謝通門雄村銅礦儀表自動化控制系統(tǒng)建設(shè)方案優(yōu)化

王 振

（西藏天圓礦業(yè)資源開發(fā)有限公司，西藏 日喀則 857000）

1 整體設(shè)計思路

設(shè)計原則：以集成引進和利用國內(nèi)外礦業(yè)發(fā)展的新理論、新技術(shù)、新經(jīng)驗為突破口，建設(shè)生產(chǎn)統(tǒng)一調(diào)度，設(shè)備集中監(jiān)控，生產(chǎn)信息高度集成，實現(xiàn)以地面集中操作、各系統(tǒng)分布控制的全過程自動化調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)。

設(shè)計思路：①數(shù)字化。各系統(tǒng)的信息實現(xiàn)數(shù)字化采集與數(shù)字化傳輸。②網(wǎng)絡(luò)化。固定設(shè)備及大部分主要監(jiān)控系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即設(shè)備層、控制層及管理層。設(shè)備層采用現(xiàn)場總線組網(wǎng)，采用智能化的接口和遠程RTU?？刂茖硬捎霉I(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)，將分散的設(shè)備集中控制起來，實現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集中管理與集中控制。管理層采用Intranet和Internet網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式組網(wǎng)，實現(xiàn)企業(yè)所有控制網(wǎng)絡(luò)在管理層的聯(lián)網(wǎng)，以供企業(yè)統(tǒng)一管理。③信息化。把企業(yè)生產(chǎn)、管理和經(jīng)營信息及部分管理軟件在網(wǎng)絡(luò)的層次上集成，通過管控一體化，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫與管理信息系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)集成，提高管理信息系統(tǒng)中有關(guān)生產(chǎn)的原始數(shù)據(jù)的準確性、實時性；同時通過對設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)過程參數(shù)的分析，提高生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營、管理的準確性和及時性。

2 建設(shè)方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案

通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是信息化建設(shè)的中樞神經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)，只有通過綜合通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)才能及時、快速、海量地傳輸?shù)V山信息，實現(xiàn)生產(chǎn)過程地實時控制、快速決策和執(zhí)行。為了保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能適用未來的發(fā)展，避免造成重復(fù)投資，以新技術(shù)、高標準來規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)實施。

2.1.1 礦區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)建設(shè)方案

礦區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)主要是綜合辦公的需要，網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，按照三級結(jié)構(gòu)布線實施，初步考慮將網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)在調(diào)度中心，另外下設(shè)三個二級子站，即采礦場辦公區(qū)、選礦廠辦公區(qū)、生活區(qū)，其余三級子站采用就近的原則從上層網(wǎng)絡(luò)接入。在綜合布線時，可以將控制網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)部局域網(wǎng)一并實施，節(jié)省投資。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 礦區(qū)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案

工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即設(shè)備層、控制層及管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層以生產(chǎn)過程的各子系統(tǒng)為單位，構(gòu)建現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，為了便于后期的維護及數(shù)據(jù)管理，建議現(xiàn)場總線設(shè)備采用工業(yè)系統(tǒng)通用的協(xié)議。

控制層以生產(chǎn)過程的各子系統(tǒng)為單位，構(gòu)建100M工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng)，保證控制系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的實時可靠傳輸。

管理層及信息系統(tǒng)采用Intranet和Internet網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式組網(wǎng)，骨干網(wǎng)絡(luò)采用1000M光纖環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)保證所有系統(tǒng)大量信息的實時可靠傳輸。利用上位機HMI/SCADA組態(tài)軟件Internet瘦客戶端解決方案，使用組態(tài)軟件的Web Server功能將監(jiān)控畫面轉(zhuǎn)換成HTML文件，并通過Web服務(wù)器發(fā)布。不論是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)還是Internet網(wǎng)絡(luò)上，只要有合法授權(quán)，客戶端使用標準Web瀏覽器，就能瀏覽系統(tǒng)運行的實時動態(tài)數(shù)據(jù)。

為了網(wǎng)絡(luò)安全，設(shè)立獨立服務(wù)器和防火墻聯(lián)到企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)，在硬件防火墻的基礎(chǔ)上再增加入侵檢測機制及安全訪問授權(quán)機制，保證控制網(wǎng)絡(luò)安全可靠性。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案

根據(jù)工藝系統(tǒng)流程和管理的需要，初步考慮建立以下監(jiān)控子系統(tǒng)：采礦監(jiān)控子系統(tǒng)、廢石破碎及運輸監(jiān)控子系統(tǒng)、選礦工藝監(jiān)控子系統(tǒng)、尾礦工藝系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)、供配電監(jiān)控子系統(tǒng)、供水系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)構(gòu)成獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，可以完成對應(yīng)工藝系統(tǒng)設(shè)備的集中遠程監(jiān)控，也可以采用骨干環(huán)網(wǎng)，將關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度中心，由調(diào)度中心完成對各子系統(tǒng)的監(jiān)控調(diào)節(jié)和生產(chǎn)調(diào)度。調(diào)度中心核心網(wǎng)絡(luò)主要為調(diào)度中心內(nèi)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管控服務(wù)器、Web服務(wù)器、各監(jiān)控工作站、工程師工作站等設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接入，同時負責接入集控計算機設(shè)備，實現(xiàn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)與上位機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞，并提供所建工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)保護以及配置管理等功能。調(diào)度中心的核心交換機選擇兩臺模塊化的具備三層網(wǎng)絡(luò)路由交換功能的工業(yè)以太網(wǎng)交換機，并部署成雙核心的冗余結(jié)構(gòu)。具體監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案見圖2所示。

建議把初步設(shè)計中的在選廠設(shè)1座礦區(qū)監(jiān)控調(diào)度中心，建筑面積324.0m2，二層結(jié)構(gòu)的建筑物作為上面提到的調(diào)度中心，具體占地面積可以根據(jù)后期的監(jiān)控子站設(shè)備的布局進行調(diào)整。另外在部分監(jiān)控子站建立監(jiān)控中心室，負責對應(yīng)監(jiān)控子站的管理工作，具體位置需要根據(jù)總圖運輸專業(yè)規(guī)劃。

為了實現(xiàn)調(diào)度中心遠程監(jiān)控需要，要求接入的子系統(tǒng)在方案設(shè)計和設(shè)備選型時，要求廠家開放出所有其獲得的現(xiàn)場設(shè)備信息和控制信息，對要求調(diào)度中心遠程控制的子系統(tǒng)，盡可能要求設(shè)現(xiàn)場和遠程控制的硬件選擇開關(guān)，以確保設(shè)備操作控制的安全。

對于各子系統(tǒng)的集成，全部從各監(jiān)控子系統(tǒng)的上位機或者核心PLC接入。

2.3 各子系統(tǒng)的建設(shè)方案

各監(jiān)控子系統(tǒng)建設(shè)，按照三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建設(shè)，采用100M工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng)和現(xiàn)場總線組網(wǎng)方式，在各子系統(tǒng)的管理計算機上完成對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控。為了優(yōu)化各子系統(tǒng)，建議將供配電子系統(tǒng)、供水系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)及部分控制參數(shù)直接由調(diào)度中心控制，不在現(xiàn)場設(shè)立管理計算機和監(jiān)控中心，其余的子系統(tǒng)根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)需要，在現(xiàn)場單獨建立各子系統(tǒng)的監(jiān)控中心。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

各監(jiān)控子系統(tǒng)所包含的內(nèi)容需要蘭州設(shè)計院根據(jù)生產(chǎn)流程和生產(chǎn)組織管理的需要，仔細研究并和天圓公司商議溝通后確定。

基本控制單元主要完成各現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及部分簡單單元的控制，比如現(xiàn)場設(shè)備的各類傳感器、變送器和執(zhí)行器，將它們轉(zhuǎn)換成符合現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)后送往過程控制站。具體在子站設(shè)計時，要根據(jù)工藝流程考慮各控制點的數(shù)量和控制方式，可以直接從現(xiàn)場PLC或者RTU完成數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對某一個工藝流程的總線控制。

過程控制站主要是考慮以車間級為單位的過程控制單元，主要負責對屬于該車間級的基本控制單元的管理和控制，按照一定的控制和管理策略，將信息上傳到歸屬子站的管理中心，由監(jiān)控子站完成整個監(jiān)控設(shè)備的管理和調(diào)度。

圖3 監(jiān)控子站網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2.4 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的建設(shè)方案

關(guān)于礦山的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在初步設(shè)計中描述的比較簡單，建議從生產(chǎn)運行和安全角度考慮，在一些工藝核心部位安裝視頻監(jiān)控探頭。初步可以考慮在各配電室、廢石破碎及皮帶運輸系統(tǒng)、供水水泵房、尾礦工藝系統(tǒng)設(shè)備的關(guān)鍵點、選礦系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備點等部位布設(shè)網(wǎng)絡(luò)攝像機，當然，具體到多少個攝像頭和多少個監(jiān)控點，需要進一步在設(shè)計中根據(jù)工藝流程的需要及安全管理需要商議核定。在設(shè)計中可以考慮預(yù)留一定數(shù)量的接口，便于后期的擴展。

根據(jù)生產(chǎn)監(jiān)控需求，結(jié)合目前視頻監(jiān)控市場技術(shù)發(fā)展方向及其工業(yè)攝像機廠商市場占有率、專業(yè)技術(shù)情況，方案設(shè)計選用純數(shù)字、一體化網(wǎng)絡(luò)攝像頭+數(shù)字視頻矩陣+存儲服務(wù)器系統(tǒng)構(gòu)建模式。在這種模式下，監(jiān)控系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)流量完全可以通過以太網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，實現(xiàn)全數(shù)字多屏顯示、視頻錄像存儲，并且整個系統(tǒng)具有無限擴展監(jiān)控點的能力，具備與工控系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)的聯(lián)動預(yù)警功能。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.5 電信系統(tǒng)的建設(shè)方案

圖4 視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

（1）外部通信網(wǎng)絡(luò)，初步考慮將通信光纜由日喀則引至雄村銅礦，實現(xiàn)礦內(nèi)局域網(wǎng)和外部Internet網(wǎng)絡(luò)的對接。同時，為了使移動通信信號能夠覆蓋礦區(qū)，需要架設(shè)部分移動基站以增強信號，此項工作目前天圓公司正在協(xié)調(diào)中國電信或移動公司商議解決方案。

（2）內(nèi)部電話系統(tǒng)初步設(shè)計方案比較合理，電話站設(shè)在調(diào)度中心內(nèi)，并配置容量為500門且具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換功能的DGZ-S-500型程控數(shù)字電話交換機1套，各工業(yè)場地可以考慮建立分站或直接由調(diào)度中心引線到現(xiàn)場分線盒的方案，具體由設(shè)計院在下一步的施工圖設(shè)計中仔細考慮。

（3）衛(wèi)星電視地面接收和有線電視系統(tǒng)、有線廣播系統(tǒng)建議按照初步設(shè)計方案再作出詳細的設(shè)計。

（4）關(guān)于露天采場GPS車輛無線調(diào)度指揮系統(tǒng)建議并入到采礦監(jiān)控子系統(tǒng)中設(shè)計。

3 結(jié)語

（1）礦山信息化建設(shè)已是提升礦山管理水平、降低勞動強度、提高生產(chǎn)效率、加強安全管理的需要，特別在國務(wù)院2010年23號文件中明確提出礦山要制定和實施生產(chǎn)技術(shù)裝備標準，安裝監(jiān)測監(jiān)控等系統(tǒng)。因此，在該礦山的設(shè)計中，應(yīng)該體現(xiàn)技術(shù)一流的理念，提前規(guī)劃和設(shè)計好礦山信息化系統(tǒng)。

（2）礦山信息化建設(shè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不可能一蹴而就，建設(shè)中應(yīng)結(jié)合礦山企業(yè)信息化現(xiàn)狀和實際需要，宏觀把握、統(tǒng)籌規(guī)劃，按照統(tǒng)一設(shè)計標準、效益優(yōu)先的原則分階段、分步驟地穩(wěn)步推進。

（3）礦山自動化控制信息化系統(tǒng)需要投入大量的資金，建議蘭州院統(tǒng)籌考慮建設(shè)的費用問題，同時，為了進一步優(yōu)化方案設(shè)計，建議天圓公司和蘭州院前往國內(nèi)比較先進的露采礦山學習考察。

（4）建議蘭州院提出整個礦山信息化建設(shè)的總體思路后，下一步委托專業(yè)廠家做出詳細的設(shè)計和投資預(yù)算，以便于監(jiān)控設(shè)備的選型和招投標工作，避免重復(fù)投資和已采購設(shè)備的技術(shù)改造。