基于5G传输的煤矿综合智能化系统解决方案

（一）系统部署设计
本方案选择力控科技pSpace6和eForcecon系列产品作为综合智能化系统的平台软件,该系统在煤炭行业应用普遍，应用基础深厚，能够满足本矿井综合自动化监控的要求。子系统接入采用工业通信网关pFieldComm,实现统一的自动化系统数据模型、安全管理、诊断维护、报警及事件处理和授权服务。软件可以实现以下功能：
生产数据实时采集
流程及设备组态监控
数据趋势及报表
实时历史数据归档
生产信息Web发布
根据XX煤矿矿井自动化涉及的子系统情况和生产管理需要，配置包括实时服务器、历史数据库、操作员站、工程师站、WEB服务器、子系统接入网关等。
1、实时数据采集服务器
数据采集是数据访问的首要步骤，本系统通过采集软件将现场的PLC、分站等智能设备，支持单台服务器采集5至10万点数据，通过Modbus、电力规约、OPC 等多种驱动协议进行通讯。在采集层数据处理过程中，采集软件支持多个数据通信协议可以与西门子、AB、施耐德等主要厂商的控制设备或任何开发的控制网络通信。并且使用了先进的数据集成方式，提供卓越的连通性，可以通过多种方式连接到设备和其它系统，包括 OPC、数据库、文件采集、Web Service、用户自定义采集等等。
提供4000个以上的IO通讯驱动程序及驱动快速开发工具，保障矿区各子系统或控制设备数据接入能力和接入效率。
组态软件通过硬件设备的驱动协议对设备数据采集，如Modbus、OPC、Logic Ethernet等，通过简易配置即可从现场控制器中获取压风机、主扇设备、排水设备、运输皮带等各种设备的运行参数与状态，同时还提供与设备通讯的状态监测、链路的运行参数监测，包括链接超时、读写反馈、发包次数等。
组态系统通过采用符合行业标准的 SQL 查询接口对数据库数据采集，可以无缝地集成各种关系数据库，例如Microsoft SQL Server 、MySQL、Oracle 等。归档也可以轻松实现，实时数据库有独特的自主归档技术，可以通过例程或者事件触发方式进行数据归档、释放磁盘空间、备份和恢复长期存储文件。通过封装成熟的ODBC、OLEDB、Oracle等多种接口与关系数据库进行数据的读取。
组态系统集成了SNMP协议接口，可针对可网管设备进行监控，如网络交换机，通过SNMP接口针对交换机运行状态的数据采集，实时获取整个矿井数据通讯环网的通讯链路系统状态。
为保证数据采集服务器的运行稳定性，建议配置两套互为冗的实时服务器。
2、历史数据服务器
历史数据服务器作为煤矿综合自动化系统的核心，是分析展示软件的数据来源，它实时记录采集的各子系统的生产数据，并长期保存，为煤矿生产及管理提供数据支持，并为网络中的其它服务器和工作站提供数据服务。为了保证历史数据服务器的数据安全性，配置两台服务器，以磁盘阵列的方式进行双机热备冗余。
特点
极高的安全可靠性和资料数据的恢复能力。
支持多平台结构，支持标准的开放数据接口(ODBC)。
数据的存储效率，以有效的压缩方式保证现场所有的能源和生产过程实时数据信息的完整性；计算分析结果，历史数据能够在线长期保存（5年以上），压缩的资料恢复时间在秒级以内。
足够的系统开放性，可维护性和二次开发能力及数据的缓冲能力，以及针对全矿厂的数据存储能力。
3、操作员站
提供给调度中心操作人员使用，实现煤矿生产的统一监控和管理，实现对多个子系统的集中展示、集中监控。
操作员站作为人机界面（HMI），通过多媒体手段（画面、声音等）及图表分析工具，为使用者提供各子系统形象直观的现场过程数据、过程报警、事件报警等。
操作员站，可划分为多种操作员站，按照职责和业务范围的不同，分为通风、主运、安全监控、排水、技术支持等。监控操作员站，侧重于对生产过程设备的操作和控制，主要使用生产工艺流程图和设备的细节图等。安全操作员站，只监测不控制，侧重于对生产过程中的异常情况、报警和停机事件的处理。技术支持操作员站，对停机、故障等事件进行分析，能够使用历史数据、趋势图、统计图等。
 组态系统的主要功能有数据访问、设备操控管理、系统报警管理、系统统计分析设计、智能定位、视频接入、Web发布以及多样化移动应用等。该系统能够使生产工况信息有效集成，可将各个子系统的数据进行有效整合，同时可靠的报警管理，完善的系统统计分析设计，丰富的业务应用及多样化的交互式应用可实现系统智能化监控管理，进而确保系统安全、稳定运行。
系统配置XX用户可用于本地实时操作员监控站，24小时在线运行，监视各个安全、生产设备的情况和信息，实现远程控制。也可用于本地或远程Web访问。
4、工程师站
提供给调度中心管理人员使用，工程师站是进行系统开发、维护的平台，可完成如下功能：
经过授权的维护人员（维护工程师），通过工程师站可以对整个系统进行维护，包括控制网络的组态设置（网络节点的增减、通讯速率的设置等）、人机界面（HMI）画面的修改、现场过程数据采样点和被控点的增减等；
具有操作员站的全部功能，需要时可以作为操作员站使用。
5、WEB服务器
随着Internet科技日益渗透到生活、生产的各个领域,传统自动化软件的趋势已发展成为整合IT与工业自动化的关键。系统提供了For Internet应用版本。其采用B/S结构,支持 Internet/Intranet网络上的任何一台PC机通过浏览器浏览工业现场的实时画面,监控各种工业数据,实现了对客户信息服务的动态性、实时性和交互性。系统具备将集中监控系统转换成Web发布系统的功能，运行在Web服务器上，客户端支持IE、火狐、谷歌等浏览器访问Web发布系统，根据不同授权可查询不同的生产实时信息，实现数据共享、信息透明，通过Web发布、生产信息的LED显示等各种方式让各相关部门人员全方位的了解实时生产情况。
Web发布系统运行与组态系统相同的监控画面,浏览器客户端与Web服务器保持高效的数据同步,通过网络可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等。同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令,实现实时控制的功能。系统具有以下几点技术特性：
（1）实现工程发布、工程下载、画面展示和数据访问等功能;
（2）支持工程中所有控件的发布;
（3）Web服务器能够直接引用数据服务器端的变量;
（4）需要单独建立一个工程作为Web服务器进行发布;
（5）为客户端提供实时数据、报警数据和历史数据等。
（6）数据服务器由IO服务器、冗余服务器、采集服务器以及历史数据服务器组成。
（7）任意一台计算机都可以下载客户端工程,从Web服务器上读取变量并实时更新画面。

（二）平台功能设计
综合智能化系统需要采集全矿井的生产信息和安全信息，将矿井中有关安全、生产、电力等主要子系统实现在矿井调度指挥中心进行集中监控、集中调度指挥，实现管控一体化，具备信息化数据接口。
1、数据库融合
基于数据库的多样性，数据采集过程中需具备数据库融合的功能。本系统支持多种数据库访问接口，可实现MES系统、SAP系统的数据交互；利用内置的数据集功能快速的从数据库中进行数据检索、聚合、过滤、计算、更新、反馈等操作，及时获取工作计划，并可通过设备运行状况及时调整执行顺序；支持的标准数据库接口有：ODBC、OLEDB、Oracle、SQL Server等。
2、可视化监控
组态系统由高速引擎呈现实时生产监控，画面具有矢量化展示角度，可视化效果形象，更加直观的反映各个系统的生产状态以及运行情况。此外，可视化监控画面可进行场景漫游，故障定位，设备巡检等功能，进而更好的实现生产监控。
2、视频系统融合
视频系统与监控系统的融合更加方便、快捷、直观的监控调度现场工作。本系统内部集成了ONIVF协议，可将远程的视频摄像头数据进行内部实时视频展示，通过内部命令控制视频摄像头的监测画面，支持云台的操控，可以与设备的运行状态数据进行捆绑，一旦有报警事件、设备故障等突发事故出现可进行数据联动。
3、实时监测
XX煤矿管控一体化平台统一使用组态软件，将各子系统主要控制设备和工艺过程控制过程制作相应的组态画面，组态界面在显示终端就可以展示设备现场的视觉效果。组态系统实时显示各设备监测数据，支持图表、组态画面、动画等多种显示方式。提供管控一体化组态工具及多终端一体化运行环境，以数据展示的直观性（图形、图表、曲线、报表）、图形格式的矢量化、数据监控的实时性、事件处理的智能性为XX煤矿提供开发和运行环境。
4、实时控制
实时控制系统是由上位机控制系统、下位机控制系统和通讯模块组成集散控制系统。上位机控制系统使用远程计算机控制系统，下位机包括plc和扩展I/O点，上位机和下位机之间通过通讯模块互联，通过组态软件配置程序控制设备的运行状态。控制功能包括远程手动控制、远程自动控制、远程与就地切换等。
5、报警管理
远程控制系统在图形表格中选择消息变量、消息位、消息文本、错误点进行设置各种报警参数，随后设置监视变量和延迟时间，系统按照设置参数进行报警。报警种类包括故障报警、通讯故障报警、模拟量越界报警、控制失败报警、开关变位报警等等。报警可以是声光报警、语音报警、图形报警灯。
系统报警管理是系统能够安全、稳定运行的重要核心部分，本系统报警模块将分布式企业范围内的报警与事件管理体系结合，设计了更准确、及时的实时报警管理。本系统基于安全报警管理规范，保证报警的正确分析和制造工厂的事件。
实时报警管理建立在实时数据采集的基础上，根据标签点的定义，系统能够定义指定工艺或质量点的报警限，报警限包括：高限、高高限、低限、低低限、偏差报警、变化率报警。实时报警应能设立优先级，定义报警区和类别。系统在发生故障等异常情况时，针对各个子系统所采集到的数据进行统一管理。各种预警信息应提供死区、延时、报警抑制选项，防止在一定时间内的重复报警，并可在通信中断、维护和测试时抑制选项，防止在一定时间内的重复报警。对设备的启停和各项参数提供常规的文字和语音报警外，对系统由低到高采取分级预警方式实现生产调度辅助决策。
软件的配置无需任何改动，只是做为数据源，同时设置被监测指标的限值，简单易行。
每个报警可以单独设置值班人员，报警重复次数，报警延时，报警间隔。
报警提示可设置为报警重复发送，直到系统确认为止。可实现分级发送，比如报警时，先发送给现场人员，一段时间仍未解决，发送给工程师，依次类推。
系统设置可实现黑白班值守，不同时间段发送给不同的值班人员。
报警信息可实现定时发送信息，比如可定时发送给值班人员，或值班人员可通过手机APP主动查询，随时掌握设备信息。
在运行时，可以随时可按组或将单个报警暂时禁用，启用。
6、系统联动
各种报警可以单一报警，也可以设置关联关系，系统根据设置的关联关系进行联合报警。
7、系统统计分析
系统数据的整理、计算、分析是确保系统信息与操作应用的保证。本系统的统计分析有运营管理统计分析、生产运维统计分析及设备运行统计分析构成。其主要可实现的功能如下：
历史曲线：可查询各计量点的历史曲线。
异常报警：各计量数值异常时发出报警，并保存异常记录内容。
系统的运营管理统计分析可自动生成调度报表和调度日志，无需人为参与。管理人员、调度人员能随时查看。具体内容包括产量报表、故障报表、报警统计报表等。
系统的生产运维统计分析可实现系统报警、产能、故障、效率等相关参数历史数据的分析和关联性分析，可实现相关数据与往年全年数据的对比分析，发现数据变化规律和连带影响参数，为生产工艺、设备的优化寻求改进的策略和方法。
8、统计报表
组态系统具有强大的报表管理功能，根据实际需要设置各种数据报表，授权不同用户定制开发和查询报表，对各种报表可以导出电子报表。