孫延峰++勇輝

摘 要：針對當(dāng)前煤炭企業(yè)面臨的困境，提出不斷提升選煤廠的核心競爭力、構(gòu)建智慧選煤廠是選煤企業(yè)求得生存與發(fā)展的關(guān)鍵，通過提高選煤廠設(shè)備自動化程度，對設(shè)備工況、運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻圖像等實(shí)時資料實(shí)現(xiàn)采集、傳輸，對選煤廠各個環(huán)節(jié)的各種信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、分析和數(shù)據(jù)反饋，充分利用智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺、智慧生產(chǎn)管控平臺、智慧綜合信息平臺收集到的相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)倉庫，通過信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進(jìn)行智慧決策支持平臺建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)全廠的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的智慧化，最終建成智慧化的選煤廠。

關(guān)鍵詞：智慧選煤廠；生產(chǎn)自動化；管理信息化；辦公移動化；決策智慧化

中圖分類號：TD94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0041-04

黨的十八大指出：“堅(jiān)持走中國特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路，推動信息化和工業(yè)化深度融合、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化良性互動、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)‘四化同步發(fā)展”。解決上述問題的關(guān)鍵就是基于智慧工廠技術(shù)建立集成的生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)、安全和生產(chǎn)技術(shù)綜合信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的現(xiàn)代化和信息化管理。

隨著煤炭企業(yè)生產(chǎn)自動化、管理信息化的實(shí)施和應(yīng)用，為了提高生產(chǎn)效率、節(jié)省崗位用工、管理流程無紙化、達(dá)到節(jié)能降耗的目的，需要全面建設(shè)生產(chǎn)自動化和安全生產(chǎn)經(jīng)營信息化為核心的智慧工廠，最終將選煤廠建設(shè)成為基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)自動化、管理信息化、辦公移動化、決策智慧化的現(xiàn)代化企業(yè)，成為煤炭企業(yè)智慧工廠的示范型企業(yè)。

關(guān)于智慧工廠的需求一般認(rèn)為主要有以下幾個方面：一是智慧工廠建設(shè)是采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量；二是智慧工廠建設(shè)是采用工業(yè)機(jī)器人、高端數(shù)控機(jī)床、PLC等智慧制造設(shè)備，提高制造裝備的自動化和智慧化水平；三是智慧工廠建設(shè)是把傳感器、處理器、通信模塊融入產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯、可識別、可定位；四是智慧工廠建設(shè)是構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的C2B模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個性化自主設(shè)計(jì)，滿足消費(fèi)者個性化定制需求等等。這些對智慧工廠的認(rèn)知主要集中在產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等某個方面以及研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)等某個環(huán)節(jié)的智慧化改造，全面性和系統(tǒng)性較為不足。而基于對智慧工廠的不同認(rèn)知，行業(yè)之間建設(shè)水平分化差距較大。

通過提高選煤廠設(shè)備自動化程度，對設(shè)備工況、運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻圖像等實(shí)時資料實(shí)現(xiàn)智慧采集、傳輸，將選煤廠生產(chǎn)運(yùn)行情況信息化[1-2]，對選煤廠各個環(huán)節(jié)的各種信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、分析，數(shù)據(jù)反饋，最終將選煤廠建設(shè)成為基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)自動化、管理信息化、辦公移動化、決策智慧化的現(xiàn)代化企業(yè)，成為大型煤炭企業(yè)智慧工廠的示范型企業(yè)。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 智慧工廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

選煤廠智慧工廠結(jié)構(gòu)見圖1。

選煤廠智慧化建設(shè)可劃分為四個智慧平臺：智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺、智慧生產(chǎn)管控平臺、智慧綜合信息平臺、智慧決策支持平臺，系統(tǒng)實(shí)施采用統(tǒng)一規(guī)劃、分期建設(shè)的方法。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時控制、企業(yè)資源實(shí)時管理、信息實(shí)時處理，對安全生產(chǎn)管理工作提供強(qiáng)有力的支撐。為達(dá)到崗位無人化、少人化的目標(biāo)，必須加快智慧工廠技術(shù)研發(fā)和推廣，提高勞動生產(chǎn)率、減少作業(yè)人員[3]。借助實(shí)時聯(lián)動分析系統(tǒng)、專家決策支持系統(tǒng)、安全生產(chǎn)緊急預(yù)案與調(diào)度指揮決策等系統(tǒng)提高安全生產(chǎn)管理水平，全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化、管理信息化，輔助決策智慧化，以達(dá)成智慧工廠的全景目標(biāo)。

1.2 智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺

智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺采用先進(jìn)的信息辦公網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、工業(yè)控制網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、智慧調(diào)度室等技術(shù)奠定基礎(chǔ)，打造安全生產(chǎn)、經(jīng)營管理的各個環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)管控的數(shù)字化、自動化、可視化、流程化，目標(biāo)是建立高速暢通的信息通道。

1.2.1 無線安全接入

隨著選煤廠信息化建設(shè)和國家信息化工程的發(fā)展，辦公信息化逐漸實(shí)現(xiàn)，企業(yè)BYOD需求激增，更多的企業(yè)采用無線網(wǎng)絡(luò)接入自己的內(nèi)部業(yè)務(wù)和辦公系統(tǒng)。受無線網(wǎng)絡(luò)局限性影響，其安全問題日益凸顯，亟待建立健全安全接入機(jī)制，保障客戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)免受黑客攻擊。

1.2.2 企業(yè)上網(wǎng)行為管理

企業(yè)員工可以通過WIFI進(jìn)行資料查找、內(nèi)部辦公、溝通交流、業(yè)務(wù)咨詢、外發(fā)機(jī)密文件等，亟需實(shí)現(xiàn)員工上網(wǎng)行為的管理、帶寬的管控并保證員工上網(wǎng)安全，保證員工的辦公效率和避免企業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，防止企業(yè)機(jī)密數(shù)據(jù)泄密和員工通過互聯(lián)網(wǎng)從事非法交易活動。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)工控安全

智慧工廠是自動化與信息化高度融合的綜合工程，為保證生產(chǎn)過程自動化安全可靠及辦公人員訪問生產(chǎn)系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)的高效便捷，必須采取有效措施對整個企業(yè)的工業(yè)網(wǎng)和辦公網(wǎng)進(jìn)行安全控制，避免由于病毒、木馬、蠕蟲等感染造成的系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險，并有效規(guī)避由于人員誤操作造成的網(wǎng)絡(luò)故障。

對智慧工廠的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工廠類別劃分，按照用途分為工業(yè)網(wǎng)和辦公網(wǎng)。將生產(chǎn)控制用的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器及智慧硬件劃分到工業(yè)網(wǎng)內(nèi)；將地面管理人員查詢數(shù)據(jù)及日常辦公用的計(jì)算機(jī)接入到辦公網(wǎng)內(nèi)。辦公網(wǎng)與工業(yè)網(wǎng)邊界架設(shè)工業(yè)網(wǎng)閘，保證工業(yè)網(wǎng)與辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)的物理隔離。然后通過訪問控制策略進(jìn)行服務(wù)器的安全防護(hù)，保證服務(wù)器不被非法訪問及網(wǎng)絡(luò)入侵。

1.3 智慧生產(chǎn)管控平臺

由于生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善，在子系統(tǒng)完善過程中，此次智慧生產(chǎn)管控平臺建設(shè)的內(nèi)容主要將工廠內(nèi)的各個控制系統(tǒng)及各工業(yè)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控匯聚到管控平臺，充分考慮了子系統(tǒng)的接入與整合，達(dá)到了節(jié)省投資、資源共享的目的，提高了系統(tǒng)效能，并可與信息管理網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫對接，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)自動化向管理信息化提供可靠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的初衷。

1.3.1 集成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)

生產(chǎn)自動化系統(tǒng)具有高效、可靠、高度集成化、智慧化的特點(diǎn)，該一體化監(jiān)控軟件平臺集數(shù)據(jù)通信、采集、處理、控制、協(xié)調(diào)、綜合智慧判斷、圖文顯示為一體，是綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，能在各種情況下迅速、準(zhǔn)確、可靠地做出反應(yīng)，及時處理、協(xié)調(diào)各系統(tǒng)工作，達(dá)到實(shí)時監(jiān)控、合理監(jiān)控的目的[4]。這些系統(tǒng)目前為孤立系統(tǒng)，沒有集成在一個監(jiān)控平臺下，數(shù)據(jù)庫各自獨(dú)立，界面無整體規(guī)劃，數(shù)據(jù)也沒有得到充分應(yīng)用。endprint

從以上系統(tǒng)中提取生產(chǎn)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)，形成生產(chǎn)工況監(jiān)視、能源消耗統(tǒng)計(jì)、成本數(shù)據(jù)來源；規(guī)劃統(tǒng)一直觀、便于使用的人機(jī)界面系統(tǒng)，在設(shè)備監(jiān)控畫面中同時監(jiān)視相關(guān)系統(tǒng)的組態(tài)畫面，并具備通過一機(jī)三（多）屏技術(shù)，同時監(jiān)視視頻、GIS監(jiān)控畫面。

1.3.2 新建生產(chǎn)支持系統(tǒng)

新建生產(chǎn)支持系統(tǒng)如表1。

1.4 智慧綜合信息平臺

管理信息化建設(shè)的內(nèi)容是建立具有統(tǒng)一接入、統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一權(quán)限、統(tǒng)一編碼規(guī)則、統(tǒng)一服務(wù)調(diào)用、支持單點(diǎn)登陸的信息化管理平臺。在統(tǒng)一信息化管理平臺和一體化監(jiān)控平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合集團(tuán)級應(yīng)用系統(tǒng)與選煤廠的實(shí)際信息化需求，打造涵蓋安全、生產(chǎn)、經(jīng)營、保障等各方面，實(shí)時、專業(yè)的安全生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)和安全生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)。在創(chuàng)新方面，大力建設(shè)智慧工廠、智慧化實(shí)驗(yàn)室等延伸應(yīng)用，對數(shù)據(jù)進(jìn)行最大可能的綜合利用；在云平臺的基礎(chǔ)上，打造移動辦公、移動智慧工廠應(yīng)用，保證信息在部門與部門之間、生產(chǎn)單位與管理部門之間的共享與傳遞。

1.5 智慧決策支持平臺

智慧工廠不僅體現(xiàn)在做好生產(chǎn)自動化和管理信息化的各個子系統(tǒng)上，還更多的體現(xiàn)在各子系統(tǒng)的良好運(yùn)行、數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作、聯(lián)動反應(yīng)、移動化應(yīng)用和管理等方面。智慧工廠要在三維形象展示的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各部門、各系統(tǒng)協(xié)同工作；對自動化、信息化各類系統(tǒng)綜合利用，數(shù)據(jù)加以分析，進(jìn)行移動信息化建設(shè)，通過移動信息平臺來提升選煤廠總體信息化水平，達(dá)到智慧選煤廠的效果。

2 智慧選煤廠平臺建設(shè)

將各智慧控制子系統(tǒng)集成到自動化集成平臺中，充分利用智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺、智慧生產(chǎn)管控平臺、智慧綜合信息平臺收集到的相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)倉庫，通過信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進(jìn)行智慧決策支持平臺建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)全廠的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的智慧化[5]。

2.1 移動應(yīng)用

通過集團(tuán)級的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)出口，搭建面向公司管理決策層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)決策平臺，利用移動終端對信息掌控的及時性和精簡性需求，實(shí)現(xiàn)選煤廠安全生產(chǎn)、監(jiān)測監(jiān)控信息移動化。系統(tǒng)采用分層架構(gòu)的水平化業(yè)務(wù)支撐框架以提升移動通信網(wǎng)融合環(huán)境下的多業(yè)務(wù)接入能力。平臺可以分為應(yīng)用接入及協(xié)議適配子系統(tǒng)、能力接入及協(xié)議適配子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)支撐管理子系統(tǒng)、系統(tǒng)后臺管理子系統(tǒng)及展現(xiàn)系統(tǒng)五個子系統(tǒng)。

通過以上五個子系統(tǒng)的協(xié)同工作，移動信息平臺可以提供網(wǎng)絡(luò)能力接入、應(yīng)用能力接入、終端服務(wù)展示及服務(wù)過程控制，同時為集團(tuán)級應(yīng)用無線業(yè)務(wù)提供業(yè)務(wù)管理及系統(tǒng)管理工具。

2.2 3D數(shù)字工廠

三維可視化實(shí)現(xiàn)基于C/S和B/S架構(gòu)的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。除了基本的編輯、控制和可視化功能，還提供面向生產(chǎn)、機(jī)電、安全監(jiān)測、通訊、工業(yè)自動化等專業(yè)應(yīng)用的可視化功能。用三維技術(shù)全面構(gòu)建各專業(yè)子系統(tǒng)仿真模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備“監(jiān)測、控制、管理”的一體化，最終實(shí)現(xiàn)基于三維GIS平臺的網(wǎng)絡(luò)化、分布式綜合管理系統(tǒng)，為安全生產(chǎn)管理提供保障。

2.3 安全生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)

安全生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為支撐，以行業(yè)級、集團(tuán)級、廠級制定的各類安全生產(chǎn)規(guī)程、規(guī)范為知識依據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)自動化、安全生產(chǎn)日常獲取的動態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，基于動態(tài)三維地質(zhì)模型和虛擬工廠平臺，對安全生產(chǎn)的各類信息進(jìn)行展示、分析、推理，挖掘歷史數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的模式和知識，診斷并概括現(xiàn)勢安全狀態(tài)，預(yù)測未來安全形勢，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的動態(tài)診斷和輔助決策。

2.4 核心設(shè)備在線監(jiān)控與故障預(yù)警系統(tǒng)

目前大部分選煤廠的在線監(jiān)控系統(tǒng)是為選煤廠的控制服務(wù)，在一定程度上并不能滿足設(shè)備在線監(jiān)控以及衰退評估的需求。于此同時，對于非核心設(shè)備，例如泵組，閥門，管道等大部分選煤廠還不具備在線監(jiān)控設(shè)備，需要維護(hù)人員使用手持式設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢。這就造成就整個選煤廠而言不具備統(tǒng)一的集成數(shù)據(jù)采集和管理平臺。如圖2所示。

目前選煤廠的在線監(jiān)控設(shè)備數(shù)量很多，但是由于缺乏專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員和易用的數(shù)據(jù)分析模型，大部分選煤廠所采集的數(shù)據(jù)均未經(jīng)過分析或只經(jīng)過簡單的分析就會變成“冷數(shù)據(jù)”存儲，不能發(fā)掘和利用所采集數(shù)據(jù)的最大價值。目前的設(shè)備在線監(jiān)控與故障預(yù)警平臺主要針對兩類設(shè)備：（1）數(shù)據(jù)狀況良好需要更精準(zhǔn)模型；（2）數(shù)據(jù)質(zhì)量不好但是可以加裝傳感器或其他采集設(shè)備。最終實(shí)現(xiàn)針對每一種核心設(shè)備開發(fā)出相應(yīng)的垂直領(lǐng)域分析算法及模型，并將所有的模型固化于集成化數(shù)據(jù)采集與管理平臺。

3 結(jié)語

選煤廠生產(chǎn)的安全高效，只有通過信息化管理手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動化程度提高，對選煤廠各個環(huán)節(jié)的各種信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、分析和數(shù)據(jù)反饋。在生產(chǎn)設(shè)備自動化、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)等應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程、實(shí)時、高效管理。將各智慧控制子系統(tǒng)集成到自動化集成平臺中，充分利用智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺、智慧生產(chǎn)管控平臺、智慧綜合信息平臺收集到的相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)倉庫，通過信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進(jìn)行智慧決策支持平臺建設(shè)，通過對選煤廠管控信息平臺技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全廠的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的智慧化，最終建成智能化的選煤廠，為整個煤炭行業(yè)智慧選煤廠的建設(shè)提供依據(jù)。

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