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)集成升級改造措施以及新增子系統(tǒng)的建設(shè)方案。通過對現(xiàn)有子系統(tǒng)的升級改造和新子系統(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)；自動化

當(dāng)前我國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)過于龐大。使得成本過高和效率偏低，安全管理難度大，同時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)無人值守，需要安排值班員等等。這些問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、市場等信息可以在一個統(tǒng)一的平臺上進(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)備自動化為主，沒有實(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，但存在無法多終端遠(yuǎn)程實(shí)時瀏覽的缺陷，需要進(jìn)行改造接入；運(yùn)銷裝車系統(tǒng)和主洗加壓過濾系統(tǒng)只能在現(xiàn)場就地監(jiān)控，無法在調(diào)度室和辦公室進(jìn)行實(shí)時查看，這給生產(chǎn)調(diào)度帶來很大不便；各皮帶秤散亂分布，沒有組成一個完整的系統(tǒng)，更無法對稱重信息進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測；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，也沒有接入網(wǎng)絡(luò)，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程WEB監(jiān)控，更無法與其他子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動和信息共享。

另外，隨著設(shè)備變動，原來設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)卻沒有隨著進(jìn)行變動，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)

通過本次數(shù)字化升級改造，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；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、存儲的高性能服務(wù)器，可以為選煤廠的數(shù)字化、信息化、自動化提供硬件后盾。采用主流的開發(fā)平臺、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)用開發(fā)提供方便。采用三層架構(gòu)的設(shè)計方法，通過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。

同時新建設(shè)備智能管理系統(tǒng)，可對設(shè)備進(jìn)行智能化管理；新建煤泥浮選泡沫的計算機(jī)圖像處理與識別系統(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，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，可實(shí)現(xiàn)對全廠的生產(chǎn)、調(diào)度、運(yùn)營管理進(jìn)行無縫的智能綜合管理；建設(shè)WAP發(fā)布平臺，可將屯蘭選煤廠的綜合數(shù)字化處理集成平臺中的關(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、無線辦公。

2 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺建設(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)時共享。同時最上層網(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)的升級改造與接入

對已有的生產(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)時數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過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，不限訪問人數(shù)、不限訪問時段。為此本次設(shè)計的方案中統(tǒng)一工業(yè)視頻系統(tǒng)軟件平臺，統(tǒng)一升級改造為媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)模式。通過改造，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，公司領(lǐng)導(dǎo)和主管部門可不限時間、不限訪問量地實(shí)時監(jiān)測各工業(yè)視頻圖像。并可以通過WEB方式在任意遠(yuǎn)程終端流暢實(shí)時訪問工業(yè)電視畫面，并在獲得授權(quán)情況下對相應(yīng)攝像頭的云臺、焦距、雨刷等進(jìn)行控制操作，可以在辦公室內(nèi)對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行更詳細(xì)地監(jiān)視監(jiān)控，杜絕監(jiān)測死角。

3．2 新建數(shù)字化子系統(tǒng)

擬新建設(shè)備管理系統(tǒng)、煤泥浮選泡沫計算機(jī)圖像處理與識別系統(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)備潤滑管理、高級應(yīng)用管理（設(shè)備工藝圖和運(yùn)轉(zhuǎn)時間、換油累計時間、模擬量、分析系統(tǒng)）。主要是對全廠設(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，能夠彈出設(shè)備的具體列表，并可以查詢設(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)備計劃、領(lǐng)取、運(yùn)行、維護(hù)、檢修、事故、故障、直至報廢處理進(jìn)行動態(tài)跟蹤管理。

浮選泡沫是浮選過程中一個極為重要的中間狀態(tài)變量。煤泥浮選泡沫的計算機(jī)圖像處理與識別是針對煤泥浮選過程所存在的問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；通過對浮選泡沫層狀態(tài)的實(shí)時自動監(jiān)測和識別，可以將浮選中的異常泡沫情況及時準(zhǔn)確地反映出來，供操作人員及時控制和管理，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發(fā)利用最新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在選煤廠構(gòu)建一個設(shè)備運(yùn)行健康狀況點(diǎn)檢自動化系統(tǒng)，對選煤廠關(guān)鍵設(shè)備的振動、溫度等反映設(shè)備運(yùn)行狀況的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，通過具有自組織能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，按點(diǎn)檢系統(tǒng)的要求，將監(jiān)測量傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。由監(jiān)控中心點(diǎn)檢自動化軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出設(shè)備健康狀況報告，指導(dǎo)設(shè)備的維修維護(hù)，并自動建立設(shè)備運(yùn)行健康狀況模式庫。

4 數(shù)字選煤廠數(shù)據(jù)處理集成WEB平臺

利用接口程序?qū)⒏髯詣踊酉到y(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時采集并動態(tài)顯示在WEB頁面上，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)中及時掌握各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。可以實(shí)現(xiàn)工控自動化子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時WEB監(jiān)控，各子系統(tǒng)聯(lián)動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煤泥浮選泡沫計算機(jī)圖像處理與識別系統(tǒng)操作接口，故障原因錄入系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)生產(chǎn)、事故、設(shè)備等統(tǒng)計分析報表并查詢打印相關(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)倉庫管理系統(tǒng)、模型庫系統(tǒng)、安全生產(chǎn)調(diào)度決策專家系統(tǒng)。可以對每天的值班情況進(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，由專門人員在Web頁面上進(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，檢查時間、檢查人、責(zé)任人、責(zé)任單位、隱患類別、隱患級別、內(nèi)容、隱患時限、治理資金、治理措施。報警管理（可實(shí)現(xiàn)刪除修改功能）可實(shí)現(xiàn)對報警點(diǎn)的查詢，報警發(fā)生時間的查詢，歷史數(shù)據(jù)分析專家決策，本模塊把生產(chǎn)過程中的實(shí)時數(shù)據(jù)作為企業(yè)智能應(yīng)用數(shù)據(jù)，建立全廠專業(yè)級實(shí)時數(shù)據(jù)庫，同時建立實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫維護(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)場帶至公司管理與決策者的面前。對選煤廠相關(guān)生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動檢測數(shù)據(jù)的分析。能夠?qū)崿F(xiàn)按日、時間段的數(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，對選煤的生產(chǎn)過程消耗和故障進(jìn)行全面的分析。提供各設(shè)備的電量，運(yùn)行時間，開停統(tǒng)計。查看某測點(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)，并生成報表。對各子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)至少保存6個月以上。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)置不同的訪問權(quán)限。WAP網(wǎng)站建設(shè)通過選取關(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WEB界面，實(shí)現(xiàn)信息共享的同時，提高了操作管理的便捷性。

TD928．9

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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)于長沙理工大學(xué)，工程師，主要從事計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作（E-mail）txscjsk＠163．com