選煤廠信息智能化網絡構建基礎

朱建軍

(泰戈特(北京)工程技術有限公司，北京 100022)

隨著科學技術的發展，煤礦生產系統與時俱進，從人工生產到機械化生產，數字化生產，再到目前的數字化、智能化與物聯網技術的糅合發展，煤礦的生產方式向技術高端化、人工智能化發展。智能化技術基礎的物理介質關鍵是網絡的基本構建，構建高效、高速、穩定的基礎網絡架構和暢通的MIS系統、ERP系統，是支撐選煤廠數字化、智能化的先決條件。

1 選煤廠網絡系統現狀

目前主流選煤廠網絡系統主要包含以下子系統：生產控制系統、點檢系統、加藥系統、重介質密度系統、光纖感溫火災報警系統、工業電視監控系統、高壓后臺系統、膠帶秤系統、灰分檢測系統、裝車系統、通訊系統、智能照明系統、計算機信息管理系統等數十個分散系統。每個系統自成一體，數字化后形成獨立的信息化系統或部分統一的系統，并不能完全達到互聯互通，在選煤廠系統化管理中會出現信息溝通不暢，各選煤廠上傳到集團公司信息化中心的數據不完善，監控各礦井生產的實時情況檢測不準確，不能達到對所屬單位精準化管理的目的。以下對當前選煤廠主流的子系統網絡結構進行分析。

1.1 地面生產控制系統(又稱工業環網系統)

該系統是礦井地面生產系統的核心。工業環網的穩定性，直接決定礦井生產任務的完成情況。煤礦環網系統是1 000 M以太網環形聯網，互為備用，擴展接口是以太網接口。

生產控制系統中網絡交換機是網絡核心設備，設備接口為以太網，其向系統內外擴展。當然生產系統內部還有穩定的混合網絡結構DeiceNet網與ControlNet網系統，以及第三方網絡模塊，利用Modbus協議形成完整的工業生產控制網絡，通過混合網絡結構與若干子系統構成整個生產控制系統。

1.2 高壓供電后臺監控網絡系統

該子系統是供配電自動化的重要組成部分，對外接口有以太網口、RS232與RS485接口。廠區內所有的高壓變電所、開閉所、配電室都配套數字化分后臺站，通過光纖網絡互聯互通，達到配電系統無人值守的目的。各數字化站具有通訊管理機與網絡交換機，在各個層面都能方便的進行數據交換與系統控制及監視。

1.3 點檢系統

該子系統是選煤廠大機電維修的管理系統。由于生產系統中設備的維護保養直接影響設備的完好率與生產率，所以目前在新建選煤廠設計中，點檢系統基本成為標準配置。點檢系統主要包含設備的溫度檢測、振動檢測及油脂、備件庫等重點數據檢測，數據實時在線傳送。通過RS232/RS485接口或以太網與外部進行數據交換，WEB發布通過以太網實現數據管理。

1.4 工業電視網絡系統

工業電視系統一般由攝像機、數據傳輸網、處理設備、顯示終端組成，鏈接采用光纖主干網絡，經解碼、數據服務器，通過TCP/IP協議與信息系統軟件發送圖像數據。工業電視系統是對整個選煤廠現場視頻監控的直觀圖像系統，是生產與安全系統的有力補充。通過該系統隨時可以直接察看整個廠區的生產情況，隨時能夠發現現場問題，并可以快速確認，確保了生產系統安全正常運行。應用該系統可以減少崗位司機，生產崗位只留巡視工就能達到生產正常化，在管理上減員增效，提高生產效率。智能化選煤廠信息流互聯互通，暢通無阻，使管理更上了一個臺階，提高了集團公司實時化管理水平。工業電視系統采用WEB發布，通過以太網實現數據傳輸、共享，滿足管理的需要。

對選煤廠各分系統的接口分析表明，各子系統基本網絡構架是以太網接口或者RS232/RS485接口，通訊協議以TCP/IP協議和Modbus協議為主，通過第三方軟件與其中的網絡系統之一進行過渡連接，糅合至所屬子系統中，然后進入選煤廠生產或監控大系統。

2 選煤廠數字化、智能化物理基礎網絡的構建

2.1 選煤廠數字化網絡向智能化網絡轉變的物理介質構建思路

智能化網絡構建的關鍵思路是，首先對各子系統進行互聯互通，然后數據共享，發布在大數據的云平臺上；應用各種軟件進行分析，把結果發布給管理人員，經過決策層后再反饋至大數據平臺；通過人工設定或者根據程序設定自動與各子系統進行數據交換，自動執行反饋結果。

2.2 智能化網絡平臺的搭建方案

數據平臺核心是鏈接各子系統的網絡結構。為了減少重復投資，多數情況下核心數據平臺是利用選煤廠計算機信息化管理綜合平臺。計算機信息化系統具有完整的服務器、路由器、防火墻等硬件設備，通過以太網可以方便的介入系統。路由器可以對網絡進行規劃；防火墻防止網絡各子系統的病毒互相影響，還可以加強各系統之間的數據讀寫保密性，保證工業網絡的穩定性。結合選煤廠網絡系統的現狀分析，構建智能化網絡就是有效利用各子系統的對外接口，構建網絡平臺，通過應用軟件把各子系統的數據上傳到大數據平臺服務器。所有數據在后臺經過處理，數據平臺再通過接口下載到對應的子系統中，對設備進行監控。管理流程中的輸入、檢查、審核、審批、下發在大數據平臺上，在應用軟件系統中授予不同權限進行管理。

選煤廠信息智能化系統的核心是MES生產控制系統。選煤廠信息智能化由MES生產控制系統、ERP管理系統系統與WEB發布系統組成，3個系統數據使用共同的網絡設備，在大數據服務器中讀寫數據，達到管理實時監測、控制的目的。

3 選煤廠智能化網絡軟件設計

選煤廠智能化網絡軟件比較多，但軟件構建的基礎是根據各子系統的需要，結合本身軟件的功能，采用統一的軟件接口，使大數據平臺能夠從各系統讀寫數據。

3.1 基礎層子系統軟件

一般各子系統采用各廠家自帶的軟件進行編程、組態、調試，達到穩定的狀態后，編寫網絡接口程序，定義數據接口與協議設定。底層物聯層一般采用國際常用的十種通用的現場總線，遵循IEC61158現場總線標準。技術設計時要求各子系統的軟件具有開放性、互用性、自治性、分散性、適應性，既要滿足現場基礎控制、計算、參數修改、報警、顯示、綜合自動化功能，又要兼顧計算機、數字通信、網絡、系統之間、設備之間、各集成廠家之間設備互換、信息交換的綜合技術。

3.2 網絡傳輸層軟件選用

數據傳輸層是各子系統數據整合握手，建立通信會話，處理不同系統之間的服務請求和響應。工業自動化及控制中一般采用OPC應用技術，基于S/C結構的開放接口標準與技術規范，在計算機信息管理系統的客戶端，應用軟件通過OPC規范讀寫各子系統的數據。在智能化客戶端安裝Windows系統軟件，Microsoft做為強大的后盾，使S/C結構穩定運行，保證了智能化網絡高效、快速、穩定使用。

3.3 智能化網絡頂端應用層軟件設計

智能化網絡具有開放的體系結構、獨立的平臺、高度互動性、可持續發展性。選煤廠智能化網絡的應用，需要在計算機信息管理系統中編寫圖形界面接口，把讀取的數據通過多種軟件處理，通過SQL數據庫，在圖形界面中方便操作。應用功能強大的Office辦公軟件進行處理，既可以與圖形界面的數據動態鏈接，又可以給ERP系統提供數據源，為信息管理提供可靠的數據信息，給決策層快速收集信息提供有力支持，讓決策層在指導生產分析、安全預測、設備維護保養、營銷管理等工作中形成閉環流程。

4 選煤廠智能化網絡的運行效果

最終建成的基礎網絡，在煤礦地面形成工業以太網、辦公網以及無線傳輸網為一體的基礎數據傳輸網絡平臺，通過軟件統一的選煤廠信息化綜合應用平臺，所有信息接口方便接入集團信息中心，實現集團管理決策層可以遠程管理多個選煤廠的目標。每個選煤廠中各個子控制系統通過智能化可有效降低現場巡視人員的勞動強度、巡檢頻率，原來兩個人或者更多人的工作量現在一個巡檢人員即可勝任；智能視頻系統具備無狀況不顯示、輕存儲的智能推送功能，使部分區域達到無人值守，且設備安全穩定運行。WEB系統使得中高層管理人員能夠隨時隨地了解集團內各生產單位的狀況，遠程下達生產指令，遠程指導維修設備、指導工藝調整。把數據導入ERP系統中，為決策層提供決策依據，制定適合集團發展方針策略，切實提升管理水平，同時精準化的對下屬單位減員增效，節約成本，做到生產高效、產品質量穩定，完全達到客戶定制化產品，柔性生產，提高企業效益。