大型煤炭基地的建設方興未艾。要解決區(qū)域煤炭生產(chǎn)過程的協(xié)調、優(yōu)化問題，就迫切需要建設基于集成顯示和集中控制技術的區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)將做到：實現(xiàn)區(qū)域范圍內作業(yè)和資源的集中調撥；轉變傳統(tǒng)調度職能，實現(xiàn)區(qū)域范圍真正意義上的生產(chǎn)指揮。根據(jù)具體的需求，區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)平臺分為六個功能模塊：集中顯示與控制、關聯(lián)數(shù)據(jù)分析、提供決策輔助功能、系統(tǒng)層級的自動化、智能警報、人事與物資管理。

德國PSI公司的PSIMining套裝軟件具有易于集中顯示、便于和其他信息系統(tǒng)集成、專業(yè)化礦業(yè)軟件的特點，被選為系統(tǒng)的支撐平臺軟件。系統(tǒng)還采用了兩項關鍵技術：數(shù)據(jù)分層模型、關系數(shù)據(jù)庫與實施數(shù)據(jù)庫的集成，來達到數(shù)據(jù)自動關聯(lián)和智能分析的要求。

1. 背景

“十二五”期間，我國煤炭工業(yè)將按照科學布局、集約開發(fā)、安全生產(chǎn)、清潔利用、保護環(huán)境的發(fā)展方針和堅持科學、有序，創(chuàng)新、高效，綠色、低碳和安全、和諧的發(fā)展思路，以轉變發(fā)展方式為主線，大力推進煤礦企業(yè)兼并重組和資源整合，促進煤炭工業(yè)由粗放式增長向集約化發(fā)展轉變。以此為契機，將通過礦權整合、小煤礦淘汰、企業(yè)兼并重組等手段，在中國神華神東、陜北、寧東和新疆建設一大批大型和千萬噸級特大型現(xiàn)代化煤炭基地。

隨著大型煤炭基地生產(chǎn)集中度的提高，區(qū)域煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關聯(lián)越來越多，如何來協(xié)調、優(yōu)化區(qū)域煤炭生產(chǎn)過程成為一個急需解決的問題。這就迫切需要建設一個基于集成顯示和集中控制技術的區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)。

該系統(tǒng)要求能夠做到：

實現(xiàn)區(qū)域范圍內作業(yè)和資源的集中調撥。在傳統(tǒng)生產(chǎn)調度指揮體系下，礦與礦之間的調度指揮體系也是分散的，每個礦與所配套的選煤廠、裝車站之間的自動化控制和調度指揮體系是相對獨立的。通過建立區(qū)域集中調度指揮體系，在一個區(qū)域設置一個中央控制/調度室，并輔以集中的智能調度系統(tǒng)，直接參與區(qū)域內統(tǒng)一作業(yè)安排和資源調撥，可以促進區(qū)域范圍內各礦間、礦與洗選裝車間的全面協(xié)同。

轉變傳統(tǒng)調度職能，實現(xiàn)區(qū)域范圍真正意義上的生產(chǎn)指揮。在傳統(tǒng)生產(chǎn)調度指揮體系下，調度室只能充當領導的“傳聲筒”，生產(chǎn)信息來源分散且情況掌握不全面，不能直接對現(xiàn)場發(fā)生的問題進行有效判斷和指揮。通過建立區(qū)域集中調度指揮體系，一方面，可以轉變調度職能，推行專業(yè)調度管理，使調度員有權現(xiàn)場解決例行生產(chǎn)問題，并相應調劑資源，提高生產(chǎn)調度效率；另一方面，通過實時數(shù)據(jù)的集中上傳、存儲、應用和集成顯示，形成各礦井生產(chǎn)的實時“全景視圖”，便于調度員全面掌握生產(chǎn)情況，對現(xiàn)場發(fā)生的問題進行及時有效地判斷和指揮。特別是，通過實時數(shù)據(jù)的集中管理和集成顯示，可以進一步提高區(qū)域調度室的安全預警能力和事故應急處置能力，分清安全管理責任，提高服務區(qū)域內的安全管控水平。

2. 既有自動化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

神東礦區(qū)大柳塔區(qū)域現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)及其他信息系統(tǒng)有皮帶運輸系統(tǒng)、破碎機系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、采煤工作面系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、工業(yè)電視視頻系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、EAM 系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、洗煤廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)、裝車站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、正在建設中的防滅火系統(tǒng)等。圖1是大柳塔井皮帶運輸系統(tǒng)運行畫面：

圖1：大柳塔井皮帶運輸系統(tǒng)運行畫面

這些系統(tǒng)相互獨立不相連，資源無法共享，信息無法共享，工作協(xié)同無法進行，最終導致生產(chǎn)計劃效率低下。現(xiàn)存系統(tǒng)中的諸多短板問題，是可以通過聯(lián)合其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行綜合分析來解決的。這就對區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)提出了具體的需求：

實現(xiàn)礦井生產(chǎn)的集成監(jiān)控自動化，實現(xiàn)大量信息的共享與協(xié)同，實現(xiàn)生產(chǎn)調度安排的優(yōu)化。

高度集成礦井生產(chǎn)各子系統(tǒng)信息、安全系統(tǒng)信息和生產(chǎn)信息。提高集成分析能力以及報警反應速度。

收集和分析計劃管理經(jīng)驗，實現(xiàn)專業(yè)的調度安排計劃管理，提高礦山生產(chǎn)管理調度計劃效率。

減少井下人員配置并增強工作效率，提高礦井的生產(chǎn)強度和專業(yè)性。

3. 區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)的功能需求

根據(jù)對現(xiàn)有系統(tǒng)分析及區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮業(yè)務的需求，我們可以確定區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)的主要功能。區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)將把現(xiàn)有生產(chǎn)相關的監(jiān)視、控制以及管理系統(tǒng)集成加入自身的控制管理系統(tǒng)中。集成并共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)與信息。利用現(xiàn)有的開采圖，連接生產(chǎn)、監(jiān)視和控制信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)集中顯示，集中控制以及數(shù)據(jù)管理分析。分析得出的數(shù)據(jù)可為生產(chǎn)提供決定依據(jù)，加強自動化控制、自動報警和人員管理。

區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)分為6大功能模塊。

1） 集中顯示與控制

在區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)中，相關數(shù)據(jù)，參數(shù)，以及現(xiàn)有的安全、采掘、運輸、通風、電力、供排水和其他子系統(tǒng)的視圖將會與地理視圖相連，并在地面調度中心分層顯示高度集成化的數(shù)據(jù)、數(shù)字平面地圖和結構化動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對其進行控制。由此實現(xiàn)靈活的結構化控制，多礦工作面和監(jiān)控系統(tǒng)顯示。

中央顯示：獲取特定單個設備參數(shù)的順序為：相應的電腦設備 – 相應的顯示系統(tǒng) – 相應的顯示屏幕 – 相應的設備，從而獲得所需數(shù)據(jù)。若需要獲得多系統(tǒng)中的多個設備參數(shù)，則數(shù)據(jù)獲取過程將會較為復雜。

中央控制：中央結構化控制各個子系統(tǒng)，并把各區(qū)域的設備集成到中央控制界面進行控制。同時，在系統(tǒng)間建立聯(lián)系并添加規(guī)則以實現(xiàn)聯(lián)合操作。

見下面圖2。

2） 關聯(lián)數(shù)據(jù)分析

通過集成多個子系統(tǒng)，實現(xiàn)中央數(shù)據(jù)存儲與共享。

根據(jù)事件協(xié)同規(guī)則，聯(lián)系相應數(shù)據(jù)與激發(fā)規(guī)則，實現(xiàn)協(xié)同數(shù)據(jù)分析。將突發(fā)事件以及推薦解決方法報告給操作員，為安全生產(chǎn)，高效高質調度計劃提供決策的依據(jù)。

3） 提供決策輔助功能

通過汲取動態(tài)計劃及管理信息，包括生產(chǎn)人員、物資補給、維護人員計劃與管理、運輸以及車輛計劃管理，結合系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)則，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，為生產(chǎn)管理提供生產(chǎn)和人員管理建議，作為決策基礎。

4） 系統(tǒng)層級的自動化

通過對各采礦組件，包括工作面自動化、運輸、風扇、泵以及其他控制系統(tǒng)，的集中處理、顯示及控制，實現(xiàn)智能優(yōu)化控制，提高管理效率。

5） 智能警報

區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)平臺能夠根據(jù)相關測量值的聯(lián)系進行報警，同時在可視化視圖上顯示相關系統(tǒng)和相關設備。根據(jù)區(qū)域將設備測量值劃分，為操作員提供簡單快捷的報警信息，為決策提供條件。智能報警包括：

首先，緊急狀況疏導：結合人員定位信息和地理信息，對處于危險區(qū)域的人員進行疏導至安全地帶。

第二，超標報警：包括對有害氣體超標，井下時間過長，超標水位，過低水壓，溫度超標等。

第三，警報功能：當人員在地下時間過長或進入危險區(qū)域時，通過定位卡或通訊設備對井下人員發(fā)送警報。

第四，錯誤報警識別：評估報警內容并與其他實時系統(tǒng)（如人員定位系統(tǒng)）進行比對，識別錯誤報警。

第五，協(xié)同報警：當某報警發(fā)生時，點擊報警信息可以查詢相關測量值，獲得實時分析數(shù)據(jù)。

第六，主從報警管理：系統(tǒng)自動識別主從報警，將相關報警分組歸類，以保證操作員不必為同一個報警處理多條報警信息。

6） 人事與物資管理

通過集成視圖，將數(shù)據(jù)進行聯(lián)系，生產(chǎn)管理者可方便地查詢生產(chǎn)、維護、材料、人力以及相關情況，以便概括了解當前信息，對生產(chǎn)計劃進行及時調整和優(yōu)化。

首先，人力資源與運輸管理：從定位系統(tǒng)中（通過WIFI 或RFID）獲取人員與車輛位置信息。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第543期2014年第11期-----轉載須注名來源通過數(shù)據(jù)分析和智能警報，降低人員車輛進入危險區(qū)域的可能性。通過定位，增強對危險物品運輸?shù)谋Ｗo。

第二，物資管理：通過與EAM系統(tǒng)接口，獲得設備物資與備用物資情況，根據(jù)現(xiàn)有情況計劃任務，減少工作步驟，增強備用部件供給效率。

4. PSIMining應用在區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)中

為了實現(xiàn)區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)的六大功能，集團公司在充分考察的情況下，最終選擇了德國PSI公司的礦業(yè)管理自動化套裝軟件PSIMining作為系統(tǒng)的支撐平臺軟件。理由有三：一、PSI系統(tǒng)的大屏幕顯示、拖放等顯示功能比較優(yōu)秀，滿足集中顯示的要求；二、PSImining系統(tǒng)提供標準WebService接口，與集團公司現(xiàn)有的EAM、MES系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)更易于集成，最終實現(xiàn)智能分析等。三、PSImining系統(tǒng)是專用于礦業(yè)企業(yè)的大型自動化系統(tǒng)支撐平臺，更接近于煤炭企業(yè)的需求。

下面將具體介紹PSIMining軟件的體系結構、系統(tǒng)特點和基本功能。

4.1.PSI應用軟件體系結構

圖3：PSI應用軟件架構

PSI應用軟件分為兩層：操作系統(tǒng)層、PSI軟件層。

操作系統(tǒng)層主要是硬件制造商產(chǎn)品，PSI軟件已經(jīng)具備適應不同操作系統(tǒng)（linux、windows、mac）的能力。

PSI軟件層分為PSI基礎軟件和PSI專業(yè)軟件兩層。

其中，基礎軟件包括：BSW kernel（PSI基礎軟件核心）、IPC（內部處理通訊系統(tǒng)）、NWS（PSI系統(tǒng)與操作系統(tǒng)交互內容/機制）、FM/CM、HMI（人機界面）；

PSI專業(yè)軟件包括：輸入-輸出、圖片編輯、模型生成、SCADA系統(tǒng)基本功能、NA System、資料管理、數(shù)據(jù)工程系統(tǒng)、在線系統(tǒng)等。

4.2.PSImining系統(tǒng)特性

PSImining 是一個工廠級的SCADA 系統(tǒng)（3 級），可監(jiān)測、控制采礦操作，并實現(xiàn)其自動化。

PSImining系統(tǒng)的主要特性：

·將所有開采特定任務集成至一個SCADA 系統(tǒng)中；

·分布式操作員工作站；位置無關的操作員站（遠程操作員站）；

·冗余方案；

·帶有自動化操作員指導的高度先進的人機交互界面（HMI）；

·圖形化的數(shù)據(jù)工程；

·面向過程的地理/地質視圖的SCADA 在線/離線數(shù)據(jù)模型概念；

·帶有負載預測和負載計算的能耗管理功能（EMS）；

·巷道和電力網(wǎng)絡的拓撲分析；

·提供與外部系統(tǒng)的安全數(shù)據(jù)接口（例如：ERP、EAM、GIS）；

·實現(xiàn)機械設備的自動化；

·停機管理，事件處理和人力管理。

4.3.PSImining基本功能

HMI人機界面

拖放功能、縮放和分層顯示、導航功能、路徑追蹤、大型復雜綜合地理視圖顯示、多鼠標協(xié)同工作。

報警功能

圖形報警提示、報警明細列表、報警提示可引導進入視圖報警位置和報警明細；顯示報警上下線、顯示正常狀態(tài)的偏差，對設備啟停、運行、故障進行報警，遠程控制、數(shù)據(jù)連接、通訊問題、系統(tǒng)更新等進行提示。

日志和列表

按照子系統(tǒng)功能劃分的日志列表，包括：時序日志、狀態(tài)列表、注釋列表、對象列表和靜態(tài)列表。

周期歸檔

系統(tǒng)可自定義周期存儲信息，根據(jù)需求來配置各種參數(shù)，如：周期、變量、更新、壓縮等。

信息設備分級管理

分層/級（8層）設備數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)信息部分，可以與EAM等資產(chǎn)管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)共享。

視圖與圖片管理

具有多層視圖的功能，分為：概覽層（地理信息、示意網(wǎng)絡、故障概況）、明細層（設備狀態(tài)、運轉信息）、詳細信息層（設備信息、故障、報警）。

綜采、連采監(jiān)控功能

綜采和連采相關設備的開啟狀態(tài)、故障信息監(jiān)測和報警，其它特定信息、安全狀態(tài)信息。

煤倉、皮帶監(jiān)控功能

煤倉倉位、報警信息、基礎信息，皮帶運轉狀態(tài)、煤流變化、報警信息、基礎信息。

安全與通風監(jiān)測

一氧化碳、二氧化碳、甲烷等氣體定點監(jiān)測，風流、風量、風壓監(jiān)測。報警信息，歷史曲線查詢。

供電系統(tǒng)管理

供電系統(tǒng)管理，實現(xiàn)基礎能源管理。

其它功能

具備綜采自動割煤控制功能，綜采設備（煤機、三機、液壓支架）進行拖拽顯示，原材料物流（設備定位（與人員定位系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)相結合）、原材料追蹤、物流優(yōu)化）管理。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流流程

P-LAN、L-LAN、M-LAN三層結構之間的通訊，數(shù)據(jù)維護、數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)顯示流程，靜態(tài)數(shù)據(jù)模型、動態(tài)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)流。

特定的操作模式

用于生產(chǎn)監(jiān)控的操作模式、用于維護—測試的操作模式、安全監(jiān)測—報警分析模式。

5. 關鍵技術介紹

數(shù)據(jù)分層模型。依據(jù)井下每個對象的物理位置以及在你設備結構關系中的位置構建數(shù)據(jù)分層模型，使得井下所有自動采集的數(shù)據(jù)，與地理信息、設備信息、監(jiān)控點信息可以做到一一對應和自動關聯(lián)。數(shù)據(jù)分層模型是實現(xiàn)系統(tǒng)許多功能的基礎和前提。

關系數(shù)據(jù)庫與實施數(shù)據(jù)庫的集成。將控制層面數(shù)據(jù)導入實時數(shù)據(jù)庫，并把實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫進行關聯(lián)，保證了數(shù)據(jù)充分轉換為信息，實現(xiàn)了管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，為煤礦生產(chǎn)運營中的職能分析決策奠定基礎。

PSIMining應用軟件是適用于在大型煤炭基地建設區(qū)域集中生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)的支撐平臺軟件。最終將實現(xiàn)如下技術目標：

實現(xiàn)目標礦井集中監(jiān)視和控制，達到海量數(shù)據(jù)資源的共享利用、關聯(lián)分析和生產(chǎn)優(yōu)化排程的目標。

實現(xiàn)目標礦井既有分立系統(tǒng)的高度集成，達到安全、生產(chǎn)信息的高度融合，提高綜合分析能力和應急響應速度。

實現(xiàn)專業(yè)化調度管理，以利于調度經(jīng)驗、知識的積累，進一步促進煤礦生產(chǎn)調度指揮水平的提高。

進一步減人提效，促進精益生產(chǎn)方式的推行應用，實現(xiàn)大型煤炭基地集約化、專業(yè)化生產(chǎn)模式的創(chuàng)新和飛躍。

（作者單位：中國神華神東煤炭集團）