綜合自動化集成平臺在設備管理中研究與應用

由遠征，趙 威

(山東黃金礦業(萊州)有限公司三山島金礦， 山東 萊州 261442)

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綜合自動化集成平臺在設備管理中研究與應用

由遠征，趙 威

(山東黃金礦業(萊州)有限公司三山島金礦， 山東 萊州 261442)

為實現自動化系統間的數據集成和信息融合，三山島金礦在已有網絡平臺、各工段自動化子系統基礎上，開展綜合自動化集成平臺系統建設。系統旨在將各個獨立的自動化子系統進行集成，實現全礦生產過程集中監視、生產數據集中處理與存儲、主要設備協調安排與維護檢修以及各流程全局調度調控。綜合自動化集成平臺系統已在三山島金礦成功應用，為整個礦山科學高效的管理提供了全面的數據支持和便捷的操控方式。

自動化； 設備監控； 集中管控； 信息融合

1 前言

隨著山東黃金集團所轄各個礦區的數字化信息化建設飛速發展，三山島金礦在建設數字礦山方面取得成效。提升、選廠、充填站等工段都實現了生產過程的自動化監控，能夠對各工段主要設備運行情況進行實時監視和在線控制。但各個監控系統之間缺乏有效的協作，數據之間交換性和共享性差，只能通過調度員與各工段值班班長的電話聯系來獲取所需信息。信息的及時性、準確性都較難保障，成為整個數字化礦山中的瓶頸，很難實現信息的集中管理和輔助決策，并難以提供有效的數據支持。

為了能夠對整個礦區生產現場全方位信息實時采集、反饋及控制，三山島金礦搭建了綜合自動化集成平臺，并實現了提升系統、排水系統、污水處理系統、選廠自動化系統、充填站自動化系統、視頻監控系統等的集中監控管理，使得各自動化子系統的信息得以共享，從而為礦區生產的聯動指揮、各工段設備整體運行情況及維護檢修提供了可靠的依據和高效的手段。

2 綜合自動化集成平臺建設內容

2.1 礦山自動化系統現狀及存在問題

三山島金礦的數字礦山建設，尤其是自動控制系統建設已取得了階段性的建設成果，對于加強各獨立生產系統的安全生產管理水平起到了重要的作用。隨著各系統陸續投入運行，已建設完成的各系統著眼于解決某一生產環節的自動化管控問題，存在一定管理分散、權限自控、數據獨立、技術各異、架構自成體系等特點，一方面不利于整個礦山的調度指揮和緊急預案的制定，另一方面，數據共享也存在一定的困難，而集成平臺的建設即是為了解決這些問題。

系統建設的總體目標是搭建自動控制集成平臺，通過生產過程的集成化數據采集服務、實時/歷史數據庫的存儲服務、一體化的人機界面等的綜合應用，形成集數據采集、通信、處理、控制、協調、智能判斷、圖文顯示為一體的綜合數據應用軟件系統，最終實現生產過程的集成化監控、一體化展示、標準化存儲和智能化調度的目的。

2.2 系統整體框架

系統以IBM服務器作為基礎，組建數據采集、存儲、發布等功能的硬件平臺；以Wonderware System Platform(Wonderware系統平臺，簡稱WSP)作為開發平臺軟件，開發實施整體的系統功能。

綜合自動化集成平臺架構設計如圖1所示，集成平臺系統以數據采集服務器與各個自動化子系統之間的通訊為基礎，采集各個子系統的實時數據并存儲于歷史服務器，一方面為平臺提供生產監控、管理報表的基礎數據，另一方面為企業 MES、ERP等上層管理系統提供統一的數據接口；以應用服務器為基礎搭載系統功能，實現HMI部署、綜合監視、聯動控制等功能。

圖1 系統架構圖

根據現場需要集成的自動化子系統較多，通訊數據量大，為滿足系統穩定性、數據可靠性、傳輸無堵塞等，系統的關鍵環節采用冗余設計，集成平臺系統網絡結構如圖2所示。其中，數據采集服務器和應用服務器均采用熱備冗余配置，保證系統運行穩定可靠；服務器和工作站連接的網絡采用冗余結構，保證數據交換速度和可靠性。

圖2 系統網絡圖

2.3 系統建設實施過程

整個綜合自動化集成平臺項目分為兩部分實施，分別為綜合自動化集成平臺項目及綜合自動化集成平臺延續項目。兩部分雖涉及的子系統內容有所不同，但項目實施過程中的整體思路及步驟是基本相同的。

(1)確定子系統接入方式。①變配電系統：變配電系統由直屬礦區配電自動化系統、新立35kV變配電自動化系統、新立-600m配電自動化系統等3個系統構成。系統管理機采用IEC104規約。接入方式：變配電系統已接入工業環網，可通過IEC104規約介入系統平臺。②充填自動化子系統、8 000t/d選廠自動化子系統：該系統均為GE PLC、Wonderware HMI結構，共涉及4個PLC CPU站，10余個PLC IO站。接入方式：利用上述兩系統Wonderware HMI以及本系統WSP平臺特性，以從HMI GE 驅動讀取數據為主，從PLC直接讀取數據作為備用，集成平臺采用一用一備的方式獲取子系統數據。

(2)工廠設備建模。根據各工廠不同設備的特性，逐類進行設備建模，并分配各設備所屬工段等屬性，建立工廠模型。

(3)流程畫面繪制。根據各工廠工藝流程，按照實際情況繪制流程畫面，為用戶提供簡明便捷的監控界面。

(4)其他相關子系統信號。發揮本系統優勢，將2個以上不同子系統的相關信息進行整合并集中展示，便于集中監控不同工廠相關的生產指標及設備運行情況，提高信息利用效率。

(5)系統部署實施。綜合自動化集成平臺系統投入使用。

3 綜合自動化集成平臺功能框架

3.1 系統功能體系

此系統是三山島金礦數字礦山規劃中的一項建設內容，集數據通信、處理、采集、控制、協調、綜合智能判斷、圖文顯示為一體、面向生產現場實現集中管理、分散控制調度指揮模式的集控系統。該平臺為各個自動化系統搭建了一個統一的軟件監控平臺，各自動化系統在此平臺上通過人機界面可實時監測設備狀態，并可對各自動化系統進行監控，對生產現場全方位信息進行實時采集、反饋，構建高靈敏度的生產聯動指揮系統。各子系統具體內容如下。

(1)提升自動化系統。礦井提升機作為采礦行業的大型機電設備，擔負著提升礦石、下放材料、升降人員和設備的重要任務，提升機運行的安全可靠狀況直接影響礦井生產人員的生命安全和礦井的生產能力。

鑒于礦井提升機在礦山生產的重要作用，對礦井提升工況監測主要有：提升運行狀態的監測；液壓制動系統的監測；電動機及傳動部分的監測等。

三山島金礦提升自動化系統由4個子系統組成：直屬混合井提升自動化系統、新立主井提升自動化系統、新立副井提升自動化系統、新立措施井提升自動化系統，4個系統已通過工業環網接入調度中心。綜合自動化集成平臺提升自動化系統實現在線遠程監視的功能。

實現功能包括：①提供監控系統組態畫面，動態顯示提升速度變化情況，及其它主要參數的變化情況；②主要設備的參數顯示油壓、電流、提升速度等；③實時記錄報警信息，提示采取相應的處理措施，確保生產安全；④查詢關鍵參數的歷史曲線，統計數據報表等功能；⑤結合提升機當前運行狀況，在畫面右下角視頻控件中顯示相應位置的視頻監控信號以便直觀了解現場情況。

(2)井下排水自動化系統。在礦山生產中擔負著將井下積水排出的重要任務，是礦井安全生產的保障。

井下排水自動化系統包括：直屬-435m排水自動化系統、新立-600m排水自動化系統兩個子系統，該兩個系統已通過工業環網接入調度中心。

實現功能包含：①實時監測水泵電流、電機溫度、流量壓力、啟停信號狀態等重要數據；②根據條件遠程控制水泵啟停操作；③根據報警條件對系統中的數據進行報警設置，實時實現報警信息；④排水系統生產報表的顯示；⑤結合排水系統當前水泵工作情況，在畫面右下角視頻控件中顯示相應位置的視頻監控信號以便直觀了解現場情況。

(3)變配電系統。是各生產環節設備運行的能量來源，其在全礦的地位非常重要。

變配電系統由直屬35kV變配電自動化系統、新立35kV變配電自動化系統、新立-600m配電自動化系統、坑口配電自動化系統、-435m配電自動化系統，共5個子系統構成，變配電自動化系統已通過工業環網接入調度中心。

(4)污水處理自動化系統。由三級處理間主站、生活區污水泵房子站、機電車間泵房子站、西山礦區水池子站等部分組成。

(5)地磅監控稱重管理系統。地磅管理系統是由直屬、新立、平里店、倉上等4個地磅組成，采用SQL SERVER數據庫軟件。目前直屬、新立、平里店3個地磅已集成到調度中心的地磅管理系統，實現了對地磅控制、視頻監控等功能。

(6)視頻監控系統。采用海康威視I- WMS5000平臺，系統包含中心服務模塊、存儲服務模塊、流媒體轉發模塊、電視墻服務模塊、客戶端模塊等5個模塊，目前安裝在科技樓機房。視頻信號通過工業環網傳輸，已接入調度中心。

3.2 業務協同與數據融合

(1)系統聯動。作為綜合自動化集成平臺，不僅將各子系統集成到統一的平臺下，而且對子系統的數據、控制進行整合，將原本被各自系統隔離開的信息集中在一起，挖掘其內在聯系，以最適合的方式呈現給管理者。

系統聯動提高了集成平臺的自動化與智能化，不僅能在某個子系統進行，而且能夠在各個子系統之間進行。視頻信號是人獲取信息最直接的途徑，但獨立的視頻平臺不能完全發揮快速定位的功能，必須要與過程數據相結合。本系統實現視頻信號與過程數據結合，從而快速定位需要觀察的視頻內容：在設備開車時可將相應的工業電視圖像切換到啟動畫面上，便于觀察，實現對系統聯動；在發生異常的第一時間將相應的視頻圖像推出，幫助用戶判斷故障原因，提高解決問題的速度。

(2)生產數據傳輸。生產數據傳輸是將綜合自動化平臺中的各個生產系統中的歷史數據通過一定的規則轉換和數據處理，使之符合生產管理系統的需要，并寫入生產管理系統的數據庫中，使得數據資源可以被有效利用。

生產數據傳輸軟件可以將各類生產系統的數據傳輸到生產管理系統的數據庫中。生產數據傳輸軟件一方面將各類生產系統數據進行格式上的轉換，符合生產管理系統的需要。另一方面，軟件提供了數據傳輸的管理控制功能。

4 系統建設技術特點

(1)設計的先進性和擴展性。項目采用了最優的設計方案，選用了當前國際主流產品Wonderware平臺，能夠根據需要設計變更系統顯示界面,且具有豐富多樣的接口與優良的兼容性，平臺內置接口驅動程序，可以集成主流廠商的OPC、MODBUS、ODBC、IEC規約、TCP、串口、撥號網絡、GPRS、衛星網等多種連接方驅動。同時，集成數字視頻平臺的投影、回放、監控等功能以及語音通信系統，并且開放接口，便于礦山信息化系統的二次功能擴展，極大降低安全標準化應用的設計、創建、實施和維護成本，保障系統的先進性和擴展性。

(2)高效連續運轉能力及容錯功能。通過綜合自動化集成平臺的建設實現了生產的信息化，促進全礦的管理信息化，多個服務器并行與容錯配置，系統反應速度快且穩定。此外，具有良好的故障自恢復能力，通訊故障及其它異常情況能夠自動恢復正常并修復所出現的數據錯誤。

(3)保障系統的安全性。作為全礦的生產管控平臺，首先要保證的是人員、設備、生產安全，由于涉及的子系統多，任何一個小的錯誤指令都有可能造成嚴重的連鎖反應，導致生產紊亂甚至事故，所以該系統平臺將安全性放在首位。主要有兩個方面：一是數據安全，通過采用高性能服務器、分布式存儲和冗余式設計提高數據獲取和存儲的可靠性；二是操作安全，即平臺用戶僅能控制其權限范圍內的內容，從軟件上保證不出現越權操作的問題。

(4)靈活高效的系統綜合聯動。大量的安全生產監測數據是管理信息化的基礎，通過對監測數據進行轉換、整理、挖掘，管理系統對全礦的安全生產狀況進行綜合性動態分析，為企業管理人員科學決策提供依據。綜合自動化平臺建設使各個系統有機集成在一個統一的平臺下，各子系統之間能夠實現自動聯動功能，加強企業內部協作與通信，提高生產和管理效率，增強企業的市場競爭力，使企業的生產管理信息化進程跨上一個新臺階，實現對網絡的集中管理，對網絡上的各種設備進行監控和處理，能夠有效實現生產、安全、設備管理和綜合查詢等功能，使其成為一個綜合性的生產管理信息網絡。

5 結語

作為三山島金礦數字化礦山建設中的重要內容，綜合自動化集成平臺系統實施以來產生了很大的經濟效益。主要體現在該系統對生產現場全方位信息實時采集、反饋及控制，構建高靈敏度的生產聯動指揮。在此基礎上可對生產信息進行分析統計，從而為生產安排、各子系統間工作任務調配提供依據，從而實現礦山生產的高效管理。系統充分考慮了礦山的生產流程長、相對獨立的子系統多，且子系統多樣性的特點，選擇了兼容性好、接口豐富、HMI功能強大的軟件產品和處理能力強、可靠性高的硬件設備，為系統日后集成其他子系統提供便捷條件，更為全礦設備規范管理奠定了基礎。

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[4] 賈明濤.基于B/S模式礦山管理信息系統構建技術[J].云南冶金,2004,(2).

Study and application of integrated automation platform in equipment management

In order to realize data integration and information fusion of automation system, in Sanshandao Gold Mine the integrated automation platform was built based on the existing network platform and the process automation subsystem. The system aimed at integrating the various independent automation subsystems and realizing the centralized monitoring, data processing and storage, major equipment coordination arrangement and maintenance and the process global scheduling control of the whole production process. The integrated automation platform was testified by its application in Sanshandao Gold Mine, which provided comprehensive data support and convenient mode of operation for mine scientific and efficient management.

automation; equipment monitoring; centralized control; information fusion

TD672

B

2017-02-08

由遠征(1970-)，男，山東萊州人，機械技術員，從事礦山機械設備管理工作。

1672-609X(2017)03-0037-04