PSIMining在大型煤炭基地區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用

大型煤炭基地的建設(shè)方興未艾。要解決區(qū)域煤炭生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)、優(yōu)化問題，就迫切需要建設(shè)基于集成顯示和集中控制技術(shù)的區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)將做到：實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)作業(yè)和資源的集中調(diào)撥；轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)調(diào)度職能，實(shí)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(diào)度指揮系統(tǒng)平臺分為六個功能模塊：集中顯示與控制、關(guān)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(diǎn)，被選為系統(tǒng)的支撐平臺軟件。系統(tǒng)還采用了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)據(jù)分層模型、關(guān)系數(shù)據(jù)庫與實(shí)施數(shù)據(jù)庫的集成，來達(dá)到數(shù)據(jù)自動關(guān)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(xué)布局、集約開發(fā)、安全生產(chǎn)、清潔利用、保護(hù)環(huán)境的發(fā)展方針和堅持科學(xué)、有序，創(chuàng)新、高效，綠色、低碳和安全、和諧的發(fā)展思路，以轉(zhuǎn)變發(fā)展方式為主線，大力推進(jìn)煤礦企業(yè)兼并重組和資源整合，促進(jìn)煤炭工業(yè)由粗放式增長向集約化發(fā)展轉(zhuǎn)變。以此為契機(jī)，將通過礦權(quán)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(shè)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(guān)聯(lián)越來越多，如何來協(xié)調(diào)、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(shè)一個基于集成顯示和集中控制技術(shù)的區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)。

該系統(tǒng)要求能夠做到：

實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)作業(yè)和資源的集中調(diào)撥。在傳統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度指揮體系下，礦與礦之間的調(diào)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(diào)度指揮體系是相對獨(dú)立的。通過建立區(qū)域集中調(diào)度指揮體系，在一個區(qū)域設(shè)置一個中央控制/調(diào)度室，并輔以集中的智能調(diào)度系統(tǒng)，直接參與區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一作業(yè)安排和資源調(diào)撥，可以促進(jìn)區(qū)域范圍內(nèi)各礦間、礦與洗選裝車間的全面協(xié)同。

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)調(diào)度職能，實(shí)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(diào)度指揮體系下，調(diào)度室只能充當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)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(jìn)行有效判斷和指揮。通過建立區(qū)域集中調(diào)度指揮體系，一方面，可以轉(zhuǎn)變調(diào)度職能，推行專業(yè)調(diào)度管理，使調(diào)度員有權(quán)現(xiàn)場解決例行生產(chǎn)問題，并相應(yīng)調(diào)劑資源，提高生產(chǎn)調(diào)度效率；另一方面，通過實(shí)時數(shù)據(jù)的集中上傳、存儲、應(yīng)用和集成顯示，形成各礦井生產(chǎn)的實(shí)時“全景視圖”，便于調(diào)度員全面掌握生產(chǎn)情況，對現(xiàn)場發(fā)生的問題進(jìn)行及時有效地判斷和指揮。特別是，通過實(shí)時數(shù)據(jù)的集中管理和集成顯示，可以進(jìn)一步提高區(qū)域調(diào)度室的安全預(yù)警能力和事故應(yīng)急處置能力，分清安全管理責(zé)任，提高服務(wù)區(qū)域內(nèi)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(yùn)輸系統(tǒng)、破碎機(jī)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風(fēng)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(shè)中的防滅火系統(tǒng)等。圖1是大柳塔井皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行畫面：

圖1：大柳塔井皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行畫面

這些系統(tǒng)相互獨(dú)立不相連，資源無法共享，信息無法共享，工作協(xié)同無法進(jìn)行，最終導(dǎo)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(jìn)行綜合分析來解決的。這就對區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)提出了具體的需求：

實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)的集成監(jiān)控自動化，實(shí)現(xiàn)大量信息的共享與協(xié)同，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)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(yīng)速度。

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

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

3. 區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)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(diào)度指揮業(yè)務(wù)的需求，我們可以確定區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的主要功能。區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)將把現(xiàn)有生產(chǎn)相關(guān)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(luò)，實(shí)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(qiáng)自動化控制、自動報警和人員管理。

區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)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(diào)度指揮系統(tǒng)中，相關(guān)數(shù)據(jù)，參數(shù)，以及現(xiàn)有的安全、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)、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(diào)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(jié)構(gòu)化動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行控制。由此實(shí)現(xiàn)靈活的結(jié)構(gòu)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(shè)備參數(shù)的順序?yàn)椋合鄳?yīng)的電腦設(shè)備 – 相應(yīng)的顯示系統(tǒng) – 相應(yīng)的顯示屏幕 – 相應(yīng)的設(shè)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(shè)備參數(shù)，則數(shù)據(jù)獲取過程將會較為復(fù)雜。

中央控制：中央結(jié)構(gòu)化控制各個子系統(tǒng)，并把各區(qū)域的設(shè)備集成到中央控制界面進(jìn)行控制。同時，在系統(tǒng)間建立聯(lián)系并添加規(guī)則以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合操作。

見下面圖2。

2） 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)分析

通過集成多個子系統(tǒng)，實(shí)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(yīng)數(shù)據(jù)與激發(fā)規(guī)則，實(shí)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(zhì)調(diào)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(bǔ)給、維護(hù)人員計劃與管理、運(yùn)輸以及車輛計劃管理，結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)則，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(chǔ)。

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(yùn)輸、風(fēng)扇、泵以及其他控制系統(tǒng)，的集中處理、顯示及控制，實(shí)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(diào)度指揮系統(tǒng)平臺能夠根據(jù)相關(guān)測量值的聯(lián)系進(jìn)行報警，同時在可視化視圖上顯示相關(guān)系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備。根據(jù)區(qū)域?qū)⒃O(shè)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(dǎo)：結(jié)合人員定位信息和地理信息，對處于危險區(qū)域的人員進(jìn)行疏導(dǎo)至安全地帶。

第二，超標(biāo)報警：包括對有害氣體超標(biāo)，井下時間過長，超標(biāo)水位，過低水壓，溫度超標(biāo)等。

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

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

第五，協(xié)同報警：當(dāng)某報警發(fā)生時，點(diǎn)擊報警信息可以查詢相關(guān)測量值，獲得實(shí)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(guān)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(jìn)行聯(lián)系，生產(chǎn)管理者可方便地查詢生產(chǎn)、維護(hù)、材料、人力以及相關(guān)情況，以便概括了解當(dāng)前信息，對生產(chǎn)計劃進(jìn)行及時調(diào)整和優(yōu)化。

首先，人力資源與運(yùn)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(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導(dǎo)報》雜志http：//www.ems86.com總第543期2014年第11期-----轉(zhuǎn)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(jìn)入危險區(qū)域的可能性。通過定位，增強(qiáng)對危險物品運(yùn)輸?shù)谋Ｗo(hù)。

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

4. PSIMining應(yīng)用在區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)中

為了實(shí)現(xiàn)區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的六大功能，集團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)WebService接口，與集團(tuán)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(shí)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(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特點(diǎn)和基本功能。

4.1.PSI應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)

圖3：PSI應(yīng)用軟件架構(gòu)

PSI應(yīng)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(yīng)不同操作系統(tǒng)（linux、windows、mac）的能力。

PSI軟件層分為PSI基礎(chǔ)軟件和PSI專業(yè)軟件兩層。

其中，基礎(chǔ)軟件包括：BSW kernel（PSI基礎(chǔ)軟件核心）、IPC（內(nèi)部處理通訊系統(tǒng)）、NWS（PSI系統(tǒng)與操作系統(tǒng)交互內(nèi)容/機(jī)制）、FM/CM、HMI（人機(jī)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(shí)現(xiàn)其自動化。

PSImining系統(tǒng)的主要特性：

·將所有開采特定任務(wù)集成至一個SCADA 系統(tǒng)中；

·分布式操作員工作站；位置無關(guān)的操作員站（遠(yuǎn)程操作員站）；

·冗余方案；

·帶有自動化操作員指導(dǎo)的高度先進(jìn)的人機(jī)交互界面（HMI）；

·圖形化的數(shù)據(jù)工程；

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

·帶有負(fù)載預(yù)測和負(fù)載計算的能耗管理功能（EMS）；

·巷道和電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞治觯?/p>

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

·實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動化；

·停機(jī)管理，事件處理和人力管理。

4.3.PSImining基本功能

HMI人機(jī)界面

拖放功能、縮放和分層顯示、導(dǎo)航功能、路徑追蹤、大型復(fù)雜綜合地理視圖顯示、多鼠標(biāo)協(xié)同工作。

報警功能

圖形報警提示、報警明細(xì)列表、報警提示可引導(dǎo)進(jìn)入視圖報警位置和報警明細(xì)；顯示報警上下線、顯示正常狀態(tài)的偏差，對設(shè)備啟停、運(yùn)行、故障進(jìn)行報警，遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)連接、通訊問題、系統(tǒng)更新等進(jìn)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(shè)備分級管理

分層/級（8層）設(shè)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(jìn)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(luò)、故障概況）、明細(xì)層（設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)信息）、詳細(xì)信息層（設(shè)備信息、故障、報警）。

綜采、連采監(jiān)控功能

綜采和連采相關(guān)設(shè)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(chǔ)信息，皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、煤流變化、報警信息、基礎(chǔ)信息。

安全與通風(fēng)監(jiān)測

一氧化碳、二氧化碳、甲烷等氣體定點(diǎn)監(jiān)測，風(fēng)流、風(fēng)量、風(fēng)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(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)能源管理。

其它功能

具備綜采自動割煤控制功能，綜采設(shè)備（煤機(jī)、三機(jī)、液壓支架）進(jìn)行拖拽顯示，原材料物流（設(shè)備定位（與人員定位系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)相結(jié)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(jié)構(gòu)之間的通訊，數(shù)據(jù)維護(hù)、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(hù)—測試的操作模式、安全監(jiān)測—報警分析模式。

5. 關(guān)鍵技術(shù)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(shè)備結(jié)構(gòu)關(guān)系中的位置構(gòu)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(shè)備信息、監(jiān)控點(diǎn)信息可以做到一一對應(yīng)和自動關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)分層模型是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)許多功能的基礎(chǔ)和前提。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫與實(shí)施數(shù)據(jù)庫的集成。將控制層面數(shù)據(jù)導(dǎo)入實(shí)時數(shù)據(jù)庫，并把實(shí)時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)，保證了數(shù)據(jù)充分轉(zhuǎn)換為信息，實(shí)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(yùn)營中的職能分析決策奠定基礎(chǔ)。

PSIMining應(yīng)用軟件是適用于在大型煤炭基地建設(shè)區(qū)域集中生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的支撐平臺軟件。最終將實(shí)現(xiàn)如下技術(shù)目標(biāo)：

實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦井集中監(jiān)視和控制，達(dá)到海量數(shù)據(jù)資源的共享利用、關(guān)聯(lián)分析和生產(chǎn)優(yōu)化排程的目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦井既有分立系統(tǒng)的高度集成，達(dá)到安全、生產(chǎn)信息的高度融合，提高綜合分析能力和應(yīng)急響應(yīng)速度。

實(shí)現(xiàn)專業(yè)化調(diào)度管理，以利于調(diào)度經(jīng)驗(yàn)、知識的積累，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦生產(chǎn)調(diào)度指揮水平的提高。

進(jìn)一步減人提效，促進(jìn)精益生產(chǎn)方式的推行應(yīng)用，實(shí)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(tuán)）