数字化矿山初步设计方案

YY 矿业集团 XX 煤矿 数字化矿山初步设计方案 编写单位 北京普润创新科技有限公司 YY 矿业集团 XX 煤矿科技信息中心 二 九年二月十八日 机密资料 请勿外传 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 2 目 录 第一部分 总体概述 11 第一章 前言 11 1 1 数字化矿山的概念 11 1 2 煤矿的数字化 信息化 自动化 11 1 3 数字化矿山的标准化建设 13 1 4 数字化矿山的目标 15 1 5 数字化矿山建设的内容 15 1 6 数字化矿山总体架构及网络结构 17 第二章 企业概况 19 2 1 企业基本情况 19 2 2 计算机网络建设现状 20 2 3 企业信息化现状 20 第三章 数字化矿山建设的总体思路 21 3 1 系统建设内容及目标 21 3 2 系统建设思路 22 3 3 系统建设保障措施 23 第二部分 总体设计 25 第一章 设计依据 25 第二章 设计原则 25 第三章 系统特点 27 第四章 系统体系架构 28 第五章 应用功能结构 29 第三部分 综合信息网络平台 32 第一章 概述 32 第二章 井上信息网络建设 32 第三章 井下工业以太环网建设 32 3 1 煤矿监控系统通讯现状 32 3 2 通讯系统总体目标 33 3 3 工业以太网的技术优势 34 3 4 冗余环网工作原理 34 3 5 网络构成 35 第四部分 企业管理信息化平台 38 第一章 系统架构设计 38 1 1 应用系统架构设计 38 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 3 1 3 1 多层应用体系结构 38 1 3 2 统一企业应用门户 40 1 3 3 统一数据中心平台 40 1 2 应用系统开发技术体系 42 1 3 数据库体系结构设计 42 1 3 1 数据库体系结构 42 1 3 2 数据库管理方案设计 43 1 4 编码体系建设 45 1 4 1 信息分类 45 1 4 2 编码体系的特点 45 1 4 3 编码设计原则 46 第二章 应用系统总体设计 47 第三章 应用系统功能设计 48 3 1 功能整体结构 48 3 2 企业信息门户平台 48 3 2 1 门户建设的指导思想 48 3 2 2 门户的概念 48 3 2 3 门户的目标 49 3 2 4 门户的功能 49 3 2 5 门户的规划 49 3 2 5 1 企业门户体系结构 50 3 2 5 2 单位平台数据流程 51 3 2 5 3 栏目内容结构 51 3 2 5 4 门户风格 52 3 2 6 SSO 统一登陆 52 3 3 办公自动化系统 53 3 3 1 功能结构 53 3 3 2 个人办公系统 54 3 3 2 1 功能结构 54 3 3 2 2 日程安排 54 3 3 2 3 通讯录 57 3 3 2 4 个人事务办公 58 3 3 2 5 个人文档柜 59 3 3 2 6 个人电子邮件 59 3 3 2 7 个人即时消息与短信平台 60 3 3 2 8 个人授权 61 3 3 2 9 个人配置 61 3 3 3 领导办公系统 62 3 3 3 1 统计分析 62 3 3 3 2 实时监测 63 3 3 4 协作与交流系统 63 3 3 4 1 即时消息系统 63 3 3 4 2 通知提示 64 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 4 3 3 4 3 企业手机短信平台 65 3 3 4 4 电子邮件系统 66 3 3 5 知识管理系统 67 3 3 5 1 知识共享平台 68 3 3 5 2 知识中心 71 3 3 6 信息服务系统 72 3 3 6 1 信息发布平台 72 3 3 6 2 功能结构 73 3 3 6 3 信息采编 74 3 3 6 4 电子刊物 74 3 3 6 5 职工园地 75 3 3 6 6 动态信息 77 3 3 7 行政办公系统 79 3 3 7 1 公文管理 79 3 3 7 2 会议管理 79 3 3 7 3 公共信息管理 80 3 3 7 4 档案管理 81 3 3 7 5 办公事务管理 82 3 3 7 6 差旅管理 82 3 3 7 7 车辆管理 82 3 3 8 其他业务办公系统 83 3 4 安全监管系统 83 3 4 1 安全监管业务需求分析 83 3 4 2 系统功能概述 84 3 4 3 安全监察日常工作 84 3 4 4 安全台账 85 3 4 5 隐患管理 86 3 4 6 安全监管 87 3 4 7 实时监测 87 3 4 8 安全状况分析 88 3 4 9 应急救援 89 3 5 生产调度管理系统 91 3 5 1 生产调度业务需求 91 3 5 2 我的调度台 92 3 5 3 调度管理 92 3 5 4 实时监测 92 3 5 5 安全管理 93 3 5 6 应急指挥 93 3 5 7 规程资料 93 3 5 8 生产状况分析 93 3 5 9 安全状况分析 94 3 6 矿井通防管理系统 95 3 6 1 通风管理 95 3 6 2 瓦斯管理 96 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 5 3 6 3 防尘管理 97 3 6 4 防灭火管理 98 3 7 生产技术管理系统 99 3 7 1 功能概述 99 3 7 2 矿井地质管理 100 3 7 3 矿井测量管理 101 3 7 4 矿井储量管理 101 3 7 5 防治水管理 102 3 7 6 采掘管理 103 3 7 7 生产计划和接替计划管理 103 3 7 8 矿压和顶板管理 105 3 7 9 标准化管理 105 3 7 10 生产技术资料管理 105 3 7 11 技术生产成本管理 106 3 7 12 作业规程管理 106 3 7 13 技术培训管理 106 3 7 14 矿井成图系统 106 3 7 15 计算机辅助设计 107 3 8 机电设备管理系统 107 3 8 1 功能结构 109 3 8 2 设备档案 110 3 8 3 日常运转 111 3 8 4 设备变动 112 3 8 5 设备分析 113 3 8 6 大型设备 114 3 8 7 机电技术 114 3 8 8 电气检测 114 3 8 9 运输管理 115 3 8 10 供电管理 115 3 8 11 机电自动化 115 3 9 成本目标管理系统 115 3 10 质量管理系统 116 3 10 1 煤质管理 116 3 10 2 质量标准化管理 116 3 11 物资管理系统 117 3 12 煤炭运销管理系统 117 3 13 工程项目管理系统 118 3 14 招标与合同管理系统 118 3 14 1 招标管理 118 3 14 2 合同管理 119 3 15 人力资源管理系统 120 3 15 1 功能结构描述 120 3 15 2 基础信息管理 121 3 15 3 职称管理 122 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 6 3 15 4 人事管理 122 3 15 5 考勤管理 123 3 15 6 福利薪酬管理 123 3 15 7 绩效考核管理 123 3 15 8 培训管理 124 3 15 9 劳保管理 124 3 15 10 信息发布 124 3 15 11 综合查询与统计分析 124 3 15 12 人力资源规划 124 3 16 辅助决策支持系统 125 3 16 1 概述 125 3 16 2 决策说明 126 3 17 矿井生产 GIS 应用系统 127 第四章 企业应用系统集成方案 129 4 1 企业应用系统集成的需求分析 129 4 2 企业应用集成概述 130 4 3 企业应用集成方案 133 4 3 1 企业应用集成门户框架 133 4 3 2 企业应用门户 135 4 3 3 企业数据集成平台 136 第五章 系统安全与管理设计 139 5 1 敏感数据的安全性设计 139 5 1 1 敏感性数据的定义 139 5 1 2 数据库管理员安全性设计 139 5 2 加密技术 140 5 2 1 数据加密 140 5 2 2 数字签名 141 5 2 3 密钥管理 141 5 3 网络加密传送与认证 141 5 4 证书认证与授权技术 142 5 5 系统管理与维护 143 5 5 1 系统数据的上下传递 143 5 5 2 系统数据的导入与导出 143 5 5 3 通用基础数据库的维护与管理 143 5 5 4 授权管理与工作流程控制 144 5 5 5 网络资源管理 144 5 5 6 操作日志 144 第六章 关键技术 144 6 1 企业应用门户技术 144 6 2 企业数据集成技术 145 6 3 办公自动化技术 146 6 4 工作流技术 146 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 7 6 5 动态信息发布技术 146 6 6 电子表单技术 147 6 7 报表工具软件 147 6 8 智能化决策及可视化表现 147 6 9 WEBGIS 技术 148 6 10 元数据管理技术 148 6 11 应用中间件技术 148 第五部分 矿井综合自动化平台 150 第一章 方案概述 150 1 1 概述 150 1 2 系统目标 151 1 3 系统功能 151 1 4 实时千兆工业以太网 152 1 5 自系统接入方式 152 1 6 综合监测监控系统 153 第二章 现状与需求分析 154 2 1 生产过程自动化子系统构成 155 2 2 工程简介及进展 155 第三章 生产过程自动化平台建设 156 3 1 工作面生产监测 156 3 1 1 概述 156 3 1 2 功能特点 157 3 1 3 系统设计 158 3 1 3 1 综采工作面供电系统 158 3 1 3 2 采煤机控制系统 158 3 1 3 3 泵站控制系统 159 3 1 3 4 液压支架控制系统 159 3 1 3 5 综采工作面三机通讯控制系统 160 3 1 3 6 顺槽胶带机通信控制系统 160 3 1 3 7 综合自动化系统实现如下监测功能 161 3 2 选煤洗煤远程控制系统 163 3 2 1 概述 163 3 2 2 系统设计 163 3 3 通风机监控系统 165 3 3 1 概述 165 3 3 2 系统设计 165 3 4 井下皮带控制系统 168 3 4 1 概述 168 3 4 2 系统设计 168 3 5 地面煤流监控系统 172 3 6 矿井主排水控制系统 173 3 6 1 概述 173 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 8 3 6 2 系统设计 173 3 7 压风机监控系统 176 3 7 1 概述 176 3 7 2 系统设计 176 3 8 提升机监控系统 178 3 8 1 概述 178 3 8 2 系统设计 178 3 9 调度通讯指挥系统 181 3 9 1 概述 181 3 9 2 系统设计 181 3 10 供电系统远程监控 182 3 10 1 概述 182 3 10 2 系统设计 182 第四章 设备综合监控系统集成 185 4 1 方案概述 185 4 2 综合监控系统通信接口 186 4 2 1 综合监控子系统接口要求 186 4 2 2 综合监控系统接口接入方案 186 4 3 技术选型 187 4 3 1 功能区划分及通信接口方式 187 4 3 2 I O 服务器 187 4 3 3 监控工作站 188 4 3 4 维护工程师站 188 4 4 各子系统自动化控制建设及接入 188 第五章 全矿井综合自动化集控系统 软件平台 190 5 1 概述 190 5 2 系统架构 190 5 3 平台软件介绍 191 5 3 1 组态软件 191 5 3 2 实时数据库 193 5 4 综合自动化软件平台基本职能 198 5 4 1 区域生产作业环境评估 198 5 4 2 应急预案提示 198 5 4 3 在线生产设备状态监视 198 5 4 4 通风管理 198 5 5 综合自动化平台功能设计 199 5 5 1 系统最基本的功能 199 5 5 1 1 信息的综合功能 199 5 5 1 2 WEB 浏览功能 199 5 5 1 3 数据系统分级管理 199 5 5 1 4 实时报警故障记录 199 5 5 1 5 完整的事件记录 199 5 5 1 6 扩展功能 200 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 9 5 5 1 7 系统安全性 200 5 5 2 系统平台使用最主要的功能 200 5 5 2 1 故障报警分析统计 200 5 5 2 2 综合查询 200 5 5 2 3 系统总图 201 5 5 2 4 煤流监测 201 5 5 2 5 历史曲线 201 5 5 2 6 故障报警分析 201 第六部分 安全生产环境监测数字化平台 202 第一章 安全监测数字化平台现状及需求 202 1 1 安全监测数字化平台系统组成 202 1 2 各系统简介及进行情况 202 第二章 安全生产环境监测平台的系统集成 203 1 3 煤矿安全监测系统的集成 203 1 4 其他监测系统的集成 203 1 5 安全监测环境监测软平台组成 203 第七部分 集控中心建设方案 204 第一章 集中控制中心需求 204 第二章 集中控制中心方案设计 205 2 1 中心软件平台设计 205 2 2 综合自动化平台计算机系统设计 205 第八部分 数据中心建设方案 206 第一章 概述 206 第二章 企业数据中心建设的目标 206 第三章 信息安全和业务连续 207 第四章 SAN 存储网络解决方案 210 4 1 方案概述及拓扑结构 210 4 2 设备配置 211 4 3 方案技术优势 212 第九部分 调度指挥中心建设 212 第一章 调度指挥中心建设的总体目标 216 第二章 调度中心工业大屏显示系统 216 第三章 工业视频监控 218 第四章 LED 大屏显示系统 218 第十部分 整体实施方案 220 第一章 实施原则 220 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 10 第二章 实施条件 220 第三章 分期实施 221 第四章 机构与人员规划建议 223 第十一部分 整体投资预算 224 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 11 第一部分 总体概述 第一章 前言 1 1 数字化矿山的概念 由于计算机技术 微电子技术 信息技术和网络技术的迅速发展 20 世纪 90 年代美国首先提出数字地球的概念 随后这个概念被许多人引用 提出数字 中国 数字城市 数字政府等等 由于数字地球主要是从地理信息系统出发 因此 我国从事煤矿地理信息系统的科技工作者提出数字化矿井 甚至是数字化 矿山的概念 其实质分为 一个层次是将数字矿山中的固有信息 即与空间位置 直接有关的相固定的信息 如地面地形 井下地质 开采方案 已完成的井下 工程等 数字化 按三维坐标组织起来一个数字矿山 全面 详尽地刻画矿山 及矿体 另一个层次是在此基础上再嵌入所有相关信息 即空间位置间接有关的 相对变动的信息 如储量 安全 机电 人事 生产 技术 营销等 组成一个 意义更加广泛的 多维的数字矿山 后一个层次才是真正的数字矿山 1 2 煤矿的数字化 信息化 自动化 自从提出利用高新技术改造传统产业以来 利用信息技术改造传统的煤炭 工业 已受到煤炭企业各级领导的高度重视 同时 煤炭行业的快速发展促进 了煤炭行业各类新技术的研究和应用 尤其是针对高产高效的现代化矿井的建 设理论和设计理念都比以前有了根本性的变化 目前许多煤炭企业都在实施信 息化的建设和改造 或者在建设信息化矿井 有的煤炭企业已经提出建设数字 矿山的设想 而目前我国最先进的神东矿区和兖州矿区也正在按照这一思路在实 施矿井综合自动化 管控一体化 自动化矿井 信息化矿井和数字矿井 山 都是矿井发展的方向 而这三者 是什么关系 又有什么不同 这三者在本质上没有区别 而是从不同角度提出 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 12 煤炭企业今后发展的方向 三者之间信息化是实质 数字化是表达形式 自动 化是基础和目的 所有的高产高效的现代化矿井其核心是信息 即各种信息的采 集 传输 应用和反馈的闭环过程 随着计算机技术 网络技术的发展 所有 的信息都将以数字 化 的方式表现出来 其应用的最终价值将体现在矿井安全 生产自动化 管控一体化 上 体现在企业的减人增效 保障安全上 信息化是现代化矿井的实质 现代化矿井实质上是依赖对矿井地理 生产 安全 设备 管理和市场等方面的信息进行采集 传输 处理 应用和提升 达到信息增值的目的 其主要内容包括信息的采集 传感器与检测 信息的传 输 通信 信息的处理 计算机 信息的应用与集成 自动化 等等 信息是 未来煤矿企业的重要战略资源 拥有全面 完整 准确的信息是企业提高生产能 力 保证安全 提高管理水平 市场应变能力和竞争能力的重要保障 在这方面美国和澳大利亚的煤炭企业做出了榜样 自 20 世纪 80 年代以来 他们在工作面采用计算机 技术 控制的大功率电牵引采煤机 电液控制的液压 支架和具有软启动功能的刮板输送机 而在主煤流运输 矿井供电系统 通风 排水系统 矿井提升系统等方面 均采用计算机 技术 实现工况监测 故障诊 断与自动控制 对井下环境安全的各种信息进行实时监测 而这些生产 安全 地理和设备的信息通过网络 通信线路 实时传送到地面调度中心 使得煤矿的 安全 生产管理决策更便于优化 实现了电子生产 为减少设备及其零配件的 库存量 进一步降低吨煤成本 他们注重供应链的管理 大力推进以计算机 网络和数据库为基础的电子供应链 面对市场竞争日益严峻 他们转为以市场 的客户为中心 重视客户关系管理 实现自动配煤 满足用户对各种不同煤质 的需要 推动电子商务 先进采煤国的煤炭企业正向管控一体化和产供销一条 龙发展 实现企业信息化 数字化是信息的表达形式 而且是信息最高 最先进的表达形式 由于计 算机技术 微电子技术 尤其是网络技术的飞速发展 许多煤矿的地理信息 生产信息 安全信息 设备工况信息从采集 传感器 开始 就实现了数字化 网络化 传感器在采集信息的同时 它可以对信息进行处理 自校正等 不仅 使被采集的信息更准确 而且可以在一根总线上挂许多个传感器 使信息传输 系统更简便 而被采集的信息不会因传输距离和环境使精度受到影响 由于信 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 13 息是以数字的形式进行采集 处理 传输和应用 因此 生产 安全 管理 市场等信息可以在一个统一的平台上进行传输和交流 使所有的信息能得到更充 分的应用 使所采集到的信息得到更大的增值 自动化 管控一体化 则是现代化矿井的重要基础和目的 众所周知 自动 化是指机械设备或生产过程 煤矿包括环境安全 管理过程 DA BA 在没有 人的直接参与 经过自动检测 信息传输 信息处理 分析判断 操纵控制 实现所要达到的目标 信息化 数字化 的信息绝大部分来自于各种生产 工况 安全的自动检测装置 传感器 这些是信息化 数字化 的基础 反之 由于 实现了信息化 数字化 可以在地面对矿井的生产设备的工况进行监测和自动 控制 可以实时 连续监测各种地理 安全信息 大大减少井下作业的人数 这不仅可以提高效率 而且可以大大提高煤矿的安全水平 实现了管控一体化 之后 把生产 安全和管理有机地融合在一起 在管理层可以实时采集到许多生 产 安全的信息 也可以得到许多信息的变化趋势 为信息化或数字矿山奠定 基础 在此基础上 利用一些先进的控制理论 如人工智能 专家分析等 建立 煤矿安全生产所需的决策支持系统 实现矿井安全 生产和效益的多目标优化 和全矿井自动化 最终建成无人化矿井 1 3 数字化矿山的标准化建设 数字化矿山的标准化建设包括以下 4 方面内容 1 数字矿山数据标准化 2 数字矿山信息处理标准化 3 数字矿山系统构建标准化 4 数字矿山管理 标准化 1 数字矿山数据标准化是在对矿山的数据资源的属性特征进行分析的基础 上 研究数字矿山信息体系 信息分类编码 数据质量和控制等标准化的理论 方法 内容等 它包括 3 类标准 1 数字矿山信息指标体系标准 它是指一定范围内所有信息的标准按 其内在联系所组成的科学 有机的整体 具有目标性 集合性 可 分解性 相关性 适应性和整体性等特征 在管理层次和管理部们 众多的情况下 只有统一和规范指标体系 才能使各系统 各行业 和各个层次开发和实施的信息系统能够实现数据和信息的兼容与共 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 14 享 2 信息分类编码标准 信息分类编码是对一些常用的 重要的数据元 素进行分类和代码化 信息的分类与取值是否科学 合理直接关系 到信息处理 检索和传输的自动化水平与效率 信息代码是否规范 标准影响和决定了信息的交流与共享等性能 3 数据控制和质量标准 包括空间数据质量标准 空间数据质量控制 的内容 方法 质量评价过程的标准 旨在为数据生产者提供质量 控制的依据 以便生产出合格的空间数据 为用户提供质量评价的 方法和要求 以便对数据的应用价值做出客观的评价 2 数字矿山信息处理标准化是在数字矿山业务模型研究的基础上 引用和 建立信息系统开发 信息交换接口 空间数据转化等的规范和标准体系 它包 括制定下述标准规范 1 信息系统开发标准 主要指在系统开发中应遵守统一的系统设计规 范 程序开发规范和项目管理规范 2 信息交换接口标准 即对信息系统内部和信息系统之间各种软件和 硬件的接口与联系方式以及信息系统输人和输出的格式制定规范和 标准 包括网络的互联标准和通信协议 异种数据库的数据交换格 式 不同信息系统之间数据的转换方式等 3 空间数据转换格式标准 该标准应能使国内自主研制以及引进的主 要商品化 GIS 软件数据实现无损失的相互转换 3 数字矿山系统构建标准化就是要建立数字矿山系统平台的软硬件 网络 和数据库管理系统的标准体系 软件环境标准化包括数字矿山工程的软件环境 网络的结构和连接方式 系统的安全和保密等 硬件环境标准化包括数据的采 集 数字化 处理 输出 交换等硬件设施 数据库标准包括数据库命名 设 计 查询 联接等规范 要保证数字矿山工程为矿山的生产 科研 管理等众多部门提供有效的服 务 就必须对系统实行标准化管理 即在系统开发和建设过程中对系统内部的 各个技术环节提出相应的标准化原则和要求 制定并贯彻执行相应的各级标准 使得数字矿山的设计 开发和应用工作有一个共同的依据和约束 它的建设内 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 15 容包括制定下述标准规范 1 管理规定标准 数字矿山标准体系编写的基本规定 原则与方法 以及有关符号 代码 术语等的编写规定 2 方法标准 标准化的规则 以及数据元 文件格式和其它各类信息 的表示方法 规则 3 术语标准 数字矿山涉及各领域的专业术语 词汇 软件工程术语 的界定和规范 4 管理办法标准 数字矿山的标准管理办法 有关机构的职能等 1 4 数字化矿山的目标 数字化矿山的目标包括 1 应用计算机技术 网络技术 信息技术 控制技术 智能技术和煤矿 生产工艺技术 实现企业的经营 生产决策 安全生产管理和设备控制等信息 的有机集成 2 通过应用软件 实现经营管理科学化 生产计划 生产安全调度 生产 过程控制最优化 3 保证煤矿生产安全 提高产量和质量 提高企业经济效益和竞争能力 4 提高对客户多种要求的响应能力 数字矿井最终表现为矿井的高度信 息化 自动化 高效率 高安全和高效益 1 5 数字化矿山建设的内容 数字化的核心实质是信息化 其价值体现在综合自动化方面 因此 作为 数字化矿井的建设 需要从以下 7 个方面进行集成化考虑 以实现从矿井勘探 矿井规划设计 矿井建设 煤矿生产过程 矿井安全 矿山经营决策的数字化 信息化和自动化 1 矿产资源信息和矿山设计 矿井建设及开采过程的数字化 可视化 支撑技术为 GIS AutoCAD 虚拟现实及数据库等 2 煤矿生产过程监控 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 支撑技术为统一的通信传输网络 先进 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 16 的监测与控制技术 信息处理技术 数据库 专家系统等 3 各种检测仪器仪表 自动化设备在恶劣生产环境中的安全可靠应用与 设备间的关联联动信息共享 支撑技术为各种传感与测量技术 计算机与通信 技术 大规模半导体集成电路等 4 图像监视和传输的数字化 网络 支撑技术为数字视频 宽带网络技 术和图像识别技术等 5 煤炭企业管理信息化及电子商务系统 支撑技术为网络技术 数据库 现代企业管理等 6 基于信息融合技术渗透到生产 安全与经营各个层面的决策支持系统 支撑技术为现代信息处理与融合技术 智能专家系统 现代企业管理等 7 矿区信息网络系统建设等 以上各个方面的内容相互交错 相辅相成 构成了较为完整的煤矿企业信 息化和管控一体化 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 17 1 6 数字化矿山总体架构及网络结构 数字化矿山的总体架构如图所示 以煤炭生产各个环节的过程监测及自动化控制产生的信息作为信息源 通 过现场总线方式自动导入到全集成自动化监测监控平台 利用网络将现场控制 监测层的各个子系统 工业电视系统 调度通信系 统 矿井环境与生产监控系统有机地汇接在一起 进行加工处理 形成集数据 图象 语音为一体的全矿井安全 生产指挥调度监视监控系统 利用统一的数据中心 将生产现场的各种信息源及信息在数据库中集成化 整合 支撑各个管理层面对生产业务数据的不同需求 为经营管理决策提供数 生 产 安 全 后勤 保障 经济 核算 管理决策层 数据库 信息处理 信息挖掘 信息融合 故障诊断 专家系统 信息集成层 信息采集及使用层矿山综合自动化平台 工作 面 主煤 流 提升 系统 井下 供电 井下 排水 掘 进 地面 供电 地面 压风 地面 提风 消防 喷水 联合 泵房 水处 理 水源 井 安全 监测 束管 系统 洗煤 装车 办公自动化 专家决策支持 物资管理 生活保障管理 质量管理 生产计划与统计 煤炭运销管理 考勤与劳资 网络 矿区网络 安全生产信息管理生产监控调度指挥 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 18 据依据 形成企业的专家分析系统及决策支持系统 信息时代是伴随着网络技术 数据库技术的发展而来临的 而信息时代的 矿井自动化也必然是网络环境下的自动化 目前工业控制网络已经成熟 完全可 以在煤矿建立一个统一 开放的网络平台 即可做到一个矿井的安全 生产 管 理等环节数字 控制 语音 视频等信息三网合一 下图为已在我国煤矿 淄博许厂煤矿 实施的煤矿安全生产全集成自动化 信息化 系统网络结构图 它采用了 1 000 Mb s 工业以太网技术 在这个网 络上可以同时传递数字 语音和图像信息 此外 在我国还采用 100 Mb s 工业以太网 龙口北皂矿等 Profibus 工业现场总线 宁煤集团羊场湾煤矿 和 Controlnet 工业现场总线 兖矿集团济 三矿 构成的煤矿井下统一的网络平台 在这些系统中信息都是以数字化形式 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 19 传递的 它为数字矿山奠定了良好的基础 第二章 企业概况 2 1 企业基本情况 企业组织结构 产业情况 人力资源 安全生产情况 生产经营情况 企业发展战略与目标 XX 煤矿是由 YY 矿业集团有限公司自主勘探 与 ZZ 集团合资开发建设的大 型矿井 2004 年被国家列为重点建设项目 矿井位于 ZZ 省 ZZ 市 ZZ 县 ZZ 镇境 内 井田面积 52km 煤炭地质储量 6 28 亿 t 可采储量 3 40 亿 t 主采煤 层 3 煤 平均厚度 7 2m 煤种低灰低硫 发热量高 是优质动力用煤 矿井附 近有多条高速 国道和铁路等国家交通主干道 西距 ZZ 河 25 公里 交通十分 便利 矿井设计生产能力 200t a 服务年限 50 年 矿井采用立井暗斜井的开 拓布置方式和综采放顶煤回采工艺 矿井于 2003 年开工建设 2007 年矿井顺 利投产 全矿现有 1500 多名员工 矿井还将遵循 煤电综合开发 的模式 建设与之相配套的低热值煤矸石 发电厂一座 一期工程为 150MW 2 机组 二期工程 300MW 2 机组 及年入洗 能力 180 万吨的洗煤厂一座 逐步形成一个集原煤 精煤 电力 蒸气等产品 于一体 具有较强抗风险能力和丰厚回报率的煤电产业化基地 XX 矿井自开工建设以来 严格按照 安全 优质 快速 低造价 的建设 目标 以 打造平安矿区 建设百年 XX 为己任 始终遵循 管理提升素质 素质指导行为 行为影响质量 质量关系安全 安全决定幸福 幸福构建和谐 的安全发展思路 努力把 XX 矿井建设成 煤电综合开发 管理系统科学 装备 先进配套 高产高效一流 的现代化企业 2 2 计算机网络建设现状 考虑到将来数字化矿山的建设需求 包括电厂的网络接入 整体网络建设 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 20 采用 AVVID 数字 语音综合设计架构 为满足用户的需求 在一个网络中实 现了数据 语音 视频等功能 同时考虑扩展性 用以满足将来电厂的业务 而采用了模块化结构的设置 2 3 企业信息化现状 以信息化带动工业化 以工业化促进信息化 XX 煤矿建矿伊始 就瞄 准了建设数字化矿山的目标 先后安装了调度指挥系统 KJ95 安全监测监控系 统 A5058 束管监测系统 矿山压力及顶板离层在线监测系统 工业电视及 DLP 大屏幕系统 下井人员考勤系统 AVVID 模块化智能网络系统 工业广场视频 监控系统 井下人员定位系统和井下无线通信系统 对井下各重要设备实现了 集中控制 井上宽带网络实现了百兆到岗的目标 财务电算化系统 物资管理 系统 员工信息管理系统与网络硬盘系统交织成信息高速公路 基本实现了公 文无纸化传输 制作了集工作证明 饭卡 购物卡 乘车卡 图书借阅卡等多 功能合一 一卡通 工作证 大大方便了员工生活及管理信息采集 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 21 第三章 数字化矿山建设的总体思路 为把 XX 煤矿建设成新型现代化 数字化矿井 借鉴兴隆庄煤矿及其它兄弟 煤矿数字化建设经验 结合 XX 矿信息系统实际 特制定 XX 煤矿数字化矿山建 设初步规划 旨在采用信息技术改造与提升 XX 矿的安全生产 经营管理 后勤 服务等各个领域 增强企业的竞争力 经济效益和社会效益 实现 XX 矿安全生 产和高产高效的目的 3 1 系统建设内容及目标 XX 煤矿数字化矿山建设的主要内容及目标如下 1 构建统一的网络平台 完善和建立覆盖全矿井上井下的工业以太网 实现包括宽带数据传输平台 语音通讯平台 宽带视频传输平台 监测监控网络传输平台 调度指挥平台 自动控制平台的无缝集成 形成统一的支持各类应用的综合数字网络平台 使 三网多业务体系融合 2 构建企业安全生产的综合自动化集控平台 通过对地面及井下各生产子系统自动化控制改造 逐步实现各子系统的远 程集中控制 并实现与安全监测系统 调度通讯系统 工业视频监控系统等的 集成 形成一个利用先进的网络技术 自动控制技术 通信技术 计算机技术 视频技术的矿井综合集控系统 3 建设企业安全生产的集中控制中心和指挥调度中心 采用组态等先进技术实现各自动化系统无缝集成和远程控制 建立集中的 安全生产监测与控制中心 实现对全矿相关自动化系统的统一控制 管理和指 挥调度 形成煤矿安全生产的集中控制中心和指挥调度中心 4 构建统一的数据集成与管理平台 建立企业的数据中心 采用工业级的数据集成与管理平台 实现对自动控制系统 安全监测系统 生产管理系统等数据的集成及共享 实现对企业关系数据 实时数据 文档数 据 图形图像等数据集中存储 共享与管理 构建企业数据中心 形成企业统 一的数据管理平台 并逐步构建企业的数据仓库 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 22 5 建立统一的企业应用门户 形成统一的企业安全生产管理应用系统和辅 助决策支撑平台 建立以门户技术为核心的应用系统支撑平台 使用门户技术能够和信息系 统有效完整集成 具有个性化的定制能力 支持多种开发环境并在管理和维护 方面简单 建立以应用服务器技术为核心的 三层网络应用技术为基础的应用 开发平台 实现对煤矿生产管理各层级 各专业信息的全面 及时 共享管理 同时与综合自动化集控平台实现数据集成 采集设备 环境 人员的相关实时 信息 构建统一的管控一体化的企业管理应用系统 为各级领导及管理人员提 供一个全面的信息管理平台和辅助决策支持手段 3 2 系统建设思路 1 总体规划 分步实施 先易后难 急用先上 XX 煤矿数字化矿山建设包括企业网络平台建设 综合自动化平台建设 集 控中心建设 数据中心建设以及企业管理信息化平台等多个系统 是一项庞大 复杂的涉及企业各个部门的信息化系统工程 需要进行统一设计和规划 以保 证各子系统的规范性和数据的一致性 同时考虑系统建设的周期 要根据先易 后难 急用先上的原则 进行分步实施 2 详细调研 以应用为核心 以服务为目的 由于本系统涉及的单位 部门较多 因此 必须根据业务需求实施全面详细 调研 同时应兼顾各单位的实际情况 树立起以应用为主的指导思想 坚持以 需求为导向 以应用为中心 充分挖掘企业各单位人员 领导的应用需求 最 大限度地发挥信息化建设投资效益 系统的建设要服务于领导 服务于管理 服务于基层 系统建设要服务于领导 满足各级领导安全生产管理和监测监控 的需要 系统建设要服务于管理 以 XX 煤矿现有的管理制度为基础 构建 XX 煤矿的综合业务管理平台 系统建设要服务于基层单位的日常工作 满足 他们日常办公和业务处理的需要 使他们在使用过程中切实感受到信息化带来 的便捷性 3 以标准规范为保证 在系统建设过程中 配套制定 XX 煤矿数字化矿山建设标准与规范 并以此 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 23 为基础 遵照 XX 煤矿管理模式 制订 XX 煤矿信息化建设的技术标准和规范 使煤矿信息化建设走向规范化 标准化 3 3 系统建设保障措施 XX 煤矿数字化矿山建设的过程 是煤矿从上至下建立信息化体系的过程 需要煤矿相关部门 各所属单位能够通力合作 确保建设任务的顺利完成 系 统的建设和使用 需要以下各项保障措施 1 成立专门的项目组和服务公司的项目联合工作组 建议成立以科技中心为主 矿办公室 企管办 机电科 生产科等部门参加 的 XX 煤矿数字化系统 建设项目组 具体承担项目的组织建设工作 同时 需成立由主要领导牵头 办公室 企管办和科技中心等相关部门成员 与系统服务方人员组成的项目联合工作组 配合服务方项目组的调研和项目实 施工作 保证系统的成功实施 2 严格遵守统一的技术标准与规范 为保证系统在各级单位间的互联互通 避免资源浪费 系统在建设过程中严 格遵循数字化矿山建设的相关标准和规范 保证系统的先进性 可行性和可扩 展性 3 组织好相关人员培训 公司所属各级人员需按照不同岗位进行系统管理 系统维护 系统应用等多 种层次的培训 以保证系统在企业的良好应用效果 4 将系统的建设与使用纳入目标体系和岗位责任制 将 XX 煤矿数字化矿山的建设和使用 纳入到煤矿目标考核体系和岗位责任 制的范围 对相关人员就系统建设和使用状况进行目标考核 确保系统的建设 和应用能够有专管之人和专管之责 推动系统的全面 正式使用 真正发挥出 系统在企业管理中的效益 5 建立项目风险控制策略体系 本系统在建设过程中 需要公司多个单位的协调配合 各单位的情况错综复 杂 项目存在实施风险和技术风险 如项目人员不到位 各单位协调配合力度 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 24 不够 项目实施推广难度大等 因此 需要在项目建设之初 建立一个贯穿整 个建设过程的风险的识别 分析 跟踪 规避整个过程的风险控制策略体系 随时跟踪风险变化情况 制定相应的规章制度及应对策略 做到防患于未然 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 25 第二部分 总体设计 第一章 设计依据 XX 煤矿现状 包括业务现状 组织机构现状 生产运营 信息化建设现状 等 XX 煤矿数字化矿山建设初步方案 煤炭工业 十一五 信息化发展规划 煤矿安全生产 十一五 规划 中华人民共和国煤炭法 中华人民共和国安全生产法 中华人民共和国矿山安全法 煤矿安全规程 煤矿安全监察条例 特别重大事故调查程序暂行规定 煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要 试行 煤炭调度信息化装备技术规范 试行 煤矿安全监控系统通用技术要求 AQ6201 2006 煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求 MT T1008 2006 国家安全生产信息系统设计方案 国家安全生产信息系统建设技术指导书 第二章 设计原则 XX 煤矿数字化矿山建设要遵循 高起点 高技术 高质量 高效率 高效 益 五高原则 力争达到国际先进 国内领先水平 建成煤炭行业数字化矿山 示范工程 系统遵照注重实效 全面规划 分步实施 填平补齐 重点突出的 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 26 实施方案 按照跨越式发展的技术方法 采用国际先进技术 对已有生产 安 全系统进行改造 同时要保护原有投资 使技术经济指标最优 投入产出比最 大 所采用的技术和设备安全可靠 先进实用 系统开放 易于升级 易于扩 展 具体遵循以下基本原则设计本系统 1 开放性原则 系统所选设备及协议应遵循国际标准的规范 ITU IEEE ANSI 等 使系 统具有很好的互操作性 可移植性和升级性 以适应计算机技术的发展 网络 及自动化系统的设计 通讯平台及各种接口程序均采用国际标准 可以方便实 现与外界网络接轨 把整个系统划分为多个功能子系统 各应用子系统要模块 化 减少子系统直接的耦合 降低整个系统的复杂性 便于各系统分别实施和 整合 也便于升级和功能扩充 2 可靠性原则 系统所选设备必须选用已经证实 并在实际应用中得到普遍应用的产品 系统保证高可靠性及稳定性 实现 7 24 小时不间断工作 充分考虑和利用系 统的自诊断能力 高容错和容灾能力 抗攻击能力以及系统的恢复能力来保证 系统运行的高可靠性和稳定性 同时 具有抵御外界环境和人为操作失误的能 力 3 安全性原则 应用系统在硬件 网络 数据库和数据 应用操作权限和身份认证方面 实现全面的安全防护措施 4 扩展性原则 系统扩展性要强 本系统采用开放的系统结构 一方面使系统以后由于业 务的变化和增加 需要增加业务网点及业务种类时 只需很少变动延伸而无需 进行大的结构变动 容易升级和扩展 另一方面 煤矿将来可能引进新的业务 系统 淘汰过时的业务系统 本系统的开放性结构使其方便与其它系统集成 5 兼容性原则 数字化矿山建设是一个技术涉及面广 实施周期长的综合性系统工程 必 须保证和现有系统或应用的兼容 不会影响到其他网络设备或应用的正常运行 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 27 充分利用以往系统建设成果 并平滑过渡 保护既有投资的同时 注重系统的 开放性与良好的可移植性 应用软件系统应适应多种硬件平台 使以后硬件系 统平台升级时简便易行 6 经济性原则 在系统设计时 充分利用现有网络资源 整合以往的信息化成果 坚持实 现高性能前提下尽量少投资的原则 建成系统后 应能提高管理水平 以期获 得更大的经济效益和社会效益 7 实用性原则 应用系统应突出实用 切合煤矿的实际使用情况 易于实施 管理和维护 对各类使用者来说 操作简便 易用 系统的用户界面友好 应通俗 易懂 便于操作 8 先进性原则 运用现在流行的 成熟的技术 使建成后的系统具有一定的先进性和超前 性 9 可管理性原则 系统能通过远程控制 集中化管理 通过提高系统自动化管理水平 降低 系统的管理和维护费用 第三章 系统特点 随着数字化的发展和信息技术在生产过程中广泛深入的应用 生产自 动化的核心问题正在演变为生产信息化的问题 从发展趋势上看 生 产过程自动化与管理的信息化正在走向一体化 本系统将通过系统集 成实现管控两个系统的无缝连接 管控一体化 将安全生产自动化作为企业信息化的重要组成部分来考虑 从企业信 息化角度看 安全生产自动化系统是企业信息流与物流的结合点 是 最终产生经济效益的聚集地 应当作为企业信息化的基础和重点 随着信息技术的发展 目前企业生产自动化的目标已经不只是考虑加 快生产过程中某一生产环节的速度或效率 而是将整个生产过程作为 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 28 一个整体来考虑 形成生产过程的综合自动化 设计充分考虑到采矿生产矿井明显的行业特点 即生产过程兼有离散 型和连续型的特点 而且安全要求高 生产过程综合自动化主要表现 为安全监测和生产监控以及重要生产环节的自动化 并在此基础上实 现系统集成 系统建成后 能够实现对生产控制系统工作状态的远程监控 远程诊 断以及优化调度 有关人员可在任何时间和地点通过网络用标准化的 统一的图形界面了解企业的生产情况 包括工控实时信息 设计中充分利用网络技术的特点 将生产和安全监控系统的实时数据 植入企业安全生产管理信息系统和其它管理信息系统中 提高管理时 效性 逐步向准实时管理控制过渡 第四章 系统体系架构 数字化煤矿的体系架构如下图所示 数字化矿山 从逻辑结构上可分为 一个基础 两个部分 三个层次 一个基础 是指全矿的工业以太环网 它构成了全矿综合自动化与信息 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 29 化的网络基础 两个部分 是指井下和井上两个部分 由于煤矿生产的特殊性 井下的 设备和系统必须是具有煤安认证的产品 三个层次 是指全矿综合自动化应用层次 自动化系统集中控制层次 管理信息系统应用层次 全矿综合自动化应用层次是井上 井下各种自动化系 统 这些自动化系统是保障矿井正常生产的基础系统 自动化系统集中控制层 次是整合全矿各自动化系统 实现全矿自动化系统的集中控制 管理信息系统 应用层次是集成全矿各类应用与数据 为各级领导和各管理部门提供的多种管 理应用系统 数字化煤矿系统逻辑架构如下图所示 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 30 第五章 应用功能结构 1 整体功能结构 数字化矿山可以实现生产数据的采集 分析 报告功能 从而最大化的挖 掘设备的生产潜力 降低生产成本 改善企业生产状况 持续提高生产力 实现 精益生产 如上图所示 煤矿安全生产管理系统是以生产现场的人 财 物和安全管 理为核心 整合了煤矿开采 掘进 机电 运输 通风 地质等相关专业的信 息 为矿领导 生产部 计财部 调度室 综合部等各部门提供生产现场的实 时监控与管理功能 2 应用系统功能 数字化矿山应用框架如下图所示 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 31 系统是以工业实时数据的应用集成平台为核心 以生产现场管理为基础 包括生产计划控制 劳动管理 物料管理 设备维修与资产管理 文档控制与 内容管理 安全质量管理等核心模块 同时还包括中长期计划 财务会计与成 本控制等辅助模块 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 32 第三部分 综合信息网络平台 第一章 概述 XX 煤矿的综合信息网络系统的建设的应遵循数字化 高速化 智能化 标 准化 安全可靠 易于扩充升级的原则进行设计 同时考虑集团公司的总体规 划和本矿综合信息网络建设的现状 网络系统的设计应针对信息集成 结构分层 层间相对独立的原则 针对 XX 矿的特点 网络系统的建设根据应用的不同层次 作如下设计 信息管理层 建设信息管理网 采用标准的 TCP IP 协议和以太网技术 已完成 矿井综合自动化层 建设综合自动化控制网 采用标准的 TCP IP 协议 和工业级以太网及时加以实现 实现将井上和井下区域控制器和综合 监控站所采集的信息和控制信号传送给有关系统 设备控制层 各子系统内部通信网络 实现子系统内部各控制单元的 内部通信 有子系统负责完成 因此不含本设计之内 第二章 井上信息网络建设 略 可见第一部分第二章 第三章 井下工业以太环网建设 3 1 煤矿监控系统通讯现状 煤矿安全生产中大量采用各种类型的监测监控系统 分别由不同的厂家 在不同的时期 采用不同的技术建设而成 在实际使用过程中存在很多共性问 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 33 题 具体现状表现为 1 目前煤矿已投入运行的各监视 监测 监控 通讯系统 如安全监测 皮带集控 用电监控 井下排水监控 工业电视 无线通讯 人员定位等十多 个系统 诸系统多为封闭系统 缺乏统一的通信及信息交换标准 系统联网困 难 难以做到数据共享 形成一个个信息孤岛 2 各系统都需要建立自己的独立通信网络 造成重复建设投资 通信资源 利用率低下 3 网络结构和通信模式多样 厂家通信协议保密且不开放 极不规范 技 术难以掌握 系统维护成本高 备品备件种类繁多不易购买 很多系统带病运 行甚至处于停运状态 4 现有网络数据传输交换速度慢 一般监控系统网络传输速率都在 4800bps 以下 巡检周期要几分钟 通信可靠性差 数据带宽窄 现实情况是 实时系统不实时 不能满足实际工作需要 3 2 通讯系统总体目标 运用现代成熟网络技术 骨干传输网采用工业太网 集成矿井现有的各个 专业子系统 统一通信和控制协议 建设统一的综合自动化监测监控传输网 将矿井的各监测监控子系统集成 汇聚到综合监测监控网络平台上 充分考虑 自动化子系统的接入与整合 节省投资 提高系统功能 并实现与地面各类信 息管理系统的综合有机集成 优化系统结构和控制 提高响应能力 提供辅助 管理和决策支持 构成较完整的企业信息和管控一体化系统 达到高度信息化 自动化 高效率 高效益和高安全 为最终建成 本质安全型矿井 和 数字 化矿山 奠定基础 系统网络由千兆工业以太网和设备网组成开放型网络 应用 三网融合 技术构建全矿工业控制环网 实现数据信号 视频信号和音频信号的综合传输 简化系统结构 提高整体系统的可靠性和可维护性 达到监 管 控一体化及 减员增效的目的 1 采用工业以太网建设井上 井下信息高速公路 传输介质采用光纤环 网 YY 矿业集团 XX 煤矿数字化矿山建设 初步设计方案 34 2 三网合一 用一个网络承载系统的全部实时数据 语音 图像信息 3 采用 TCP IP 协议族 接口开放 方便信息交换和各子系统互联互通 3 3 工业以太网的技术优势 采用以太网作为交换传输和接入平台的优势十分明显 其一是巨大的网络 基础和长期的经验知识 以及目前所有流行的操作系统和应用也都与以太网兼 容 其二 以太网性能价格比好 初始成本和运营成本均较低 另外 以太网 的扩展性好 容易安装开通 并且可靠性较高 以太网接入采用异步工作方式 很适合于处理 IP 突发数据流 目前以太网从共享媒介冲突检测及退避转向全双 工交换模式后 在相当程度上实现了计算机间的信息隔离 消除了链路带宽的 竞争和潜在的碰撞机会 同时使以太网的传输距离也大大地得到扩展 近来 以太网已逐渐从局域网向城域网甚至广域网扩展 从技术上看 以 太网是一种很简单的解决方案 只需要最少量的规划 设计和测试工作 应用 多年 为用户所熟悉 业务部署时间可以减少到几个小时或几天 其次 以太 网是标准技术 互换互操作性好 具有广泛的软硬件支持 成本低 最后 以 太网是与介质无关的承载技术 可以透明地与双绞线 电缆和光纤 甚至各种 无线等不同传输介质接口 避免了重新布线的成本 从结构上看 以太网正以 前所未有的端到端解决方案面目出现 消去