屯蘭選煤廠數(shù)字化建設(shè)方案的探討

王亞峰

（西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦選煤廠，山西 古交 030206）

·問(wèn)題探討·

屯蘭選煤廠數(shù)字化建設(shè)方案的探討

王亞峰

（西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦選煤廠，山西 古交 030206）

數(shù)字化、信息化是現(xiàn)代煤礦企業(yè)發(fā)展的必由之路。結(jié)合屯蘭礦選煤廠的實(shí)際情況，對(duì)數(shù)字化建設(shè)和改造進(jìn)行了研究，并給出了數(shù)字化建設(shè)的總體目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系、現(xiàn)有子系統(tǒng)集成升級(jí)改造措施以及新增子系統(tǒng)的建設(shè)方案。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有子系統(tǒng)的升級(jí)改造和新子系統(tǒng)的建設(shè)，可以加快選煤廠的信息化建設(shè)進(jìn)程，提高選煤廠信息化程度，達(dá)到減員增效和提高管理效率的目的。

屯蘭選煤廠；數(shù)字化；網(wǎng)絡(luò)；自動(dòng)化

當(dāng)前我國(guó)選煤廠的管理模式存在著許多弊端，造成了選煤廠機(jī)構(gòu)過(guò)于龐大。使得成本過(guò)高和效率偏低，安全管理難度大，同時(shí)人身安全也得不到很好保障。集中控制系統(tǒng)不完善，需要安排大量的運(yùn)轉(zhuǎn)司機(jī)；設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不能及時(shí)掌握，需要頻繁檢查設(shè)備是否需要保養(yǎng)；變電所不能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，需要安排值班員等等。這些問(wèn)題在很大程度上制約了選煤廠的發(fā)展。因此，必須改變現(xiàn)有的管理模式，進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)。由于信息是以數(shù)字的形式進(jìn)行采集、處理、傳輸和應(yīng)用的，因此，生產(chǎn)、安全、管理、市場(chǎng)等信息可以在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行傳輸、共享、融合，使所采集到的信息能得到更充分的利用，進(jìn)而全面提高管理效率。

西山煤電集團(tuán)公司屯蘭礦選煤廠目前有準(zhǔn)備車間集控系統(tǒng)、主洗車間集控系統(tǒng)、主洗加壓系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、大屏幕選送系統(tǒng)、運(yùn)銷快速裝車系統(tǒng)、皮帶秤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高壓配電系統(tǒng)等，在保障生產(chǎn)中發(fā)揮了很好的作用。但是，各系統(tǒng)目前主要以單一系統(tǒng)和單一設(shè)備自動(dòng)化為主，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)多機(jī)、多系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)，以致存在明顯的“信息孤島”問(wèn)題，這在一定程度上制約了企業(yè)的安全高效生產(chǎn)和信息化發(fā)展。其中工業(yè)電視系統(tǒng)接近完工，但存在無(wú)法多終端遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)瀏覽的缺陷，需要進(jìn)行改造接入；運(yùn)銷裝車系統(tǒng)和主洗加壓過(guò)濾系統(tǒng)只能在現(xiàn)場(chǎng)就地監(jiān)控，無(wú)法在調(diào)度室和辦公室進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，這給生產(chǎn)調(diào)度帶來(lái)很大不便；各皮帶秤散亂分布，沒(méi)有組成一個(gè)完整的系統(tǒng)，更無(wú)法對(duì)稱重信息進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；其余系統(tǒng)雖然安裝有PLC控制柜和相應(yīng)組態(tài)軟件，但只能進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)控，也沒(méi)有接入網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程WEB監(jiān)控，更無(wú)法與其他子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)和信息共享。

另外，隨著設(shè)備變動(dòng)，原來(lái)設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)卻沒(méi)有隨著進(jìn)行變動(dòng)，造成了現(xiàn)有的組態(tài)監(jiān)控?zé)o法真實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，給生產(chǎn)管理造成了一定的安全隱患和人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，從而影響了高效生產(chǎn)的進(jìn)行。

1 數(shù)字化建設(shè)總體目標(biāo)

通過(guò)本次數(shù)字化升級(jí)改造，屯蘭選煤廠將實(shí)現(xiàn)所有的生產(chǎn)一線設(shè)備都能被調(diào)度室、辦公室遠(yuǎn)程監(jiān)控、監(jiān)管；達(dá)到各子系統(tǒng)之間的互聯(lián)、協(xié)調(diào)、聯(lián)動(dòng)；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、調(diào)度系統(tǒng)的“管控一體化”。建成了1 000 M級(jí)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和用于數(shù)據(jù)采集、匯總、分析、處理、共享、存儲(chǔ)的高性能服務(wù)器，可以為選煤廠的數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化提供硬件后盾。采用主流的開(kāi)發(fā)平臺(tái)、通用的數(shù)據(jù)接口可實(shí)現(xiàn)正常工作生產(chǎn)所需的功能，并可以保障各操作管理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、高效性、靈活性以及人機(jī)交互界面的友好性。提供標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)留接口，可為后繼的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供方便。采用三層架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)底層和上層邏輯隔絕，使上層辦公網(wǎng)絡(luò)正常工作的情況下，能可靠的保證底層數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

同時(shí)新建設(shè)備智能管理系統(tǒng)，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能化管理；新建煤泥浮選泡沫的計(jì)算機(jī)圖像處理與識(shí)別系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)煤泥的高效穩(wěn)定浮選；新建基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備運(yùn)行狀況的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理；建設(shè)應(yīng)急廣播系統(tǒng)，在平常保障生產(chǎn)調(diào)度指揮同時(shí)，實(shí)現(xiàn)危急情況的安全處理；新建選煤廠綜合數(shù)字化處理集成平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠的生產(chǎn)、調(diào)度、運(yùn)營(yíng)管理進(jìn)行無(wú)縫的智能綜合管理；建設(shè)WAP發(fā)布平臺(tái)，可將屯蘭選煤廠的綜合數(shù)字化處理集成平臺(tái)中的關(guān)鍵內(nèi)容發(fā)布至wap中，便于領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)程、異地、移動(dòng)、無(wú)線辦公。

2 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)

根據(jù)屯蘭選煤廠實(shí)際情況，系統(tǒng)整體架構(gòu)擬采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系：

最下層為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化子系統(tǒng)組成的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；中間層網(wǎng)絡(luò)為“監(jiān)控一體化”網(wǎng)絡(luò)，采用工作站加服務(wù)器工作方式，起到連接上層管理層和底層控制層的作用；最上層網(wǎng)絡(luò)為辦公管理信息網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠各生產(chǎn)、管理信息綜合集成、處理、共享融合和智能決策支持。該層網(wǎng)絡(luò)可以訪問(wèn)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)中的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。同時(shí)最上層網(wǎng)絡(luò)預(yù)留接口，將相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)和管理信息接入西山煤電集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)、焦煤集團(tuán)以及外部網(wǎng)絡(luò)。為保證生產(chǎn)控制網(wǎng)的安全，將設(shè)置防火墻、安全隔離網(wǎng)閘來(lái)隔離底層工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和企業(yè)管理層局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖1。

圖1 CPDS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

3 子系統(tǒng)數(shù)字化改進(jìn)、接入方案

3．1 現(xiàn)有子系統(tǒng)的升級(jí)改造與接入

對(duì)已有的生產(chǎn)和監(jiān)控子系統(tǒng)，根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施進(jìn)行數(shù)字化改造和集成：準(zhǔn)備車間集控系統(tǒng)、主洗車間集控系統(tǒng)、主洗加壓系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、大屏幕選送系統(tǒng)、運(yùn)銷快速裝車系統(tǒng)、皮帶秤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高壓配電系統(tǒng)等，已經(jīng)安裝有PLC控制柜和組態(tài)軟件的子系統(tǒng)：主洗車間集控系統(tǒng)、主洗加壓系統(tǒng)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)銷快速裝車系統(tǒng)、高壓配電系統(tǒng)、準(zhǔn)備車間集控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的接入可以直接從組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)RJ45雙絞線，接入以太環(huán)網(wǎng)。或者直接在PLC控制柜之上建立數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換接口，從而將PLC的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以在以太網(wǎng)中進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，將相關(guān)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP／IP協(xié)議進(jìn)行接入。對(duì)不具備網(wǎng)絡(luò)接入的系統(tǒng)，如皮帶秤可考慮增加協(xié)議轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)接入，例如232、422、485等串口接口的可以用串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)接口。

在前期已經(jīng)構(gòu)建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，此次需要統(tǒng)一接入，實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程WEB的統(tǒng)一調(diào)用和集中預(yù)覽，不限訪問(wèn)人數(shù)、不限訪問(wèn)時(shí)段。為此本次設(shè)計(jì)的方案中統(tǒng)一工業(yè)視頻系統(tǒng)軟件平臺(tái)，統(tǒng)一升級(jí)改造為媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)模式。通過(guò)改造，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，公司領(lǐng)導(dǎo)和主管部門可不限時(shí)間、不限訪問(wèn)量地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各工業(yè)視頻圖像。并可以通過(guò)WEB方式在任意遠(yuǎn)程終端流暢實(shí)時(shí)訪問(wèn)工業(yè)電視畫面，并在獲得授權(quán)情況下對(duì)相應(yīng)攝像頭的云臺(tái)、焦距、雨刷等進(jìn)行控制操作，可以在辦公室內(nèi)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更詳細(xì)地監(jiān)視監(jiān)控，杜絕監(jiān)測(cè)死角。

3．2 新建數(shù)字化子系統(tǒng)

擬新建設(shè)備管理系統(tǒng)、煤泥浮選泡沫計(jì)算機(jī)圖像處理與識(shí)別系統(tǒng)、設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)等。

設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備資料管理、圖書管理、圖紙管理、設(shè)備潤(rùn)滑管理、高級(jí)應(yīng)用管理（設(shè)備工藝圖和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、換油累計(jì)時(shí)間、模擬量、分析系統(tǒng)）。主要是對(duì)全廠設(shè)備的管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在廠模擬地圖位置上顯示，當(dāng)點(diǎn)擊地圖上某一地點(diǎn)時(shí)，能夠彈出設(shè)備的具體列表，并可以查詢?cè)O(shè)備的基礎(chǔ)屬性及已接入設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備的使用周期進(jìn)行跟蹤，從設(shè)備計(jì)劃、領(lǐng)取、運(yùn)行、維護(hù)、檢修、事故、故障、直至報(bào)廢處理進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤管理。

浮選泡沫是浮選過(guò)程中一個(gè)極為重要的中間狀態(tài)變量。煤泥浮選泡沫的計(jì)算機(jī)圖像處理與識(shí)別是針對(duì)煤泥浮選過(guò)程所存在的問(wèn)題而提出的一種新方法，這種方法具有成本低、功能全、實(shí)用強(qiáng)性的特點(diǎn)。該系統(tǒng)能夠在線測(cè)定浮選泡沫的顏色、形狀、大小和密度，間接反映浮選精煤灰分的高低，回收率的大小變化；通過(guò)對(duì)浮選泡沫層狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和識(shí)別，可以將浮選中的異常泡沫情況及時(shí)準(zhǔn)確地反映出來(lái)，供操作人員及時(shí)控制和管理，從而減少異常生產(chǎn)情況，提高生產(chǎn)效率。

屯蘭選煤廠擬研制開(kāi)發(fā)利用最新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在選煤廠構(gòu)建一個(gè)設(shè)備運(yùn)行健康狀況點(diǎn)檢自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)選煤廠關(guān)鍵設(shè)備的振動(dòng)、溫度等反映設(shè)備運(yùn)行狀況的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)具有自組織能力的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，按點(diǎn)檢系統(tǒng)的要求，將監(jiān)測(cè)量傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。由監(jiān)控中心點(diǎn)檢自動(dòng)化軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出設(shè)備健康狀況報(bào)告，指導(dǎo)設(shè)備的維修維護(hù)，并自動(dòng)建立設(shè)備運(yùn)行健康狀況模式庫(kù)。

4 數(shù)字選煤廠數(shù)據(jù)處理集成WEB平臺(tái)

利用接口程序?qū)⒏髯詣?dòng)化子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并動(dòng)態(tài)顯示在WEB頁(yè)面上，以方便相關(guān)人員和領(lǐng)導(dǎo)以IE方式在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng)中及時(shí)掌握各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。可以實(shí)現(xiàn)工控自動(dòng)化子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)WEB監(jiān)控，各子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)WEB工業(yè)電視點(diǎn)播、索引、顯示；具有WEB設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)操作接口，WEB煤泥浮選泡沫計(jì)算機(jī)圖像處理與識(shí)別系統(tǒng)操作接口，故障原因錄入系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)相關(guān)生產(chǎn)、事故、設(shè)備等統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表并查詢打印相關(guān)生產(chǎn)指標(biāo)（精煤、中煤、煤矸石以及各類能耗）、事故、設(shè)備運(yùn)行狀況的圖表、曲線、趨勢(shì)圖表并生成柱狀圖、餅狀圖、折線圖決策支持，需求處理及人機(jī)交互系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、模型庫(kù)系統(tǒng)、安全生產(chǎn)調(diào)度決策專家系統(tǒng)。可以對(duì)每天的值班情況進(jìn)行管理（包括日期、值班人員、值班班次、部門等），應(yīng)急預(yù)案管理，發(fā)生緊急事件時(shí)，由專門人員在Web頁(yè)面上進(jìn)行登記（可實(shí)現(xiàn)刪除修改功能），備案。并可以智能調(diào)出類似事故的預(yù)案，提供參考。可以進(jìn)行安全隱患管理，針對(duì)生產(chǎn)車間可能存在的隱患，以防治結(jié)合的方法盡快排出隱患，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。該系統(tǒng)包括，檢查時(shí)間、檢查人、責(zé)任人、責(zé)任單位、隱患類別、隱患級(jí)別、內(nèi)容、隱患時(shí)限、治理資金、治理措施。報(bào)警管理（可實(shí)現(xiàn)刪除修改功能）可實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警點(diǎn)的查詢，報(bào)警發(fā)生時(shí)間的查詢，歷史數(shù)據(jù)分析專家決策，本模塊把生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為企業(yè)智能應(yīng)用數(shù)據(jù)，建立全廠專業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)建立實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分析、事故分析功能提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)；最后將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)帶至公司管理與決策者的面前。對(duì)選煤廠相關(guān)生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析。能夠?qū)崿F(xiàn)按日、時(shí)間段的數(shù)據(jù)歷史曲線。綜合各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對(duì)選煤的生產(chǎn)過(guò)程消耗和故障進(jìn)行全面的分析。提供各設(shè)備的電量，運(yùn)行時(shí)間，開(kāi)停統(tǒng)計(jì)。查看某測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)的曲線。能夠根據(jù)要求查詢歷史數(shù)據(jù)，并生成報(bào)表。對(duì)各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)至少保存6個(gè)月以上。設(shè)定不同權(quán)限，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的分類顯示，不同的操作人員，進(jìn)入不同的系統(tǒng)需要設(shè)置不同的訪問(wèn)權(quán)限。WAP網(wǎng)站建設(shè)通過(guò)選取關(guān)鍵信息進(jìn)行wap建設(shè)，提供其他管理系統(tǒng)接口，本平臺(tái)將上述設(shè)備智能管理、設(shè)備點(diǎn)檢等系統(tǒng)融合在一個(gè)WEB界面，實(shí)現(xiàn)信息共享的同時(shí)，提高了操作管理的便捷性。

TD928．9

B

1672-0652（2013）10-0070-03

2013-07-14

王亞峰（1973—），男，山西運(yùn)城人，2012年畢業(yè)于長(zhǎng)沙理工大學(xué)，工程師，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作（E-mail）txscjsk＠163．com