田兴地下矿自动化概设V10

田兴地下矿自动化系统概要设计机电检修公司2014年7月目录TOC\o"1-4"\h\z\u1. 工程概况 31.1项目概况 31.2预期目标 32. 设计概述 52.1基本原则 52.2RingA：综合业务光纤环网 52.3无线通讯网络 72.4RingB：电力自动化系统 112.5RingC：视频监控系统 112.6BranchA:广播、通讯一体化系统 122.7BranchB：工业自动化系统 152.8监测系统 162.9斜坡道交通信号控制 172.10生产执行系统（MES） 192.11集中调度中心 20工程概况项目概况司家营田兴铁矿设计规模2000万t，是是目前国内建设规模最大的地下矿山、公司重点建设项目之一，是司家营矿区年产铁精粉3500万t生产能力的重要保障。为实现“国内领先、国际一流”的现代化新型矿山的发展目标，公司高度重视田兴铁矿的设计与建设工作，联合北京科技大学、中南大学、东北大学和中冶北方设计院、马鞍山研究院等国内顶尖院所进行了深入研讨与论证，形成初步的技术方案：1）采用井下分区开采，主井集中布置的开拓方式；2）采用大参数阶段空场嗣后充填采矿法；3）井下采矿和掘进采用大型无轨自行设备，以高风压潜孔钻机和大型铲运机为主；4）竖井采用目前大型提升机和箕斗、罐笼；5）井下运输采用40t电机车双机牵引20m3矿车，采用无人驾驶运输系统；（6）按国际一流的现代化矿山进行设计，使生产管理系统和生产过程的自动化达到国际先进水平；预期目标机电检修公司根据“立足矿业，服务矿山”的自身定位，充分发挥人才优势、专业优势，对国内外地下矿先进自动化技术进行了技术储备、研讨、考察，对田兴铁矿地下矿自动化进行了概要性的设计。主要涵盖：地下矿电力自动化、视频监控、无线通信、人员定位、斜坡道交通信号控制、轨道机车外围通信、工艺设备自动化、广播、通讯、通风、排水、环境监测等。预期目标：综合考虑先进性与经济性，兼顾系统稳定与多网合一，充分发挥公司的自主能力————建设一个以光纤工业以太网为基础的信息网络平台，实现在地下矿各子系统独立运行基础上，系统网络的高度融合；建设一个最大限度降低井下人力配置与安全风险系数的自动化系统，实现地面指挥中心对工艺、设备、人员的集中统一管控。设计概述基本原则2.1.1、网络有限度的融合：即流量限制、安全标准允许范围内的系统，应高度融合；否则应保持充分的独立性。1）千兆环网RingA：轨道机车通信、人员定位、斜坡道交通信号控制主站、通风排水提升等PLC系统主站、监测监控分站2）千兆环网RingB：电力自动化系统3）千兆环网RingC：视频监控系统4）分支网络BranchA：广播、通讯一体化系统5）分支网络BranchB：工业自动化系统（通风排水、提升、斜坡道交通信号控制等PLC主—从站）2.1.2、非控制类系统的就近接入与生产工艺连续运行无关的系统（非控制类系统），如监测分站，不再建立独有的物理链路，而就近接入无线通讯网络的通讯基站，以减少通讯电缆的投资。2.1.3、监控指挥的高度集中建立井上、井下两套监控指挥中心，满足全部调度人员的集中值守，以井上集中调度为主，同时保留井下监控中心完备调度设备。RingA：综合业务光纤环网为遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则，避免重复建设，并为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地，对RingA进行如下设计：链路B链路A链路B链路ARingA综合业务光纤环网结构（1）双环网：-375、-400、-425、-450、-475五个水平各设置一台千兆交换机，组成井下环网；主井、副井、三个充填站各设置一台千兆交换机，组成井上环网。两环网通过井上核心交换机连接。（2）井下环网的双链路：为保证调度中心与对井下环网网络连接的安全稳定性，对井下环网进行双链路设计:链路A:从大贾庄副井交换机铺设光纤至-375水平交换机链路B:从主井及1#副井交换机铺设光纤至-375水平交换机（3）子系统接入：破碎、通风、排水、提升、充填等PLC主站以以太网形式接入环网交换机；在运输水平，机车无线通信网络与人员定位系统、WIFI手机共用一套WIFI网络，WIFI基站通过光纤串联并接入该水平环网交换机。（4）选型要求：环网交换机建议选用思科、华为等一线网络产品，要求设备厂商高级网络工程师依据各水平段进行详细规划设计。无线通讯网络高度融合的无线通讯网络主要用于：1）机车车载设备（主要包括机车无线摄像机、ATP/ATO控制系统）与无线闭塞中心RBC、调度控制中心的数据交互；2）人员与车辆定位3）无线语音（WIFI手机）系统通信井下无线通讯业务目前，建议井下机车的外围通讯网络选型由公司独立负责，机车系统集成商提供详细的技术要求。初步方案：1）典型情况下每隔400米放一台基站，而在条件十分恶劣的地区，可适当缩短基站之间的距离。2）直巷基站配置2根定向天线用以覆盖巷道的两个方向，转弯处、分叉处采用2根全向天线。3）基站通过矿用本安型光电转换器转为电口接入千兆交换机，井下基站与基站间通过光缆进行连接。人员定位系统采用wifi技术实现对井下人员和相应设备的精确定位，在机车运输线路上与机车无线通讯共网设计。分站安装视其wifi信号的传输距离安装，以wifi基站直线发射距离一般的距离安装下一个基站以满足wifi信号的强度和饱和度。系统实现入井人员考勤，人员活动轨迹记录、监测设备工作状态、限制区域报警以及超时间报警，查询等功能。识别卡应具有双向通讯功能，精确定位、低漏检率。设备选型：通过杏山铁矿的考察、地下矿自动化系统集成商的交流，建议选择Minesite公司IMPACT系统。IMPACT系统可向用户提供完整的基于国际最先进的Wi-Fi技术的无线通信和人员定位系统。IMPACT系统是完全基于Wi-Fi技术为基础的通信和定位一体化系统。该技术基于IEEE802.11b/g国际标准,支持一个平台实现多种功能。（1）WIFI基站：KT112-F矿用本安型基站。由于该基站可提供有限以太网接口，对环境监测分站的就近接入极为有利。.无线接入

1）无线接入数量：共2个；

2）无线工作频率：2400MHz～2483MHz；

3）无线通信距离：基站之间1km；基站与手机之间500m~800米；基站与定位卡之间最大500m；

4）天线接口：共4个（每个无线接入点主副2支天线），可选定向天线和全向天线。

有线接入

1）接口数量：4，内置百兆交换功能；

2）传输方式：单模光纤，1310nm；

3）传输速率：100Mbps；

4）光纤和电源均采用即插式接口，施工时无需井下开盖熔接和焊接；

5）基站的电源和光纤线缆可以通过JB系列矿用本安型通信接线盒接续。（2）人员定位卡：]T2矿用定位卡(KJ530-K)

1）

工作频率：2400MHz～2483MHz/125KHz(低频接收)

2）

发射功率：+19dBm；

3）

通信距离：≥500米（与KT112-F连接）；

4）

工作时间：≥2年；

基本功能

1）

通过定位服务器实现定位；

2）

通过标识卡上的按键向定位服务器发出信息（可用于报警）；

3）

定位时间间隔：125ms～3h可调；

4）

定位精度：30米；（3）WIFI手机：KT112-S矿用本安型手机待机时间:≥72小时；连续通话时间≥5小时；（在ImPact（KT112/KJ530）网络系统中）；无线通信距离≥500米（与KT112/KJ530-F连接）；电池：锂聚合物电池3.7V/1350mAh。关键功能：与系统内其它手机通话功能，可通过系统内的语音网关等设备实现拨打外线；具有发送、接收短消息功能；一键告警：通过按下告警键强制向网络内的终端发送告警语音；分组对讲：类似对讲机功能；电话本，通话记录等；定位和搜索；定位服务器可以定位手机（等同于定位卡）；可通过手机程序实时查询人员或设备，设备和系统的信息手机和手机之间可实现点对点方式通信（在无基站情况下应急使用）；支持本地设置和远程集中管理两种管理模式；可无线升级程序和参数；手机在基站之间可自动切换，切换时间≤50ms(KT112-F基站)。RingB：电力自动化系统田兴铁矿高压配电室数量多，多达13个配电室，分布广，井上、井下、南区、北区均有设置，若类似研山铁矿高压配电室只监不控，则因分布广、路途远，造成供配电操作时间长，处理问题不及时。故建议采用智能变电站标准，建立无人值守配电室，实现远程遥测。参考马城220KV智能站的建设标准与设备选型，10KV配电室采用goose网与SV网合一，设置千兆交换机构成MMS环网RingB，直接进入站控层，通过光纤进入变电站后台。电力系统自动化网络结构图RingC：视频监控系统视频监控采用数字式云台摄像机安装在井下关键监测地点，通过TCP/IP协议接入到井下光纤环网交换机传到井上。因摄像机数量过多考虑到带宽过大问题，所以视频系统自组井上、井下的光纤环网。与RingA类似，RingB井上与井下环网应为双链路设计。为保证关键部位的安全稳定监视，机车装载处、卸载处、破碎下料口、提升机装载处、提升机卸载处等部位的摄像装置分别通过独立光纤，与井上视频监控服务器实现光纤直连。链路B链路A链路B链路ARingC:视频监控网络结构图BranchA:广播、通讯一体化系统根据设计院初步设计要求，拟定了一套行政与调度电话二网合一的综合数字电话指挥调度系统.其系统结构如下图所示，包括数字程控调度机、防雷配线柜、数字调度台、录音服务器、网关服务器，安全耦合器、防雷熔断器、防爆分线盒和各个分机。该系统以数字程控调度机为核心，可实现通信终端与调度中心间实现双向语音无阻塞通信；调度中心能够发起组呼、全呼、强插、强拆、紧急呼叫及监听功能；终端设备向调度中心发起紧急呼叫功能；显示发起通信中段位置功能；通信记录存储查询功能；自动录音功能；终端间相互通信联络等功能。通过中继线，可与采矿、选矿调度总机进行对接通讯。线路敷设根据现场情况采用架空、穿管、直埋敷设等形式。地面车间内采用HYV型通信导线穿电线管敷设；去井下的通讯电缆采用外铠装MHYV型，采用冗余备份设计，分别由三条副井敷设至井下，其中一路通讯电缆发生故障时，另两条通讯电缆的容量能负担井下各通讯终端的通讯。为提高系统的防雷、抗雷能力，提高系统可靠性和稳定性，在配线架的入井线路侧增设了电话安全耦合器，入井口处增设了防雷熔断器。井下各分支路由配置防爆分线盒，提高设备可靠性。为提高系统的综合管理功能，设置单独的电话录音服务器，可同时对实时建立的呼叫进行不间断录音；同时设置调度网管服务器，对每部分机的呼叫范围、呼叫权限、呼叫优先级进行分级管理。此外，可选择配置语音网关，实现该调度系统与井下无线语音通信系统中的WIFI手机进行互联互通，进一步增强系统的综合指挥调度能力。行政与调度电话综合通讯指挥系统若考虑增加地下扩音广播系统，形成切换式一体化系统，可以考虑下图方式以切换模式，即平时井下通讯正常调度模式，一旦井上调度员按下PTT播音按键进行广播时，井下通讯模式变为扩音广播模式，调度员松开PTT按键后，井下通讯恢复为正常调度模式。BranchB：工业自动化系统工业PLC控制系统共计12套，其中主、副井提升的6套（提升机厂家成套），充填系统3套，井下排水系统1套，井下多级通风系统1套，井下溜破系统1套。系统设计如下：（1）系统主站：RingA网络是基于光纤环网结构的工业以太网，工业自动化的主站CPU及监控计算机均链接在RingA环网交换机上。（2）系统分站：CPU与分站建议采用工业以太网总线形式（如AB1756系列），或ProfibusDP总线（如西门子S7-300系列）连接。（3）为保证生产的连续稳定与通风排水的安全，各PLC系统应独立运行、不受RingA综合环网故障的影响，故主站设在井下电气室，与分站之间通过总线或光纤直连。分站禁止就近接入RingA的环网交换机或基站集成的交换机。提升系统：主副井共计设计6套PLC系统（成套），采用全数字网络化控制系统。操作系统、调速系统、监控系统之间通过工业局域网络进行系统通讯及信号交换，能实现远程监控功能，可在提升机房与地表中央控制中心两地监控主副井提升机的运行状况。目标两地均能控制，副井实现半自动，主井全自动。地表监控中心不设计全手动控制，提升机房设计全手动控制以备检修时使用。充填系统三套充填站设置因相互独立，设计三套PLC系统，通过PLC控制系统对砂仓料位，水泥仓料位，清水池液位，造浆供水管压力，充填料输送管压力，砂仓进矿浓度，砂仓进、出矿流量，水泥下料量，砂仓下料浓度，搅拌桶料位，充填料输送浓度、流量等进行采集、控制和自动调节。井下排水系统井下排水系统设计一套PLC系统。井下主排水泵房吸水井上设液位自动控制，使得液位与泵连锁，高水位时启动泵，低水位时停止泵。由于排水泵房有离心泵和潜水泵两种泵，因此在井下排水泵房10kV配电室（3个）及地表10kV配电室（1个）设PLC远程I/O站。地表分站根据距离和独立性考虑并入排水系统或者其他控制系统。井下溜破系统井下溜破系统设计一套PLC系统，重型板式给料机采用变频调速，给料量根据工艺要求设定，破碎机和上部溜井及下部溜井的料位信号连锁，主要设备运行信号及溜井料位信号送至PLC。主井提升箕斗计量装置的反馈信号控制仓下给料机和皮带机的启停，并与提升机联锁，实现全自动控制。多级站通风系统设计一套PLC系统，通过对I级站、II级站和III级站内风机运行数量和转速的调整来实现风量、风压调节，使风压均匀分布、漏风量减少，有效风量率提高，风机的电流、转速、轴承温度、运行状态送至控制中心计算机控制系统，由PLC实现远程操作并对其参数进行监控。监测系统监测系统：井下环境监测、井下岩移和应力监测、井上沉降监测。在回风机和主要大巷装有风速传感器，实现对井下风速和风量的监测；在主风机处安装风流压力传感器，实现对主风机压力的监测；在主风机和轴流风机处安装开停传感器，实现对风机开停的监测。并在采区及主要回风井处安装二氧化氮传感器，对放炮后产生的炮烟进行监测，在大巷及采区主要部位安装一氧化碳传感器。井下环境监测采用分站并入井下光纤环网、传感器与分站之间采用总线的方式连接。传感器对井下通风系统、井下有毒有害气体进行监测，将传感器信号传到监控分站。由于监测监控数据信息量小，且属于非控制类系统，为降低通讯设备材料的投资，监控分站不再设计专用网络，就近接入无线通讯系统中WIFI基站的有线接入口，从而进入RingA环网，将监测数据送入调度中心的上位计算机。设备选型要求：监测分站为本安防爆型，必须支持通讯以太网协议。传感器与分站之间的总线采用Canopen、Modbus或DP协议。监测分站就近接入RingA网络图斜坡道交通信号控制斜坡道总长度4730米，入口为双洞单车道，进入到1000m以后为单硐双车道。斜坡道视距较短，弯道较多，为保证行车安全，在道路交叉口设置斜坡道交通信号系统。RingA交通信号控制主站RingA交通信号控制主站 Wifi定位基站 抓拍摄像头交通信号控制分站交通信号控制分站地感线圈 网线 光纤 控制电缆 现场总线 斜坡道交通信号灯系统结构（1）车辆WIFI定位：在斜坡道安装集成了有线接入口的WIFI无线基站，保证WIFI信号全覆盖，通过WIFI定位方式，对车辆进行定位。（2）地感线圈：在道路交叉口区域设置地感线圈，通过开关量控制线接入交通信号灯控制分站，实现精确定位。（3）抓拍摄像头：应选用网络摄像机，对闯红灯、定位系统未注册车辆进行抓拍，通过WIFI基站有线接入口进入RingA环网。（4）交通信号灯控制器交通信号灯控制分站对下连接交通信号灯、地感线圈，对上通过现场总线连接主站。通过行车策略程序，进行信号灯的控制、摄像机的触发；交通信号灯控制主站支持以太网接口，设置在地面调度中心，通过网线接入RingA综合业务环网。为降低系统投资，可选用西门子S7-200PLC系统，主站配置cp243-1以太网模块，主从站之间采用DP通讯。（5）计算机处理与监控调度中心的计算机处理与监控系统对交通信号灯控制主站信息、WIFI车辆定位信息、抓拍摄像机图像进行存储、计算、处理，并提供交通状况监测、车流量统计、违规报警。上述三类系统应提供开放的信息读取接口，以便于系统的集成。生产执行系统（MES）生产执行系统主要面向矿山生产、安全管理相关的业务人员和管理人员，基于实时数据库和OPC用于过程控制的OLE接口技术，及时从井下自控系统获取现场的安全监测信息、、计量信息、溜井料位、人员定位信息、以及设备的状态数据（如风机开停、风门开关、提升情况、皮带运输、井下供电等）等。主要功能模块：1、GIS三维可视化平台：融合计算机图形技术和数据库技术于一体，在空间数据的基础上管理不同的属性数据，把管理对象的地理位置和相关属性有机的结合起来，并可根据实际需要，借助于地理信息系统独有的空间分析功能和可视化表达，进行立体展现。从而为矿产资源开发管理和矿区环境工程进行规划、实施和决策提供科学依据。2、作业计划与报表系统：实现主生产计划、生产接续计划、以及设备配套计划的编制