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 整體設計思路

設計原則：以集成引進和利用國內外礦業(yè)發(fā)展的新理論、新技術、新經驗為突破口，建設生產統(tǒng)一調度，設備集中監(jiān)控，生產信息高度集成，實現以地面集中操作、各系統(tǒng)分布控制的全過程自動化調度與監(jiān)控系統(tǒng)。

設計思路：①數字化。各系統(tǒng)的信息實現數字化采集與數字化傳輸。②網絡化。固定設備及大部分主要監(jiān)控系統(tǒng)采用三層網絡結構，即設備層、控制層及管理層。設備層采用現場總線組網，采用智能化的接口和遠程RTU?？刂茖硬捎霉I(yè)以太網組網，將分散的設備集中控制起來，實現系統(tǒng)的網絡集中管理與集中控制。管理層采用Intranet和Internet網絡相結合的方式組網，實現企業(yè)所有控制網絡在管理層的聯(lián)網，以供企業(yè)統(tǒng)一管理。③信息化。把企業(yè)生產、管理和經營信息及部分管理軟件在網絡的層次上集成，通過管控一體化，實現生產自動化系統(tǒng)的實時數據庫與管理信息系統(tǒng)關系數據庫之間的數據集成，提高管理信息系統(tǒng)中有關生產的原始數據的準確性、實時性；同時通過對設備參數、生產過程參數的分析，提高生產調度、經營、管理的準確性和及時性。

2 建設方案

2.1 網絡系統(tǒng)建設方案

通信網絡系統(tǒng)是信息化建設的中樞神經傳導系統(tǒng)，只有通過綜合通信網絡系統(tǒng)才能及時、快速、海量地傳輸礦山信息，實現生產過程地實時控制、快速決策和執(zhí)行。為了保證網絡系統(tǒng)能適用未來的發(fā)展，避免造成重復投資，以新技術、高標準來規(guī)劃網絡實施。

2.1.1 礦區(qū)內部局域網建設方案

礦區(qū)內部局域網主要是綜合辦公的需要，網絡采用星型結構，按照三級結構布線實施，初步考慮將網絡中心設在調度中心，另外下設三個二級子站，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絡接入。在綜合布線時，可以將控制網絡和內部局域網一并實施，節(jié)省投資。具體網絡結構如圖1所示。

圖1 礦區(qū)局域網網絡結構

2.1.2 工業(yè)控制網絡的建設方案

工業(yè)控制系統(tǒng)網絡采用三層網絡結構，即設備層、控制層及管理層。

現場設備層以生產過程的各子系統(tǒng)為單位，構建現場總線網絡，為了便于后期的維護及數據管理，建議現場總線設備采用工業(yè)系統(tǒng)通用的協(xié)議。

控制層以生產過程的各子系統(tǒng)為單位，構建100M工業(yè)以太冗余環(huán)網，保證控制系統(tǒng)大量數據的實時可靠傳輸。

管理層及信息系統(tǒng)采用Intranet和Internet網絡相結合的方式組網，骨干網絡采用1000M光纖環(huán)形冗余網絡保證所有系統(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)控畫面轉換成HTML文件，并通過Web服務器發(fā)布。不論是內部網絡還是Internet網絡上，只要有合法授權，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)數據。

為了網絡安全，設立獨立服務器和防火墻聯(lián)到企業(yè)內部互聯(lián)網，在硬件防火墻的基礎上再增加入侵檢測機制及安全訪問授權機制，保證控制網絡安全可靠性。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的整體方案

根據工藝系統(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)構成獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，可以完成對應工藝系統(tǒng)設備的集中遠程監(jiān)控，也可以采用骨干環(huán)網，將關鍵生產數據上傳到調度中心，由調度中心完成對各子系統(tǒng)的監(jiān)控調節(jié)和生產調度。調度中心核心網絡主要為調度中心內的數據庫服務器、管控服務器、Web服務器、各監(jiān)控工作站、工程師工作站等設備提供網絡接入，同時負責接入集控計算機設備，實現現場采集數據與上位機系統(tǒng)之間的數據傳遞，并提供所建工業(yè)以太環(huán)網保護以及配置管理等功能。調度中心的核心交換機選擇兩臺模塊化的具備三層網絡路由交換功能的工業(yè)以太網交換機，并部署成雙核心的冗余結構。具體監(jiān)控系統(tǒng)的組網方案見圖2所示。

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

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

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)的建設方案

各監(jiān)控子系統(tǒng)建設，按照三層網絡結構建設，采用100M工業(yè)以太冗余環(huán)網和現場總線組網方式，在各子系統(tǒng)的管理計算機上完成對現場設備的數據采集及監(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)的各類數據及部分控制參數直接由調度中心控制，不在現場設立管理計算機和監(jiān)控中心，其余的子系統(tǒng)根據工藝流程和生產需要，在現場單獨建立各子系統(tǒng)的監(jiān)控中心。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網絡拓撲圖

各監(jiān)控子系統(tǒng)所包含的內容需要蘭州設計院根據生產流程和生產組織管理的需要，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場設備的數據采集及部分簡單單元的控制，比如現場設備的各類傳感器、變送器和執(zhí)行器，將它們轉換成符合現場總線的數據后送往過程控制站。具體在子站設計時，要根據工藝流程考慮各控制點的數量和控制方式，可以直接從現場PLC或者RTU完成數據采集，實現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)控設備的管理和調度。

圖3 監(jiān)控子站網絡拓撲圖

2.4 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的建設方案

關于礦山的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在初步設計中描述的比較簡單，建議從生產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)設備的關鍵點、選礦系統(tǒng)關鍵設備點等部位布設網絡攝像機，當然，具體到多少個攝像頭和多少個監(jiān)控點，需要進一步在設計中根據工藝流程的需要及安全管理需要商議核定。在設計中可以考慮預留一定數量的接口，便于后期的擴展。

根據生產監(jiān)控需求，結合目前視頻監(jiān)控市場技術發(fā)展方向及其工業(yè)攝像機廠商市場占有率、專業(yè)技術情況，方案設計選用純數字、一體化網絡攝像頭+數字視頻矩陣+存儲服務器系統(tǒng)構建模式。在這種模式下，監(jiān)控系統(tǒng)的所有數據流量完全可以通過以太網絡進行傳輸，實現全數字多屏顯示、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)動預警功能。具體網絡結構如圖4所示。

2.5 電信系統(tǒng)的建設方案

圖4 視頻監(jiān)控網絡拓撲圖

（1）外部通信網絡，初步考慮將通信光纜由日喀則引至雄村銅礦，實現礦內局域網和外部Internet網絡的對接。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)調中國電信或移動公司商議解決方案。

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

（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)建議按照初步設計方案再作出詳細的設計。

（4）關于露天采場GPS車輛無線調度指揮系統(tǒng)建議并入到采礦監(jiān)控子系統(tǒng)中設計。

3 結語

（1）礦山信息化建設已是提升礦山管理水平、降低勞動強度、提高生產效率、加強安全管理的需要，特別在國務院2010年23號文件中明確提出礦山要制定和實施生產技術裝備標準，安裝監(jiān)測監(jiān)控等系統(tǒng)。因此，在該礦山的設計中，應該體現技術一流的理念，提前規(guī)劃和設計好礦山信息化系統(tǒng)。

（2）礦山信息化建設是一個復雜的系統(tǒng)工程，不可能一蹴而就，建設中應結合礦山企業(yè)信息化現狀和實際需要，宏觀把握、統(tǒng)籌規(guī)劃，按照統(tǒng)一設計標準、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)籌考慮建設的費用問題，同時，為了進一步優(yōu)化方案設計，建議天圓公司和蘭州院前往國內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的總體思路后，下一步委托專業(yè)廠家做出詳細的設計和投資預算，以便于監(jiān)控設備的選型和招投標工作，避免重復投資和已采購設備的技術改造。