準(zhǔn)能數(shù)字礦山生產(chǎn)調(diào)度綜合監(jiān)控系統(tǒng)

張希武

（國家能源集團準(zhǔn)能集團公司生產(chǎn)指揮中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

準(zhǔn)能集團所管轄的2 座露天煤礦有邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)、煤質(zhì)分析系統(tǒng)、智能礦山管理系統(tǒng)等19個監(jiān)測系統(tǒng)和15 個生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)之間大都相互獨立，數(shù)據(jù)不互通、互不共享，沒有深度挖掘分析，尤其底層信息采集設(shè)備不同、數(shù)據(jù)運算標(biāo)準(zhǔn)不一等原因，原始數(shù)據(jù)存在差異較大，未實現(xiàn)互聯(lián)互通。受工業(yè)4.0 和中國制造2025 戰(zhàn)略的指引下，深入推進“信息化和工業(yè)化”的高層次的深度融合，以降本增效為目的，以先進的技術(shù)、設(shè)計理念和管理思想為指導(dǎo)，構(gòu)建了準(zhǔn)能數(shù)字礦山總體應(yīng)用架構(gòu)，追求可持續(xù)發(fā)展模式[1]。因此，需要設(shè)計1 套基于綜合監(jiān)控，高度集中生產(chǎn)、安全、人員、通訊、圖文、調(diào)度指揮、預(yù)警等功能于一體的生產(chǎn)調(diào)度綜合監(jiān)控平臺軟件。

1 系統(tǒng)規(guī)劃

1.1 系統(tǒng)應(yīng)用范圍

1）系統(tǒng)集成。系統(tǒng)內(nèi)規(guī)劃集成了露天礦卡調(diào)系統(tǒng)、選煤廠生產(chǎn)集控系統(tǒng)、設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)、矸電監(jiān)測系統(tǒng)、鐵路tmis 等子系統(tǒng)，把不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的測點格式，公司及兩礦分別設(shè)計建立一張綜覽圖、20 張單塊業(yè)務(wù)集中綜覽圖。

2）建立一張綜覽監(jiān)控平臺。在多系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)信息融合，通過空間信息聯(lián)動和業(yè)務(wù)屬性聯(lián)動，根據(jù)生產(chǎn)狀況，各生產(chǎn)單位實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)動態(tài)信息自然、透明、綜合的呈現(xiàn)在綜覽圖上，設(shè)計綠色-生產(chǎn)、黃色-停產(chǎn)、灰色-數(shù)據(jù)中斷等可變顏色可變動的動畫圖標(biāo)，設(shè)計以柱狀動畫、注記動畫的動畫圖標(biāo)形式展示各礦原煤、產(chǎn)品、矸石的倉儲實時料位、實時儲量，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)異常，可直接一張圖上操作進入相關(guān)單位的子系統(tǒng)，詳細的深入了解生產(chǎn)遇到問題，或可直接進入監(jiān)控系統(tǒng)看到現(xiàn)場實時畫面，及時掌握生產(chǎn)運行狀態(tài)，做出正確的煤炭運營決策。

3）建立綜合視頻監(jiān)控平臺。通過硬盤錄像機接入黑礦、哈礦、選煤廠、矸電等公司所屬各單位的全部1 339 路監(jiān)控視頻，設(shè)計分屏集成顯示的軟件，建立在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一張綜覽圖平臺內(nèi)。

4）預(yù)報警。規(guī)劃把露天煤礦設(shè)備的報警信息以不同的報警分級和分類實時顯示，重要告警以文字、聲音形式通過短信的方式發(fā)給各當(dāng)班調(diào)度及負責(zé)人員，分級報警；規(guī)劃選煤廠以設(shè)備故障報警分為6級，在報警列表以顏色區(qū)分報警級別，報警級別越高，顏色越深。

1.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

把礦山“采、掘、機、運、通、安監(jiān)、人員、設(shè)備設(shè)施、通訊、視頻、應(yīng)急”及洗煤、發(fā)電、煤化工乃至鐵路、港口等相關(guān)信息集中到1 個監(jiān)控調(diào)度指揮平臺，建立安全，生產(chǎn)、指揮三大要素的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。為公司生產(chǎn)指揮中心實時掌握各二級生產(chǎn)單位的生產(chǎn)情況，更好更快捷的協(xié)調(diào)相關(guān)單位之間的工作，減少錯誤信息的發(fā)生，業(yè)務(wù)架構(gòu)圖如圖1。

圖1 業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

1.3 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)集成展示各子系統(tǒng)的已融合生產(chǎn)實時信息，并且預(yù)留為子系統(tǒng)擴展提供接口。系統(tǒng)應(yīng)用CAD圖形，針對生產(chǎn)指揮調(diào)度業(yè)務(wù)，消除各子系統(tǒng)及其系統(tǒng)邏輯，高度融合各子系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)全方位的系統(tǒng)聯(lián)動，總攬全局。

1）系統(tǒng)聯(lián)動。系統(tǒng)將生產(chǎn)有關(guān)的各類傳感器的數(shù)據(jù)和資料和視頻、人員、通訊、設(shè)備的信息抽取出來，根據(jù)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)關(guān)系和信息的空間位置，分類聚合，聯(lián)動展示。平臺支持單機多屏、單頁面多個內(nèi)容方式展示，同步自動切換，多屏聯(lián)動。實現(xiàn)同步管理和發(fā)布調(diào)度指揮相關(guān)礦圖、文檔、預(yù)案、通訊錄等信息，可在線瀏覽圖文資料，實現(xiàn)圖文聯(lián)動。

2）聯(lián)動視頻。系統(tǒng)可以同意接入、統(tǒng)一發(fā)布工業(yè)視頻和安防視頻，可疊加監(jiān)控、人員信息，并為整個系統(tǒng)提供靈活的視頻調(diào)用接口。

3）實時報警。負責(zé)根據(jù)測點信息以及用戶配置的報警信息等，對實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，當(dāng)收到超限、超量程、狀態(tài)異常等符合報警條件的數(shù)據(jù)時，或者發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷，或者符合用戶配置的報警條件等時，報警監(jiān)測系統(tǒng)及時產(chǎn)生報警，并能通過數(shù)據(jù)推送模塊將報警發(fā)送到關(guān)注該報警的上層業(yè)務(wù)[3]。

完善基礎(chǔ)建設(shè)，促進生態(tài)發(fā)展是落實智慧城市的重要工作，由于城鄉(xiāng)規(guī)劃工作涉及面積較廣，人口和社會結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致部分區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)備和公共設(shè)施缺失，智慧城市背景下，既要重視該區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)備與公共設(shè)施的完善，還要注重綠色生態(tài)，提高目標(biāo)區(qū)域的宜居性。做好該工作需從以下幾點著手：

4）數(shù)據(jù)服務(wù)。實時數(shù)據(jù)服務(wù)平臺包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)加工、邏輯處理單元、報警監(jiān)測、測點信息管理、實時數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)推送、接口管理等模塊。

數(shù)據(jù)采集負責(zé)將各個生產(chǎn)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，需要處理各種類型子系統(tǒng)的不同接口，從這些接口實時獲取數(shù)據(jù)。并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)推送根據(jù)業(yè)務(wù)請求，對實時數(shù)據(jù)進行篩選、分類，形成推送數(shù)據(jù)表格，經(jīng)過邏輯運算，確保準(zhǔn)確之后，將表格通過各種業(yè)務(wù)層接口發(fā)送給個人應(yīng)用平臺。

2 系統(tǒng)功能展示

準(zhǔn)能生產(chǎn)調(diào)度綜合監(jiān)控系統(tǒng)投入應(yīng)用之后，經(jīng)過540 d 的現(xiàn)場實施，系統(tǒng)整頓、數(shù)據(jù)校驗、系統(tǒng)擴張改進共60 項，使系統(tǒng)功能進一步完善，滿足業(yè)務(wù)人員的生產(chǎn)需要。

2.1 一張綜覽圖展示

一張綜覽圖公司層面涵蓋露天采礦、洗選、裝車、鐵路運輸、倉儲、發(fā)電、生產(chǎn)輔助，在圖形可視化綜合監(jiān)測的基礎(chǔ)上，接入視頻，通訊和相關(guān)圖文，實現(xiàn)信息聯(lián)動展示和一站式操作；通過對象空間關(guān)系和業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系抽取關(guān)聯(lián)的各類信息到統(tǒng)一的用戶界面進行操作，實現(xiàn)了多系統(tǒng)聯(lián)動的一站式操作，實現(xiàn)了可視化的綜合監(jiān)測，實時監(jiān)測全公司生產(chǎn)運行狀態(tài)，動畫圖標(biāo)充分發(fā)揮1+1＞2 的作用[4]。

礦層面涵蓋巖土剝離、煤炭開采的年、月、日生產(chǎn)計劃，生產(chǎn)日產(chǎn)量完成量及年、月進度情況，采礦設(shè)備與維修以及設(shè)備的動用狀態(tài)，破碎站運行狀況及輸煤小時量，選煤裝車完成量與鐵路外運的計劃兌現(xiàn)等數(shù)據(jù)和信息集成在一起，采集到的數(shù)據(jù)歸入到數(shù)據(jù)倉庫[5]，及時統(tǒng)計分析實時反映整個產(chǎn)業(yè)鏈的日生產(chǎn)情況，實現(xiàn)可視化的綜合監(jiān)測。主要以柱狀的形式展示各礦原煤和剝離日計劃完成情況，原煤系統(tǒng)和剝離系統(tǒng)24 h 的分時產(chǎn)量，所屬破碎站的小時原煤量和破碎能力等。以實時動畫的形式展示電鏟、卡車、鉆機、輔助設(shè)備在采剝平面圖上的位置及設(shè)備狀態(tài)。

2.2 選煤煤流圖

把原煤用卡車從坑底下拉運倒入破碎站之后，經(jīng)過帶式輸送機至原煤倉存儲。經(jīng)過的洗選及排矸石等加工處理后，生產(chǎn)出不同熱值范圍內(nèi)的產(chǎn)品存入對應(yīng)的產(chǎn)品倉；根據(jù)客戶需求，匹配不同熱值或粒度的產(chǎn)品煤形成商品煤裝入列車。商品煤的生產(chǎn)過程及裝車站整個流程、煤倉儲量、設(shè)備實時狀態(tài)等全部過程使用旋轉(zhuǎn)及變色動畫展示。

2.3 報警聯(lián)動

一級和二級重要報警會自動彈出聯(lián)動面板，并自動打開報警設(shè)備附近的攝像頭。通過聯(lián)動面板而可以查看報警設(shè)備附近的設(shè)備、附近值班室的值班電話、本單位及上級單位的應(yīng)急通訊錄、應(yīng)急預(yù)案等信息[6]。

運輸帶跑偏、電流過高等設(shè)備故障或其它生產(chǎn)受阻等一系列波動信息產(chǎn)生將系統(tǒng)自動報警，以顏色的深淺程度顯示報警級別，重要報警可以手動或者自動推送到相關(guān)值班人員及管理人員手機上，便于及時采取安全措施。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效益

準(zhǔn)能生產(chǎn)調(diào)度綜合監(jiān)控系統(tǒng)是在多系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)采集傳感器及采集標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化，最大限度實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、融合，消除信息孤島，保證數(shù)據(jù)一致性，徹底重構(gòu)信息的利用和操作方式，把主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在綜覽圖上，通過空間信息聯(lián)動和業(yè)務(wù)屬性聯(lián)動，讓用戶只需要遵循自身的業(yè)務(wù)需要和業(yè)務(wù)邏輯，即可自然、透明、綜合的應(yīng)用各類子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)及功能，解決了系統(tǒng)分割困擾的問題，可以實時監(jiān)測全公司生產(chǎn)運行情況。

3.1 管理效益

1）一站式操作。系統(tǒng)高度集成了露天煤礦、矸電以及供水、供電等主要生產(chǎn)單位和輔助生產(chǎn)業(yè)務(wù)的各類子系統(tǒng)，從統(tǒng)一的測點采集運算方式一致的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在一張綜覽圖上進行實時集中展示，生產(chǎn)指揮系統(tǒng)內(nèi)得各級調(diào)度及管理人員通過一張圖，實時監(jiān)測全公司生產(chǎn)運行情況；同時數(shù)據(jù)實現(xiàn)聯(lián)動，露天礦調(diào)度員可以實時監(jiān)測選煤廠破碎站運行情況及原煤倉儲量、熱值。選煤廠可以實時監(jiān)測露天礦卡車、電鏟、鉆機等設(shè)備的運行情況。通過對原有各類子系統(tǒng)輸出的信息進行整合，系統(tǒng)讓操作人員和管理人員擺脫一個個子系統(tǒng)的眾多不同界面，“一站式”完成自己的各種業(yè)務(wù)。

2）便于統(tǒng)計提高效率。針對露天礦對單臺電鏟、卡車實時小時產(chǎn)量的統(tǒng)計需求，設(shè)計了4 張24 h 分時產(chǎn)量柱狀圖，調(diào)度員可以通過柱狀形象地看出24 h 內(nèi)每個小時段電鏟、卡車、破碎站產(chǎn)量變化。根據(jù)產(chǎn)量變化趨勢，調(diào)度指揮。通過單臺卡車、單臺電鏟的小時量數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)計分析報表，對電鏟在相同時間段內(nèi)的產(chǎn)量進行對比分析，合理調(diào)整設(shè)備生產(chǎn)情況。通過10 張產(chǎn)量報表（卡調(diào)差異化報表）的使用，每月可節(jié)省統(tǒng)計員1 d 的工作量，有效提升了統(tǒng)計人員的工作效率。

3）及時預(yù)警避免損失。黑岱溝選煤廠1 個月各類報警信息約200 條，系統(tǒng)自動對報警信息進行分類統(tǒng)計，每月生成3 張統(tǒng)計報表，供選煤廠調(diào)度進行分析，設(shè)置預(yù)警條件，一旦符合預(yù)定條件，及時進行相應(yīng)的預(yù)警提示，推送到當(dāng)班人員手機上，調(diào)度員通過和現(xiàn)場核實后，進行消警確認操作。提高了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的效率，通過有效預(yù)警，重要報警及時推送，能夠有效避免生產(chǎn)事故的發(fā)生及財產(chǎn)損失。

4）集中監(jiān)控高效指揮。接入了1 339 路二級單位生產(chǎn)視頻，把原來分散在?？?、宇視平臺的視頻集成到了1 個平臺，通過視頻客戶端或者手機App 可直觀了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況。在監(jiān)控圖上點擊設(shè)備，可彈出設(shè)備附近攝像頭，有針對性的查看現(xiàn)場生產(chǎn)情況，并根據(jù)生產(chǎn)情況進行指揮，提升效率。

3.2 經(jīng)濟效益

1）精準(zhǔn)調(diào)度提升產(chǎn)能。在系統(tǒng)使用前，黑岱溝露天礦調(diào)度人員對每臺電鏟的實時小時產(chǎn)量不能夠精準(zhǔn)統(tǒng)計。使用系統(tǒng)后，系統(tǒng)會實時統(tǒng)計每臺電鏟的小時產(chǎn)量，并做了單鏟小時產(chǎn)量減產(chǎn)預(yù)警，即單鏟小時產(chǎn)量減少300 t 進行預(yù)警提示，以供調(diào)度員精準(zhǔn)調(diào)度[7]，為下一小時產(chǎn)量提升提供依據(jù)。通過1 年多使用系統(tǒng)，單鏟平均報警次數(shù)由原來1 個月10 條，減少為6 條，單鏟月產(chǎn)量相對以前提升約1 000 t。

2）圖文聯(lián)動精準(zhǔn)指揮。以前采用定點監(jiān)控視頻和電話互相溝通的信息交流模式了解關(guān)于生產(chǎn)一線采礦電鏟、卡車、破碎站、鐵路貨車等重要設(shè)備的運行信息，無法準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)判斷情況，常發(fā)生掌握的信息不準(zhǔn)確導(dǎo)致生產(chǎn)安排錯誤，甚至多次發(fā)生18 h 以上延點裝車情況。利用本系統(tǒng)之后生產(chǎn)安排通過生產(chǎn)運行狀態(tài)、產(chǎn)品倉儲及熱值動態(tài)、鐵路貨車運行狀況多項分析，統(tǒng)籌規(guī)劃商品煤裝車，有效避免熱值不匹配、煤量不足、其它生產(chǎn)制約因素導(dǎo)致的鐵路貨車運行不暢通等事宜，實現(xiàn)傳感器、設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化和智能化，減少用人數(shù)量、降低勞動強度、提升安全保障、達到高產(chǎn)高效[8]。

4 結(jié)語

根據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)在聯(lián)系，對實時檢測信息和數(shù)據(jù)進行在線智能分析和監(jiān)測，加工、分析，協(xié)助用戶發(fā)現(xiàn)和處理問題。功能集成初步實現(xiàn)了準(zhǔn)能集團調(diào)度指揮系統(tǒng)的信息化建設(shè)，將生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)歸入到數(shù)據(jù)倉庫，實現(xiàn)了信息共享，對一體化生產(chǎn)的組織、指揮、控制、協(xié)調(diào)，以及各產(chǎn)業(yè)、各環(huán)節(jié)的高效協(xié)同起到了極大的促進作用，推動了生產(chǎn)效益最大化。同時數(shù)據(jù)倉庫的建立也對生產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)了良好、完整的保存，這也為下一步調(diào)度指揮系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。