功能与技术指标v 交流采样：3个电压，4个电流（保护），2个电流（监控）v

48、 互感器输入，电流/频率：5A/50Hz；电压：100V/57.7Vv 额定辅助电压： 220V/110V DCv 测量误差：电流，电压：0.5%v 12个开关量输入v 4个单命令输出v 电流速断保护v 两段时限过流保护v 反时限过流保护v 三相一次重合闸v 小电流接地选线v 跳合闸操作回路v RS-485通信由于主井胶带运输机把煤炭从井下传输上来，主井胶带机控制分站应提供本安电源，供井下胶带沿线的传感器使用。在主井胶带输送机机尾设置一台远程分站，控制给煤机运行、采集给煤机的工况状态以及机尾的各种保护信息。安全保护装置的具体设置如下：v 拉线保护17个（100米1个）；v 跑偏保护3组（机头、

49、机尾、中间各1组）；v 烟雾保护2个（机头、机尾各1个）；v 超温洒水装置1套；v 打滑保护1套；v 温度保护6套（每个电机2套）；v 断带保护1套；v 撕裂保护1套；v 语音电话17套（100米1套）；v 堆煤保护1套。另外在主井驱动机房至落煤塔胶带机机架上安装的电子皮带秤信号通过串行通信传输到主井驱动机房控制分站，通过主井驱动机房控制分站把煤流计量信息传送到调度控制中心。2.2.4顺槽控制分站顺槽控制分站采用KJD15矿用隔爆兼本安型控制器，采用本质安全型操作屏。安全保护装置的具体设置如下：v 拉线保护25个（100米1个）；v 跑偏保护3组（机头、机尾、中间各1组）；v 烟雾保护2个（机

50、头、机尾各1个）；v 超温洒水装置1套；v 打滑保护1套；v 温度保护6套（每个电机2套）；v 断带保护1套；v 撕裂保护1套；v 语音电话25套（100米1套）；v 煤位监测1套；v 堆煤保护1套。2.3主要功能及特点电控系统采用PLC作为控制核心，性能可靠，易于扩展，方便维护。具体功能如下：2.3.1显示功能能实时显示各胶带机相关设施及所有信号状况，如皮带电机电流，滚筒温度，煤仓煤位并能方便地进行多画面切换；当被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后出语音、文字告警提示。1、工况图显示(图1-2)工况图动态显示整个系统所有胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况，以及主要保护、煤炭产量及有关参

51、数信息。2、信息图显示(图1-3)实时显示各胶带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。如胶带机开停状态、检修状态及运行速度，拖动电机电压、电流、开关时间、停机时间等参数。3、故障及保护显示(图1-4)同时实时显示胶带机和各种保护传感器的工作状态，显示胶带机的故障类型，分站之间通信是否正常。4、历史查询(图1-5)电机电流、电机温度、带速、产量和瞬时流量历史趋势图查看、相关数据报表显示和历史数据查询。2.3.2控制功能实现对皮带的具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式转换、振动给煤机点动操作等功能控制。具有同煤流方向相互闭锁功能，实现逆煤流开，顺煤流停

52、。1、启动启动条件具备时，接收到启动命令即可开启胶带。v 启动条件：l 各种保护都处于正常状态；l 胶带机相关设备状态满足开机条件；l 煤仓煤位正常，且符合开机条件。v 启动命令l 就地控制模式为就地启动按钮；l 远程控制模式通过地面计算机启动按键；l 自动控制命令。在自动控制模式下，以主煤流系统各设备、设施正常，各种保护正常，其他相关信号满足启动要求为条件，由地面主控机直接按程序发出启动指令。2、停止分为自动停止、手动停止和故障停止三种方式。v 故障停车当出现故障时，保护动作（立即或延时停）。如：堆煤、跑偏等各种保护任一种动作都要停胶带机。为防止造成胶带机上堆煤，当煤仓煤位需停胶带机时，按从

53、里到外顺序延时停机。具体高煤位与满煤位高差多少、T为多长时间，通过实际运行进行现场调整。v 人工停车就地按停止按钮或远程操作停止按钮时，停止胶带机运行。随后相关胶带机或设备停止运行。根据实际需要实现分块连控，既将整个主煤流系统分为三个独立控制部分，各连控块之间分别独立控制运行。2.3.3 故障自诊断功能 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。2.3.4保护功能系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超温洒水，烟雾，滚筒超温，沿线急停和跑偏等多种保护。3井下排水三遥系统3.1系统概述XX煤矿煤矿井下水由设于副斜井井底的主排水泵房水泵和敷设于副斜井井筒内的排水筒路，以及地面管

54、路，排至设在矿井工业场地内的井下水处理水池内。 主排水泵房设于副斜井井底车场硐室内，泵房按3台水泵2趟排水管路布置。选用DM28043×8型多极离心水泵3台，正常涌水量时1台工作，1台备用，一台检修；最大涌水量时2台同时工作。3.2方案设计和系统图在XX煤矿煤矿井下排水三遥系统设计中以S7-300为主站，对水泵的数据进行采集，在操作屏上显示各台水泵的状态参数并对各水泵进行集中控制。主控站通过OLM接入井下PROFIBUS光纤环网实现与地面控制中心的通讯，从而实现“三遥”功能。本系统由控制柜、操作屏、声光报警系统等组成，控制柜采用S7-300 PLC，其主要功能如下：v 完成3台水泵系

55、统的流量、转速、压力以及各控制阀的状态、水泵电机的电流、电压、频率、温度等数据采集；v 在操作屏上控制各台水泵的起停和显示各台水泵系统设备状态；v 可以根据涌水量以及涌水的速度自动控制各台水泵的起停；v 发出故障声光报警；v 将采集的各种数据通过网络传输到上位监控计算机，以及接受上位监控计算机发出的操作指令并执行，并且能够通过上位监控计算机修改泵房监控系统的参数或程序（有权限限制）。泵房系统监控图如下所示：图3.2 XX煤矿煤矿泵房系统监控图3.3操作过程单台水泵自动启动的过程为：启动抽真空系统、检测真空度、启泵、检测水泵出水口压力、打开水泵出水口电动阀。停机过程则为先关水泵出口电动阀 ,后通

56、过启动柜停止水泵。3.3.1运行前状态检测开泵前必须检查待开水泵的高压柜、直流柜、直流接触器柜、低压柜及电机综保的供电是否正常。待开水泵的各种显示是否正常，水仓水位显示是否正常，且应无故障显示。3.3.2启动系统根据水仓水位、速度的情况启动水泵，井下泵房排水泵的启动方式有三种：1、自动v 将工作方式选择开关打在“自动”位置；v 当水仓水位高于上限水位时，计算机将自动选定排水管路、射流管路和待开水泵，按照所设定的运行程序，自动启动待开水泵。2、半自动v 工作方式选择开关打在“半自动”位置；v 选定排水管路；v 选定待开水泵，并确定射流管路；v 按下待开水泵的启动按纽，计算机将按照所设定的运行程序

57、，自动启动待开水泵。3、手动v 工作方式选择开关打在“检修”位置；v 选定排水管路，打开管路闸阀；v 选定待开水泵，并确定射流管路；v 开启射流；v 观察真空表，确认泵体内已充水(否则不能进行下一步操作)；v 启动电机；v 打开所启动水泵的出水口电动闸阀，并观察电机、水泵运转情况是否正常；v 关闭射流。3.3.3运行1、水泵在运行期间，应经常进行以下观测，发现问题及时采取措施：v 电压不得超过额定值的正负5，电流不得超过额定值；v 观察压力、真空和流量指示的变化情况；v 观察模拟量的显示和水仓水位的变化情况；v 电机和水泵有无异状；v 检查进、出水管路，泵体、闸门、盘根密封等有无漏水现象。2、

58、水泵在运行期间出现下列情况之一时，应紧急停泵：v 水泵不上水；v 水泵或电机有异状；v 电机或电气设备冒火和冒烟；v 泵体严重漏水；v 平衡水失常；3.3.4正常停泵与启动相对应，正常停泵方式也有三种：1、自动：水泵在“自动”工作方式下运行，当水仓水位低于下限水位时，计算机将按照所设定的停泵程序自动停止运行水泵。2、 半自动：水泵在“半自动”工作方式下运行，需要停泵时，司机应按下“停止”按钮，计算机也将按照所设定的停泵程序自动停止运行水泵。3、水泵在“检修”工作方式下运行，需要停泵时，司机应按照下列顺序操作：v 关闭出水管路电动闸阀；v 关闭水泵出水口电动闸阀，严禁阀门在开通位置停机；v 待阀

59、门关闭到位后，停电动机。3.3.5故障停泵1、水泵在“自动”和“半自动”工作方式下运行，当发生故障时，计算机将按照所设定的停泵程序自动停止运行水泵。2、水泵在“检修”工作方式下运行，当发生故障需要停泵时，应按下列顺序操作：v 同时关闭管路和水泵出水口的电动闸阀，严禁阀门在开通位置停机；v 待阀门关闭到位后，停电动机；v 不论水泵在哪一种工作方式下运行，当发生故障需要紧急停泵时，司机可按下“急停”按纽(带机械自锁)。3、故障停泵后，查明故障原因，立即向有关领导汇报。4、按下“故障复位”按纽，使系统恢复正常，为启动备用水泵做好准备。3.4系统功能在地面控制中心可以实现的具体功能如下：3.4.1显示

60、功能1、工况图动态显示井下泵房运行的工况，以及水流量的大小。2、故障及保护显示实时显示个水泵中各种保护传感器的工作状态，并对低电压、漏电、过电流、真空度、流量开关、定子温度、轴承温度、水位超限等故障类型进行诊断分析显示。3.4.2控制功能控制电动阀门的开合，以控制水泵的启动。根据实际情况进行就地/自动的转换。3.4.3灵活的报表把各种模拟数据如电流，温度做成报表的格式。供操作人员查询参考。4通风机三遥系统4.1概述通风是煤矿安全生产的重要措施之一，它是通过机械和自然的方法将矿井下的瓦斯、一氧化碳等混和气体抽出，同时鼓入新鲜的空气来保证生产。通风机是实现矿井正常通风的设备。XX煤矿煤矿主通风机设置在矿井工业场地内的一号回风斜井井口附近，安装两套BDII10（8）No25（LP）型隔爆对旋矿井轴流通风机，其中1套工作，1套备用。4.2方案设计4.2.1系统概述和系统图由于通风机的重要性，在本方案中采用一套S7-400H控制器。通风系统由监控系统，控制柜，励磁控制系统，通风机，润滑系统，冷却系统，风门系统，制动系统，盘机，叶片调整及各种监测的传感器信号等组成。结构如下图：润滑稀油站风门控制系统冷却系统叶片调整制动系统盘机励磁控制系统控制柜风 机 检 测 系 统 各种传感信号M 图4