随着我国国民经济持续高速地发展,对能源的依赖程度不断提高,对煤炭需求量也越来越大,这就使得如何保障煤矿的安全生产成为一个十分严峻的问题。目前,煤矿安全事故频频发生,其中重要原因之一是煤碳企业的安全生产“长效机制”还没有真正建立起来,安全生产信息手段落后,矿井安全监测监控体系不健全,除了瓦斯监测监控系统外,其它生产管理监测监控系统,比如采掘、运输、提升、排水、通风、压力、注氮、人员管理、瓦斯抽放、电力调度、变电所、压风机、锅炉、选煤厂、水处理、通讯调度等等都不能令人满意。
对于安全生产的监管来说,信息快速、实时的收集非常重要,但当前一些煤炭企业,特别是较早期建设的矿井,信息化装备相对落后,多数还是传统的人工管理,有些煤矿甚至根本不具备计算机报送数据的能力。因此,在行业管理难度大、地域广、人员少、任务重的情况下,除强制安装对矿井瓦斯进行连续检测的瓦斯监测监控系统外,采用信息化的手段,利用一种可靠的、稳定的传输方式来对煤矿的安全生产监控信息进行实时监控,强化监控管理力度已迫在眉睫、势在必行,同时也将提升行业管理水平和管理绩效。
随着我国煤炭行业体制改革的不断深化、现代信息技术的飞速发展,煤炭管理信息化将为煤炭工业的可持续发展提供良好的基础。煤炭企业管理信息的形式标准化、传递规范化以及内容系统化,安全生产监测监控自动化,已成必然趋势。
综上所述,在总结安全生产管理经验的基础上,结合计算机技术、工业自动化技术、信息化技术、嵌入式技术、网络技术和通讯传感技术,开发了具有自主知识产权的CPS2000矿井综合自动化系统。该系统包括生产调度指挥中心、地面和井下千兆级工业以太环网平台、工业视频监控系统、大屏幕显示系统、安全监测监控系统、人员定位及考勤系统、通信系统等,完成对矿井采掘工作面、主辅运输系统、井下水泵、井下变电所、通风机房、压风机房、瓦斯泵房、地面变电所等生产环节实施统一操作、集中监控、统一调度,实现整个矿井的生产信息、管理信息的集成化管理,最终实现安全、高产、高效的数字化矿井。
设备控制层
设备控制层包括安全系统、综采工作面自动化系统、主辅运输系统、其它辅助系统、地面/井下综合通讯系统等等,通过对现场作业环境、人员状态、生产过程的实时监测和控制,为一体化生产集控平台提供生产实时过程信息。
集中控制层
CPS2000是上海创力普昱自动化工程有限公司自主研发、具有自主知识产权、国内领先的矿井综合自动化软件平台。基于该平台的生产集控系统可以对生产系统、供电系统、通讯系统、人员定位及考勤系统、安全监测监控系统、视频监视系统进行一体化的集控指挥,对生产过程实现全方位的实时监控,并实现应急情况下的联动指挥,构建高效灵活的生产指挥系统。
信息管理层
管控一体MES(制造执行系统),针对矿级生产执行管理需求,通过集成与矿井安全生产执行过程相关的各类信息,实现对安全生产全过程的优化管理。
通过采集矿井生产现场信息,及时反映生产现场的进度、物料能源使用、安全、质量、地质等情况,能够实时对现场事件做出响应,有效地指导矿井安全生产过程,优化生产执行管理过程。
系统网络结构
CPS2000矿井综合自动化系统网络划分为企业办公管理网络、调度指挥控制中心网络、1000M井下工业以太网、1000M地面工业以太网。其中调度指挥中心以太网、1000M井下工业以太网和1000M井上工业以太网部分称作综合自动化监控网络(内网),企业办公管理网络及以上部分称作外网。为了保证生产安全性,内外网之间通过信息层核心交换机相连,采用防火墙进行隔离,并通过矿级路由器和Internet以及集团(局)计算机中心建立连接。
设备控制层:单机架构或C/S(客户机/服务器)架构
【系统组成】每个子系统中由监控上位机和控制器组成,监控机用来采集控制器的实时数据进行显示和控制。监控软件通常采用工业组态软件,具备网络、数据库、PC各种功能接口,可组成单机版网络结构或C/S客户机服务器结构,对每个子系统进行数据采集和监控。
【技术实现】 可根据每个子系统不同的接口选择相应的技术实现方法。
集中控制层:C/S(客户机/服务器)架构
【系统组成】数据库服务器、SCADA服务器、数采服务器、视频服务器、大屏幕控制器、工程师工作站、各专业操作站、各子系统上位机。
系统配置冗余的数据库服务器两台,部署RACLE等商用数据库以及CPS2000数据库管理软件,存储集中监控层采集的各个子系统的实时数据,作为SCADA服务器的数据基础和信息管理层的数据中心。
根据系统应用的需要配置一台或数台冗余的SCADA服务器,部署CPS2000 SCADA应用服务软件,从数采服务器获取设备控制层的实时数据,并做为各专业操作站的数据服务器,向各专业操作站提供所需的实时数据。
根据系统应用的需要配置一台或数台冗余的数采服务器,部署CPS2000通信服务软件,从设备控制层高速读取实时数据,确保数据采集安全可靠。
专业操作站若干台,部署CPS2000客户端软件,通过网络从SCADA服务器读取数据,对各个子系统的数据进行显示和监控。
工程师工作站一台,部署CPS2000专业版客户端软件,作为服务器的独立客户端节点,具有画面和数据组态功能,负责整个集中控制层各个节点的组态和诊断。
【技术实现】 数采服务器和设备控制层之间可采用PC技术和专用驱动技术进行数据的采集和信息的传输。
数采服务器和SCADA服务器之间采用局域网C/S架构进行数据通讯,系统可扩展性强,数据传输速度快,网络负载小。
自动化子系统硬件通常有四种接入方式:上位机接入方式、PLC接入方式、子网络接入方式、扩展接入方式。
CPS2000系统具有强大的子系统软件接入能力,具有丰富的规约驱动库。
信息管理层:C/S(客户机/服务器)、B/S(浏览器/服务器)混合架构
【系统组成】管理应用服务器一台,对来自于集中控制层并存储在历史数据库中的数据进行全方位,多角度,多粒度的统计、分析。
WEB服务器一台,部署CPS2000 WEB发布软件,对管理应用服务器及集中控制层的生产过程信息进行WEB发布。其目的是借助信息技术来为企业各部门构建一个协同工作平台,以改变现行的人员协作方式,让所有相关的人员和职能共处在统一的工作环境当中,支持工作成员之间快速达成有效的沟通和协作。
【技术实现】管理应用服务器与集中控制层的数据库服务器可通过CPS2000专用的技术实现两个系统之间无缝的数据通讯。
WEB服务器与管理应用服务器和数据库服务器之间通过B/S架构进行数据的通讯。
综合自动化监控系统配置建议
管控一体化
矿井管控一体化为煤矿生产单位提供管理平台,实现面向生产现场掌握各种资源信息和工程状况,实时了解计划、执行、考核的日常运营信息,为煤矿各项管理指标的达成提供管理依据。
矿井管控一体化融合了集控系统提供的现场信息,驱动管理流程面向生产现场高效响应。
企业信息管理系统实现对企业内部各种信息系统以及各应用层级的信息进行综合采集和集中展示分析,为企业决策层领导提供统一的信息窗口;实现企业级各部门之间的协同工作;实现与外部的电子信息交互。
序号
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名 称
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软件配置
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1
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数据库服务器
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ORACLE等商用数据库、CPS2000数据库管理软件
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2
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SCADA服务器
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CPS2000 SCADA应用服务软件
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3
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数采服务器
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CPS2000通信服务软件
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4
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各专业操作站
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CPS2000客户端软件
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5
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工程师工作站
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CPS2000专业版客户端软件
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6
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WEB服务器
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CPS2000 WEB发布软件
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