谢通门雄村铜矿仪表自动化控制系统建设方案优化

王 振

（西藏天圆矿业资源开发有限公司，西藏 日喀则 857000）

1 整体设计思路

设计原则：以集成引进和利用国内外矿业发展的新理论、新技术、新经验为突破口，建设生产统一调度，设备集中监控，生产信息高度集成，实现以地面集中操作、各系统分布控制的全过程自动化调度与监控系统。

设计思路：①数字化。各系统的信息实现数字化采集与数字化传输。②网络化。固定设备及大部分主要监控系统采用三层网络结构，即设备层、控制层及管理层。设备层采用现场总线组网，采用智能化的接口和远程RTU。控制层采用工业以太网组网，将分散的设备集中控制起来，实现系统的网络集中管理与集中控制。管理层采用Intranet和Internet网络相结合的方式组网，实现企业所有控制网络在管理层的联网，以供企业统一管理。③信息化。把企业生产、管理和经营信息及部分管理软件在网络的层次上集成，通过管控一体化，实现生产自动化系统的实时数据库与管理信息系统关系数据库之间的数据集成，提高管理信息系统中有关生产的原始数据的准确性、实时性；同时通过对设备参数、生产过程参数的分析，提高生产调度、经营、管理的准确性和及时性。

2 建设方案

2.1 网络系统建设方案

通信网络系统是信息化建设的中枢神经传导系统，只有通过综合通信网络系统才能及时、快速、海量地传输矿山信息，实现生产过程地实时控制、快速决策和执行。为了保证网络系统能适用未来的发展，避免造成重复投资，以新技术、高标准来规划网络实施。

2.1.1 矿区内部局域网建设方案

矿区内部局域网主要是综合办公的需要，网络采用星型结构，按照三级结构布线实施，初步考虑将网络中心设在调度中心，另外下设三个二级子站，即采矿场办公区、选矿厂办公区、生活区，其余三级子站采用就近的原则从上层网络接入。在综合布线时，可以将控制网络和内部局域网一并实施，节省投资。具体网络结构如图1所示。

图1 矿区局域网网络结构

2.1.2 工业控制网络的建设方案

工业控制系统网络采用三层网络结构，即设备层、控制层及管理层。

现场设备层以生产过程的各子系统为单位，构建现场总线网络，为了便于后期的维护及数据管理，建议现场总线设备采用工业系统通用的协议。

控制层以生产过程的各子系统为单位，构建100M工业以太冗余环网，保证控制系统大量数据的实时可靠传输。

管理层及信息系统采用Intranet和Internet网络相结合的方式组网，骨干网络采用1000M光纤环形冗余网络保证所有系统大量信息的实时可靠传输。利用上位机HMI/SCADA组态软件Internet瘦客户端解决方案，使用组态软件的Web Server功能将监控画面转换成HTML文件，并通过Web服务器发布。不论是内部网络还是Internet网络上，只要有合法授权，客户端使用标准Web浏览器，就能浏览系统运行的实时动态数据。

为了网络安全，设立独立服务器和防火墙联到企业内部互联网，在硬件防火墙的基础上再增加入侵检测机制及安全访问授权机制，保证控制网络安全可靠性。

2.2 监控系统的整体方案

根据工艺系统流程和管理的需要，初步考虑建立以下监控子系统：采矿监控子系统、废石破碎及运输监控子系统、选矿工艺监控子系统、尾矿工艺系统监控子系统、供配电监控子系统、供水系统监控子系统、视频监视子系统。各子系统构成独立的监控系统，可以完成对应工艺系统设备的集中远程监控，也可以采用骨干环网，将关键生产数据上传到调度中心，由调度中心完成对各子系统的监控调节和生产调度。调度中心核心网络主要为调度中心内的数据库服务器、管控服务器、Web服务器、各监控工作站、工程师工作站等设备提供网络接入，同时负责接入集控计算机设备，实现现场采集数据与上位机系统之间的数据传递，并提供所建工业以太环网保护以及配置管理等功能。调度中心的核心交换机选择两台模块化的具备三层网络路由交换功能的工业以太网交换机，并部署成双核心的冗余结构。具体监控系统的组网方案见图2所示。

建议把初步设计中的在选厂设1座矿区监控调度中心，建筑面积324.0m2，二层结构的建筑物作为上面提到的调度中心，具体占地面积可以根据后期的监控子站设备的布局进行调整。另外在部分监控子站建立监控中心室，负责对应监控子站的管理工作，具体位置需要根据总图运输专业规划。

为了实现调度中心远程监控需要，要求接入的子系统在方案设计和设备选型时，要求厂家开放出所有其获得的现场设备信息和控制信息，对要求调度中心远程控制的子系统，尽可能要求设现场和远程控制的硬件选择开关，以确保设备操作控制的安全。

对于各子系统的集成，全部从各监控子系统的上位机或者核心PLC接入。

2.3 各子系统的建设方案

各监控子系统建设，按照三层网络结构建设，采用100M工业以太冗余环网和现场总线组网方式，在各子系统的管理计算机上完成对现场设备的数据采集及监控。为了优化各子系统，建议将供配电子系统、供水系统监控子系统、视频监控子系统的各类数据及部分控制参数直接由调度中心控制，不在现场设立管理计算机和监控中心，其余的子系统根据工艺流程和生产需要，在现场单独建立各子系统的监控中心。

图2 监控系统网络拓扑图

各监控子系统所包含的内容需要兰州设计院根据生产流程和生产组织管理的需要，仔细研究并和天圆公司商议沟通后确定。

基本控制单元主要完成各现场设备的数据采集及部分简单单元的控制，比如现场设备的各类传感器、变送器和执行器，将它们转换成符合现场总线的数据后送往过程控制站。具体在子站设计时，要根据工艺流程考虑各控制点的数量和控制方式，可以直接从现场PLC或者RTU完成数据采集，实现对某一个工艺流程的总线控制。

过程控制站主要是考虑以车间级为单位的过程控制单元，主要负责对属于该车间级的基本控制单元的管理和控制，按照一定的控制和管理策略，将信息上传到归属子站的管理中心，由监控子站完成整个监控设备的管理和调度。

图3 监控子站网络拓扑图

2.4 视频监控子系统的建设方案

关于矿山的视频监控系统，在初步设计中描述的比较简单，建议从生产运行和安全角度考虑，在一些工艺核心部位安装视频监控探头。初步可以考虑在各配电室、废石破碎及皮带运输系统、供水水泵房、尾矿工艺系统设备的关键点、选矿系统关键设备点等部位布设网络摄像机，当然，具体到多少个摄像头和多少个监控点，需要进一步在设计中根据工艺流程的需要及安全管理需要商议核定。在设计中可以考虑预留一定数量的接口，便于后期的扩展。

根据生产监控需求，结合目前视频监控市场技术发展方向及其工业摄像机厂商市场占有率、专业技术情况，方案设计选用纯数字、一体化网络摄像头+数字视频矩阵+存储服务器系统构建模式。在这种模式下，监控系统的所有数据流量完全可以通过以太网络进行传输，实现全数字多屏显示、视频录像存储，并且整个系统具有无限扩展监控点的能力，具备与工控系统、管理信息系统的联动预警功能。具体网络结构如图4所示。

2.5 电信系统的建设方案

图4 视频监控网络拓扑图

（1）外部通信网络，初步考虑将通信光缆由日喀则引至雄村铜矿，实现矿内局域网和外部Internet网络的对接。同时，为了使移动通信信号能够覆盖矿区，需要架设部分移动基站以增强信号，此项工作目前天圆公司正在协调中国电信或移动公司商议解决方案。

（2）内部电话系统初步设计方案比较合理，电话站设在调度中心内，并配置容量为500门且具有网络数据交换功能的DGZ-S-500型程控数字电话交换机1套，各工业场地可以考虑建立分站或直接由调度中心引线到现场分线盒的方案，具体由设计院在下一步的施工图设计中仔细考虑。

（3）卫星电视地面接收和有线电视系统、有线广播系统建议按照初步设计方案再作出详细的设计。

（4）关于露天采场GPS车辆无线调度指挥系统建议并入到采矿监控子系统中设计。

3 结语

（1）矿山信息化建设已是提升矿山管理水平、降低劳动强度、提高生产效率、加强安全管理的需要，特别在国务院2010年23号文件中明确提出矿山要制定和实施生产技术装备标准，安装监测监控等系统。因此，在该矿山的设计中，应该体现技术一流的理念，提前规划和设计好矿山信息化系统。

（2）矿山信息化建设是一个复杂的系统工程，不可能一蹴而就，建设中应结合矿山企业信息化现状和实际需要，宏观把握、统筹规划，按照统一设计标准、效益优先的原则分阶段、分步骤地稳步推进。

（3）矿山自动化控制信息化系统需要投入大量的资金，建议兰州院统筹考虑建设的费用问题，同时，为了进一步优化方案设计，建议天圆公司和兰州院前往国内比较先进的露采矿山学习考察。

（4）建议兰州院提出整个矿山信息化建设的总体思路后，下一步委托专业厂家做出详细的设计和投资预算，以便于监控设备的选型和招投标工作，避免重复投资和已采购设备的技术改造。