智慧選煤廠建設探索

孫延峰++勇輝

摘 要：針對當前煤炭企業面臨的困境，提出不斷提升選煤廠的核心競爭力、構建智慧選煤廠是選煤企業求得生存與發展的關鍵，通過提高選煤廠設備自動化程度，對設備工況、運行數據、視頻圖像等實時資料實現采集、傳輸，對選煤廠各個環節的各種信息實現統一管理、分析和數據反饋，充分利用智慧基礎設施平臺、智慧生產管控平臺、智慧綜合信息平臺收集到的相關信息建立數據倉庫，通過信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進行智慧決策支持平臺建設，從而實現全廠的數據采集、生產調度、決策指揮的智慧化，最終建成智慧化的選煤廠。

關鍵詞：智慧選煤廠；生產自動化；管理信息化；辦公移動化；決策智慧化

中圖分類號：TD94 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0041-04

黨的十八大指出：“堅持走中國特色新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化道路，推動信息化和工業化深度融合、工業化和城鎮化良性互動、城鎮化和農業現代化相互協調，促進‘四化同步發展”。解決上述問題的關鍵就是基于智慧工廠技術建立集成的生產過程自動化系統、安全和生產技術綜合信息管理系統，實現企業的現代化和信息化管理。

隨著煤炭企業生產自動化、管理信息化的實施和應用，為了提高生產效率、節省崗位用工、管理流程無紙化、達到節能降耗的目的，需要全面建設生產自動化和安全生產經營信息化為核心的智慧工廠，最終將選煤廠建設成為基礎設施標準化、生產自動化、管理信息化、辦公移動化、決策智慧化的現代化企業，成為煤炭企業智慧工廠的示范型企業。

關于智慧工廠的需求一般認為主要有以下幾個方面：一是智慧工廠建設是采用三維數字化設計和仿真技術，實現產品研發設計的效率和質量；二是智慧工廠建設是采用工業機器人、高端數控機床、PLC等智慧制造設備，提高制造裝備的自動化和智慧化水平；三是智慧工廠建設是把傳感器、處理器、通信模塊融入產品中，實現產品的可追溯、可識別、可定位；四是智慧工廠建設是構建基于互聯網的C2B模式，實現產品個性化自主設計，滿足消費者個性化定制需求等等。這些對智慧工廠的認知主要集中在產品、裝備、生產、管理、服務等某個方面以及研發設計、生產制造、售后服務等某個環節的智慧化改造，全面性和系統性較為不足。而基于對智慧工廠的不同認知，行業之間建設水平分化差距較大。

通過提高選煤廠設備自動化程度，對設備工況、運行數據、視頻圖像等實時資料實現智慧采集、傳輸，將選煤廠生產運行情況信息化[1-2]，對選煤廠各個環節的各種信息實現統一管理、分析，數據反饋，最終將選煤廠建設成為基礎設施標準化、生產自動化、管理信息化、辦公移動化、決策智慧化的現代化企業，成為大型煤炭企業智慧工廠的示范型企業。

1 總體設計

1.1 智慧工廠系統結構

選煤廠智慧工廠結構見圖1。

選煤廠智慧化建設可劃分為四個智慧平臺：智慧基礎設施平臺、智慧生產管控平臺、智慧綜合信息平臺、智慧決策支持平臺，系統實施采用統一規劃、分期建設的方法。

系統實現生產過程實時控制、企業資源實時管理、信息實時處理，對安全生產管理工作提供強有力的支撐。為達到崗位無人化、少人化的目標，必須加快智慧工廠技術研發和推廣，提高勞動生產率、減少作業人員[3]。借助實時聯動分析系統、專家決策支持系統、安全生產緊急預案與調度指揮決策等系統提高安全生產管理水平，全面實現生產自動化、管理信息化，輔助決策智慧化，以達成智慧工廠的全景目標。

1.2 智慧基礎設施平臺

智慧基礎設施平臺采用先進的信息辦公網絡、無線網絡傳輸、工業控制網、數據中心、智慧調度室等技術奠定基礎，打造安全生產、經營管理的各個環節以實現管控的數字化、自動化、可視化、流程化，目標是建立高速暢通的信息通道。

1.2.1 無線安全接入

隨著選煤廠信息化建設和國家信息化工程的發展，辦公信息化逐漸實現，企業BYOD需求激增，更多的企業采用無線網絡接入自己的內部業務和辦公系統。受無線網絡局限性影響，其安全問題日益凸顯，亟待建立健全安全接入機制，保障客戶業務系統免受黑客攻擊。

1.2.2 企業上網行為管理

企業員工可以通過WIFI進行資料查找、內部辦公、溝通交流、業務咨詢、外發機密文件等，亟需實現員工上網行為的管理、帶寬的管控并保證員工上網安全，保證員工的辦公效率和避免企業網絡資源浪費，防止企業機密數據泄密和員工通過互聯網從事非法交易活動。

1.2.3 網絡工控安全

智慧工廠是自動化與信息化高度融合的綜合工程，為保證生產過程自動化安全可靠及辦公人員訪問生產系統查詢數據的高效便捷，必須采取有效措施對整個企業的工業網和辦公網進行安全控制，避免由于病毒、木馬、蠕蟲等感染造成的系統癱瘓風險，并有效規避由于人員誤操作造成的網絡故障。

對智慧工廠的網絡進行工廠類別劃分，按照用途分為工業網和辦公網。將生產控制用的計算機、服務器及智慧硬件劃分到工業網內；將地面管理人員查詢數據及日常辦公用的計算機接入到辦公網內。辦公網與工業網邊界架設工業網閘，保證工業網與辦公網數據的物理隔離。然后通過訪問控制策略進行服務器的安全防護，保證服務器不被非法訪問及網絡入侵。

1.3 智慧生產管控平臺

由于生產集中控制系統需要進一步完善，在子系統完善過程中，此次智慧生產管控平臺建設的內容主要將工廠內的各個控制系統及各工業現場的視頻監控匯聚到管控平臺，充分考慮了子系統的接入與整合，達到了節省投資、資源共享的目的，提高了系統效能，并可與信息管理網實現無縫對接，實現從生產自動化向管理信息化提供可靠的生產數據的初衷。

1.3.1 集成生產過程數據

生產自動化系統具有高效、可靠、高度集成化、智慧化的特點，該一體化監控軟件平臺集數據通信、采集、處理、控制、協調、綜合智慧判斷、圖文顯示為一體，是綜合數據應用軟件系統，能在各種情況下迅速、準確、可靠地做出反應，及時處理、協調各系統工作，達到實時監控、合理監控的目的[4]。這些系統目前為孤立系統，沒有集成在一個監控平臺下，數據庫各自獨立，界面無整體規劃，數據也沒有得到充分應用。endprint

從以上系統中提取生產運行工況數據和能耗數據，形成生產工況監視、能源消耗統計、成本數據來源；規劃統一直觀、便于使用的人機界面系統，在設備監控畫面中同時監視相關系統的組態畫面，并具備通過一機三（多）屏技術，同時監視視頻、GIS監控畫面。

1.3.2 新建生產支持系統

新建生產支持系統如表1。

1.4 智慧綜合信息平臺

管理信息化建設的內容是建立具有統一接入、統一認證、統一權限、統一編碼規則、統一服務調用、支持單點登陸的信息化管理平臺。在統一信息化管理平臺和一體化監控平臺的基礎上，結合集團級應用系統與選煤廠的實際信息化需求，打造涵蓋安全、生產、經營、保障等各方面，實時、專業的安全生產經營管理系統和安全生產輔助決策支持系統。在創新方面，大力建設智慧工廠、智慧化實驗室等延伸應用，對數據進行最大可能的綜合利用；在云平臺的基礎上，打造移動辦公、移動智慧工廠應用，保證信息在部門與部門之間、生產單位與管理部門之間的共享與傳遞。

1.5 智慧決策支持平臺

智慧工廠不僅體現在做好生產自動化和管理信息化的各個子系統上，還更多的體現在各子系統的良好運行、數據共享、協同工作、聯動反應、移動化應用和管理等方面。智慧工廠要在三維形象展示的基礎上，實現各部門、各系統協同工作；對自動化、信息化各類系統綜合利用，數據加以分析，進行移動信息化建設，通過移動信息平臺來提升選煤廠總體信息化水平，達到智慧選煤廠的效果。

2 智慧選煤廠平臺建設

將各智慧控制子系統集成到自動化集成平臺中，充分利用智慧基礎設施平臺、智慧生產管控平臺、智慧綜合信息平臺收集到的相關信息建立數據倉庫，通過信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進行智慧決策支持平臺建設，從而實現全廠的數據采集、生產調度、決策指揮的智慧化[5]。

2.1 移動應用

通過集團級的統一網絡出口，搭建面向公司管理決策層的網絡服務決策平臺，利用移動終端對信息掌控的及時性和精簡性需求，實現選煤廠安全生產、監測監控信息移動化。系統采用分層架構的水平化業務支撐框架以提升移動通信網融合環境下的多業務接入能力。平臺可以分為應用接入及協議適配子系統、能力接入及協議適配子系統、業務支撐管理子系統、系統后臺管理子系統及展現系統五個子系統。

通過以上五個子系統的協同工作，移動信息平臺可以提供網絡能力接入、應用能力接入、終端服務展示及服務過程控制，同時為集團級應用無線業務提供業務管理及系統管理工具。

2.2 3D數字工廠

三維可視化實現基于C/S和B/S架構的專業應用系統。除了基本的編輯、控制和可視化功能，還提供面向生產、機電、安全監測、通訊、工業自動化等專業應用的可視化功能。用三維技術全面構建各專業子系統仿真模擬系統，實現全廠設備“監測、控制、管理”的一體化，最終實現基于三維GIS平臺的網絡化、分布式綜合管理系統，為安全生產管理提供保障。

2.3 安全生產輔助決策支持系統

安全生產輔助決策支持系統以云計算、物聯網、數據挖掘技術為支撐，以行業級、集團級、廠級制定的各類安全生產規程、規范為知識依據，結合生產自動化、安全生產日常獲取的動態數據和歷史數據，基于動態三維地質模型和虛擬工廠平臺，對安全生產的各類信息進行展示、分析、推理，挖掘歷史數據中蘊含的模式和知識，診斷并概括現勢安全狀態，預測未來安全形勢，實現安全生產的動態診斷和輔助決策。

2.4 核心設備在線監控與故障預警系統

目前大部分選煤廠的在線監控系統是為選煤廠的控制服務，在一定程度上并不能滿足設備在線監控以及衰退評估的需求。于此同時，對于非核心設備，例如泵組，閥門，管道等大部分選煤廠還不具備在線監控設備，需要維護人員使用手持式設備進行點檢。這就造成就整個選煤廠而言不具備統一的集成數據采集和管理平臺。如圖2所示。

目前選煤廠的在線監控設備數量很多，但是由于缺乏專業的數據分析人員和易用的數據分析模型，大部分選煤廠所采集的數據均未經過分析或只經過簡單的分析就會變成“冷數據”存儲，不能發掘和利用所采集數據的最大價值。目前的設備在線監控與故障預警平臺主要針對兩類設備：（1）數據狀況良好需要更精準模型；（2）數據質量不好但是可以加裝傳感器或其他采集設備。最終實現針對每一種核心設備開發出相應的垂直領域分析算法及模型，并將所有的模型固化于集成化數據采集與管理平臺。

3 結語

選煤廠生產的安全高效，只有通過信息化管理手段，實現設備自動化程度提高，對選煤廠各個環節的各種信息實現統一管理、分析和數據反饋。在生產設備自動化、環境監測技術等應用的基礎上，實現面向生產現場的遠程、實時、高效管理。將各智慧控制子系統集成到自動化集成平臺中，充分利用智慧基礎設施平臺、智慧生產管控平臺、智慧綜合信息平臺收集到的相關信息建立數據倉庫，通過信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進行智慧決策支持平臺建設，通過對選煤廠管控信息平臺技術的應用，實現全廠的數據采集、生產調度、決策指揮的智慧化，最終建成智能化的選煤廠，為整個煤炭行業智慧選煤廠的建設提供依據。

參考文獻

[1]張振，陸小兵.智能化選煤廠架構探討[J].煤炭加工與綜合利用，2014，9：57-59.

[2]高慧玲，吳浩然，龔淑芳.智能化設備管理系統在新莊選煤廠的研究與應用[J].企業技術開發：中旬刊，2015，6：40-41.

[3]劉克顏，吳茂晗.選煤廠智能視頻監控系統設計[J].煤炭加工與綜合利用，2017，3：6-7.

[4]宋吉斌.選煤廠控制自動化技術分析[J].工程技術（全文版），2016，5（48）：227-227.

[5]任杰，肖衛雄.選煤廠自動化集成平臺的設計[J].工礦自動化，2011，3：95-97.endprint