数字化矿井方案.docx

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数字化矿井方案

1、市场概述:

数字化矿井的概念:

数字化矿井就是指在矿井范围内建立一个以三维坐标为主线，将矿井信息构建成一个信息模型。

描述矿井中每一点的全部信息。

按三维坐标组织、存储起来，并提供有效、方便和直观的检测手段和显示手段。

2、技术要求及现场条件：

2.1、淡水加压泵房1座，有变频器，需监测电流、频率及压力值，且能够通过监控软件调节变频器。

（淡水加压泵房为调度中心，所有数据都要传输到此）。

2.2、卤水加压泵房3座，有变频器，需监测电流、频率及压力值，且能够通过监控软件调节变频器。

变频器INVERTERCVF-P33PH380V90KW带RS485接口；每个泵房需监测压力值1个。

1号卤水加压泵房距调度中心100m左右；2号卤水加压泵房距调度中心15Km；3号卤水加压泵房距调度中心35Km；同时卤水池有液位计，需将数据也做进监控系统中。

现淡水泵房有1台卤水池液位计XCJ-400量程：

0-10m，带RS485接口，电流4-20ma。

2.3、淡水水库1座，需监测电流、频率及压力值，且能够通过监控软件调节变频器。

距调度中心2Km左右。

2.4、二采区A区井口房14个，具体情况如下：

序号

所含井口编号

压力值（个）

流量值（个）

备注

1

A101A102

4

4

2

A103A104

4

4

3

A106A205

4

4

A205已报废

4

A107A108A109A210

8

8

5

A211A212A213A214

8

8

6

A217A218

4

4

7

A215A216

4

4

8

A119A120

2

2

9

A121A122

2

2

10

A123A124

2

2

11

A125A126

2

2

12

A127

1

1

13

A129A130

2

2

14

A131A132

2

2

最远井口房距调度中心3Km，调度中心标高+101.2，最高标高+120.7，最低标高+85.7。

无建筑群，但有小山包夹杂其间。

井口房现有流量计为超声波流量计，型号：

XCT-2000;DC24V；带RS232标准D89串行接口，RS485接口（需矿方购买该产品配套接口转换器）。

可串口进行参数设置。

支持MODBUSMBUSFUJI扩展协议。

简易水表协议及厂家协议。

可扩展GMS短信模块，通讯协议下载地址：

（各井口房均无电力系统，所有压力监测只有压力表，需加压力变送装置，超声波流量计只应用了一部分，矿方会全部更换为现有超声波流量计型号）井口房井组压力范围：

0~6MPa加压泵房压力范围：

0~1.6MPa。

2.5、特殊潜水泵房5座，内有控制柜1台，型号：

QYK150/25-0；编号：

200701177；标准：

0FG105080；额定电压：

2500V；额定电流：

60A；频率：

50Hz生产厂家：

天津市电机总厂，有故障、欠载、运行指示。

配有电机保护器QYBQ（清华大学研制），带串口。

电机电压：

900V左右，为特殊电压。

矿方要求此类泵房能够将电流、电压及故障信号传输至调度中心。

3、设计依据

《长沙昌佳自动化设备有限公司企业标准Q/CJ08-2009》

《冶金矿山安全规程》

《有色金属矿山电力设计规范》

《金属非金属矿山安全规程》（GB16424-2006）

《高低压配电设计规范》（GB50054-95）

《矿用一般型电器设备》（GB12173-90）

《外壳防护等级的分类》（GB4208-84）

《煤矿通讯、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》（MT209-90）

《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》（GB50062-92）

《应用电视设备安全要求》（GB16841-93）

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

《电视系统工程设计规范》（JGT1.5-87）

《电视监控工程程序与要求》（GA/T70-2004）

《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）

4、系统结构及工作原理

井口房动态数据采集及无线传输监控集控系统结构图

井口房动态数据采集，加装压力变送器，由其输出压力值，超声波流量计输出流量值，将这两个值经西门子S7224XPPLC转换为标准的MODBUS通讯协议格式的数据输入到无线传输部分。

再由井口房SCADA数字电台传输至主机房主电台，与S7-300PLC通讯，经数据转换季组态反映在上位机监控平台监控界面。

潜水泵房动态数据采集，各潜水泵配有控制柜及电机保护器，通过电机保护器串口，经接口转换器将数据采集到西门子S7224XPPLC转换为标准的MODBUS通讯协议格式的数据输入到无线传输部分。

再由泵房SCADA数字电台传输至主机房主电台，与S7-300PLC通讯，经数据转换季组态反映在上位机监控平台监控界面。

卤水/淡水加压泵房动态数据采集及无线传输监控集控系统结构图

卤水加压泵房、淡水加压泵房及淡水水库动态数据采集，加装压力变送器，由其输出压力值，超声波流量计输出流量值，将这两个值经西门子S7224XPPLC转换为标准的MODBUS通讯协议格式的数据输入到无线传输部分。

同时，泵房内有变频控制柜，可通过预留接口将电压、电流、频率等参数传输至西门子S7224XPPLC转换为标准的MODBUS通讯协议格式的数据输入到无线传输部分。

再由泵房SCADA数字电台传输至主机房主电台，与S7-300PLC通讯，经数据转换季组态反映在上位机监控平台监控界面。

并可在监控中心进行远程变频器调制，直接输出作用于加压泵房电机。

1号卤水加压泵房、淡水加压泵房距监控中心较近，可采用电缆敷设方式将所有数据直接传输至监控中心上位PLC，不采用数字电台无线传输模式。

压力信号、流量信号、电压、电流信号采集到后，通过西门子S7224XPPLC转换为标准的MODBUS通讯协议格式的数据输入到无线传输部分。

西门子S7224XP：

本机集成14输入10输出24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。

22K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速技术器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出、2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜波脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。

是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。

5、无线数据传输

5.1、SCADA系列数字电台简介

SCADA系列点对多点电台是遥控遥测工业自动化行业的顶级产品。

它的电路采用DSP数字信号处理芯片，实现信道编码前向纠错等功能。

它采用CPFSK数字调制解调、Viterbi译码、均衡软判决等技术，软件处理增益达7vdB，生产工艺全部表面贴片焊接。

产品的稳定性、可靠性、抗干扰性、传输速率和传输距离远元超过模拟数传电台。

电台的通讯范围在50公里以上。

可以全双工、半双工或单工方式工作，收发同频或异频，EIA-232数据接口异步透明传输，电台支持语音通讯，通过复用器可以实现数话同传。

电台自带电压表、温度计、功率计场强及干扰测试仪，误码统计软件RTU等目前市场上其它品牌电台所不具备的功能。

电台故障告警如温度过高过低（-40~+70℃）、供电电压超范围（10.5~16VDC）、异步串口数据格式不匹配等自动提示输出。

SCADA电台独有的系统网管软件InSite6，实现空中远程设置系统内其它电台参数如串口格式、发射功率、工作频率等也可以实现空中远程监测系统内其它电台状态如工作电压、工作温度、接收信号强度、信噪比、误码率状态告警等。

SCADA系列数字电台具有多种机型，以满足不同系统要求，如中继台、全双工电台，双机热备电台等。

5.2、性能特点

●技术指标高：

DSP电台，前向纠错信道编码，CPFSK数字调制解调，Viterbi译码、均衡软判决，尾噪声抑制。

●运行可靠：

发射启动快、收发转换快，可以连续发射，功耗低，工作温度范围广，能在各种极其恶劣环境下工作。

●设置灵活：

所有参数包括频率、功率、接口格式等通过软件设置。

●有网管：

远程空中设置电台参数或监视电台状态及告警。

5.3、技术指标

◇一般性能邻道选择：

60dB

工作频段：

交调抑制：

-70dB

130-174/220-240/330-512MHz◇电源要求：

运行模式：

半双工，单工供电电源：

13.8VDC（10.5-16VDC范围）

数据接口：

透明RS232，DB25孔发射电流：

<2A，发射功率5瓦时

空中速率：

9600/19200bps接受电流：

<125mA

数据延时：

<7ms休眠状态：

15mA

◇发射单元◇外形尺寸

调制方式：

CPFSK使用环境机箱：

铸铝

发射功率：

1-5瓦/1-25瓦（连续）尺寸：

5.08X14.29X18.4cm

频率稳定性：

+/-1.5ppm重量：

1公斤

发射启动：

数据直接启动◇使用环境

启动时间：

<3ms温度范围：

-40℃to+70℃

邻道辐射：

-65dB湿度范围：

95%@40℃非冷凝

超时定时器：

1-255秒◇选配

◇接收单元内置功放模块（最大25W）

类型：

双超外差式对讲话咪

误码率/灵敏度：

-110dBm@10-6BER多信道板（16CH）

频率稳定性：

+/-1.5ppm

5.4、网管功能

网管（NetworkManagementSystem）是指通过网络中的某一点，利用PC等终端，实现全网络系统中各通信设备的管理。

INSITE无线电系统网管软件是SCADA系列无线数据传输系统网管软件。

它利用一台PC机，可以对一个点对多点系统的基站、远程站、中继站进行远程监测控制。

即可以很方便地在办公室监测X710数字电台系统的状态，而不必去现场更改系统设置参数，也可以在网络系统中的任何一个站点，如主站、中继站、远程站，运用INSITE网管软件进行管理监控。

INSITE软件有许多功能，在SCADA系列无线电系统中很容易实现。

主要的功能包括：

●内置RTU模拟器：

可以用INSITE将网络中任何电台的RTU模拟器打开，检查无线链路的质量和电台的设置。

可以用其它轮询软件对RTU模拟器轮询。

●INSITE软件监测无线电系统运行状态，诊断通信中由电台、RTU、电源或传输路径引起的问题。

用此系统经常可以检测到一些小问题，并作纠正，以避免影响到整个网络的运行。

如果必须去现场检查，检查人员用网管系统提供的信息通常对所发生的故障又所判断，并做好相应的准备，此外，INSITE可以用于判断问题是在电台上或RTU上，并可以从中学控制室重置RTU，清除RTU故障。

●远程电台设置：

许多电台的参数可以通过无线信道远程设置。

例如：

输出功率，设置类型，超时定时延时，接收发射频率，数据速率和格式等。

根据电台类型不同，有不同的参数可以设置。

●报警设置：

A、图形显示报警数据，颜色标示点击查看报警信息。

可以让用户设置什么报警会引起外部触动开关启动。

B、非中断式报警诊断轮询：

连续的或定时的报警查询，不用中断用户的数据传输。

C、快速报警状态指针：

如果电台对网管轮询没有响应，它能很快被发现。

可用中断式诊断，迅速查询电台报警。

●电台自动搜索：

电台搜索功能可以自动生新的设备清单，在30分钟内，可以完成从0000到9999的缺省地址码搜寻。

搜寻结果可以加入新的设备清单，或加入现有的设备清单。

●支持使用编码操作开关COS：

用一台PC机连接多个位于同一地点的基站电台。

这一特性可以解决用远程电台做基站电台引起的诊断口地址问题，COS编码操作开关性能内置在X790基站电台内。

如果多个基站不在同一地点，此方案无效。

●提供休眠唤醒方式：

在一些使用太阳能电源的场合，电台常常设为休眠模式，只有通信时被唤醒，如果在网管时需要唤醒电台,采集数据，可以用“唤醒模式”，采集完数据后，又将电台变到休眠模式。

●INSITE与企业网络联接，可以让系统主管，工程师可以在任何时候得到报警信息，甚至在远离网管终端时，报警信息可以通过电子邮件，短信息等方式传达给相关人员。

●INSITE提供三个层次的企业网连接：

A、ODBC把网管数据链接到本地或远端的数据库。

B、DDE动态数据交换服务器与本机上其它的应用程序或网络上其它应用程序分享数据。

C、TCP/IP远程接入服务器。

ODBC参数：

如果网络中有SQL数据库存服务器，允许用户设置登录用户名和密码。

●在线帮助手册。

5.4、系统应用

●点对多点/远距离/高速/高可靠无线数据采集控制系统

用无线电台方式实现远程数据采集，监视与控制，相对于架设专用电缆（或光缆）、租用电信专线等，具有造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单等优点。

典型案例：

新疆油田、成都自来水、新泰电力、丹东煤气、上海铁路、国家地震局、江西气象所、哈尔滨林业所、杭州路灯、江门环保局、鞍钢、宝钢焦化、内蒙古煤炭、鲁能化肥、中南空管局、大连港等。

点对点及点对多点二话二数链接

在25KHz常规单信道中，用全双工数字电台及复用器实现二路话音及二路数据传输。

主站用多套点对点设备叠加，配合路器、分路器及全向天线组成天馈线共用系统，根据不同位置分布架设多个远端外围战，即构成点对多点无线通信系统。

典型案例：

山东电力、江苏电力、福建电力等。

●大范围/大容量/专用GPS无线数据网络

用户容量是专用无线数据网络的重要指标，无线数据网络的用户规模是由无线电台的数据速率，收发转换时间和传输的信息量决定的。

为满足大容量的要求，专用无线数据网络的电台必须提供高的数据速率，如19200bps以上，并能够迅速的收发转换，时间在10ms以内。

目前的专用无线数据网络设备基本上都是采用常规调频电台加MODEN的方式实现的。

电台工作于230MHz、800MHz数传业务频段和350MHz、800MHz集群业务频段。

在25KHz信道，数据速率基本上是1200bps、2400bps，一些采用GMSK等MODEN芯片把输出的低频信号直接加到VCO输入端能实现9600bps的无线数据传输，但该方式的射频指标，难于满足信息产业部规定要求，且其10-6误码灵敏度很低，通讯距离非常近，实际当中无法使用。

另外，常规调频电台的收发转换时间在50-100ms左右，不能实现高速收发转换。

SCADA电台采用前向纠错编码，软件无线电，数字调制相干解调，Viterbi软件判决和表面贴片一体化设计，提供高性能、高稳定、高可靠的DSP无线电台。

电台提供标准的RS-232接口，可直接与计算机、GPS接收机控制板连接。

25KHz信道间隔空中数据传输速率为19200bps，10-6误码灵敏度-111vdBm，收发转换时间在7ms以内，电台其它指标亦符合信息产业部的要求。

假设每个用户终端需要传输50字节的信息，采用SCADA电台只需要分配：

50X10÷19200+7=33ms的时隙给每个电台。

同样情况，采用调频电台加MODEN，一般为2400bps方式则需要分配：

50X10÷2400+50=258ms的时隙。

两种情况用户容量相差约8倍。

如果要求GPS系统每10秒钟更新一次信息，采用调频电台加MODEN方式容纳不了40个用户，而采用SCADA电台可容纳300个用户。

同时在上海市中心高楼密集区试验，SCADA电台覆盖率约25公里半径，对比高频加9600bpsMODEN方式的数传电台只通过不到2公里（BER小于10-6）。

典型案例：

上海公安局、北京交警大队、山东公安局等。

●低速远距离无线计算机局域网

两个或多个局域网之间，用无线网络电台实现点对点/点对多点网络互连，通讯距离50公里以上，传输速率9.6/19.2Kbps。

典型案例：

军队指挥局域网，远程10KV线路高代压电力监控与管理系统。

6、井口房电源

井口房电源部分由太阳能电池板、带有浮充功能的电源以及蓄电池组构成。

如果考虑防盗问题，因为系统自带电源亏电压自动控制功能，所以也可以采用单一蓄电池组由人工定期更换的方式为井口房数据采集设备供电。

7、上位机监控平台

上位机监控平台部分采用西门子WINCC组态平台，具有可靠性高、二次开发容易、功能齐全等特点，可对历史数据进行统计、查询、报表打印等功能。