鉭鈮礦生產信息管理系統的設計與應用

曾令揮，宋曉梅，賈布衣

（1. 江西鎢業控股集團有限公司，江西 南昌 330096；2.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160；3.礦冶過程自動控制技術國家重點實驗室，北京 100160；4.礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室，北京 100160）

1 引言

企業信息化是指通過計算機網絡技術提高企業的生產運營效率，降低企業運營風險和成本，從而提高企業的整體管理水平，由于選礦行業地理環境、資源利用、國際化趨勢等因素影響，選礦信息化建設需求遠高于一般行業。同時，隨著礦山企業自動化、信息化發展，在選礦自動化建設基礎上，設備物聯、大數據、工業互聯網等技術也為選礦行業數據的實時獲取分析提供了技術可行性。原有選礦廠進行了數字化車間改造，應用設備操作自動化、控制智能化等改造升級技術，實現生產過程控制優化管理，保障了工藝指標運行的穩定性、可靠性，進而保障自動化系統的穩定性，使生產具有抗干擾能力、自適應能力。

選礦信息化管理是實現對自動化系統的數據管理，是對自動化系統的實時數據和大量的歷史批次數據，按照業務需求在新的時間刻度下整合分析，對生產的成本、績效、利潤進行統計分析，進而優化生產調度，實現對全礦山生產、安全的主要環節進行實時監測、監視，實現全礦山的數據采集、生產調度、決策指揮的信息化、科學化。

2 宜春鉭鈮礦信息化建設需求

宜春鉭鈮礦是我國目前規模最大的鉭鈮鋰原料生產基地，礦床含鉭鈮鋰銣銫等多種金屬，具有開采條件好，儲量大，有價金屬多，綜合利用價值高的特點。為加快推進企業轉型升級，利用智能制造發展培育壯大新動能，該企業實施了“宜春鉭鈮礦智能選廠試點示范”工程，項目主要對選礦廠進行數字化智能化改造與升級，其中生產信息化作為數字化升級改造的一部分內容，其建設目標是建立一套本質安全、數據完整、軟件智能的信息化管理系統。本質安全需要工藝、設備、自動化多個專業設計的無縫鏈接，數據完整要求生產數據不落地，軟件智能要充分依靠復合專業知識群體和進行長期不斷的數據挖據。

鉭鈮礦信息化主要建設內容包括基礎數據管理、設備運行管理、能耗統計分析、生產報表管理等功能模塊，其目標是提供一套面向礦山企業的信息化解決方案，實現礦山企業的設備自動化、數據自動化，將生產決策與設備管理控制等信息有效集成，實現對關鍵設備的狀態監測，實現通過管理辦公網絡訪問生產信息管理系統，實現統一的用戶和權限管理。應用計算機技術、網絡技術、信息技術、控制技術，實現企業的經營、生產決策、生產管理和設備控制等信息的有機集成，實現生產計劃、生產安全調度、生產過程控制最優化。

3 系統設計

生產管理系統需要基于一個成熟的企業軟件管理系統平臺，從而滿足生產管理系統規范的、標準的信息化管理需求。系統在信息化管理平臺基礎之上，實現整套生產管理系統［1］，系統框架如圖1所示。DCS系統系統對工廠破碎、磨重、浮選等過程進行基礎控制，并將礦量、流量等生產模擬量、設備開關等離散信號采集并存儲在實時數據庫中［2］，在歷史數據庫Historian中形成了指標信息的時間標簽值，生產信息管理系統平臺通過關系數據庫實現對礦量等實際生產參數、設備開關運時及水電等能耗數據進行統計存儲，作為生產信息管理系統的基礎數據，實現對設備運行管理、能耗統計分析、生產計劃、生產調度、生產報表管理的集成以及對生產過程和關鍵生產指標進行監視。

圖1 系統實現整體框架

4 關鍵技術

4.1 礦山泛在數據采集技術

系統涉及對鉭鈮礦工業現場大量數據的采集、存儲、管理工作，包括結構化和非結構化數據。建立異構數據倉庫，適應對海量異構生產經營、圖像等各類數據進行存儲、管理，為生產管理系統整合數據，提供數據資源。將工業現場的SCADA監控軟件系統數據采集到數據倉庫中，采用SQL數據庫作為中轉，存儲在基于Hadoop構建的HDFS中，數據采集網絡架構如圖2所示。

圖2 數據采集網絡架構

生產管理系統基于自動化的統計運算方式，通過Sqlserver數據庫相關的算法分析將歷史數據庫中秒級、毫秒級的時間變量進行采集、統計分析，實現了將DCS系統數據采集到生產信息系統的數據庫中，最大程度地減少生產過程運行數據統計的人力投入和人工勞動強度，提高生產指標數據的及時性、準確性和可靠性。

4.2 多源數據處理技術

鉭鈮礦礦山的多源數據主要歸納為三大類。

（1）一手數據，包括直接采集的礦山內部運行數據，包括DCS運行數據，通過接口機等采集到歷史數據服務器進行存儲歸檔后，通過Sqlserver、Hadoop等大數據技術實現將秒級數據進行采集、存儲和統計分析，實現具體數據的靈活、快速存儲，為決策者提供關鍵數據的監測和統計分析報表。

（2）二手數據，包括化驗數據等第三方數據的采集、整理，系統提供數據接口，可以通過ODBC等數據接口采集ERP、化驗數據等集成到生產信息數據庫中，通過周期性的主被動讀取技術，分析整合后實現第三方數據的集成與數據展示。

（3）科學數據，包括模型算法等，由于此類數據是不定期的，因此系統提供被動存儲和提交接口，實現模型算法數據的收集和整合。

5 系統功能介紹及實現

5.1 開發框架

系統采用基于基于SpringMVC的Java EE架構，是一套請求驅動類型的輕量級架構，采用XML配置的注解方式實現前后端映射關系，該架構在實際業務運行期間能夠在維持服務器穩定的前提下，適用于礦冶大數據量的業務需求。

5.2 功能介紹

系統主要建設內容包括生產報表管理、生產計劃、生產調度、設備運行、能源統計、數據信息管理等功能模塊。

基礎數據管理：基于WinCC歷史數據庫實現選礦生產過程數據的自動采集、統計、存儲，并進行小時、班、日、月、年等多時間尺度的運算統計和存儲［2］，基礎數據管理模塊主要實現了對破碎工段、磨重工段、回收工段的開車時間、停車時間、計劃處理量、實際處理量、交接班電表數、用電量等瞬時量和累積量的計算分析，對濃度、流量等工藝參數數據的小時值的計算統計。

生產報表管理：供了日常生產管理作業中的數據集成和報表展示功能，實現了日報表、月報表、年報表等根據時間尺度的查詢和報表展示、導出功能。系統將破碎、磨重、回收工段生產信息數據（開車時間、停車時間、運行時間、計劃處理量、實際處理量、交接班電表數、用電量和用水量）等集成在報表系統中統一呈現和查看，實現了多時間尺度多維度的數據查詢以及報表導出功能，如圖3所示破碎工段生產報表，將破碎、磨重工段的數字化礦山生產指標數據進行采集計算，包括粒度、溫度、壓力等信息采集后集成到生產報表中為各生產作業進行指導，系統根據WinCC歷史數據庫的數據，采集后自動生成相關的報表數據，支持靈活的公式自定義，能夠為選礦指標的歷史數據追溯和統計分析帶來便利性。

圖3 破碎工段生產報表

能源統計模塊：基于基礎數據管理，對破碎工段、磨浮工段、回收工段以及各車間及主要生產裝置的能源介質進行計量統計，根據業務需求定制自動生成各類相關的報表，圖4所示各班組用電量統計信息，實現了根據選定日期查詢中時間范圍內小時值統計值和瞬時值以及月度范圍內每日的能耗分析數據。能源統計報表為分析管理以及車間考核等提供了數據支撐，并且可以作為信息管理系統的重要參考數據來源，同時為數字化礦山上一級系統提供了基礎的能源數據，為用戶追溯歷史能耗信息，提供查詢、統計和打印功能，一方面可以根據報表信息作為管理制定的依據，另一方面可以根據班組能耗進行生產考核，為礦企提供了監測并降低生產能耗的信息化手段。

圖4 選礦廠電能平衡日報表

5.3 系統應用

系統實施上線后，礦山的數字化率提高了百分之八十，計算機報告代替了紙質報告，實現了工業現場數據與辦公數據分離的信息孤島，減輕了報告轉換及計算的勞動量，數據的及時性提高到小時級別甚至分鐘級別，管理人員能夠實時掌握現場情況及現場數據，為生產和管理帶來了便利性、準確性和實時性。

6 結論

生產管理系統滿足了鉭鈮礦生產選礦過程中的生產數據管理，實現了web頁面的數據分析與在線優化，為各層管理部門提供共享的現場工作進展統計信息匯總，促進各部門面向生產過程的主動預防性管理，實現了生產統計數據的自動匯總分析與監測，提升選礦生產中指標統計、生產計劃、設備運行、化驗數據、能源管理等過程的效率，提高了生產效率，降低了工人勞動強度，使礦山維持在最優狀態和最佳水平。

通過統一的鉭鈮礦生產管理信息編碼，采用數據清洗、存儲、計算處理和分析等技術提供企業級管控信息，實現生產管理系統，實現全礦山的數據采集、生產調度、決策指揮的信息化、科學化，為礦山安全生產、有效預防和及時處理各種突發事故和自然災害提供有效手段。通過數字化選礦廠信息化建設，保障了設備和工藝流程運行的穩定性、可靠性，進而保障了自動化系統的穩定性、可靠性，形成一個數字化選礦廠建設與維護技術團隊，使得信息化選礦建設的成果充分發揮與繼承。