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同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 霍尼韦尔公司霍尼韦尔公司 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统集成同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统集成 系统设计建议书系统设计建议书 （综合自动化控制系统部分）（综合自动化控制系统部分） 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 目目 录录 1. 集成系统方案说明.............................................................................................................................4 1.1. 集成系统概述.............................................................................................................................4 1.2. Experion PKS 解决方案.............................................................................................................4 1.3. 信息管理层系统设计说明.........................................................................................................6 1.4. 综合自动化层系统设计说明.....................................................................................................7 1.4.1. 功能和作用...........................................................................................................................7 1.4.2. 三层网络体系结构...................................................................................................................7 1.4.3. 井下监控站配置.......................................................................................................................9 1.4.4. 井下 UNIT FSK 监控单元配置.............................................................................................10 1.4.5. 操作员站.................................................................................................................................11 1.4.6. 打印机.....................................................................................................................................16 1.4.7. 服务器.................................................................................................................................16 1.4.8. 容错以太网.........................................................................................................................18 1.4.9. 网络安全.................................................................................................................................29 1.4.10. 第三方接口...........................................................................................................................30 1.4.11. 分布式系统体系结构（Distributed Systems Architecture，DSA） .................................32 1.4.12. Experion PKS 基于 CEE 的控制器概述.............................................................................33 1.4.13. EServer 矿井安全生产管理.................................................................................................35 1.4.14. Allen-Bradley 集成接口......................................................................................................35 1.4.15. SIEMENS 集成接口.........................................................................................................36 1.5. 设备监测层接口方案说明.......................................................................................................42 2．． 塔山综合自动化配置方案塔山综合自动化配置方案.............................................................................................................48 2.1.PKS 控制层系统结构控制层系统结构......................................................................................................48 2.2. PKS 监控层系统结构监控层系统结构..........................................................................................................49 2.4. 其它子系统设计说明及建议...................................................................................................51 2.4.1. 矿井选煤厂电控子系统.........................................................................................................51 2.4.2. 储煤场电控子系统.................................................................................................................51 2.4.3. 快速装车控制系统.................................................................................................................53 2.4.4. 井下排水控制系统.................................................................................................................57 2.4.5. 采煤工作面自动化系统.........................................................................................................63 2.4.6. 井下胶带机集中控制系统.....................................................................................................71 2.4.7. 井下辅助运输子系统.............................................................................................................78 2.4.8. 井下人员安全监测系统.........................................................................................................78 2.4.9. 回风井通/压风机电控子系统................................................................................................81 2.4.10. 矿井安全监控系统...............................................................................................................90 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 3.综合自动化层硬件及配套系统软件清单 .................................................................................106 3.1. PKS 系统配置 4. 集成系统项目管理及执行计划.....................................................................................................109 4.1. 项目管理及执行计划.............................................................................................................109 4.1.1. 系统项目管理与开发方案...................................................................................................109 4.2. 实施组织机构及执行计划.....................................................................................................111 4.2.1. 项目组织结构.......................................................................................................................111 4.2.2. 项目组织的原则...................................................................................................................111 4.2.3. 项目的组织机构...................................................................................................................111 4.2.4. 执行计划...............................................................................................................................113 4.3. 与其他单位配合.....................................................................................................................113 4.3.1. 实施前的配合要求...............................................................................................................113 4.3.2. 实施期间的协调工作...........................................................................................................114 4.3.3. 与甲方的配合.......................................................................................................................114 4.3.4. 与其他承包商配合...............................................................................................................114 4.3.5. 加强成品保护意识...............................................................................................................114 4.3.6. 不可预见的协调...................................................................................................................114 4.4. 信息管理.................................................................................................................................114 4.5. 劳动力组织安排.....................................................................................................................115 4.6. 资料及图纸.............................................................................................................................115 4.7. 用户培训.................................................................................................................................116 4.8. 业绩表.....................................................................................................................................116 4.9. 霍尼韦尔项目范例.................................................................................................................117 4.9.1. 霍尼韦尔公司赢得王曲发电厂仪控岛千万美元合同.......................................................117 4.9.2. 霍尼韦尔赢得神华煤直接液化项目自动化合同...............................................................117 4.9.3. 霍尼韦尔获得 Start 杂志和微软的 2003 年度成就奖.......................................................118 5. 附录.................................................................................................................................................120 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 1.集成系统方案说明集成系统方案说明 1.1. 集成系统概述集成系统概述 塔山矿井自动化系统使用霍尼韦尔公司的Experion PKS系统的冗余服务器，实现自动化调度中心的 信息集中管理的功能。分站的各个控制系统以各种方式将分站信息传送到调度中心的服务器上，在调度 中心实现对矿井环境、设备和人员安全实时监控及保护，第三方子系统的矿井生产实时监测，实现报警、 历史数据储存及分析、趋势、事件和生产报表等功能。矿井环境安全监测及生产监控系统的优异性能与 高可靠性，使其系统可使用率达到99.7以上。矿井环境安全监测及生产监控系统遵循中国煤矿安全标 准规程规范。 塔山矿井信息化中心通过Experion PKS系统的eServer功能，使信息管理层获取生产数据，使各级 领导实时准确的掌握全矿生产情况，快速的做出生产决策，提高全矿的经济效益。 1.2. Experion PKS 解决方案解决方案 随着现代煤矿采集工业中计算机自动化技术的广泛应用，以及无人化矿井采集的概念的逐步推广， 煤矿采集安全作业的需要，拥有实时高效可靠，高度集成化、智能化的中央监控系统平台越来越成为现 代煤矿采集控制管理中心，进行生产管理的重要工具。一套良好的中央监控系统平台，是集数据通信、 处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体的综合数据应用软件系统，能在各种情况下 准确、可靠、迅捷地作出反应，及时处理，协调各系统工作，达到实时、合理监控的目的。Honeywell 设计开发的监控一体化指挥平台具有“集中管理，分散控制；监控全面，使用方便”的特点，并要基于 先进的平台软件技术开发，从技术，设计，开发，维护等各个方面保证系统的先进性，正是一套符合现 代煤矿生产集中控制的软件系统。 Honeywell中央监控系统平台Experion PKS，在中央监控管理上从真正意义上实现了系统的高度集 成它包括了CCTV视频监控系统，安全生产设备监控系统，环境监测系统，紧急电话系统，大屏幕显示系 统，电力监控系统，选煤厂系统，报表系统以及联动预案调度系统的支持。原有设计的中央控制集成系 统中各个相互独立的子系统，通过Honeywell 的Experion PKS系统所独有的FTE框架技术，被有机的整 合在一起，所有的监控管理操作，都可在一台工作站上完成，这摆脱了以往其他煤炭采集管理系统中各 子系统中独成一体的，需要分别操作控制的模式，管理人员不必再在各个子系统控制主机间来回奔波， 这大大提高了工作效率，降低了劳动强度、人员编制和设备故障率，提高了设备利用率，降低运营成本。 Experion PKS 是一种统一、协作的体系结构，它具有最新的围绕于异常状况管理ASM、安全管 理和信息管理技术的DCS 功能。Experion PKS 提供与FOUNDATION Fieldbus、Profibus、 DeviceNet、LON、ContolNet和r Interbus等接口。跨工厂范围的坚固性、安全性、遵从性、可控性、 防护性和可靠性贯穿了该体系结构的所有层面，提供了现有的唯一高性能、跨工厂范围的基础结构。 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 Experion PKS 的分布式控制特性包括一个可实现连续、逻辑、顺控的和面向对象驱动的完整控制环境， 该环境可运行在完全冗余的控制器上。 通过统一跨工厂范围的体系结构, Experion PKS允许您在适当的时间制造适当的产品、进行优化 和自动化、提高员工效率和改善资源利用率，同时减少事故。通过将注意力集中在对运营目标的影响而 不仅仅是设备更换上，Experion PKS为您的工厂操作创建了一个宽广的、以过程为中心的视图，这不像 采用以设备为中心的狭隘方法，只在需要更换阀门或进行维修时才通知用户。这是优化性能的关键。结 合DCS 功能和跨工厂范围的基础知识管理、资产和异常状况管理、商务过程集成以及优化与自动化提供 了协作生产管理解决方案。 Experion PKS 系统结构是模块化的，其监控系统是基于高性能的Windows 2000/XP操作系统设计。 系统的所有组件完全集成为一体。例如，当用户创建的控制策略下装时，相应的数据同时自动下装到控 制处理器和Experion PKS服务器数据库中。在服务器数据库中自动建立每个组态生成的模块 （CM，SCM，IOM等）所对应的点。从控制器到操作员站，如导航工具和集成化报警等功能，系统采用形 式一致的操作特征。混合控制器和Experion PKS服务器使用统一的位号点名称。服务器的动态数据缓存 采集所有的数据并送入数据请求列表，提供优化的数据存取性能和内存使用率，同时最小化控制处理器 的数据存取负荷。 Experion PKS系统采用前沿开放性技术，如Windows 2000，以太网，ODBC，AdvanceDDE，VB和过 程控制的OLE（OPC）以及基于标准Intel处理器的高性能计算机硬件等，为用户提供经济的，使用方便， 功能完善的系统。将混合控制器的控制功能与广泛的监控功能有效地优化组合在一起，Experion PKS系 统能够在完全集成的系统环境中提供最简便的操作和工程组态。 Experion PKS的系统结构保证用户能完全透明地访问混合控制器数据库。Experion PKS还可集成 Honeywell其它产品和大量第三方设备，以保护用户已经在控制方面的投资并完成过程信息的集成。操 作员，过程工程师和企业级计算机用户都可使用这些集成的过程信息，为提高生产率，降低生产成本， 提高产品的一致性和减少浪费而进行控制和监控。 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 1.3 信息管理层系统设计说明信息管理层系统设计说明 功能和作用信息管理层主要完成场班及各级领导顺利的查看生产第一线的实时数据，保证及时 地掌握生产情况，同时提供信息分析和管理功能，协助分析生产数据和报表。 此层系统采用1000M单网，可配置若干台高配置的DELL工作站，本网采用星型连接，配置48口的 CISICO交换机，同时与综合自动化层采用防火墙隔离可能对综合自动化层造成的恶意攻击和破坏。同时， 霍尼韦尔建议，如果信息管理层将于INTERNET网连接，增加一台高端防火墙，防止INTERNET网络的病毒 和攻击。 另配置网络版的防病毒软件，安装在信息管理层的计算机中，防止病毒利用其他途径侵入系统。 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 1.3. 综合自动化系统层设计说明综合自动化系统层设计说明 1.3.1. 功能和作用功能和作用 综合自动化层完成控制系统信息集成，操作和监控全场的生产和安全。 连接设备控制层各个子系统，操控和监视每个子系统的正常运行。 连接信息管理层，将设备控制层子系统的部分数据和其他相关数据、图形、报表，通过eSERVER传 送到信息管理层，为信息管理层的提供基础数据。 根据安装的需要，Experion PKS 可集成许多不同的硬件和软件的解决方案。下图显示了许多在 Experion PKS 体系结构中可能使用的节点。该体系结构是高可伸缩性的，并非所有的节点都是必需的。 1.3.2. 三层网络体系结构三层网络体系结构 塔山煤矿全矿井自动化采用Honeywell三层网络体系结构，确保塔山自动化系统在未来10年仍保持 技术上的高先进性和高性价比 1 I/O扩展层采用93.75K bps/s 的实时确定性的本质安全型Profibus FSK现场总线，实现对设备及本安I/O的监测与控制； 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 I/O扩展层采用Profibus DP 现场总线与Honeywell德国Profibus FSK现场总线实现对设备及环境的监 控。PROFIBUS 是独立于供应商的、开放式现场总线的标准，广泛应用于制造和过程自动化领域。 Profibus FSK 是主/从、令牌传递网络，它使用请求/ 响应协议，基本的数据交换操作可确保主设备定期 向每个从属设备传送输出消息，反过来，从属设备借助输入消息进行响应。Profibus FSK是Profibus中常 用的通信配置文件,它在速度、效率和低连接成本方面进行优化处理，尤其适用于自动化系统和分布式 外围设备之间的通信。 2 现场控制层采用基于C200混合控制器，网络实现容错冗余，采用高 速多路径的100M冗余容错工业以太网FTE，实现对现场控制层设备的监 测与控制； 采用高性能的C200控制器，C200 控制器由一个机架、ControlNet 通信模块或新的FTE 网桥模件、 控制处理器模块 CPM 和可选的冗余模块组成，C200控制器是一个紧凑型的、高性价比的控制器，它 直接与过程 IO 连接，离过程最近。它是常规控制、快速逻辑、顺序和批量控制应用的理想的解决方案。 采用实时确定性控制采用实时确定性控制 专用的 100M 冗余纠错工业以太网（FTE； 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 网络冗余配置网卡与光缆都为冗余配置； 采用单模光缆； 控制器与服务器通讯距离不小于 70Km； 系统具备网络自诊断功能，在每个操作员站上都能检测网络故障，系统能自动定时地和 人为随时地切换网络（FTE），从功能上能及时发现备用网络的故障。 3 监控管理层即信息层采用100M冗余容错工业以太网FTE，确保监控 管理层的可靠性和稳定性； 中央控制室监控层网络中央控制室监控层网络操作员站操作员站- -服务器网络服务器网络 采用客户机/服务器FTE 结构； 采用 TCP/IP 以太网，所有节点的速率均为 100MB/s，网络通讯协议IEEE802.3； 当节点数超过 5 个时，采用能进行带宽优化的非对称式 100MB 交换机 （SWITCH）布 线； 系统本身支持多服务器结构（DSA）,数据在各生产线之间相互透明，能相互监控与管 理。 监控层服务器为用户提供了多种接口功能，依靠这些接口实现对整个系统的安全可靠管理监控层服务器为用户提供了多种接口功能，依靠这些接口实现对整个系统的安全可靠管理 实时数据库接口子系统，用户接口子系统，采集控制子系统，报警和事件子系统，报 表子系统，冗余子系统，组态子系统； 点结构用户自定义参数，用户自定义结构，算法，容器点，点脚本语言，用户自定义 数据格式 网络容错以太网，以太网，ControlNet 服务器脚本语言，扩展事件归档 OPC 连接选项 SCADA 接口 现场控制层与监控管理层均为冗余配置现场控制层与监控管理层均为冗余配置 1.3.3. 井下监控站配置井下监控站配置 在井下重要的区域设立C200隔爆兼本安监控站，C200监控站是一个强大的区域监控中心，他可以 负责井下一个区域的环境与设备监控，是一个确定性控制级设备。C200监控站具有多种通讯接口，可 以实现多种通讯的互联互通；C200监控站保留4条本安型Profibus-FSK现场总线，每条Profibus FSK现场 总线上可以挂接125个本安型现场监控单元UNIT FSK，通过4条本安型Profibus FSK现场总线总共可以挂 接500个监控单元UNIT FSK，因此一个C200监控站完全满足实现对矿井某一个区域的监测与控制。井 下各个C200监控站采用6芯光纤，以100M冗余容错工业以太网FTE进入中央变电所的光缆交接箱，最终 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 将矿井某一区域的信息送入地面监控中心，地面信息中心向井下C200监控站下达控制指令，再由C200 监控站实现对现场设备层监控单元配置和下达控制指令。 C200监控站由专用的隔爆型UPS电源箱供电，UPS电源箱不仅为C200监控站提供可靠的供电质量， 同时当外部市电中断后，可向C200监控站提供不低于4小时的后备供电。 C200监控站监控站FTE光纤介质转换器光纤介质转换器 Profibus FSK 本安现场总线本安现场总线FTE Module 1.3.4. 井下井下 UNIT FSK 监控单元配置监控单元配置 C200监控站的每条Profibus FSK现场总线上挂接Profibus FSK本安型现场监控单元UNIT FSK,现场监 控单元UNIT FSK是一个本质安全型的监控单元，他采用Profibus FSK实现与C2OO监控站的链接。 UNIT FSK 监控单元是一种适用于各种控制任务的通用型、高性能、高可靠性的工业自动化系统， 它适用于煤矿井下有甲烷和煤尘爆炸危险的环境中。 UNIT FSK 监控单元有较强的适用性和可扩展性，可以组成不同的控制规模，小到一条皮带，大到 整个采区乃至全矿井的生产过程控制。方便灵活，其逻辑控制方式可以通过软件编程来实现，使复杂的 控制逻辑变得简单易行。系统中的产品采用简便快捷的直插式插接件相连，使系统在恶劣的环境中也能 同煤大唐塔山煤矿综合自动化控制系统 Honeywell Honeywell Proprietary April 10, 2005Section 1Proposal No. CN05MMM016 Rev. 1 快速准确的安装和更换。系统中有可靠独立的Profibus FSK现场总线，确保使系统在可以延伸的地方进 行数据通讯。系统中有特定的安全保障回路，与控制回路相连使用，可使系统控制安全可靠。 UNIT FSK 监控单元是具有RS485通讯接口，通过Profibus FSK现场总线实现与C200监控站的链 接。UNIT FSK 监控单元的监测与控制功能由C200监控站来配置实现，其特点如下 本质安全型设备；本质安全型设备； Profibus FSK本安型现场总线接口，通讯距离不低于本安型现场总线接口，通讯距离不低于5---20KM；； 具