準能數字礦山生產調度綜合監控系統

張希武

（國家能源集團準能集團公司生產指揮中心，內蒙古鄂爾多斯 010300）

準能集團所管轄的2 座露天煤礦有邊坡穩定性監測系統、煤質分析系統、智能礦山管理系統等19個監測系統和15 個生產應用系統。系統之間大都相互獨立，數據不互通、互不共享，沒有深度挖掘分析，尤其底層信息采集設備不同、數據運算標準不一等原因，原始數據存在差異較大，未實現互聯互通。受工業4.0 和中國制造2025 戰略的指引下，深入推進“信息化和工業化”的高層次的深度融合，以降本增效為目的，以先進的技術、設計理念和管理思想為指導，構建了準能數字礦山總體應用架構，追求可持續發展模式[1]。因此，需要設計1 套基于綜合監控，高度集中生產、安全、人員、通訊、圖文、調度指揮、預警等功能于一體的生產調度綜合監控平臺軟件。

1 系統規劃

1.1 系統應用范圍

1）系統集成。系統內規劃集成了露天礦卡調系統、選煤廠生產集控系統、設備在線監測系統、矸電監測系統、鐵路tmis 等子系統，把不同格式的數據轉化成統一的測點格式，公司及兩礦分別設計建立一張綜覽圖、20 張單塊業務集中綜覽圖。

2）建立一張綜覽監控平臺。在多系統集成的基礎上，實現信息融合，通過空間信息聯動和業務屬性聯動，根據生產狀況，各生產單位實際生產數據動態信息自然、透明、綜合的呈現在綜覽圖上，設計綠色-生產、黃色-停產、灰色-數據中斷等可變顏色可變動的動畫圖標，設計以柱狀動畫、注記動畫的動畫圖標形式展示各礦原煤、產品、矸石的倉儲實時料位、實時儲量，若發現數據動態異常，可直接一張圖上操作進入相關單位的子系統，詳細的深入了解生產遇到問題，或可直接進入監控系統看到現場實時畫面，及時掌握生產運行狀態，做出正確的煤炭運營決策。

3）建立綜合視頻監控平臺。通過硬盤錄像機接入黑礦、哈礦、選煤廠、矸電等公司所屬各單位的全部1 339 路監控視頻，設計分屏集成顯示的軟件，建立在綜合監控系統的一張綜覽圖平臺內。

4）預報警。規劃把露天煤礦設備的報警信息以不同的報警分級和分類實時顯示，重要告警以文字、聲音形式通過短信的方式發給各當班調度及負責人員，分級報警；規劃選煤廠以設備故障報警分為6級，在報警列表以顏色區分報警級別，報警級別越高，顏色越深。

1.2 系統業務架構

把礦山“采、掘、機、運、通、安監、人員、設備設施、通訊、視頻、應急”及洗煤、發電、煤化工乃至鐵路、港口等相關信息集中到1 個監控調度指揮平臺，建立安全，生產、指揮三大要素的協調與統一。為公司生產指揮中心實時掌握各二級生產單位的生產情況，更好更快捷的協調相關單位之間的工作，減少錯誤信息的發生，業務架構圖如圖1。

圖1 業務架構圖

1.3 系統技術架構

系統集成展示各子系統的已融合生產實時信息，并且預留為子系統擴展提供接口。系統應用CAD圖形，針對生產指揮調度業務，消除各子系統及其系統邏輯，高度融合各子系統的功能，實現全方位的系統聯動，總攬全局。

1）系統聯動。系統將生產有關的各類傳感器的數據和資料和視頻、人員、通訊、設備的信息抽取出來，根據數據的業務關系和信息的空間位置，分類聚合，聯動展示。平臺支持單機多屏、單頁面多個內容方式展示，同步自動切換，多屏聯動。實現同步管理和發布調度指揮相關礦圖、文檔、預案、通訊錄等信息，可在線瀏覽圖文資料，實現圖文聯動。

2）聯動視頻。系統可以同意接入、統一發布工業視頻和安防視頻，可疊加監控、人員信息，并為整個系統提供靈活的視頻調用接口。

3）實時報警。負責根據測點信息以及用戶配置的報警信息等，對實時數據進行監測，當收到超限、超量程、狀態異常等符合報警條件的數據時，或者發現數據傳輸中斷，或者符合用戶配置的報警條件等時，報警監測系統及時產生報警，并能通過數據推送模塊將報警發送到關注該報警的上層業務[3]。

完善基礎建設，促進生態發展是落實智慧城市的重要工作，由于城鄉規劃工作涉及面積較廣，人口和社會結構的復雜性導致部分區域的基礎設備和公共設施缺失，智慧城市背景下，既要重視該區域的基礎設備與公共設施的完善，還要注重綠色生態，提高目標區域的宜居性。做好該工作需從以下幾點著手：

4）數據服務。實時數據服務平臺包括數據采集、數據傳輸、數據加工、邏輯處理單元、報警監測、測點信息管理、實時數據管理、數據存儲、數據推送、接口管理等模塊。

數據采集負責將各個生產子系統的數據接入，需要處理各種類型子系統的不同接口，從這些接口實時獲取數據。并將數據轉發給數據服務。數據推送根據業務請求，對實時數據進行篩選、分類，形成推送數據表格，經過邏輯運算，確保準確之后，將表格通過各種業務層接口發送給個人應用平臺。

2 系統功能展示

準能生產調度綜合監控系統投入應用之后，經過540 d 的現場實施，系統整頓、數據校驗、系統擴張改進共60 項，使系統功能進一步完善，滿足業務人員的生產需要。

2.1 一張綜覽圖展示

一張綜覽圖公司層面涵蓋露天采礦、洗選、裝車、鐵路運輸、倉儲、發電、生產輔助，在圖形可視化綜合監測的基礎上，接入視頻，通訊和相關圖文，實現信息聯動展示和一站式操作；通過對象空間關系和業務邏輯關系抽取關聯的各類信息到統一的用戶界面進行操作，實現了多系統聯動的一站式操作，實現了可視化的綜合監測，實時監測全公司生產運行狀態，動畫圖標充分發揮1+1＞2 的作用[4]。

礦層面涵蓋巖土剝離、煤炭開采的年、月、日生產計劃，生產日產量完成量及年、月進度情況，采礦設備與維修以及設備的動用狀態，破碎站運行狀況及輸煤小時量，選煤裝車完成量與鐵路外運的計劃兌現等數據和信息集成在一起，采集到的數據歸入到數據倉庫[5]，及時統計分析實時反映整個產業鏈的日生產情況，實現可視化的綜合監測。主要以柱狀的形式展示各礦原煤和剝離日計劃完成情況，原煤系統和剝離系統24 h 的分時產量，所屬破碎站的小時原煤量和破碎能力等。以實時動畫的形式展示電鏟、卡車、鉆機、輔助設備在采剝平面圖上的位置及設備狀態。

2.2 選煤煤流圖

把原煤用卡車從坑底下拉運倒入破碎站之后，經過帶式輸送機至原煤倉存儲。經過的洗選及排矸石等加工處理后，生產出不同熱值范圍內的產品存入對應的產品倉；根據客戶需求，匹配不同熱值或粒度的產品煤形成商品煤裝入列車。商品煤的生產過程及裝車站整個流程、煤倉儲量、設備實時狀態等全部過程使用旋轉及變色動畫展示。

2.3 報警聯動

一級和二級重要報警會自動彈出聯動面板，并自動打開報警設備附近的攝像頭。通過聯動面板而可以查看報警設備附近的設備、附近值班室的值班電話、本單位及上級單位的應急通訊錄、應急預案等信息[6]。

運輸帶跑偏、電流過高等設備故障或其它生產受阻等一系列波動信息產生將系統自動報警，以顏色的深淺程度顯示報警級別，重要報警可以手動或者自動推送到相關值班人員及管理人員手機上，便于及時采取安全措施。

3 系統應用效益

準能生產調度綜合監控系統是在多系統集成的基礎上，數據采集傳感器及采集標準統一化，最大限度實現數據自動采集、融合，消除信息孤島，保證數據一致性，徹底重構信息的利用和操作方式，把主要生產數據呈現在綜覽圖上，通過空間信息聯動和業務屬性聯動，讓用戶只需要遵循自身的業務需要和業務邏輯，即可自然、透明、綜合的應用各類子系統提供的數據及功能，解決了系統分割困擾的問題，可以實時監測全公司生產運行情況。

3.1 管理效益

1）一站式操作。系統高度集成了露天煤礦、矸電以及供水、供電等主要生產單位和輔助生產業務的各類子系統，從統一的測點采集運算方式一致的生產數據，在一張綜覽圖上進行實時集中展示，生產指揮系統內得各級調度及管理人員通過一張圖，實時監測全公司生產運行情況；同時數據實現聯動，露天礦調度員可以實時監測選煤廠破碎站運行情況及原煤倉儲量、熱值。選煤廠可以實時監測露天礦卡車、電鏟、鉆機等設備的運行情況。通過對原有各類子系統輸出的信息進行整合，系統讓操作人員和管理人員擺脫一個個子系統的眾多不同界面，“一站式”完成自己的各種業務。

2）便于統計提高效率。針對露天礦對單臺電鏟、卡車實時小時產量的統計需求，設計了4 張24 h 分時產量柱狀圖，調度員可以通過柱狀形象地看出24 h 內每個小時段電鏟、卡車、破碎站產量變化。根據產量變化趨勢，調度指揮。通過單臺卡車、單臺電鏟的小時量數據，形成統計分析報表，對電鏟在相同時間段內的產量進行對比分析，合理調整設備生產情況。通過10 張產量報表（卡調差異化報表）的使用，每月可節省統計員1 d 的工作量，有效提升了統計人員的工作效率。

3）及時預警避免損失。黑岱溝選煤廠1 個月各類報警信息約200 條，系統自動對報警信息進行分類統計，每月生成3 張統計報表，供選煤廠調度進行分析，設置預警條件，一旦符合預定條件，及時進行相應的預警提示，推送到當班人員手機上，調度員通過和現場核實后，進行消警確認操作。提高了發現問題、解決問題的效率，通過有效預警，重要報警及時推送，能夠有效避免生產事故的發生及財產損失。

4）集中監控高效指揮。接入了1 339 路二級單位生產視頻，把原來分散在海康、宇視平臺的視頻集成到了1 個平臺，通過視頻客戶端或者手機App 可直觀了解現場生產情況。在監控圖上點擊設備，可彈出設備附近攝像頭，有針對性的查看現場生產情況，并根據生產情況進行指揮，提升效率。

3.2 經濟效益

1）精準調度提升產能。在系統使用前，黑岱溝露天礦調度人員對每臺電鏟的實時小時產量不能夠精準統計。使用系統后，系統會實時統計每臺電鏟的小時產量，并做了單鏟小時產量減產預警，即單鏟小時產量減少300 t 進行預警提示，以供調度員精準調度[7]，為下一小時產量提升提供依據。通過1 年多使用系統，單鏟平均報警次數由原來1 個月10 條，減少為6 條，單鏟月產量相對以前提升約1 000 t。

2）圖文聯動精準指揮。以前采用定點監控視頻和電話互相溝通的信息交流模式了解關于生產一線采礦電鏟、卡車、破碎站、鐵路貨車等重要設備的運行信息，無法準確的數據判斷情況，常發生掌握的信息不準確導致生產安排錯誤，甚至多次發生18 h 以上延點裝車情況。利用本系統之后生產安排通過生產運行狀態、產品倉儲及熱值動態、鐵路貨車運行狀況多項分析，統籌規劃商品煤裝車，有效避免熱值不匹配、煤量不足、其它生產制約因素導致的鐵路貨車運行不暢通等事宜，實現傳感器、設備和生產系統的自動化和智能化，減少用人數量、降低勞動強度、提升安全保障、達到高產高效[8]。

4 結語

根據業務內在聯系，對實時檢測信息和數據進行在線智能分析和監測，加工、分析，協助用戶發現和處理問題。功能集成初步實現了準能集團調度指揮系統的信息化建設，將生產過程當中產生的數據歸入到數據倉庫，實現了信息共享，對一體化生產的組織、指揮、控制、協調，以及各產業、各環節的高效協同起到了極大的促進作用，推動了生產效益最大化。同時數據倉庫的建立也對生產數據實現了良好、完整的保存，這也為下一步調度指揮系統的數字化建設奠定了基礎。