【導(dǎo)讀】天地（常州）自動化股份有限公司鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案

　　

【正文】 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 25 頁 共 82 頁 性地通過數(shù)據(jù)接口寫入指定的共享數(shù)據(jù)庫（如 MS Access 或 MS SQL 等）的表中，綜合自動化系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫接口獲取相關(guān)信息。 FTP 傳送 現(xiàn)場控制單元（子系統(tǒng)）將實時數(shù)據(jù)周期性地寫入指定的文件中，文件的結(jié)構(gòu)符合統(tǒng)一的信息描述，子系統(tǒng)通過 FTP 上傳至管控服務(wù)器設(shè)置好的 FTP 服務(wù)器。 統(tǒng)一信息描述 信息協(xié)議是軟件標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)據(jù)的具體描述。它包括以下幾類： 系統(tǒng)配置信息組；數(shù)據(jù)信息組；控制命令信息組。 綜合自動化系統(tǒng)平臺軟件特點 客戶端零配置 B/S 結(jié)構(gòu)極大地簡化了客戶機的工作，真正實現(xiàn)了瘦客戶機模型和客戶端零配置，使維護工作只需在服務(wù)器上進行，所以本系統(tǒng)易于管理和維護。由于采用了多層設(shè)計技術(shù)，并使用了組件技術(shù)，從而方便了開發(fā)，使 得系統(tǒng)的擴展性極好。 標(biāo)準(zhǔn)、開放的接口協(xié)議 采用標(biāo)準(zhǔn)、開放的接口協(xié)議，各系統(tǒng)互聯(lián)基于以太網(wǎng)，采用標(biāo)準(zhǔn)、開放的協(xié)議如 OPC、 NetDDE、 MPEG4 等協(xié)議。 系統(tǒng)可擴展性強 調(diào)度中心采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)共享機制，各級間可實現(xiàn)功能擴展的無縫連接，調(diào)度信息處理平臺形成可將各類安全、生產(chǎn)系統(tǒng)接入的中樞機構(gòu)，并通過提供規(guī)范化的接口成為各種智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)。 管控一體化 綜合自動化平臺可實現(xiàn)安全、生產(chǎn)各環(huán)節(jié)參數(shù)的自動接入與匯總處理，并能實現(xiàn)智能化控制方案形成，對現(xiàn)場子系統(tǒng)進行調(diào)控。 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 26 頁 共 82 頁 第 4 章 綜合自動化各子系統(tǒng)整合方案 過程控制層與操作執(zhí)行層（設(shè)備層）間的信息集成 過程控制網(wǎng)絡(luò)與操作執(zhí)行層（設(shè)備層）網(wǎng)絡(luò)間的集成主要是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間信息交換與信息共享。根據(jù)目前設(shè)備、技術(shù)的情況和未來技術(shù)發(fā)展的方向，信息的集成主要有三種方式： 與子系統(tǒng)控制器聯(lián)接 對與采用 PLC 控制的子系統(tǒng)（如生產(chǎn)供水及井下水處理系統(tǒng)控制系統(tǒng)），管控服務(wù)器通過以太環(huán)網(wǎng)與 PLC 的以太網(wǎng)接口相連，而該 PLC 的 OPC Server 安裝在管控服務(wù)器中與自動化平臺中的管控服務(wù)器進行信息交互。該聯(lián)接方式須具備兩個條件： 一是該 PLC 具有以太網(wǎng)通訊模塊或可插入以 太通訊模塊，其次是配套廠家提供 PLC 的 OPC Server 軟件。 與子系統(tǒng)主機聯(lián)接 對于煤礦專業(yè)性較強的子系統(tǒng)（如安全監(jiān)控、人員監(jiān)測及瓦斯抽放系統(tǒng)等）管控服務(wù)器通過以太環(huán)網(wǎng)及 OPC/DDE/FTP 接口協(xié)議與該類型的子系統(tǒng)主機相聯(lián)。 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 27 頁 共 82 頁 傳輸該聯(lián)接方式須具備兩個條件： 一是該上位機具有以太網(wǎng)通訊模塊。其次配套廠家提供的統(tǒng)一格式的 0PC/DDE 等方式通訊的設(shè)備類型配置表。 與基于 PC的嵌入式子系統(tǒng)聯(lián)接 基于 PC 的嵌入式子系統(tǒng)以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但功能強大而受到工控業(yè)內(nèi)人士青睞， 該類型的系統(tǒng)近年來在煤礦也得到迅速的發(fā)展，如最新型的膠帶機控制子系統(tǒng)、工作面順槽控制系統(tǒng)等都是采用該類型的系統(tǒng)。因其核心就是安裝嵌入系統(tǒng)的計算機，管控服務(wù)器通過以太環(huán)網(wǎng)及 OPC/DDE/FTP 接口協(xié)議與該類型的嵌入 PC 相聯(lián)。傳輸該聯(lián)接方式須具備兩個條件： 一是該嵌入式控制器具有以太網(wǎng)通訊模塊。其次配套廠家提供的統(tǒng)一格式（集成商提供格式）的0PC/DDE 等方式通訊的設(shè)備類型配置表。 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 28 頁 共 82 頁 子系統(tǒng)接入 依據(jù)目前設(shè)計情況多數(shù)子系統(tǒng)可能需要地面接入交換機利用環(huán)網(wǎng)通道與各子系統(tǒng)上位計算機通信從而進行子系統(tǒng)整合。 綜合自動化軟件平臺將利用多種軟件接口對各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)接入，以實現(xiàn)在地面控制網(wǎng)中對各子系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控。 此次將接入系統(tǒng)： （一）地面生產(chǎn)子系統(tǒng) 主井膠帶機監(jiān)控系統(tǒng) 主通風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng) 地面電力監(jiān)控系統(tǒng) 壓風(fēng)機房監(jiān)控系統(tǒng) 地面生產(chǎn)系統(tǒng)集控 煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng) 發(fā)運裝載系統(tǒng) 選煤廠集控 工廣視頻監(jiān)控系統(tǒng) 地面輔助設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)： 1）污水處理站監(jiān)控系統(tǒng) 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 29 頁 共 82 頁 2) 日用消防泵房監(jiān)控系統(tǒng)； 3）鍋爐房自動控制系統(tǒng) （二）井下生產(chǎn)子系統(tǒng) 采掘工作面監(jiān)控系統(tǒng) 主運輸膠帶機監(jiān)控系統(tǒng) 井下主排水泵自動控制系統(tǒng) 井下電力監(jiān)控系統(tǒng) 礦山壓力監(jiān)測系統(tǒng) 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng) 礦井束管監(jiān)測系統(tǒng) 井下人員定位系統(tǒng) 井下機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)； 井下污水處理監(jiān)控系統(tǒng) 1礦井水文在線監(jiān)控系統(tǒng) 第 5 章 系統(tǒng)的安全設(shè)計 “ 建設(shè)本質(zhì)安全型礦井實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn) ”是當(dāng)今煤礦建設(shè)的主題，本質(zhì)安全型礦井，不僅僅是礦井人員安全意識的培訓(xùn)、規(guī)范安全作業(yè)等，更重要的是礦井建立健全 科學(xué) 管理機構(gòu)和科研激勵機制，實施 “ 科技興安 ” 戰(zhàn)略，積 極開發(fā)、引進、推廣、應(yīng)用高新技術(shù)，以優(yōu)化生產(chǎn)要素、創(chuàng)造 “ 本質(zhì)安全型環(huán)境 ” 為目的，依靠科技進步，與煤炭科研單位開展合作和交流，廣泛開展群眾性技術(shù)革新活動。培育具有激勵、約束、自適應(yīng)能力的技術(shù)創(chuàng)新機制體系，礦井必須加強對安全生產(chǎn)技術(shù)管理基礎(chǔ)工作的領(lǐng)導(dǎo)，建立健全以主要負(fù)責(zé)人為首的安全生產(chǎn)行政管理體系和技術(shù)負(fù)責(zé)人為首的技術(shù)管理體系。要適時調(diào)整生產(chǎn)布局，合理集中生產(chǎn)，推行先進的集約化生產(chǎn)方式。 21 世紀(jì)以來 人們在得益于信息 技術(shù) 革命所帶來的新機遇，享受新技術(shù)帶來的便利同時，也不得不面對 新產(chǎn)品、新系統(tǒng) 安全問題的嚴(yán)峻考驗。 半個世紀(jì)以來，見證行業(yè)的同胞用生命和鮮血換來的教訓(xùn)，讓長期從事煤礦自動化設(shè)備研發(fā)的常州自動化院職工牢記“一切以安全為重 ” 、“安全責(zé)任重于天”的煤礦安全思想，從開發(fā)到生產(chǎn)以及質(zhì)量檢驗整個流程都圍繞著“安全”二字去做好產(chǎn)品。從經(jīng)驗和實踐應(yīng)用中得出，在全礦井自動化整個系統(tǒng)安全應(yīng)從以下幾個方面進行分析： ? 接入子系統(tǒng)與整個平臺之間安全問題 ? 信息網(wǎng)和工業(yè)控制網(wǎng)之間的安全隔離 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 30 頁 共 82 頁 ? 信息網(wǎng)絡(luò)安全問題 接入子系統(tǒng)與整個平臺之間安全問題 《 中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 》中，煤 礦用信息傳輸裝置 中傳輸方式可以采用環(huán)形裝置連接設(shè)備 。 環(huán)形裝置按下圖連接設(shè)備 ： 煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)也明確提出可以采用環(huán)行通信裝置作為傳輸通道，但必須要嚴(yán)格遵守煤礦安全規(guī)程，滿足煤礦產(chǎn)品的電器性能要求。 煤礦安全規(guī)程規(guī)定，井下設(shè)備具備防爆或本質(zhì)安全性質(zhì)，對于通信裝置必須具備本質(zhì)安全特性。高瓦斯礦井對產(chǎn)品要求應(yīng)該更加嚴(yán)格。系統(tǒng)的本質(zhì)安全特性，取決于系統(tǒng)中單個設(shè)備本質(zhì)安全特性； 系統(tǒng)中的設(shè)備之間特性是否配備；系統(tǒng)設(shè)備之間輸入 /輸出口是否隔離；系統(tǒng)中的產(chǎn)品是否通過聯(lián)調(diào)檢驗。這些都是系統(tǒng)安全的基本依據(jù)。 在綜合自動化系統(tǒng)中，所有子系統(tǒng)都采用環(huán)網(wǎng)做為信息傳輸主通道，每個接入子系統(tǒng)的安全問題將決定整個系統(tǒng)的安全性，傳輸信道應(yīng)保證各個子系統(tǒng)安全的獨立性。整個綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)該將接入器（即環(huán)網(wǎng)交換機）端口進行有效的隔離，讓單個系統(tǒng)的不安全、不穩(wěn)定不能影響整個系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，最終完成整個系統(tǒng)的安全性。 由于煤礦技術(shù)在不斷的更新，系統(tǒng)的傳輸不再采用傳統(tǒng)的總線方式，考慮到煤礦的特殊性，在近兩年來井 下子系統(tǒng)不能完全擺脫總線傳輸方式，在信息通道建立方面我們也采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)做依托，多種總線并存，形成工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線的綜合自動化系統(tǒng)傳輸架構(gòu)。 依照煤礦安全規(guī)程，通信產(chǎn)品檢驗規(guī)范，加上我公司多年的煤礦工作經(jīng)驗，在整個系統(tǒng)開發(fā)前，全面選擇優(yōu)良的電子設(shè)備或優(yōu)良器件、全盤考慮整個系統(tǒng)的 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 31 頁 共 82 頁 安全性，主要表現(xiàn)在下列方面： 網(wǎng)絡(luò)裝置符合本質(zhì)安全特性。 網(wǎng)絡(luò)裝置所有的輸入口采用光電隔離。（包括星型連接器） 網(wǎng)絡(luò)裝置采用后備電源，供電時間符合煤礦安全規(guī)程。 接入網(wǎng)絡(luò)的子系統(tǒng)采用非本質(zhì)安全 /本質(zhì)安全隔離柵設(shè) 備。 采用網(wǎng)管型的交換機，軟硬兼顧，對端口進行有效管理。 煤礦嚴(yán)禁隔爆設(shè)備和本安系統(tǒng)直接連接，中間必須加上安全隔離柵。為了解決這類問題，我公司專門研究開發(fā)出非安 /本安隔離轉(zhuǎn)換設(shè)備來解決系統(tǒng)接入安全性問題。 我們公司生產(chǎn)的環(huán)網(wǎng)交換機有（ KJJ5 KJJ31 多種型號），取得煤礦安全證件。 產(chǎn)品的本質(zhì)安全性 KJJ58 環(huán)網(wǎng)交換機是我國自行研制的第一臺通過通訊產(chǎn)品檢驗合格的千兆級別的環(huán)網(wǎng)交換機，交換機主要分為主機、電源、隔離模塊等幾大部分。 電源采用本質(zhì)安全電源供電，本安電源技術(shù)延續(xù)了以前我公司 的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)本安電源技術(shù)，完全可以實現(xiàn)本質(zhì)安全。 隔離模塊完全杜絕了系統(tǒng)接入帶來干擾，實現(xiàn)產(chǎn)品的安全性，避免了本安系統(tǒng)之間的接入不配備，需要聯(lián)調(diào)檢驗。 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 32 頁 共 82 頁 KJJ58 內(nèi)部端口隔離示圖 系統(tǒng)的安全性 煤礦嚴(yán)禁隔爆設(shè)備和本安系統(tǒng)直接連接，中間必須加上安全隔離柵，我公司自行研發(fā)的隔離產(chǎn)品 KJA9，保證這個傳輸系統(tǒng)的安全。 本安設(shè)備與防爆設(shè)備連接圖 信息網(wǎng)和工業(yè)控制網(wǎng)之間網(wǎng)絡(luò)隔離 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷應(yīng)用和完善， Inter 正在越來越多地滲透到社會的各個方面。一方面，企業(yè)上網(wǎng)、電子商務(wù) 、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等一系列網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用蓬勃發(fā)展，人們的日常生活與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系日益密切；另一方面，網(wǎng)絡(luò)用戶組成 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 33 頁 共 82 頁 越來越多樣化，出于各種目的的網(wǎng)絡(luò)入侵和攻擊越來越頻繁。人們在享受互聯(lián)網(wǎng)所帶來的豐富、便捷的信息同時，也日益感受到頻繁的網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒泛濫、非授權(quán)訪問、信息泄密等問題所帶來的困擾。 傳統(tǒng)的安全產(chǎn)品可以以不同的方式滿足我們保護數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全的需要，但不可能完全解決網(wǎng)絡(luò)間信息的安全交換問題，因為各種安全技術(shù)都有其局限性。為保護重要內(nèi)部系統(tǒng)的安全， 2020 年 1 月，國家保密局發(fā)布實施《計算機信息系統(tǒng)國際互聯(lián)網(wǎng)保密管 理規(guī)定》，明確要求：“涉及國家秘密的計算機信息系統(tǒng)，不得直接或間接地與國際互聯(lián)網(wǎng)或其他公共信息網(wǎng)絡(luò)相連，必須實行物理隔離。” 中共中央辦公廳 2020 年第 17 號文件《國家信息化領(lǐng)導(dǎo)小組關(guān)于我國電子政務(wù)建設(shè)指導(dǎo)意見》也明確強調(diào)：“政務(wù)內(nèi)網(wǎng)和政務(wù)外網(wǎng)之間物理隔離，政務(wù)外網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之間邏輯隔離?！? 在不同安全等級的網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)之間實施安全隔離是一個行之有效的安全保密措施，可切斷信息泄漏的途徑。最初的解決方案很簡單，即通過人工的操作來實現(xiàn)。如下圖所示： 可 信 網(wǎng) 絡(luò)非 可 信 網(wǎng) 絡(luò)人 工 傳 輸 在不同安 全等級的網(wǎng)絡(luò)中進行信息交換的時候，由指定人員將需要轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)拷貝到軟盤等移動存儲介質(zhì)上，經(jīng)過查病毒、內(nèi)容檢查等安全處理后，再復(fù)制到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中。這種解決方案可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全隔離，但數(shù)據(jù)的交換通過人來實現(xiàn)，工作效率低；安全性完全依賴于人的因素，可靠性無法保證。在數(shù)據(jù)量不大，交換不頻繁的情況下，通過人工交換數(shù)據(jù)的確簡單可行。然而，隨著電子政務(wù)的開展，內(nèi)外網(wǎng)交換數(shù)據(jù)的數(shù)量和頻率呈幾何量級上升，這種解決方案已經(jīng)越來越無法滿足用戶的需要。如何保證信息在不同安全等級的網(wǎng)絡(luò)間安全交換成為制約電子政務(wù)發(fā)展的瓶頸。在這中背景下 因緣而生一種新的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品 —— 網(wǎng)閘。 網(wǎng)閘 (SGAP)與傳統(tǒng)防火墻的技術(shù)特點對比如下表所示 天地（常州）自動化股份有限公司 鄆城煤礦全礦井綜合自動化技術(shù)方案 第 34 頁 共 82 頁 對比項目 傳統(tǒng)防火墻 網(wǎng)閘（ SGAP） 安全機制 采用包過濾、代理服務(wù)等安全機制，安全功能相對單一 在 GAP技術(shù)的 基礎(chǔ) 上，綜合了訪問控制、內(nèi)容過濾、病毒查殺等技術(shù)，具有全面的安全防護功能。 硬件 設(shè)計 防火墻硬件設(shè)計可能存在安全 漏洞 ，遭受 攻擊 后導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 硬件設(shè)計采用基于 GAP技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，運行穩(wěn)定，不會因網(wǎng)絡(luò)攻擊而癱瘓。 操作系統(tǒng)設(shè)計 防火墻操作系統(tǒng)可能存在安全漏洞。 采用專用安全操作系統(tǒng)作為軟件支撐系統(tǒng)，實行強制訪問控制，從根本上杜絕可被 黑客 利用的安全漏洞。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理 缺乏對未知網(wǎng)絡(luò)協(xié)議漏洞造成的 安全問題的有效解決辦法。 采用專用映射協(xié)議代替原