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煤棚弱电智能化施工方案
一、工程概况
本工程为大型封闭式煤棚弱电智能化系统建设项目，总建筑面积约15000平方米，采用钢结构网架结构，檐口高度22米，跨度80米。根据煤棚粉尘浓度高、空间密闭、易燃易爆等环境特点，系统设计需满足《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）21区粉尘爆炸危险区域要求，所有弱电设备均采用防爆型设计，防护等级不低于IP65。项目涵盖安全防范、环境监测、通信网络、自动化控制四大系统，通过数字化集成平台实现煤棚全方位智能监管。
二、系统组成与功能设计
2.1 安全防范系统
视频监控子系统
· 前端设备：配置200万像素红外防爆网络摄像机（ExdⅡCT6等级），煤棚内部按50米间距布置，堆料区采用双光谱热成像摄像机（分辨率1920×1080，测温范围-20℃~150℃），出入口及周界设置智能跟踪高速球机（360°连续旋转，20倍光学变焦）
· 存储系统：采用NVR磁盘阵列，支持4K高清录像存储，冗余备份设计，存储容量满足90天24小时不间断录像
· 显示控制：监控中心配置4×4 LCD拼接屏（55英寸，拼缝≤1.8mm），配套防爆型控制键盘及解码设备
入侵报警子系统
· 周界防护：设置激光对射探测器（探测距离50-100米，响应时间≤50ms），形成立体防护网
· 紧急报警：在操作室、配电间等关键部位安装防爆型手动报警按钮，报警信号直达监控中心
· 联动机制：与视频监控系统实现报警画面自动切换，启动现场声光报警器（ExdⅠMb等级）
出入口控制子系统
· 车辆管理：入口处安装车牌识别一体机（识别率≥99.9%），配套防爆道闸（开启时间≤3秒）
· 人员管理：采用人脸识别门禁一体机（识别距离0.3-1.5米，误识率≤0.001%），支持IC卡、密码双重认证
· 访客系统：配置防爆型访客机，支持身份证读取、人脸采集及临时卡发放功能
2.2 环境监测系统
粉尘浓度监测
· 监测设备：激光散射式粉尘检测仪（测量范围0.01-100mg/m³，精度±5%FS），安装高度距地面1.5米，每500平方米布置1台
· 数据传输：采用LoRa无线传输技术，传输距离≥2000米，支持电池供电（续航≥6个月）
气体检测系统
· 多参数气体探测器：检测CO（0-1000ppm）、CH4（0-100%LEL）、O2（0-25%VOL）、H2S（0-100ppm）四种气体，响应时间≤30秒
· 采样方式：泵吸式采样（流量500ml/min），配备自动校准功能，校准周期1个月
温湿度监测
· 分布式光纤测温系统：沿煤堆顶部及侧面敷设感温光缆（测温精度±0.5℃，空间分辨率1米），实时监测煤堆温度场分布
· 环境温湿度：采用防爆型温湿度变送器（测量范围-40℃~85℃，湿度0-100%RH），安装于棚内不同高度区域
2.3 通信网络系统
工业以太网
· 网络架构：采用三层网络结构，核心层配置万兆工业以太网交换机（8个10GE SFP+端口），接入层采用PoE防爆交换机（8个10/100/1000BASE-T PoE端口）
· 传输介质：主干采用铠装单模光纤（OS2，9/125μm），水平采用防爆型超六类双绞线（传输频率250MHz，支持10Gbps）
· 冗余设计：核心交换机配置双电源冗余（1+1备份），网络链路采用环网拓扑，自愈时间≤50ms
无线通信
· 无线覆盖：部署防爆型Wi-Fi6无线AP（支持802.11ax协议，速率≥1.2Gbps），采用Mesh组网技术实现无缝漫游
· 对讲系统：配置数字防爆对讲机（工作频率400-470MHz，输出功率4W），配套防爆型中继台及天线系统
广播系统
· 设备配置：防爆型号角扬声器（额定功率30W，频率响应100Hz-15kHz），按声场均匀度≤±3dB布置
· 功能实现：支持分区广播、定时播放、紧急播报，与火灾报警系统联动实现应急广播
2.4 自动化控制系统
PLC控制系统
· 控制器：采用西门子S7-1500系列PLC（Ex d ⅡB T4 Gb等级），配置冗余CPU及电源模块
· I/O模块：数字量输入模块（24VDC，Ex ia ⅡC T4）、模拟量输出模块（4-20mA，精度±0.1%）
· 编程软件：TIA Portal V16，支持ST、LAD、FBD等编程语言
远程监控系统
· SCADA平台：采用WinCC组态软件，实现工艺流程可视化、数据采集与归档、报警管理功能
· 数据接口：支持OPC UA、Modbus TCP/IP等工业协议，可与企业MES系统对接
· 移动监控：开发手机APP监控客户端，支持iOS/Android系统，实现远程数据查看与控制
三、设备选型与技术参数
3.1 主要设备清单
设备名称
型号规格
技术参数
数量
安装位置
防爆网络摄像机
EXIP-200
200万像素，1/2.7"CMOS，红外距离50米
32台
煤棚内部及周界
热成像摄像机
EXTI-672
640×512分辨率，-20℃~150℃测温
8台
堆料区重点部位
粉尘检测仪
EXPM-08
0.01-100mg/m³，±5%FS精度
12台
棚内均匀布置
气体探测器
EXGD-4
四合一检测，0-1000ppm（CO）
10台
操作区及死角
防爆交换机
EXSW-2408
8个PoE端口，2个千兆光口
6台
弱电间及设备间
PLC控制器
1515EX-3PN/DP
防爆等级Ex d ⅡB T4，处理速度0.08μs/指令
2台
控制机房
3.2 线缆选型要求
· 数据电缆：采用防爆型超六类双绞线（UTP Cat.6A），传输频率500MHz，支持10Gbps数据传输
· 光缆：室外采用铠装单模光纤（GYTA53-4B1），室内采用阻燃型多模光纤（OM3，50/125μm）
· 控制电缆：KVVP2-22阻燃屏蔽控制电缆（4×1.5mm²），用于PLC与现场设备连接
· 电源线：ZR-YJV22-0.6/1kV阻燃铠装电缆，截面根据设备功率计算，留有30%余量
四、施工工艺与质量控制
4.1 桥架安装
· 材料要求：采用304不锈钢桥架（厚度≥1.5mm），宽100mm×高50mm规格，配件均为防爆型
· 安装标准：水平安装支架间距1.5米，垂直安装支架间距2米，桥架转弯处弯曲半径≥120mm
· 接地处理：桥架每隔30米设置接地点，采用40×4mm镀锌扁钢与接地极连接，接地电阻≤4Ω
· 密封措施：桥架连接处加装防爆密封胶条，进出线口采用防爆格兰头密封
4.2 管路敷设
· 管材选择：明敷采用SC32镀锌钢管（壁厚≥2.75mm），暗敷采用PVC管（Φ40mm），弯曲半径≥6D
· 连接方式：钢管采用丝扣连接，管端套丝长度为管接头长度的1/2，接口处缠生料带密封
· 防腐处理：钢管内壁涂防锈漆，外壁刷防火涂料，埋地部分做三油两布防腐处理
· 穿线要求：管内导线总截面积不超过管截面积的40%，不同系统线缆分管敷设
4.3 设备安装
· 安装高度：摄像机安装高度距地面3.5-5米，探测器安装高度1.5-2米，声光报警器安装高度≥2.5米
· 固定方式：采用防爆支架（材质304不锈钢），膨胀螺栓固定（M10×100mm），拧紧力矩40N·m
· 线缆预留：设备接线盒内预留线缆长度≥300mm，做防水弯处理，标识清晰
· 密封处理：设备进线口使用防爆密封圈（硬度60±5 Shore A），电缆外径与密封圈内径差≤1mm
4.4 接线工艺
· 导线连接：采用防爆型接线端子（Ex eⅡT6），导线剥线长度5-7mm，压接牢固，无松动
· 屏蔽处理：屏蔽线缆的屏蔽层单端接地，接地线截面积≥1.5mm²，与接地端子可靠连接
· 标识管理：线缆两端挂设标识牌（材质PVC，耐温-40℃~85℃），注明编号、规格、用途
· 绝缘测试：系统接线完成后，采用500V兆欧表测试绝缘电阻，线间及对地绝缘电阻≥20MΩ
五、安全施工措施
5.1 防爆安全措施
· 动火作业：办理动火许可证，清理作业点周围5米内可燃物，配备防爆型灭火器材（ABC干粉灭火器4kg）
· 静电防护：施工人员穿戴防静电服、防静电鞋，使用防静电工具，设备接地电阻≤100Ω
· 防爆区域：设置明显警示标识（"严禁烟火"、"注意防爆"），非防爆工具严禁带入危险区域
· 通风要求：作业期间保持强制通风，确保粉尘浓度低于爆炸下限的50%
5.2 高空作业安全
· 作业平台：使用防爆型高空作业车（工作高度12米），配备防坠器（承重≥15kN）
· 安全带：采用双钩五点式安全带，固定在牢固构件上，高挂低用，禁止低挂高用
· 临边防护：作业区域设置安全警示带（高度1.2米），配备专职安全员监护
· 恶劣天气：遇有六级以上大风、雷雨、大雾等天气，停止高空作业
5.3 电气安全
· 临时用电：采用TN-S接零保护系统，配备防爆型配电箱（Ex dⅡBT4），实行"一机一闸一漏"保护
· 漏电保护：漏电保护器动作电流≤30mA，动作时间≤0.1s，每日班前测试漏电保护功能
· 工具检查：电动工具必须有防爆认证，绝缘电阻≥7MΩ，电缆无破损、老化现象
· 停电作业：进行设备检修时，执行"停电-验电-挂牌-接地"程序，设专人监护
5.4 防尘措施
· 个人防护：施工人员佩戴防尘口罩（KN95级别），每4小时更换一次，定期进行健康检查
· 降尘措施：作业区域设置喷雾降尘系统（雾滴直径5-20μm），保持空气湿度60-70%
· 通风换气：安装轴流风机（风量≥5000m³/h），实现每小时10次空气交换
· 清洁管理：每日施工结束后，清理现场粉尘，采用湿式清扫，禁止干式吹扫
六、系统调试与验收
6.1 分系统调试
视频监控系统
· 图像质量：测试图像清晰度（≥1080P）、灰度等级（≥11级）、信噪比（≥50dB）
· 功能测试：云台旋转、镜头变倍、红外夜视、移动侦测、录像回放等功能
· 存储测试：连续录像72小时，检查录像完整性、时间准确性（误差≤±2s/24h）
环境监测系统
· 精度校准：使用标准气体（CO：50ppm，CH4：1%LEL）校准气体探测器，误差≤±3%
· 响应时间：测试从浓度超标到系统报警的响应时间，应≤10秒
· 联动测试：模拟粉尘超标，验证通风设备自动启动功能，记录启动延迟时间
PLC控制系统
· 逻辑测试：验证控制程序逻辑关系，模拟各种工况下的设备动作
· 精度测试：模拟量输入输出精度测试，误差应≤±0.5%FS
· 冗余测试：进行主备PLC切换测试，切换时间≤100ms，数据无丢失
6.2 系统联调
功能联动测试
· 报警联动：触发入侵报警，检查视频切换、声光报警、门禁关闭等联动动作
· 消防联动：模拟火灾信号，测试排烟风机启动、防火卷帘下降、应急广播启动功能
· 环境联动：模拟粉尘超标，验证喷雾降尘系统启动、通风设备切换、人员疏散引导功能
性能测试
· 系统响应：测试控制中心发出指令到现场设备动作的响应时间，应≤2秒
· 网络性能：测试网络带宽利用率（峰值≤70%）、传输延迟（≤200ms）、丢包率（≤0.1%）
· 负载测试：模拟100个用户同时访问系统，检查服务器CPU利用率（≤80%）、内存占用（≤70%）
6.3 竣工验收
资料验收
· 技术文件：施工图纸、设计变更、设备说明书、合格证、检测报告等资料齐全
· 测试记录：系统调试记录、性能测试报告、隐蔽工程验收记录完整规范
· 培训资料：操作手册、维护手册、应急处理预案（纸质版和电子版各一套）
现场验收
· 观感质量：设备安装牢固、排列整齐、标识清晰，线缆敷设规范、绑扎牢固
· 功能测试：逐项测试系统功能，确保符合设计要求和相关规范
· 安全测试：接地电阻测试（≤4Ω）、绝缘电阻测试（≥20MΩ）、静电接地测试（≤100Ω）
七、施工进度计划
7.1 施工阶段划分
准备阶段（15天）
· 图纸会审、技术交底、施工方案编制
· 材料设备采购、进场检验、仓储管理
· 施工人员培训（防爆知识、安全规程）、施工机具准备
管线施工阶段（30天）
· 桥架安装、管路敷设、线缆敷设
· 隐蔽工程检查、测试、记录
· 接地系统施工、测试
设备安装阶段（25天）
· 前端设备安装、接线
· 机房设备安装、机柜组立
· 控制台、显示屏安装
系统调试阶段（20天）
· 分系统调试、系统联调
· 性能测试、优化
· 试运行（连续30天）
验收交付阶段（10天）
· 竣工资料整理、提交
· 操作人员培训（理论+实操）
· 竣工验收、项目交付
7.2 进度保障措施
· 资源保障：配备2个施工班组（每组15人），高峰期可增加至3个班组平行作业
· 材料保障：建立材料台账，关键设备提前15天进场，储备10%的备用材料
· 技术保障：成立技术攻关小组，提前解决施工难点，确保不影响工期
· 制度保障：实行周进度计划考核，延误时及时采取赶工措施，确保总工期
八、质量保证体系
8.1 质量管理措施
· 材料控制：严格执行材料进场检验制度，不合格材料严禁使用，做好标识管理
· 过程控制：实行"三检制"（自检、互检、专检），关键工序设置质量控制点
· 工艺控制：编制施工工艺卡，严格按照工艺要求施工，严禁擅自更改
· 测量控制：使用经检定合格的测量仪器，定期校准，确保测量精度
8.2 质量记录
· 施工日志：详细记录每日施工内容、人员、材料、天气及质量情况
· 检验记录：隐蔽工程验收记录、设备安装检验记录、系统测试记录
· 不合格项：建立不合格项登记、处理、验证闭环管理记录
· 质量评定：分部分项工程质量评定记录，合格率达到100%
8.3 售后服务
· 质保期：整体系统质保期2年，核心设备质保期3年，7×24小时响应
· 维护计划：制定定期维护计划（月度、季度、年度），提供预防性维护服务
· 应急服务：承诺2小时内到达现场，8小时内解决一般故障，24小时内解决重大故障
· 培训服务：提供3次免费培训，每次不少于8小时，确保操作人员熟练掌握系统
九、应急预案
9.1 火灾应急预案
· 报警程序：立即拨打119，同时启动现场应急预案，组织人员疏散
· 初期火灾扑救：使用现场灭火器材扑救初期火灾，严禁使用水直接扑救电气火灾
· 人员疏散：按照疏散路线图引导人员有序撤离，清点人数，设立警戒区
· 设备保护：切断着火区域电源，关闭燃气阀门，转移重要设备和资料
9.2 触电应急预案
· 切断电源：立即拉闸或使用绝缘工具切断电源，严禁徒手直接拉拽触电者
· 现场急救：将触电者移至通风干燥处，检查呼吸心跳，必要时进行心肺复苏
· 送医治疗：拨打120急救电话，护送伤员到医院救治，记录事故经过
· 事故调查：查明触电原因，采取防范措施，避免类似事故再次发生
9.3 设备故障应急预案
· 故障隔离：立即切断故障设备电源，防止故障扩大，保护现场
· 应急启动：启用备用设备，确保关键系统（如视频监控、火灾报警）正常运行
· 故障排除：组织技术人员分析故障原因，制定抢修方案，尽快恢复系统
· 事后处理：记录故障现象、处理过程、原因分析及预防措施，完善设备维护计划
本方案针对煤棚特殊环境，系统设计充分考虑防爆、防尘、防腐要求，施工工艺严格遵循国家相关规范，通过科学管理和技术创新，确保弱电智能化系统安全可靠运行，为煤棚安全生产提供有力保障。施工过程中应加强与土建、消防等专业的协调配合，严格执行安全操作规程，确保工程质量和施工安全。