地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

馮景艷

（首鋼礦業(yè)公司，河北遷安064404）

地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

馮景艷

（首鋼礦業(yè)公司，河北遷安064404）

地下礦山由于采用地下開采方式開采礦產(chǎn)資源，生產(chǎn)環(huán)境差，存在諸多不安全因素。杏山鐵礦作為首鋼礦業(yè)公司第一家地下礦山，建成了符合杏山鐵礦實際的“十大自動化控制系統(tǒng)”和“六大安全系統(tǒng)”，同時，為了對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息進行實時動態(tài)的監(jiān)控，開發(fā)了“地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”，提高杏山鐵礦對生產(chǎn)過程的管理和控制水平。

地下礦山；生產(chǎn)監(jiān)控；開發(fā)；應(yīng)用

隨著淺部易采資源的開發(fā)利用，地下金屬資源的開發(fā)逐步向縱深方向發(fā)展。地下開采面臨著更廣泛、更復(fù)雜的技術(shù)難題，如高溫、提升、回采、充填、排水、通風(fēng)、支護、環(huán)境保護等［1］，在管理方面更加突出安全、高效。杏山鐵礦為中國第一個大型露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山，也是首鋼礦業(yè)公司第一家地下礦山，年設(shè)計能力320萬t礦石，2007年開始建設(shè)，2011年正式投產(chǎn)，并建立符合杏山鐵礦實際的“十大自動化控制系統(tǒng)”和“六大安全系統(tǒng)”，成為“國內(nèi)先進、國際一流”的地下數(shù)字礦山，同步，杏山鐵礦的管理信息化也納入到首鋼礦業(yè)公司整體ERP、MES系統(tǒng)中。在此基礎(chǔ)上，為了更好地利用自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，與已有信息化系統(tǒng)進行集成統(tǒng)一，建立更加有效、快捷的生產(chǎn)組織和生產(chǎn)控制平臺，2012年，杏山鐵礦提出建立地下礦山信息化建設(shè)規(guī)劃方案，并首先開發(fā)完成了“地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”。

“地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”是一個集成自動化控制系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、信息化管理系統(tǒng)，是對生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量等生產(chǎn)過程進行實時、動態(tài)、統(tǒng)一、圖形化的監(jiān)控平臺。系統(tǒng)根據(jù)杏山鐵礦生產(chǎn)經(jīng)營的需要，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，結(jié)合先進的管理理念，實現(xiàn)生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)信息自動采集，實時監(jiān)控生產(chǎn)過程的各項指標，生成各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)及分析報表，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)經(jīng)營平穩(wěn)、高效的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)目標

面向業(yè)務(wù)的信息系統(tǒng)通常是對業(yè)務(wù)流程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行記錄，沒有提供圖形可視化的生產(chǎn)監(jiān)控功能［2］，這對生產(chǎn)過程管理來說，效率很低，不夠直觀。對生產(chǎn)各要素狀態(tài)實時的監(jiān)控功能，能夠使各級生產(chǎn)組織人員及時掌握生產(chǎn)動態(tài)，并為下一步的生產(chǎn)決策提供依據(jù)，對建立和完善、規(guī)范、有效、安全的地采生產(chǎn)秩序具有重要的現(xiàn)實意義。

系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下目標：

1）全面覆蓋：包括開拓、采礦、碎運、提升、井巷、動力等多個作業(yè)區(qū)域各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，反映生產(chǎn)過程中各種動態(tài)數(shù)據(jù)。

2）無縫集成：與現(xiàn)有信息化系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、計量系統(tǒng)進行無縫集成。

3）實時刷新：及時反映現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，數(shù)據(jù)實現(xiàn)秒級異步刷新。

4）直觀便捷：盡量以簡潔明了的圖形化方式，形象化地再現(xiàn)地下生產(chǎn)工藝流程，標示數(shù)據(jù)、顏色、提示等信息。

5）統(tǒng)計分析：對生產(chǎn)組織各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進行分析、歸納、總結(jié)，進一步指導(dǎo)、指揮生產(chǎn)。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1?；A(chǔ)層：主要是自動化控制系統(tǒng)、計量系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供動態(tài)的、實時的數(shù)據(jù)信息。執(zhí)行層：包括生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管理等業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，提供業(yè)務(wù)流程產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息。表現(xiàn)層：各種查詢、統(tǒng)計、分析、監(jiān)控功能，更多的以圖形化形式表現(xiàn)。系統(tǒng)按范圍主要劃分為采區(qū)作業(yè)情況監(jiān)控、碎運系統(tǒng)監(jiān)控、提升系統(tǒng)監(jiān)控、動力系統(tǒng)監(jiān)控四部分。

圖1 地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Production monitoring system architecture of underground mine

1.3 系統(tǒng)構(gòu)成

基于Web的遠程監(jiān)控是以Internet為基礎(chǔ)，對生產(chǎn)過程信息進行自動采集，實時發(fā)布，它將各個“自動化孤島”連接起來，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理一體化，它既具有控制系統(tǒng)的實時性、可靠性，又具有信息系統(tǒng)的開放性和廣泛性［3］。

系統(tǒng)設(shè)計重點考慮以下四個方面：

1）數(shù)據(jù)采集與處理

主要完成對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)字、模擬量信息進行采集、存儲、處理和輸出，為生產(chǎn)、管理層提供可靠依據(jù)，以便及時了解生產(chǎn)情況，并進行分析判斷。數(shù)據(jù)采集的主要來源有兩部分內(nèi)容：一種是現(xiàn)場的工控服務(wù)器，工控設(shè)備信息被送入工控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，過程監(jiān)控通過對工控服務(wù)的數(shù)據(jù)訪問獲取各種模擬量、數(shù)字量，如溫度、頻率、流量等信息；另一種是生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中輸入數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)進度情況，通過歸納、整理、計算等二次加工后以表格等形式加以展示。

2）異步數(shù)據(jù)更新

系統(tǒng)采用異步數(shù)據(jù)更新機制，根據(jù)需要設(shè)置不同的刷新頻率，最大限度地提升用戶體驗。數(shù)據(jù)發(fā)布要及時、準確、快速，用戶可以通過WEB瀏覽器從系統(tǒng)中監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)過程中的設(shè)備運行參數(shù)、工藝狀況、生產(chǎn)進度等情況。

3）智能報警

針對不同的監(jiān)控對象，設(shè)置不同的報警限制及報警信息，系統(tǒng)根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，對照標準，對生產(chǎn)進行分析、診斷、預(yù)測，并以醒目的紅色，滾動顯示故障和突發(fā)事件等報警信息。

4）分級顯示

由于系統(tǒng)涉及范圍廣、監(jiān)控內(nèi)容多，需要有重點地、分層次地顯示不同的信息，設(shè)置一級、二級、三級頁面，并能快速跳轉(zhuǎn)，方便靈活。

2 系統(tǒng)功能

地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)劃分為采區(qū)生產(chǎn)情況、礦石破碎運輸情況、礦石提升情況及主要關(guān)注的重點動力設(shè)備的運行情況。監(jiān)控內(nèi)容涉及生產(chǎn)產(chǎn)量、設(shè)備作業(yè)狀態(tài)、設(shè)備重點參數(shù)、作業(yè)位置、溜井空高、礦倉倉位、各部水位倉位、風(fēng)水電運行狀態(tài)等作業(yè)信息，數(shù)據(jù)定時異步刷新，顯示自巷道掘進至礦石入選各道工序，為生產(chǎn)指揮中心進行指導(dǎo)，指揮生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能模塊如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)過程監(jiān)控的功能模塊圖Fig.2 The functional module chart of the production process monitoring

為保證系統(tǒng)的實時準確性，監(jiān)控設(shè)置定時刷新。因監(jiān)控包含內(nèi)容較多，數(shù)據(jù)量很大，為提升用戶體驗，系統(tǒng)采用異步刷新的方式，根據(jù)時效性要求高低的不同，分區(qū)域設(shè)置刷新頻率。總體流程監(jiān)控之外設(shè)置二級頁面，進一步細化監(jiān)控內(nèi)容，如各個水平采場的掘進、回采進度等。設(shè)置電流、頻率等重點設(shè)備運行參數(shù)及溜井空高、儲礦倉位等主要生產(chǎn)關(guān)注點的異常報警信息，出現(xiàn)異常及時提示，以便生產(chǎn)組織者及早發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

2.1 采區(qū)作業(yè)監(jiān)控

系統(tǒng)設(shè)置兩級界面，一級顯示采場單體設(shè)備的運行和停機臺數(shù)，掘進、支護、中深孔穿孔任務(wù)完成情況、溜井甩礦量等，以此作為反映采場生產(chǎn)的關(guān)鍵信息。二級為進一步細化的信息，詳細顯示每條溜井的料位、儲礦量等，并以圖形方式直觀顯示每臺單體設(shè)備的運行狀態(tài)。采區(qū)作業(yè)監(jiān)控功能圖見圖3。

圖3 采區(qū)作業(yè)監(jiān)控功能圖Fig.3 Monitoring function diagram of mining operation

針對地采各水平的監(jiān)控，設(shè)置了設(shè)備作業(yè)位置、配電硐室位置監(jiān)控，同步顯示班日產(chǎn)量、各條進路掘進以及回采進度情況等；并可查看相應(yīng)進路的設(shè)計、計劃、完成等具體信息。

2.2 碎運系統(tǒng)監(jiān)控

破碎系統(tǒng)監(jiān)控功能圖見圖4，包括運輸系統(tǒng)監(jiān)控和破碎系統(tǒng)監(jiān)控兩部分內(nèi)容，反映碎運系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的實時狀態(tài)。監(jiān)控信息涵蓋運輸設(shè)備、主溜井、傳輸設(shè)備、破碎設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)等信息。點擊界面中的電機車設(shè)備圖片，可以顯示電機車的詳細標簽，包括電機車作業(yè)時間、完好時間、作業(yè)率、完好率、效率、運輸列數(shù)、噸數(shù)等。

圖4 碎運系統(tǒng)監(jiān)控功能圖Fig.4 Monitoring function diagram of crushing and transit system

2.3 提升系統(tǒng)監(jiān)控

提升系統(tǒng)監(jiān)控功能圖見圖5，包括主井提升系統(tǒng)監(jiān)控和地表皮帶監(jiān)控兩部分內(nèi)容，全面反映提升系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)備的實時情況。監(jiān)控主要信息包括提升機及地表皮帶的運行狀態(tài)、設(shè)備運行參數(shù)、料場及礦倉的倉位情況等。點擊界面中的相應(yīng)設(shè)備設(shè)施圖片，可以查看對應(yīng)設(shè)備的詳細標簽，包括設(shè)備的作業(yè)情況、系統(tǒng)的產(chǎn)量等信息。

圖5 提升系統(tǒng)監(jiān)控功能圖Fig.5 Monitoring function diagram of hoisting system

2.4 動力系統(tǒng)監(jiān)控

動力系統(tǒng)監(jiān)控共分兩級監(jiān)控：一級主要包括風(fēng)機站和泵站、泵房情況，有風(fēng)機的運行狀態(tài)、采場通風(fēng)總量、水泵的運行狀態(tài)、水倉空高、變電所進口瞬時負荷等信息；二級主要包括通風(fēng)、排水、供電三大部分的詳細信息，如風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)速，水泵的電流、電壓，排水管的流量、水倉、水渦、地表水池的空高等信息。同時，按照安全可靠的原則，系統(tǒng)設(shè)定了安全警戒標準。通過對地下供電、排水、通風(fēng)的全面監(jiān)控，為預(yù)防井下險情、保證地采安全、改善作業(yè)環(huán)境、摸索經(jīng)濟運行規(guī)律提供信息支持，為安全、科學(xué)、合理組織生產(chǎn)提供保障［4］。動力系統(tǒng)監(jiān)控功能圖如圖6所示。

2.5 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息

系統(tǒng)數(shù)據(jù)部分共有三種數(shù)據(jù)來源：

第一種是自動采集底層自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，如風(fēng)、水、電、皮帶等運行參數(shù)；

第二種是獲取自其它系統(tǒng)的已有數(shù)據(jù)，如入選質(zhì)量、電量、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)；

第三種是相關(guān)崗位錄入系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)計劃、完成等。

圖6 動力系統(tǒng)監(jiān)控功能圖Fig.6 Monitoring function diagram of power system

這些數(shù)據(jù)為整個監(jiān)控系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支持。

2.6 統(tǒng)計分析

本監(jiān)控系統(tǒng)中除生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實時監(jiān)控外，還配備了部分重點關(guān)注信息的統(tǒng)計分析功能。系統(tǒng)對來源于自動化系統(tǒng)、其它信息化系統(tǒng)，以及手工錄入的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一加工、處理、統(tǒng)計分析，以圖形、圖表的方式加以展示，數(shù)據(jù)情況一目了然，更加便于使用人員發(fā)現(xiàn)問題、專項分析、掌握趨勢、尋找規(guī)律。統(tǒng)計分析范圍涵蓋生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、風(fēng)水電等內(nèi)容。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

2012年底，“地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”在首鋼礦業(yè)杏山鐵礦投入運行，應(yīng)用于生產(chǎn)過程管理，取得了很好的效果。

1）實現(xiàn)對生產(chǎn)各要素狀態(tài)的實時監(jiān)控。為各級生產(chǎn)組織人員及時掌握生產(chǎn)動態(tài)，進行生產(chǎn)決策提供依據(jù)。

2）實現(xiàn)報警提示功能。對建立和完善規(guī)范、有效、安全的地采生產(chǎn)秩序具有重要的現(xiàn)實意義。

3）實現(xiàn)對生產(chǎn)過程狀態(tài)的評定功能，為探索安全、有效、科學(xué)的生產(chǎn)組織和管理模式提供可靠依據(jù)。

4）不斷完善異常數(shù)據(jù)分析功能，通過探索研究工序間、數(shù)據(jù)間的內(nèi)在關(guān)系，不斷確定標準，完善指標體系，量化異常信息和數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)決策和異常問題的判斷處理提供準確信息或指令，逐步實現(xiàn)信息智能化，為安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行和科學(xué)管理提供依據(jù)。

4 結(jié)論

“地下礦山生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”主要是基于Web的實時監(jiān)控，架構(gòu)于Internet計算環(huán)境中，可以實現(xiàn)大范圍的資源共享，多方面改善監(jiān)控系統(tǒng)的性能和擴展增強系統(tǒng)功能。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實時在線顯示各個生產(chǎn)流程的生產(chǎn)作業(yè)情況，分析和探索各個工序之間的聯(lián)系，加強數(shù)據(jù)的異常管理，為生產(chǎn)決策和異常問題的判斷處理提供準確信息或指令，達到快速提高企業(yè)的運轉(zhuǎn)效率，為安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行和科學(xué)管理提供保障。

［1］馮興隆，賈明濤，王李管，等.地下金屬礦山開采技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.中國鉬業(yè)，2008，32（2）：9-13.

［2］王琳，梁平，劉明周，等.基于MES的可視化生產(chǎn)監(jiān)控與控制平臺［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，36（11）：1304-1308.

［3］劉君祖.基于Web的工業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2006.

［4］齊瑞普，張云峰.首礦杏山鐵礦指尖上的管理變革［J］.企業(yè)改革與管理，2014（10）：38-40.

Development and application of underground mine production monitoring system

FENG Jingyan
（Shougang Mining Company，Qian’an Hebei 064404，China）

During the underground mining for acquiring underground mineral resources，the production environment is poor and there are many unsafe factors.As the first underground mine in Shougang Mining Company，Xingshan Iron Mine develop"Ten Automation Control System"and"Six Security System"according to their own reality.Meanwhile，in order to achieve real-time monitoring of the data information in the production process，they developed"Underground Mine Production Monitoring System"to improve the management and control level of the production process.

underground mine；production monitoring；development；application

TD76

Α

1671-4172（2015）06-0107-05

馮景艷（1968-），女，高級工程師，計算機軟件專業(yè)。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.06.023