2022基于工业互联网的煤炭企业信息化基础设施

基于工业互联网的 白皮书 煤炭企业信息化基础设施建设 (2022版) 2022年4月 前言 2021年10月18日，中共中央政治局就推动我国数字经济健康发展进行 第三十四次集体学习。中共中央总书记习近平强调，要加快新型基础设施建设，加强战略布局，加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施，打通经济社 会发展的信息“大动脉”。 煤炭作为我国重要的传统能源行业，是我国国民经济的重要组成部分 是长期以来推动我国现代化进程的基础和动力。加快推进信息化基础设施建设，是推进煤炭行业两化融合发展和煤炭企业数字化转型的重要基础是“双碳”背景下推进煤炭工业高质量发展的必然选择，更是煤炭行业贯 彻落实能源安全新战略的重要举措，事关行业发展的前途和未来。 本《白皮书》根据新一代信息技术在煤炭行业应用发展趋势，结合典型煤炭企业和煤矿的实践经验，在遵从现有政策、标准、规范前提下，提出了基于工业互联网的煤炭企业信息化基础设施的建设原则、整体构架、功能及可靠性要求等，作煤炭企业相关顶层设计参考之用。 联合编制及发布单位 中国煤炭工业协会信息化分会国家能源投资集团有限责任公司中国中煤能源集团有限公司 山东能源集团有限公司 晋能控股集团有限公司 陕西煤业化工集团有限责任公司山西焦煤集团有限责任公司 开滦（集团）有限责任公司 华阳新材料科技集团有限公司淮河能源控股集团有限责任公司淮北矿业（集团）有限责任公司 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 河南能源化工集团有限公司 华为技术有限公司 CONTENTS目录 01 现状与需求分析 建设范围及原则02 2.1建设范围和目标02 2.2建设原则02 2.3分类原则03 三、整体架构04 3.1煤矿的构架05 3.2企业的构架06 3.3配置推荐表08 四、主要子系统描述10 4.1综合管控平台10 4.2生产网络10 4.3云数据中心12 4.4办公网络14 4.5信息网络安全14 4.6互联专线网络16 4.7运维中心16 五、附录17 5.1规范性引用文件17 5.2术语、定义和缩略语18 、现状与需求分析 XIANZHUANGYUXUQIUFENXI 工业以太环网、4G网、数据中心等信息化基础设施大范围建设推广，已基本满足了煤炭企业传统信息化需求。近年来，随着技术进步和煤炭行业两化融合深入发展，传统信息化基础设施的网络能力、运算能力等已不能满足煤炭企业数字化转型的需求，驱需建设新型信息化基础设施，以满足5G、人工智能、工业互联网、大数据等新一代信息技术与煤炭行业深度融合的新需求， 当前，煤炭企业信息化基础设施建设面临的挑战和问题主要表现在： 缺乏面向数字化转型的顶层设计网络能力、覆盖及数据治理不足 部分企业仍以短期视角、单系统思维部分煤矿带宽不足，缺乏足够的视频 01来看待信息化基础设施建设，导致各 02监控、瓦斯监控等环境感知设施；类 类系统相互分隔，不能满足生产精益型繁多的异构数据导致生产、经营等 化、柔性化及科学化决策需求。业务流程难以打通。 缺乏大数据、人工智能、场景化APP未达到信息安全动态感知、主动防 能力。御、网络安全等级保护要求。 多数煤矿尚未引入云计算、大数 03据、人工智能等新技术，无法实现04部分煤炭企业缺乏必要的网络安全 多生产系统协同、灾害风险预警管控设施，未达到相关政策、规范 化、决策科学化等真正意义上的智要求，存在网络信息安全风险。 能化建设。 数字化转型对煤炭企业提出了超宽、安全、大数据、人工智能等新型信息化基础设施的需求。例如： 某大型煤矿上万个数据产生节点（包括生产设备、安全监测传感器、仪器仪表、监控摄像头等），需要超宽 网络传输海量数据。 某煤矿安全生产控制联动、透明地质保障、风险早期预警、设备节能减排等先进生产系统应用，需要大数 据、人工智能、云计算等新能力。 某露天煤矿自动驾驶系统需要超低时延、精准时钟的传输网络。 某综采工作面上百个4K/8K摄像头，需要5G网络提供400/800兆上行带宽，实现远程监控与遥控作业。 基于工业互联网的煤炭企业信息化基础设施建设01 建设范围及原则 JIANSHEFANWEIJIYUANZE 根据国家有关部门及山西、内蒙古、陕西、山东、安徽、贵州、云南等主要产煤省（自治区）关于煤矿智能 化、信息化相关标准要求，确定如下建设范围、建设与分类原则。 2.1建设范围、目标和重点 煤炭企业信息化基础设施建设范围 包括网络、云数据中心、综合管控平台三部分，应用于地质保障、采掘、机电、运输、通风、安全监控、园 区管理、运营决策等各生产经营领域或环节之中。 煤炭企业信息化基础设施建设目标 充分利用5G、大数据、云计算、人工智能等新一代信息化技术，面向工业互联网体系架构，系统性地构筑超 宽互联网络、超强数据处理与共享的智能化综合性数字基础平台，为煤炭企业数字化转型和智能化升级提供高速 泛在、集成互联、智能绿色、安全可靠的信息化能力保障。 煤矿信息基础设施建设重点 并工煤矿一般优先建设智能化机械设备、远程集中控制、透明地质、风险预测预防、人员设备精准定位等业务系统。信息化基础设施的建设重点是：井下超宽网络、视频监控、地质环境感知、生产安全控制联动以及人工 智能平台。 露天煤矿一般优先建设自动采装、远程集中控制、自动驾驶等智能化系统。信息化基础设施的建设重点是： 采装区的5G或4G无线网络、视频监控、自动驾驶以及人工智能平台等。 2.2建设原则 顶设引领、适度超前 01信息化基础设施是煤炭企业数字化转型的重要基础，必须坚持顶层设计、规划引领，立足当前、谋 划长远。宜面向未来5～7年的政策发展、技术革新和业务需求，适度超前规划与建设。 双轮驱动、因矿施策 02坚持业务引导技术、技术使能业务，两者适度分离、交叠牵引发展。煤炭企业应根据自身组织形式、资源赋、生产模式、装备类型、文化特色等因素，因地制宜、因矿实策开展建设。 02基于工业互联网的煤炭企业信息化基础设施建设 合规达标，安全优先 03随着智能化、少人化发展，生产管理系统面临更多网络与信息安全威胁。信息化基础设施建设必须符合国家，地方及行业各类法律、法规及政策、规范、标准的规定和要求。 统一标准、灵活适配 04集团型企业应统一建设规范、架构、数据、技术等标准。但在实际建设中，可采取试点先行、分步 实施等的灵活策略，确保建设节奏与现阶段业务需求的协同匹配。 2.3分类原则 ■，企业分类 综合能源集团：煤炭生产作为主要产业板块，同时下辖煤业集团（或区域公司、煤业公司）及其他非煤炭生产板块的多元化能源集团。综合能源集团一般设置集团总部、煤业集团（区域公司）、煤矿三级管理架构（个别集团为四级架构）。 煤业集团：以煤炭为主业的独立煤炭集团或综合能源集团下辖的煤炭产业板块二级集团。煤业集团一般设置 集团总部、煤矿两级管理架构（个别集团为三级架构）。 单煤矿企业：单个煤矿成为一个企业。 ■煤矿分类 参照国家、行业及相关地方标准，本《白皮书》将煤矿分为三类，进行论述 一类矿：煤炭资源赋存条件好的特大型现代化煤矿。煤矿（工或者露天）生产能力一般在1000万吨/年以 上，且服务年限大于10年。该类煤矿规模大、条件好，宜高规格建设信息化基础设施。 有严重灾害风险的矿井。如有冲击地压、瓦斯突出、水文地质类型复杂带压等风险的矿井，不论生产规模 宜按照一类矿提级建设自动监测、定位与通讯调度、应急救援、分析预警等应用系统。 二类矿：煤炭资源赋存条件较好的大型煤矿。井工煤矿生产能力一般在120~1000万吨/年之间，露天煤矿生产能力一般在400~1000万吨/年之间，且服务年限大于5年。该类煤矿具备开展智能化建设的基础，宜全面建设信息化基础设施。 有中等灾害风险的矿井，宜按照二类矿标准，完善自动监测、分析预警等系统所需的信息化基础设施。 三类矿：煤炭资源赋存条件较差、资源濒临枯竭等的煤矿。井工煤矿生产能力一般在120万吨/年以下，露天煤矿生产能力一般在400万吨/年以下，或者服务年限小于5年。该类煤矿信息化基础设施需要满足安全生产的需求，稳定可靠，且必须达到相关安全监管要求。 基于工业互联网的煤炭企业信息化基础设施建设03 三、整体架构 ZHENGTIJIAGOU 煤炭企业数字化转型，需要对准企业战略目标，基于企业架构TOGAF(开放组织架构框架)方法论，逐级构建 业务架构、应用架构、数据架构、技术架构。 煤炭工业互联网以下一代物联网为基础、云平台为中枢、数据为要素、安全为保障，是新一代信息技术与煤炭行业深度融合的新应用模式，将重塑煤炭企业新形态、供应链和产业链的新业态。只有基于煤炭工业互联网的技术架构，才能构筑智能化综合性数字基础设施，满足煤炭企业数字化转型需求。 煤炭企业信息化基础设施已从传统的“硬件”为主，发展成“硬件”与“软平台”并重。“软平台”不仅包 括云基础设施、大数据、人工智能等能力平台，还包括实时生产物联网操作系统（含工业数据采集分站和控制 器）、数据治理、区块链等基础性底座部件。 煤炭企业信息化基础设施的架构可以一般概括为“一网、一云、一平台”，分为企业和煤矿两部分。企业部 分用于支撑综合能源集团总部或煤业集团总部的经营管理，以及企业上下级之间的互联互通；煤矿部分用于支撑矿并及矿区整体的生产运营。煤炭企业各级机构（从总部至煤矿）的信息化基础设施建设，应与其管控模式、组 织架构、职权责任相匹配。 煤炭企业整体、煤矿及企业部分的具体架构，分别参见图1、图2、图3。 本《白皮书》仅描述集团总部、煤矿的通用模型和尚未广泛普及的子模块，已广泛普及应用的子模块不再赘 述。各类具体模型参见3.3配置推荐表。 集团总部 经营 管理人力资源、财务、采购、安全，经营等系统 云做据 信息中心 经营管理、共享能力 基础基础网络 设施一张网 互联专线 示范矿或一类矿 其他矿 三类矿等 决策、指挥、调度等系统决策、指挥、调度等系统 地测、采掘、机电、通风等智能应用基本的智能应用 信息边缘云智能化生产 基础 信息超融合基本智能生产 设施张网张网 5G+WIF16等4G或WiFi5 实时生产操作系统实时生产操作系统 采集、生产、运输、人员采集、生产、运输、人员 图1-煤炭企业整体信息化基础设施构架 04基于工业互联网的煤炭企业信息化基础设施建设 3.1煤矿✁构架 煤矿✁信息化基础设施包括：综合管控平台、生产网络、办公网络、边缘云、信息网络安全、运维中心等六 大模块。 智应能 0 快策指挥中心综合管控平台 园区 用地源智志 数字平台 边云(AI使能、集成使能、开发使能) 云基础设施1OT边缘数据仓（数据使能）安全 办公网络张网(统一规划、统一运维) 信施息基础设 以太交换机或F5G 生产网络WiFi5/6 工业环网 A eLTE/5G 实时生产操作系统：统一接口，统一数据格式 （分站及控制器） 生产类运输类 生产设备 摄像头监测站煤机液压✯架皮带运输机矿车 图2-煤矿部分✁信息化基础设施构架 综合管控平台：指以数据驱动为核心，融合各应用系统、统一管控、统一呈现✁生产调度、经营管理、决策 指挥等综合中心。 综合管控平台应最大程度集成各类应用系统，例如地质保障、采掘运输、安全监控、通讯调度等，基于全矿统一数据入湖和数据治理，实现应用系统✁统一管控、协同决策，提升智能化生产、可视化管理、数学化决策✁效率和质量。精确定位系统和地质保障系统是综合管控平台✁基础性前提。 生产网络：指用于煤矿生产，由井下和地面✁工业环网、WFI网络、无线网络等组成✁语音及数据网络 生产网络需✯持超高带宽、超低时延、时✁同步，✯持丰富✁工控协议（如ETHERNET/IP、PROFINET、 MODBUS-RTPS、EPA等）。生产网络主要用于生产类应用✁数据传送，如视频监控、压力及环境感测、远程生 产控制、远近协同作业等。生产网络未来将尚物理隔离✁综合控制系统网络演