PSIMining在大型煤炭基地區域集中生產調度指揮系統中的應用

大型煤炭基地的建設方興未艾。要解決區域煤炭生產過程的協調、優化問題，就迫切需要建設基于集成顯示和集中控制技術的區域集中生產調度指揮系統。該系統將做到：實現區域范圍內作業和資源的集中調撥；轉變傳統調度職能，實現區域范圍真正意義上的生產指揮。根據具體的需求，區域集中生產調度指揮系統平臺分為六個功能模塊：集中顯示與控制、關聯數據分析、提供決策輔助功能、系統層級的自動化、智能警報、人事與物資管理。

德國PSI公司的PSIMining套裝軟件具有易于集中顯示、便于和其他信息系統集成、專業化礦業軟件的特點，被選為系統的支撐平臺軟件。系統還采用了兩項關鍵技術：數據分層模型、關系數據庫與實施數據庫的集成，來達到數據自動關聯和智能分析的要求。

1. 背景

“十二五”期間，我國煤炭工業將按照科學布局、集約開發、安全生產、清潔利用、保護環境的發展方針和堅持科學、有序，創新、高效，綠色、低碳和安全、和諧的發展思路，以轉變發展方式為主線，大力推進煤礦企業兼并重組和資源整合，促進煤炭工業由粗放式增長向集約化發展轉變。以此為契機，將通過礦權整合、小煤礦淘汰、企業兼并重組等手段，在中國神華神東、陜北、寧東和新疆建設一大批大型和千萬噸級特大型現代化煤炭基地。

隨著大型煤炭基地生產集中度的提高，區域煤炭生產環節的關聯越來越多，如何來協調、優化區域煤炭生產過程成為一個急需解決的問題。這就迫切需要建設一個基于集成顯示和集中控制技術的區域集中生產調度指揮系統。

該系統要求能夠做到：

實現區域范圍內作業和資源的集中調撥。在傳統生產調度指揮體系下，礦與礦之間的調度指揮體系也是分散的，每個礦與所配套的選煤廠、裝車站之間的自動化控制和調度指揮體系是相對獨立的。通過建立區域集中調度指揮體系，在一個區域設置一個中央控制/調度室，并輔以集中的智能調度系統，直接參與區域內統一作業安排和資源調撥，可以促進區域范圍內各礦間、礦與洗選裝車間的全面協同。

轉變傳統調度職能，實現區域范圍真正意義上的生產指揮。在傳統生產調度指揮體系下，調度室只能充當領導的“傳聲筒”，生產信息來源分散且情況掌握不全面，不能直接對現場發生的問題進行有效判斷和指揮。通過建立區域集中調度指揮體系，一方面，可以轉變調度職能，推行專業調度管理，使調度員有權現場解決例行生產問題，并相應調劑資源，提高生產調度效率；另一方面，通過實時數據的集中上傳、存儲、應用和集成顯示，形成各礦井生產的實時“全景視圖”，便于調度員全面掌握生產情況，對現場發生的問題進行及時有效地判斷和指揮。特別是，通過實時數據的集中管理和集成顯示，可以進一步提高區域調度室的安全預警能力和事故應急處置能力，分清安全管理責任，提高服務區域內的安全管控水平。

2. 既有自動化系統和信息系統的現狀分析

神東礦區大柳塔區域現有的自動化系統及其他信息系統有皮帶運輸系統、破碎機系統、供電系統、給排水系統、通風系統、采煤工作面系統、給排水系統、人員定位系統、工業電視視頻系統、地理信息系統、EAM 系統、生產系統、洗煤廠自動化監控系統、裝車站自動化監控系統、正在建設中的防滅火系統等。圖1是大柳塔井皮帶運輸系統運行畫面：

圖1：大柳塔井皮帶運輸系統運行畫面

這些系統相互獨立不相連，資源無法共享，信息無法共享，工作協同無法進行，最終導致生產計劃效率低下?，F存系統中的諸多短板問題，是可以通過聯合其他系統數據進行綜合分析來解決的。這就對區域集中生產調度指揮系統提出了具體的需求：

實現礦井生產的集成監控自動化，實現大量信息的共享與協同，實現生產調度安排的優化。

高度集成礦井生產各子系統信息、安全系統信息和生產信息。提高集成分析能力以及報警反應速度。

收集和分析計劃管理經驗，實現專業的調度安排計劃管理，提高礦山生產管理調度計劃效率。

減少井下人員配置并增強工作效率，提高礦井的生產強度和專業性。

3. 區域集中生產調度指揮系統的功能需求

根據對現有系統分析及區域集中生產調度指揮業務的需求，我們可以確定區域集中生產調度指揮系統的主要功能。區域集中生產調度指揮系統將把現有生產相關的監視、控制以及管理系統集成加入自身的控制管理系統中。集成并共享生產數據與信息。利用現有的開采圖，連接生產、監視和控制信息網絡，實現集中顯示，集中控制以及數據管理分析。分析得出的數據可為生產提供決定依據，加強自動化控制、自動報警和人員管理。

區域集中生產調度指揮系統分為6大功能模塊。

1） 集中顯示與控制

在區域集中生產調度指揮系統中，相關數據，參數，以及現有的安全、采掘、運輸、通風、電力、供排水和其他子系統的視圖將會與地理視圖相連，并在地面調度中心分層顯示高度集成化的數據、數字平面地圖和結構化動態生產數據，并對其進行控制。由此實現靈活的結構化控制，多礦工作面和監控系統顯示。

中央顯示：獲取特定單個設備參數的順序為：相應的電腦設備 – 相應的顯示系統 – 相應的顯示屏幕 – 相應的設備，從而獲得所需數據。若需要獲得多系統中的多個設備參數，則數據獲取過程將會較為復雜。

中央控制：中央結構化控制各個子系統，并把各區域的設備集成到中央控制界面進行控制。同時，在系統間建立聯系并添加規則以實現聯合操作。

見下面圖2。

2） 關聯數據分析

通過集成多個子系統，實現中央數據存儲與共享。

根據事件協同規則，聯系相應數據與激發規則，實現協同數據分析。將突發事件以及推薦解決方法報告給操作員，為安全生產，高效高質調度計劃提供決策的依據。

3） 提供決策輔助功能

通過汲取動態計劃及管理信息，包括生產人員、物資補給、維護人員計劃與管理、運輸以及車輛計劃管理，結合系統數據規則，對生產數據進行系統分析，為生產管理提供生產和人員管理建議，作為決策基礎。

4） 系統層級的自動化

通過對各采礦組件，包括工作面自動化、運輸、風扇、泵以及其他控制系統，的集中處理、顯示及控制，實現智能優化控制，提高管理效率。

5） 智能警報

區域集中生產調度指揮系統平臺能夠根據相關測量值的聯系進行報警，同時在可視化視圖上顯示相關系統和相關設備。根據區域將設備測量值劃分，為操作員提供簡單快捷的報警信息，為決策提供條件。智能報警包括：

首先，緊急狀況疏導：結合人員定位信息和地理信息，對處于危險區域的人員進行疏導至安全地帶。

第二，超標報警：包括對有害氣體超標，井下時間過長，超標水位，過低水壓，溫度超標等。

第三，警報功能：當人員在地下時間過長或進入危險區域時，通過定位卡或通訊設備對井下人員發送警報。

第四，錯誤報警識別：評估報警內容并與其他實時系統（如人員定位系統）進行比對，識別錯誤報警。

第五，協同報警：當某報警發生時，點擊報警信息可以查詢相關測量值，獲得實時分析數據。

第六，主從報警管理：系統自動識別主從報警，將相關報警分組歸類，以保證操作員不必為同一個報警處理多條報警信息。

6） 人事與物資管理

通過集成視圖，將數據進行聯系，生產管理者可方便地查詢生產、維護、材料、人力以及相關情況，以便概括了解當前信息，對生產計劃進行及時調整和優化。

首先，人力資源與運輸管理：從定位系統中（通過WIFI 或RFID）獲取人員與車輛位置信息。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第543期2014年第11期-----轉載須注名來源通過數據分析和智能警報，降低人員車輛進入危險區域的可能性。通過定位，增強對危險物品運輸的保護。

第二，物資管理：通過與EAM系統接口，獲得設備物資與備用物資情況，根據現有情況計劃任務，減少工作步驟，增強備用部件供給效率。

4. PSIMining應用在區域集中生產調度指揮系統中

為了實現區域集中生產調度指揮系統的六大功能，集團公司在充分考察的情況下，最終選擇了德國PSI公司的礦業管理自動化套裝軟件PSIMining作為系統的支撐平臺軟件。理由有三：一、PSI系統的大屏幕顯示、拖放等顯示功能比較優秀，滿足集中顯示的要求；二、PSImining系統提供標準WebService接口，與集團公司現有的EAM、MES系統、人員定位系統更易于集成，最終實現智能分析等。三、PSImining系統是專用于礦業企業的大型自動化系統支撐平臺，更接近于煤炭企業的需求。

下面將具體介紹PSIMining軟件的體系結構、系統特點和基本功能。

4.1.PSI應用軟件體系結構

圖3：PSI應用軟件架構

PSI應用軟件分為兩層：操作系統層、PSI軟件層。

操作系統層主要是硬件制造商產品，PSI軟件已經具備適應不同操作系統（linux、windows、mac）的能力。

PSI軟件層分為PSI基礎軟件和PSI專業軟件兩層。

其中，基礎軟件包括：BSW kernel（PSI基礎軟件核心）、IPC（內部處理通訊系統）、NWS（PSI系統與操作系統交互內容/機制）、FM/CM、HMI（人機界面）；

PSI專業軟件包括：輸入-輸出、圖片編輯、模型生成、SCADA系統基本功能、NA System、資料管理、數據工程系統、在線系統等。

4.2.PSImining系統特性

PSImining 是一個工廠級的SCADA 系統（3 級），可監測、控制采礦操作，并實現其自動化。

PSImining系統的主要特性：

·將所有開采特定任務集成至一個SCADA 系統中；

·分布式操作員工作站；位置無關的操作員站（遠程操作員站）；

·冗余方案；

·帶有自動化操作員指導的高度先進的人機交互界面（HMI）；

·圖形化的數據工程；

·面向過程的地理/地質視圖的SCADA 在線/離線數據模型概念；

·帶有負載預測和負載計算的能耗管理功能（EMS）；

·巷道和電力網絡的拓撲分析；

·提供與外部系統的安全數據接口（例如：ERP、EAM、GIS）；

·實現機械設備的自動化；

·停機管理，事件處理和人力管理。

4.3.PSImining基本功能

HMI人機界面

拖放功能、縮放和分層顯示、導航功能、路徑追蹤、大型復雜綜合地理視圖顯示、多鼠標協同工作。

報警功能

圖形報警提示、報警明細列表、報警提示可引導進入視圖報警位置和報警明細；顯示報警上下線、顯示正常狀態的偏差，對設備啟停、運行、故障進行報警，遠程控制、數據連接、通訊問題、系統更新等進行提示。

日志和列表

按照子系統功能劃分的日志列表，包括：時序日志、狀態列表、注釋列表、對象列表和靜態列表。

周期歸檔

系統可自定義周期存儲信息，根據需求來配置各種參數，如：周期、變量、更新、壓縮等。

信息設備分級管理

分層/級（8層）設備數據模型中數據信息部分，可以與EAM等資產管理系統進行數據共享。

視圖與圖片管理

具有多層視圖的功能，分為：概覽層（地理信息、示意網絡、故障概況）、明細層（設備狀態、運轉信息）、詳細信息層（設備信息、故障、報警）。

綜采、連采監控功能

綜采和連采相關設備的開啟狀態、故障信息監測和報警，其它特定信息、安全狀態信息。

煤倉、皮帶監控功能

煤倉倉位、報警信息、基礎信息，皮帶運轉狀態、煤流變化、報警信息、基礎信息。

安全與通風監測

一氧化碳、二氧化碳、甲烷等氣體定點監測，風流、風量、風壓監測。報警信息，歷史曲線查詢。

供電系統管理

供電系統管理，實現基礎能源管理。

其它功能

具備綜采自動割煤控制功能，綜采設備（煤機、三機、液壓支架）進行拖拽顯示，原材料物流（設備定位（與人員定位系統、GIS系統相結合）、原材料追蹤、物流優化）管理。

系統數據流流程

P-LAN、L-LAN、M-LAN三層結構之間的通訊，數據維護、數據加載、數據顯示流程，靜態數據模型、動態數據模型數據流。

特定的操作模式

用于生產監控的操作模式、用于維護—測試的操作模式、安全監測—報警分析模式。

5. 關鍵技術介紹

數據分層模型。依據井下每個對象的物理位置以及在你設備結構關系中的位置構建數據分層模型，使得井下所有自動采集的數據，與地理信息、設備信息、監控點信息可以做到一一對應和自動關聯。數據分層模型是實現系統許多功能的基礎和前提。

關系數據庫與實施數據庫的集成。將控制層面數據導入實時數據庫，并把實時數據庫和關系數據庫進行關聯，保證了數據充分轉換為信息，實現了管理系統與控制系統的數據集成，為煤礦生產運營中的職能分析決策奠定基礎。

PSIMining應用軟件是適用于在大型煤炭基地建設區域集中生產調度指揮系統的支撐平臺軟件。最終將實現如下技術目標：

實現目標礦井集中監視和控制，達到海量數據資源的共享利用、關聯分析和生產優化排程的目標。

實現目標礦井既有分立系統的高度集成，達到安全、生產信息的高度融合，提高綜合分析能力和應急響應速度。

實現專業化調度管理，以利于調度經驗、知識的積累，進一步促進煤礦生產調度指揮水平的提高。

進一步減人提效，促進精益生產方式的推行應用，實現大型煤炭基地集約化、專業化生產模式的創新和飛躍。

（作者單位：中國神華神東煤炭集團）