馬鋼礦業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)踐

陳 順 郇 偉 陳克峰 許繼斌 孫永茂 余 劍 齊美超 趙 駿

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司）

為打造資源集團(tuán)—礦業(yè)公司兩級(jí)管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高效的信息共享和協(xié)作體系，研發(fā)了馬鋼礦業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。該系統(tǒng)主要包含生產(chǎn)過(guò)程管理、設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)管理、能源管控、系統(tǒng)集成和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等模塊［1-3］。通過(guò)部署該系統(tǒng)，可利用其實(shí)時(shí)性強(qiáng)、共享范圍廣、集成度高等特點(diǎn)，有助于從整體上把控馬鋼礦業(yè)運(yùn)行狀況，自動(dòng)整合各子公司的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)需要進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析，形成各類分析報(bào)表，滿足基層管理和核算需要，為生產(chǎn)管理決策提供數(shù)據(jù)支持。本研究對(duì)該系統(tǒng)的架構(gòu)和功能進(jìn)行詳細(xì)分析，供類似礦山企業(yè)參考。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 技術(shù)架構(gòu)

MES系統(tǒng)以統(tǒng)一共享的企業(yè)數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，基于云計(jì)算技術(shù)的建設(shè)思路建立企業(yè)云計(jì)算中心。在IaaS層提供IT基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)，PaaS層部署應(yīng)用開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成平臺(tái)，SaaS層為用戶提供生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES、智能監(jiān)管與決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源集群與共享管理，互聯(lián)互通。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)通過(guò)寶信云提供IT基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)，包括虛擬服務(wù)器、存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)、Web服務(wù)、操作系統(tǒng)組件、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)過(guò)虛擬化處理建立資源池?；A(chǔ)設(shè)施層可以靈活地分配和回收虛擬資源，為設(shè)施層上部署各種服務(wù)提供幫助［4-5］。

1.2 應(yīng)用架構(gòu)

在決策應(yīng)用層面，建立馬鋼礦業(yè)數(shù)據(jù)中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵信息?；跀?shù)據(jù)中心的海量數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字化及科學(xué)的分析工具，對(duì)工藝流程、生產(chǎn)單元、能源、質(zhì)量、安環(huán)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析，可為決策者實(shí)時(shí)提供量化指標(biāo)。系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示。

在企業(yè)管理應(yīng)用層面，通過(guò)集中部署的生產(chǎn)管理平臺(tái)，為各礦山生產(chǎn)單位提供標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)控制層與管理層之間的信息互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)測(cè)，規(guī)范作業(yè)流程，減少人工誤操作。

2 系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。MES系統(tǒng)可從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、能源計(jì)量系統(tǒng)、環(huán)保在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與信號(hào)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)回溯、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。模擬量采集頻率為5 s，開(kāi)關(guān)量采集頻率為10 s。該系統(tǒng)要求各類自動(dòng)化控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口（OPC、數(shù)據(jù)庫(kù)、Webservice），并需要用戶提供數(shù)據(jù)點(diǎn)表和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在每個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)部署獨(dú)立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和配套服務(wù)器，形成生產(chǎn)單位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心，并將采集的核心數(shù)據(jù)同步至公司云數(shù)據(jù)中心。

（2）生產(chǎn)過(guò)程管理。過(guò)程管理模塊分為生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)驗(yàn)收管理及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理3個(gè)部分。生產(chǎn)計(jì)劃管理主要功能是方便相關(guān)人員每月將可量化的生產(chǎn)指標(biāo)按類別錄入MES系統(tǒng)，系統(tǒng)支持不同業(yè)務(wù)部門按照分管業(yè)務(wù)的不同填寫(xiě)計(jì)劃指標(biāo)并提交審核，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃匯總。通過(guò)生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)結(jié)果的在線對(duì)比和分析，可按年、月、日等時(shí)間維度監(jiān)控生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況。生產(chǎn)驗(yàn)收管理主要提供驗(yàn)收數(shù)據(jù)管理功能，對(duì)采出礦、地質(zhì)探礦、損失貧化在數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)采礦、剝離、工程量驗(yàn)收、工程質(zhì)量管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理將各采礦生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、選礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)、檢斤計(jì)量系統(tǒng)、質(zhì)量化驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和集中管理，進(jìn)行各種綜合分析，并以報(bào)表、臺(tái)賬、圖表等形式展示分析結(jié)果。

（3）設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)管理。通過(guò)MES系統(tǒng)采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)可監(jiān)控設(shè)備啟停狀態(tài)以及設(shè)備的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等情況，幫助設(shè)備管理人員以遠(yuǎn)程可視化形式監(jiān)控和分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合設(shè)備動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，記錄各個(gè)設(shè)備開(kāi)機(jī)、停機(jī)、故障、事故等過(guò)程數(shù)據(jù)，為設(shè)備維檢提供數(shù)據(jù)支持，并通過(guò)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期積累，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)。MES系統(tǒng)可從現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)有關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行小時(shí)數(shù)、設(shè)備動(dòng)作次數(shù)、設(shè)備的開(kāi)停機(jī)狀態(tài)等，在此基礎(chǔ)上根據(jù)一定的算法形成分析結(jié)果，為管理決策提供依據(jù)。通過(guò)系統(tǒng)采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、填報(bào)的設(shè)備故障記錄，便于對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（4）能源管控。能源管控功能包括能耗數(shù)據(jù)采集、能耗分析報(bào)表、能源計(jì)劃與考核。系統(tǒng)通過(guò)與各礦山能源系統(tǒng)通信，互通后的數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，對(duì)于無(wú)法自動(dòng)采集的情形，系統(tǒng)可提供人工填報(bào)頁(yè)面。系統(tǒng)可按日、月、年度自動(dòng)匯總能源消耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)，也可按廠、車間、班、機(jī)臺(tái)等統(tǒng)計(jì)能源消耗，并提供與用能計(jì)劃的對(duì)比情況報(bào)表，也可按公司、子公司、產(chǎn)線及關(guān)鍵設(shè)備等維度進(jìn)行分析，得出各個(gè)維度的能源占比。同時(shí)根據(jù)用能數(shù)據(jù)、處理量來(lái)分析關(guān)鍵設(shè)備、工序的能耗異常。根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完備情況，按照公司、子公司、產(chǎn)線、關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行能耗單耗歷史數(shù)據(jù)的同環(huán)期對(duì)比分析，得出環(huán)比增減變動(dòng)比率或幅度。

（5）質(zhì)量管理。MES系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)獲取原精尾品位、粒度、濃度等在線監(jiān)測(cè)儀表中的數(shù)據(jù)，并將該類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)中心，通過(guò)可視化方式將過(guò)程質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程質(zhì)量在線管理。系統(tǒng)支持將在線檢測(cè)儀表中的質(zhì)量數(shù)據(jù)與化驗(yàn)室得到的化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比分析，進(jìn)而判斷檢測(cè)儀表的數(shù)據(jù)異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀態(tài)。根據(jù)實(shí)際需要建立數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)布或者人工發(fā)布系統(tǒng)，包括消息發(fā)布、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)表單發(fā)布，支持與采礦和選礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，及時(shí)反饋質(zhì)量數(shù)據(jù)的變化情況。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢分析功能，可以按照時(shí)間、班組、樣品種類、采樣位置分別查詢各類化驗(yàn)數(shù)據(jù)和化驗(yàn)報(bào)告單，并可以統(tǒng)計(jì)化驗(yàn)結(jié)果。系統(tǒng)提供在線監(jiān)控系統(tǒng)接口、優(yōu)化控制系統(tǒng)接口、生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口、工藝分析系統(tǒng)接口等服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互通。在線監(jiān)控系統(tǒng)接口便于將質(zhì)量數(shù)據(jù)變化直接反饋到工藝過(guò)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，起到“離線儀表”的作用。優(yōu)化控制系統(tǒng)接口功能是，支持磨礦質(zhì)量化驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到磨選專家系統(tǒng)中，專家系統(tǒng)根據(jù)該類數(shù)據(jù)判斷原礦性質(zhì)、修正控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。

（6）計(jì)量管理。系統(tǒng)建立統(tǒng)一的計(jì)量數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)物流計(jì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、發(fā)布，從而有助于提高計(jì)量過(guò)程的自動(dòng)化管理水平。該平臺(tái)可采集井下軌道衡自動(dòng)稱量上位機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取車輛毛重、皮重、凈重等信息，并對(duì)每班的凈重進(jìn)行匯總，統(tǒng)計(jì)每日溜井的出礦量。通過(guò)提升自動(dòng)化系統(tǒng)采集提升箕斗的計(jì)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出礦量。皮帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)反映了生產(chǎn)過(guò)程中間品和產(chǎn)成品的信息，系統(tǒng)自動(dòng)采集皮帶秤的每日結(jié)算點(diǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出每日計(jì)量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)用于計(jì)量選廠的處理量和精礦量。系統(tǒng)接入已有的地磅或站臺(tái)計(jì)量管理系統(tǒng)或通過(guò)手工填報(bào)，記錄每日發(fā)運(yùn)的車數(shù)、質(zhì)量等信息，進(jìn)而形成每日銷售發(fā)運(yùn)量。

3 系統(tǒng)硬件部署

（1）數(shù)據(jù)采集機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器及應(yīng)用服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集機(jī)通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)工藝自動(dòng)化數(shù)據(jù)，通過(guò)多網(wǎng)卡，使用5類雙絞線分別與工藝自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)相連，并且開(kāi)通防火墻相應(yīng)端口映射，網(wǎng)閘開(kāi)通相應(yīng)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)器分別與數(shù)據(jù)采集機(jī)、寶武馬鋼主干網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并通過(guò)專線VPN網(wǎng)絡(luò)與寶武云互聯(lián)，通過(guò)防火墻設(shè)置點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互信實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互通。

（3）應(yīng)用服務(wù)器分別與數(shù)據(jù)采集機(jī)、寶武馬鋼主干網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并通過(guò)專線VPN網(wǎng)絡(luò)與寶武云互聯(lián)，通過(guò)防火墻設(shè)置點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互信實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互通。

4 結(jié)論

目前，MES系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、能源管控、質(zhì)量管理、計(jì)量管理等功能平臺(tái)都已測(cè)試上線，運(yùn)行良好。通過(guò)詳細(xì)分析該系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)及功能特點(diǎn)，得到如下結(jié)論：

（1）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的建設(shè)打破了各單位之間的“信息孤島”，提高了礦山生產(chǎn)信息的傳遞效率。

（2）MES系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行，加強(qiáng)了生產(chǎn)過(guò)程中人—設(shè)備—環(huán)境所產(chǎn)生的基礎(chǔ)多源數(shù)據(jù)的管控，解決了信息共享難題，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同、信息化管理，優(yōu)化了管理模式。

（3）通過(guò)部署MES系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)整體上把控各生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況，有助于實(shí)現(xiàn)科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析，滿足基層管理和核算的相關(guān)需求。