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(1.陜煤神木張家峁礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719205；2.中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

近年來(lái)選煤廠自動(dòng)化控制程度越來(lái)越高，典型的生產(chǎn)工藝子系統(tǒng)均可利用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無(wú)人值守，不僅有效提升了設(shè)備的生產(chǎn)效率，也降低了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本[1-3]。但國(guó)內(nèi)選煤廠多采用“打補(bǔ)丁”的系統(tǒng)升級(jí)方案，極易造成多個(gè)控制系統(tǒng)間的不兼容和控制體系的混亂等問(wèn)題。

三維信息化系統(tǒng)是近年來(lái)快速發(fā)展的一門(mén)新技術(shù)，它將計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)與設(shè)備的全生命周期管理系統(tǒng)、視頻動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和動(dòng)態(tài)診斷系統(tǒng)有效整合，有效提升管理系統(tǒng)的集約化和標(biāo)準(zhǔn)化程度[4-7]。為了提升選煤廠自動(dòng)化程度，優(yōu)化現(xiàn)有控制方案，張家峁選煤廠引進(jìn)了北京華宇工程有限公司研發(fā)的基于三維模型的選煤廠三維控制及演示系統(tǒng)。

選煤廠三維控制及演示系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)模塊：選煤廠展示系統(tǒng)、選煤廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)、選煤廠自動(dòng)巡檢系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和自動(dòng)配煤系統(tǒng)等。

1 選煤廠展示系統(tǒng)

選煤廠展示系統(tǒng)主要包含工業(yè)廠區(qū)展示系統(tǒng)和選煤廠工藝展示系統(tǒng)，其中工業(yè)廠區(qū)展示系統(tǒng)主要展示了張家峁選煤廠整個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)的布局和主要建筑物；選煤廠工藝展示系統(tǒng)主要展示了張家峁選煤廠的整個(gè)煤炭洗選過(guò)程和主要的產(chǎn)品線的生產(chǎn)工藝和煤流方向等情況。

1.1 工業(yè)廠區(qū)展示系統(tǒng)

工業(yè)廠區(qū)展示系統(tǒng)的三維模型采用了目前先進(jìn)的工業(yè)級(jí)實(shí)景建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了張家峁選煤廠厘米級(jí)數(shù)字化模型的快速生成。系統(tǒng)添加了漫游瀏覽模式和飛行瀏覽模式兩種交互漫游方式，便于模型的快速瀏覽和提升用戶的交互體驗(yàn)。張家峁工業(yè)廠區(qū)展示系統(tǒng)添加了主要建筑物的名稱和簡(jiǎn)介，用戶可以在漫游的過(guò)程中通過(guò)簡(jiǎn)單的交互方式識(shí)別每一個(gè)建筑物。其主要界面如圖1所示。

圖1 選煤廠工藝廣場(chǎng)實(shí)景模型展示

1.2 工藝展示系統(tǒng)

選煤廠工藝展示系統(tǒng)主要采用了1∶1的設(shè)備圖紙三維建模技術(shù)，設(shè)備模型及工藝擺放位置均直接采用設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)圖紙，有效的保證了工藝流程的準(zhǔn)確性。工藝展示系統(tǒng)采用了全交互操作模式，用戶可以多角度、多級(jí)度的觀察任意設(shè)備的細(xì)節(jié)狀況。選煤廠工藝展示系統(tǒng)提供了煤流模擬功能，不僅展示了整個(gè)選煤廠的煤流處理工藝，為用戶提供了直觀的工藝展示方法，更通過(guò)煤流的顏色和煤炭顆粒的變化有效的展示了設(shè)備的處理效果[8]。

選煤廠工藝展示系統(tǒng)還增加了主要選煤工藝展示功能，用戶可以選擇任意一個(gè)生產(chǎn)工藝，系統(tǒng)將自動(dòng)移動(dòng)視角并配合煤流變化和文字解說(shuō)展示當(dāng)前工藝所用設(shè)備及設(shè)備的主要作用，并通過(guò)煤流變化形象展示設(shè)備的處理效果。其主要界面如圖2所示。

圖2 選煤廠設(shè)備信息展示圖

2 選煤廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)

選煤廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要集成了現(xiàn)有的壓濾控制系統(tǒng)、重介質(zhì)控制系統(tǒng)以及帶式運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)的控制功能。為了便于控制人員更好的了解和掌握設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)和屬性信息，系統(tǒng)集成了設(shè)備的全生命周期信息系統(tǒng)和生產(chǎn)實(shí)時(shí)攝像頭流媒體服務(wù)器系統(tǒng)。其主要集成功能如下：

2.1 設(shè)備信息展示系統(tǒng)

有別于傳統(tǒng)的選煤廠二維控制系統(tǒng)，選煤廠三維設(shè)備模型不再是單獨(dú)的模型符號(hào)，更聚合設(shè)備的所有設(shè)計(jì)信息、廠家固有信息和實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息。用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作查看設(shè)備的各項(xiàng)屬性。信息展示系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，其通過(guò)數(shù)據(jù)接口與生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備庫(kù)存管理系統(tǒng)和設(shè)備日常維護(hù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，便于企業(yè)管理和設(shè)備故障排除。 其中設(shè)備的信息展示界面如圖3所示。

圖3 設(shè)備信息展示

2.2 設(shè)備控制系統(tǒng)

選煤廠3D控制系統(tǒng)主要提供了選煤廠內(nèi)設(shè)備的主要控制功能，主要包含兩個(gè)部分：系統(tǒng)控制模塊和設(shè)備控制模塊。

系統(tǒng)控制模塊主要包含原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)控制和選煤廠系統(tǒng)控制，通過(guò)連鎖控制方式可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的一鍵起車(chē)和一鍵停車(chē)功能。為了更好的觀察設(shè)備的狀態(tài)變化，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與集控電視墻聯(lián)動(dòng)，當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控屏幕可自動(dòng)切換至當(dāng)前設(shè)備。

設(shè)備控制模塊提供了單個(gè)設(shè)備的全部控制功能，其中包含設(shè)備的聯(lián)解鎖，集控就地，啟動(dòng)關(guān)閉以及復(fù)位等功能。其中當(dāng)用戶單擊設(shè)備控制模塊時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)有控制狀態(tài)，并自動(dòng)調(diào)整控制框的相關(guān)控制模塊狀態(tài)，便于控制人員迅速了解設(shè)備現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備模塊被激活時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)介入現(xiàn)場(chǎng)的高清監(jiān)控?cái)z像頭，控制人員可以快速通過(guò)監(jiān)控?cái)z像頭了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)，有效提升集控效率，如圖4所示。

圖4 設(shè)備控制模塊

3 選煤廠自動(dòng)巡視系統(tǒng)

選煤廠自動(dòng)巡檢系統(tǒng)主要用于選煤廠集控人員按照日常巡視路線對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視。選煤廠自動(dòng)巡視系統(tǒng)主要采用1∶1的三維模型真實(shí)還原選煤廠車(chē)間的真實(shí)情況，利用選煤廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)高清攝像頭實(shí)現(xiàn)設(shè)備的巡視。

當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)巡視時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)推送設(shè)備的攝像頭信息、設(shè)備的狀態(tài)信息及生產(chǎn)數(shù)據(jù)快速判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)?？刂迫藛T可以根據(jù)以上信息快速掌握設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)據(jù)與內(nèi)置數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常數(shù)據(jù)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并暫停設(shè)備巡檢；如果設(shè)備不存在異常數(shù)據(jù)，將自動(dòng)進(jìn)行下一設(shè)備的巡視。其主要界面如圖5所示。

圖5 選煤廠自動(dòng)巡視系統(tǒng)

4 倉(cāng)儲(chǔ)管理及自動(dòng)系統(tǒng)

倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)主要用于檢測(cè)煤倉(cāng)的倉(cāng)位情況和指標(biāo)預(yù)警。倉(cāng)儲(chǔ)變化主要通過(guò)動(dòng)態(tài)加載煤倉(cāng)實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)，檢測(cè)倉(cāng)儲(chǔ)情況。當(dāng)倉(cāng)儲(chǔ)達(dá)到預(yù)設(shè)上限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)提醒控制人員。指標(biāo)預(yù)警功能主要是指系統(tǒng)能夠檢測(cè)煤倉(cāng)內(nèi)的溫度、甲烷含量和一氧化碳含量等指標(biāo)，并對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如圖6所示。

自動(dòng)配煤系統(tǒng)是張家峁選煤廠的主要生產(chǎn)控制系統(tǒng)，三維控制系統(tǒng)將自動(dòng)配煤系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，可自動(dòng)更新用戶需求和配煤方案，還能自動(dòng)獲取給煤機(jī)的動(dòng)態(tài)頻率，并監(jiān)控對(duì)應(yīng)皮帶秤參數(shù)當(dāng)誤差超過(guò)響應(yīng)值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

5 總結(jié)和展望

張家峁選煤廠引進(jìn)三維展示及控制系統(tǒng)是對(duì)選煤廠BIM模型綜合利用的一次嘗試，不僅驗(yàn)證了BIM模型在選煤廠運(yùn)維管理階段的實(shí)際用途，更解決了以往多個(gè)控制系統(tǒng)不能兼容的問(wèn)題，提升了張家峁選煤廠的整體信息化水平。目前張家峁選煤廠三維展示及控制系統(tǒng)已接入企業(yè)云系統(tǒng)[9，10]，員工可以在任意時(shí)間、任意終端設(shè)備接入系統(tǒng)，完成對(duì)選煤廠的監(jiān)視和設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷，有效降低溝通成本、提升工作效率。

BIM模型的巨大優(yōu)勢(shì)在于其良好的數(shù)據(jù)兼容性和可視化直觀性。良好的數(shù)據(jù)兼容性讓BIM模型成為一個(gè)集成平臺(tái)基礎(chǔ)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的大量控制系統(tǒng)和運(yùn)維資料整合，構(gòu)建成一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)讓多個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作；良好的可視化直觀性，突破了以往的各種資料堆積，立體有效的利用展示空間，加載和展示更多資源。

選煤廠的三維展示及控制系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)選煤廠的管理水平和原有信息化水平具有較高要求，通過(guò)三維展示及控制系統(tǒng)可有效梳理選煤廠目前管理流程，提升選煤廠的標(biāo)準(zhǔn)化管理程度，隨著煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展，選煤廠管理必將進(jìn)入精細(xì)化管理階段，選煤廠三維控制系統(tǒng)及對(duì)應(yīng)的企業(yè)管理流程必將更將獲得更大的發(fā)展。