第一章控平臺

一、平臺架構

系統總體架構分為管理層、控制層和設備層三層結構，各子系統信息傳輸平臺為統一的工業以太網（安全監測監控系統通過單獨組建100M工業以太網進行信息傳輸）。其中信息管理層通過綜合自動化平臺進行統一的數據規劃；控制層以工業以太環網為數據傳輸平臺，主要由整個監控中心設備及環網平臺；設備層采用現場總線，保證了現場子系統的實時性和可靠性，主要由各自動化子系統設備組成。

信息管理層：通過礦局域網進行信息傳輸，在各臺計算機上，可以通過綜合自動化平臺在統一的界面下根據權限和等級查看全礦的所有信息，將本部門的信息向綜合自動化平臺進行發布，實現全礦安全生產的信息化管理。

控制層：在工業以太環網上接入的操作站、工程師站上，通過綜合自動化軟件平臺向設備層的控制器發送控制指令，并實現對整個子系統設備的集中控制。如：皮帶運輸集控、井下排水控制、電力監控等系統，或對所有設備和環境參數的監測。如：安全監測監控系統、人員定位系統、工業電視監控系統等。

現場設備層：設備操作臺、PLC控制箱、傳感器、執行器、開關柜、智能變配電裝置、行程開關等現場設備。是具體控制動作的執行者。

礦井綜合自動化系統硬件結構示意圖

二、硬件設備

（一）現狀

目前xxxx已有一個中心調度室，配備一套監視器顯示墻。安裝有安全監控系統、人員定位系統、視頻監控系統，每個系統配備有監控主機、操作臺、網絡設備及其配套設備。現機房設計有機房防雷和UPS電源，UPS電源僅能滿足現有設備使用。原有操作臺位置和UPS容量已無法滿足新建的綜合自動化系統及其子系統使用需求，因此需要新增相應數量的操作臺和新增一套UPS電源，以保障新建綜合自動化系統穩定運行。

（二）配置設備

1、服務器

為確保數據安全可靠，配置3臺NF5270M4，E5-2603v4(1.7GHz/6c)/6.4GT/15ML3*2|16G RDIMM DDR4 內存*4| 2T SAS*3＋480GSSD　|INSPUR 八通道高性能 C15SAS3008卡IMR+KEY*1|INSPUR_NF5270M4_3.5HD4口背板*1|主板集成千兆網卡*2|雙電源-NF5270M4*1|標配導軌*1，互為冗余和集群，內置虛擬化平臺軟件，預置集成平臺環境，無需磁盤陣列。采用先進的虛擬化技術實現安全數據平臺WEB服務器、采集服務器、歸檔服務器、分析服務器、流媒體中心服務器的硬件優化配置和共享，大大提升硬件的使用效率，降低成本。

配置1臺NF5270m4 ，E5-2603v4(1.7GHz/6c)/6.4GT/15ML3*2|16G RDIMM DDR4 內存*4| 2T SAS*2|INSPUR 八通道高性能SAS3008卡IMR+KEY*1|主板集成千兆網卡*2|雙電源-NF5270M4*1|標配導軌*1|INSPUR_NF5270M4_3.5HD4口背板*1，用于工業電視監控系統的管理服務器和流媒體服務器。

2、UPS電源

本次新增UPS主要為綜合自動化系統提供穩定的電源保障，主要給服務器、自動化監控網絡核心設備、自動化各子系統數據服務器、監控主機、操作站員等設備提供不間斷供電。用電量概算統計：

新增操作員站、工程師站、子系統控制主機共計16臺：16*300W/1000=4.8KW；

服務器4臺：4*600W/1000=2.4KW；

中心網絡設備（防火墻1臺、核心交換機2臺等）：2KW；

USP供電總負荷約：9.2KW本次調度中心機房不間斷電源系統選用10KVA/2H不間斷UPS，提供調度中心機房綜合自動化系統不間斷電源的配電。

本次方案設計選用山特3C10KS，采用雙轉換純在線式架構,是最能有效解決所有電源問題的最佳架構設計，對電網出現：斷電/市電電壓過高或過低、電壓瞬間跌落或是減幅震蕩、高壓脈沖、電壓波動、浪涌電壓、諧波失真、雜波干擾、頻率波動等狀況都可以提供良好的解決方案，為用戶負載提供安全可靠的電源保障。

3、操作臺

本次建設子系統包括千兆環網平臺、瓦斯抽放泵房監控系統、信息引導發布系統、電力監控系統、皮帶監控系統、排水監控系統、壓風機監控系統、主通風機監測系統 等子系統的主備機，配置10套操作臺和座椅。

三、平臺軟件

（一）軟件界面

系統支持三級菜單，大類（含大類概覽，如大類下有無報警）、子系統概覽（各個子系統實時數據、通訊狀態、報警信息、大型設備運行狀態）、子系統詳細參數界面。

系統平臺設計總圖一幅，可以快捷查看某設備的實時數據、開停狀態、故障統計，設備固有參數等信息的查詢，可切換到各子系統中。

各子系統設計分圖，由組態動畫、數據流程、采集數據、詳細參數等構成，可查詢各子系統的詳細信息。可隨時訪問諸如設計圖紙、統計圖表、現場視頻等其它信息，以保證機電設備的正常運行和生產要求。

界面簡單、直觀，便于集控員方便地訪問過程及設備的相關信息，并做出相應的、快捷的行動。

基于B/S結構，支持中文界面，支持寬屏。符合國際工業標準，基于開放結構。

模塊化系統設計可以連接多個操作界面，使集控員的決策和行為更加快速準確。

（二）集成監控

1、安全監控系統

圖4-11 安全監測分布總覽圖

系統功能：

實現安全監測數據在同一頁面上集中、連續、滾動顯示。系統具有監測數據超限、傳感器異常和聯網狀態異常等報警功能，可根據需要分別對各類數據設置相應的報警級別和對象，實現分類、分級報警。可進行多種形式的分類統計、查詢和圖形顯示。

2、人員定位系統

圖4-12 人員分布總覽圖

系統功能：

實現井下人員定位數據、人員定位報警數據等實時數據在同一頁面上集中、連續、滾動顯示。可實現礦井狀態異常、下井超時、工作異常、區域超員、進入危險區域、系統故障等報警，可根據需要分別對各類數據設置相應的報警級別和對象，實現分類、分級報警。實時動態顯示井下人員位置，并可實現井下人員活動的軌跡回放。礦領導帶班下井計劃及下井信息記錄。可進行多種形式的分類統計、查詢和圖形顯示。

3、視頻監控系統

系統功能：

實時顯示各生產經營單位的視頻監控畫面，可同時顯示多個視頻畫面，或者放大顯示某一視頻畫面，可自動或手動切換畫面。可實現對前端可控攝像機的調焦和上下左右旋轉控制操作，進行視頻手動錄像和畫面抓拍。

（三）集成自控

1、集成系統

（1）運輸系統

主運輸監控系統集成圖

（2）排水系統

主排水泵房監控示意圖

（3）通風系統

風機監控系統

（4）壓風系統

圖4-18 空壓機站監控系統集成圖

（5）供配電系統

變電所系統圖

（6）瓦斯抽采系統

瓦斯抽放監控系統圖

2、系統功能

（1）自動化集成模塊

A、實時數據采集與存儲

系統能采集存儲生產過程的重要數據，以實現設備的數據管理和分析。提供毫秒級的數據采集速度。采用高效的數據壓縮算法可以大大節約存儲空間。

B、平臺集中自動化控制

在平臺軟件上通過管理權限，可對相應的自動化系統發送控制命令，遠程集中控制煤礦生產設備，在具備條件的情況下可完全實現無人值守。

C、實時監控功能

系統的每幅畫面能顯示過程變量的實時數據和設備運行的狀態，這些數據和狀態能實時更新。顯示的顏色或圖形將隨過程狀態而變化。棒狀圖和趨勢圖將能顯示在任意一個畫面的任何一個部位上。生產裝置的圖片、工藝流程圖、設備簡圖、單線圖等都可以在終端顯示出來，每個畫面都可包括字母數字字符和圖形符號，通常采用可變化的顏色、圖形、閃爍表示過程變量的不同狀態，所有過程變量的數值和狀態可動態刷新。操作員在此畫面對有關過程變量實施操作和調整。功能鍵和軟開關的設置可在畫面上任意位置，并可通過光標就對任何一個過程進行操作。

可顯示所有的過程點，包括模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出、中間變量和計算值。

a、全局概要顯示

從全局的角度瀏覽礦井運輸、提升、通風、人員分布、供電情況的總體展示。便于總調度人員使用。

b、分區顯示

能對工作面內的相關設備信息（如：水泵運行狀態、煤流狀態、瓦斯情況等）分區域顯示，便于隊組管理人員使用。

（2）子系統數據字典統一編碼

為了更加的規范和統一標準，系統采用了對所有系統進行規范編碼，這樣做有以下三方面的好處：

A、可以保證系統內部共享數據的一致性，減少調試和數據點混亂以及可能重名的問題

B、減少以后系統升級的工作量以及減少新系統接入的工作量

C、三方共享數據提供更加規范的數據接口和數據定義，主要為數據聯網上傳和三維數字化礦山提供更加規范和標準的接口

（3）基于一張圖服務的GIS總覽圖

生產綜合監控系統最難維護的就是礦圖更新的問題，因為巷道隨著開采的進行，巷道不斷的變化，但是作為總覽界面的底圖卻沒有變化，這樣就不斷的產生維護需求。有沒有方法能解決這一問題呢，當然，系統基于一張圖的GIS插件可以實現巷道的自動更新和監測點位的實時展示。實現這個功能是通過基于三維數字化礦山平臺的地測功能。

圖4-23 GIS總覽圖

（4）遠程控制功能

對具有遠程控制功能、通過接口和通訊協議的設備，獲得授權的人員可通過集中控制平臺對設備實現遠程開停操作。并根據預先設置的控制邏輯關系實現跨系統的自動遠程控制。

依據子系統工藝流程，控制地面和井下各種被集成的現場主要設備的運轉。為保障所控制系統的正常運轉，在非正常工作模式下啟動相應的預設模式控制各相關系統工作。

集控員通過系統的人機界面選擇設備的控制方式，系統主要控制方式有：

單點控制：限制點設置，修改模擬量閾值設定的命令。

模式控制：通過一組順序或并發執行的控制命令。

程序控制：通過一組帶條件判斷的順序來執行的控制指令。

時間表控制：根據配置的時刻表啟動控制指令。

系統聯動控制：由某種狀態或事件觸發，涉及多個子系統協同動作一組控制指令。

控制功能包括但不限于實現以下功能：

針對采集的各監控子系統的生產工況參數進行綜合分析，自動完成過程控制，也可由生產綜合監控平臺集控員遠程操作控制。

系統的控制操作應遵循預檢、啟動的原則。

各監控子系統具有集中聯鎖/就地解鎖兩種控制方式，兩種控制方式可實現無擾動轉換。

集控程序設計為可自定義啟停的原則，保證最短的起、停車時間，并具有跳轉功能。

（四）集成管理

1、區域環境及生產效能評估

通過對各子系統已接入的環境參數進行重組和計算得出每個區域的評價結果，進行區域狀態的綜合評定，可以起到礦井安全多層防護作用，加快安全事故隱患排查效率，達到事前預警，從而提高礦井災害預防能力。

可以定期對影響煤礦生產的各類因素和影響時間進行分析評估，指導管理人員對經常影響生產的環節加強管理；分析礦井生產過程中能耗與產量的關聯信息，指導管理人員對生產各環節進行優化控制，節約能耗，提高產量。

2、系統統一報表

系統支持報表系統（實時數據展示、歷史報表、報警報表、產量報表、掘進報表等），可根據需求自定義報表，并打印。

生產報表包括：生產詳細日報、月報等，支持設備開停記錄統計、開停累計時間統計、故障報警信息統計。

系統具備自定義報表功能，集成Microsoft Excel等應用程序。可在 Excel表格中自動生成報表。

根據設定時間自動生成報表。可以任意配置時間，可以按日、周、月、旬等生成報表。

3、事件記錄、查詢報警

（1）事件記錄

系統對所有涉及系統配置操作，對子系統實施控制的操作及一些重要的操作，系統都自動進行完整的記錄，包括：操作時間、操作者、事件描述等。為系統的事故追查及重演提供重要的信息。

（2）歷史趨勢顯示

趨勢顯示可以調用歷史數據曲線，可在趨勢圖上切點觀察任一時點的值。

（3）報警顯示

系統可按時間或者時間段統計查詢報警個數，并按類別、等級等條件查詢。

對于需要報警的變量給出報警提示，以顏色閃爍或提示框等方式直觀的表現，并有專門的報警窗口可以查看歷史報警；

在條件具備的情況下具有分級短信報警功能。

（4）具備在線組態設計功能

系統具備畫面設計、動畫連接、腳本編寫等功能，還應具備對變量的報警、趨勢曲線組態等重要功能。

4、實時報警 (含預警、報警、短信功能)

集中控制平臺為用戶提供各類監測系統的實時報警信息包括超限報警、開關報警、系統在接設備的故障記錄，并可設定組合報警。報警內容需通過語音方式播報，并配置聲光裝置。

通過礦用監控數據中心接入各個子系統，然后對已接入的測點進行自動分類監測、處理，由已接入測點的設置和一段時間內的歷史數據，根據預警值算法計算得出該測點的預警參考值，并由此參考值對測點的實時值進行處理得到測點的預警狀態。實現目標：在沒有達到報警狀態前就掌握目標的變化趨勢，讓各種超限報警消失在萌芽狀態。

平臺具備GPRS短信報警功能（業主在具備GPRS模塊的情況下），自動將監測報警信息通過GPRS發送到相關人員手機上，便于領導及時了解安全生產情況，制定相關決策，保證安全生產。當測點有故障、報警時，監控中心會自動將故障、報警的詳細內容以短信的形式發送到預設的手機上。

平臺具備EMAIL發送郵件功能，如果服務具有上網功能，則可以啟動郵件發送服務，實現低成本的報警送達。

在業主方申請了企業微信的情況下，也可以增加微信模塊，實現通過微信發送報警功能。

實現目標：各級領導通過手機同步掌握相應級別的報警狀態，不受時間、空間限制。

5、應急預案

應急預案列表，避災線路圖，根據煤礦制定的有關煤礦事故及預案的處理措施，管理礦區各區域可能發生的事故或預案信息，以提高煤礦搶救處理事故水平、降低事故危害程度；一旦有事故發生，可及時啟動相應的處理方案，并自動的快速通知各相關領導和單位，提示該預案的詳細處理信息；提醒相關人員記錄事故記錄及原因，供以后查看及分析使用；

預案啟動方式有兩種：一種是自動啟動，系統通過判斷事故表達式條件自動啟動；一種是人工啟動，接到事故通知或演習時可以通過人工方式啟動。系統提供應急救援預案路線圖供應急指揮。

6、子系統及數據分級管理

對于不同權限的人，進入的擁有的功能界面和子系統菜單不一樣，也就是根據不同的權限，按職能部門和崗位職責來劃分。例如對于控制層級別，可以擁有對該系統數據的完全控制功能，而對于領導層只是具有瀏覽和查看分析報表和關鍵KPI指標的權限。

7、擴展接口功能

綜合自動化系統采用統一標準的數據接口采集各監測系統的數據，保證采集數據的準確性。接口數據具有實時性，可滿足實時數據的要求。當監測數據有增、減等變動時，應自動反映到系統中。同時，可將各監測系統的數據進行專業級處理后，作為上一級信息網的信息源。選用計算機和系統軟件應留有備用容量和接口，可以很方便地進行擴展,以滿足將來全礦井的需要。

擴展接口支持WEBSOCK和OPC DA/OPC UA、WEBAPI幾種方式提供數據，實現基于云解決方案的高可靠和高安全性的標準化數據接口。

8、系統安全性功能

系統健壯、抗干擾能力強、容錯性好，具有優良的安全驗證體系，支持系統的安全性恢復，支持數據備份，保證系統安全可靠。客戶端的訪問必須通過口令，沒有授權的用戶無法登陸客戶端。通過加設網絡防火墻，安裝網絡版防病毒軟件，具有網絡冗余、備份數據機制，最大可能的實現網絡及數據的安全性。

操作系統采用防火墻功能，實現第一層保護，子允許開發制定的端口與外部通訊，第二層保護是硬件防火墻，這樣可以減少外部病毒程序的試探性攻擊和掃描。

9、系統自診斷功能

系統具備自身心跳監測的功能，如果系統自身模塊哪個環節出現錯誤，系統會將錯誤以獨立與整個系統的方式發送告警信息及EMAIL郵件，實現系統全天候24小時的不間斷運行。

10、配置管理

（1）訪問權限管理模塊功能

對使用系統的有關人員，將使用統一標準的應用系統授權管理，如系統的參數配置、組態、功能模塊調閱、發送指令等使用權限進行集中授權管理。能有效防止非法操作，并能對非法操作進行跟蹤記錄，確保系統運行安全。

（2）豐富的子系統擴展接口

平臺軟件要和各種監控硬件設備進行通信，獲取其它業務管理系統的數據，能適應現場的多種設備選擇，支持RS485、RS232、Can等總線。支持市場上主流設備的數據交換協議，例如： TCP/IP協議、Modbus協議、OPC2.0協議、FTP協議、ODBC等等。使系統能在應用級別上可以使用更廣泛的功能接口，方便子系統接入。

（3）系統具備軟件的定制及擴展功能

可以使用、修改、擴充、定制構件，以滿足其個性化應用需求。平臺軟件使用系統框架構件作為基礎，內部的每一個子系統都作為一個構件，可以單獨維護，避免了牽一發而動全身的情況；使整個平臺軟件便于升級和擴展。

三、平臺配置

第二章 煤礦綜合管理信息平臺

一、平臺概述

煤礦綜合管理信息平臺旨在構建煤礦智能化管理系統，包括一站式門戶管理、煤礦安全管理、煤礦生產管理、煤礦經營管理、煤礦決策支持等系統建設，提供煤礦安全管理、生產管理、物資及機電管理、網上辦公等信息化服務功能，為企業進一步提高安全生產管理水平提供先進的技術手段。全面提升企業管理信息化水平，實現煤礦規范化、標準化和信息化管理，降低管理成本，提高管理效果。

二、平臺設備

1、服務器

配備服務器兩臺：一臺應用服務器，一臺數據庫服務器。

主要參數：機架式服務器2U CPU，1顆，intel E5 2400；頻率：2.2GHz；緩存：10MB；內核：4核； 內存 8GB，可擴展到192GB以上；硬盤 2*500GB，RAID控制器 1個，配置512/1GB緩存，2 *千兆網卡帶TOE，具故障恢復和負載平衡功能，PCI插槽配置：4個PCI-Express插槽；光軟配置 1* DVD RWROM，電源 2個800W高效能節能冗余電源、支持熱插拔。

2、操作系統

配備操作系統兩套，采用微軟Windows Server中文標準版。

3、數據庫軟件

配備數據庫軟件一套，采用Oracle11g標準版。

三、網絡環境

根據“煤礦信息管理平臺”建設的實際需求，整個系統需要構建在網絡環境下，通過高速寬帶網絡實現不同部門間協同與共同工作，因此設計“煤礦信息管理平臺”的網絡拓撲結構非常重要。

系統從結構上分為兩個部分，企業內網與外網。

外網主要是指外部用戶通過Internet訪問系統的各種信息，其主要面向的對象是互聯網用戶。

企業內網主要指以基礎網絡數據中心為中心，以星形結構聯合礦井內不同部門形成的數據存儲、管理、共享與應用環境。

網絡結構圖

四、平臺軟件

平臺軟件具有一站式門戶、煤礦安全管理、煤礦生產管理、煤礦經營管理、決策支持及基礎管理等系統功能。

（一）一站式門戶

系統提供統一的用戶登錄入口，滿足不同業務的權限管理，且應具備密碼復雜度及驗證碼校驗功能；應具有基礎數據字典統一管理功能，包括員工編碼、區域地點編碼、組織機構、角色權限、其它煤礦共有信息；提供統一的工作流管理機制，能夠使相關任務在所有參與者之間按照規則自動執行；提供統一的消息推送管理機制。

（二）煤礦安全管理

1、危險源管理

包括危險源信息、危險源分類、危險源識別、危險源監控及危險源預警等功能，可以實現危險源信息、危險源報備記錄、危險源檢測記錄、危險源評估記錄、危險源應急預案、危險源排查記錄的登記記錄及新增、修改、刪除、查詢等操作，并通過單位信息關聯危險源信息，列出企業單位存在的重大危險源信息，根據重大危險源信息中的地理坐標，在電子地圖上顯示該重大危險源的地理標記，并提供危險源名稱模糊查詢的功能。

2、隱患排查治理

包括隱患信息、隱患統計報表、隱患登記、隱患督辦、隱患催辦、隱患治理方案、隱患治理方案評審、隱患治理記錄、隱患治理評估、隱患治理自驗、隱患治理驗收申請、隱患治理驗收記錄、隱患治理恢復生產申請、隱患治理恢復生產審查、隱患復查、隱患銷案等模塊，實現隱患從登記到銷案的閉環管理，以及流程流轉自動通知和到期預警提示。

3、違章管理

系統記錄煤礦的三違，并可上傳到集團平臺。

4、應急救援管理

包括應急預案管理、應急救援組織、應急救援醫療機構、應急救援隊伍、應急救援裝備、應急救援裝備品種、應急救援專家、應急救援物資、GIS 圖形管理、事態跟蹤管理、模擬演練、案例分析、事故評價等功能。實現對應急預案的綜合管理，并對應急救援組織、應急救援醫療機構、應急救援隊伍、應急救援裝備、應急救援裝備品種、應急救援專家、應急救援物資等應急資源及信息的進行動態管理。以應急救援隊伍為例，其包括記錄救援隊伍名稱、地址、聯系電話、救援隊類型、救援隊等級及人數、專業特長等信息。

5、學習培訓管理

包括培訓機構管理、考點管理、培訓計劃管理、課件管理、在線學習、在線考試等功能，實現教育培訓考試的在線管理。

6、特殊工種管理

包括職員管理、證書管理，任務管理等功能，實現特殊工種管理具有瓦檢員、點檢員、放炮工等工種的任務自動派發、行走路線規劃、任務落實情況實時跟蹤等功能。

7、一通三防管理

包括圖紙與技術 資料管理、通風管理、瓦斯抽采與利用管理、防火管理、防塵管理等功能，并可能與實時監測系統數據對比分析功能。

8、地測防治水管理

包括地質測量、防治水、儲量管理功能，支持資料與圖紙在線查看、地質儲量報表統計分析，結合煤礦地質、水文等監測系統數據實現地測防治水的動態管理。

（三）煤礦生產管理

1、生產計劃調度管理

實現掘進月計劃、產量計劃、開拓計劃、回采月計劃、以及其他各項指標的生產、銷售等計劃的填寫，實現礦山管理效率。

2、生產技術管理

包括制度管理、資料管理及工程進度管理等功能，實施規章措施制定及專業圖紙設計、采掘生產銜接跟蹤、工程進度跟蹤、生產與技術指標等無紙化管理。

3、機電設備管理

包括設備檔案、定期保養管理、維修管理、設備運行管理等功能，建立科學的分類和編碼體系，對機電設備登記建立統一的電子檔案，并將設備的各類相關圖紙上傳至系統；實現定期保養標準制定，實施計劃制定以及保養實施、驗收；實現設備維護及運行情況的錄入、查詢。

（四）煤礦經營管理

1、自動化辦公

包括待辦事務、已辦事務、公文發送及辦公流程管理等功能，實現企業無紙化流程辦公、任務消息提醒、郵件提醒等功能。

2、ERP

包括財務管理、成本管理、合同管理、運銷管理、物資供應管理、倉儲管理等功能，實現煤礦進銷存一體化管理。

（五）煤礦決策支持

對煤礦重點作業區域安全等級評價，綜合分析評價作業區域的安全狀況，分析預測作業區域事故發生的可能性；對煤礦生產節資降耗、降本增效提供決策支持的功能。

（六）基礎管理

1、權限管理

對整個系統平臺提供統一的權限管理，可按用戶性質對其具有的系統操作權限進行歸類，設置權限角色。登記系統用戶，關聯對應工作人員，設置登錄用戶名及初始密碼，并授予對應的角色權限。

2、系統字典

維護系統平臺所要使用的基礎編碼與對應的名稱，確保系統數據采集的統一性。主要包括：人員職務、民族、學歷、政治面貌、企業經濟性質、嚴重程度等系統運行維護所必須的基礎數據。

3、組織架構

維護企業管理系統各使用單位組織機構，科室設置。

4、系統人員

維護企業管理系統使用單位組織機構下設科室相關工作人員(一般為需使用系統的人員) 。

五、平臺配置