海拔5000米矿山的智慧开采

背景

洁白的雪山、青青的牧草、仿佛伸手就能触碰到的澄澈天空，在世界屋脊西藏，高海拔地区独有的风貌带给人们天人合一的大美。在辽阔的净土之下，西藏也蕴藏着富饶的矿产资源。然而，雪域高原复杂的地形和高寒、低压、低氧的恶劣环境，却为当地的矿产资源开发带来了巨大的难度。

矿产资源作为工业的“粮食”，为科技发展提供了不竭的动力，而科技的进步也在重新定义矿业的开发模式。随着自动化、数字化和智能化技术逐渐渗透和参与到矿业全产业链的各环节，自动化操作、智能化管理和远程控制等创新运维模式，正在大大降低高海拔地区矿山开采的安全风险和成本，并将效率和环保水平提升到一个新的台阶。

在位于藏南的冈底斯群山中，隐藏着一座世界级铜矿，地处“众山之王”，也让它成为全球高海拔的露天矿场的重要代表。某矿业集团承担着这一巨型矿藏的开发工作。作为全球矿业市场的重要参与者，该集团致力于打造“绿色高技术超一流国际矿业集团”，以优质矿物原料为中国及全球经济增长助力。针对该铜矿储量大、品位低、海拔高的三大特点，该集团希望与领先的自动化、数字化和智能化技术伙伴合作，加快新兴技术与生产运营管理体系的深度融合，打造世界级规模的大型绿色智慧矿山。

挑战

为了更好地开发利用这一世界屋脊上的巨型矿藏，该矿业集团制定了三期项目规划，项目一期工程处理量为15万吨/天，二期工程将增扩至50万吨/天，最终可望实现年采选矿石量约2亿吨规模，成为全球采选规模最大的铜矿山。

作为中国最大斑岩型铜矿，该铜矿地处4600~5400米高海拔地区，面对冰天雪地、高寒低压低氧的恶劣环境，建设这座高海拔超大型矿山，实现低品位铜资源的大规模开发，该矿业集团及其合作伙伴面临着巨大挑战。

由于矿区地处高海拔地区且环境偏远，矿区运营维护成本较高。在项目设计之初，该集团就希望通过引入高水平的自动化、数字化和智能化技术，实现无人化和少人化运维，并要求系统和产品具备高可靠性。然而，传统的DCS系统往往采用大量的外置总线网关，总线通信方式不稳定，且网络不统一，扩展性差。同时，传统上位机架构也存在着维护难、故障高、安全性低等问题。

此外，该项目在建设期就将生态保护放在首位，力求打造低碳排放、低能耗的超大型矿山。但传统DCS系统的厂内服务器众多，能耗高且不方便维护，难以满足项目的节能环保要求。为此，该集团希望引入更先进的DCS解决方案，全面提升矿区自动化、信息化和智能化水平，实现安全、稳定、节能、环保、高效的生产运营目标。

解决方案

凭借在全球高海拔地区丰富的应用经验和先进的自动化、数字化产品组合，罗克韦尔自动化获得了该矿业集团的信任和青睐。针对该铜矿约17000点的超大控制规模，以及对系统可靠性、可用性、安全性及低能耗等方面的高要求，罗克韦尔自动化为其量身定制了基于全厂融合以太网架构设计的现代DCS解决方案，包括PlantPAx5.0分布式控制系统(DCS)、工业数据中心(IDC)和ThinManager瘦客户端等系统和产品，通过全厂数据的无缝共享，真正实现生产运维的数字化和可视化。

基于该铜矿项目生产规模大、多系列并行等特点，方案按生产系列分别设置独立控制站，包括4套磨浮冗余控制站、2套再磨冗余控制站、1套顽石破碎冗余控制站、1套精尾冗余控制站、1套磨浮配套设施冗余控制站，共计9套冗余控制站。此外，尾矿库区域控制系统按照功能、位置和相对距离，分为22个PLC控制站。无论在上位软件、车间层网络、现场设备层网络，还是从现场控制站等方面，都实现不同层面的冗余度，极大地提高了系统的可靠性和可用性。

其中，PlantPAx5.0具备高可靠的冗余架构，能有效提高系统的可用性，且主要元器件均可达到百万小时的平均无故障工作时间(MTBF)。作为高性能全站点级解决方案，PlantPAx5.0系统功能适用范围更广且可扩展，为该铜矿建设了高可靠性、高网络安全性和通信高效性的现代化矿山DCS系统。

基于虚拟化技术的工业数据中心(IDC)则能够集中存储实现磁盘共享，通过增加隔离区域，解决了硬件、操作系统、软件间的依存关系，大大优化了服务器资源，降低能耗，延长软件生命周期，全面提升系统的可用性，同时降低了后期运营IT维护工作量。

ThinManager瘦客户端的引入进一步打破工厂内的信息孤岛，其集中化的内容管理和强大的可视化和身份验证功能简化了所有设备和用户的管理，全面提高了系统的灵活性、安全性和可靠性。通过实现虚拟化和移动化技术，管理和维护人员可以随时随地查看工厂的实时数据，有效提升了操作效率和远程作业率，大大降低了高海拔矿区的管理和维护成本。

效果

高山绿草、格桑花、油菜花竞相凌寒绽放，仅仅历时一年多的时间，该铜矿一期工程即建成投产，年产铜约16万吨，树立了高原绿色矿山建设的新标杆。随着全球新能源革命对铜需求量的稳步攀升，该项目将为提高国内铜资源安全保驾护航。

罗克韦尔自动化通过打造基于PlantPAx5.0分布式控制系统(DCS)、工业数据中心(IDC）和ThinManager瘦客户端的创新数字化解决方案，颠覆了DCS系统结合服务器的传统自动化控制架构，引领了矿山行业自动化、数字化的新变革。在罗克韦尔自动化的赋能下，该铜矿的网络稳定性提升了30%，系统操作效率提升了20%，人力成本降低了20%，远程作业率提升了50%，全面实现“绿色矿山”、“安全矿山”、“和谐矿山”、“富民矿山”和“智慧矿山”的建设目标。

该铜矿的成功投产是中国矿业加快转型升级的一个缩影。当前，实现全面数字化转型，建设绿色、安全、智能、高效、可持续发展的智慧矿山，已经成为矿业发展的必然需求和趋势。作为智能制造的引领者，罗克韦尔自动化将继续依托领先的自动化、数字化和智能化技术，助力矿山企业革新矿山技术和设备开发模式，推动企业发展的质量变革和效率变革，让更多矿山焕发智慧、绿色活力。