孫延峰++勇輝

摘 要：針對(duì)當(dāng)前煤炭企業(yè)面臨的困境，提出不斷提升選煤廠的核心競(jìng)爭(zhēng)力、構(gòu)建智慧選煤廠是選煤企業(yè)求得生存與發(fā)展的關(guān)鍵，通過(guò)提高選煤廠設(shè)備自動(dòng)化程度，對(duì)設(shè)備工況、運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻圖像等實(shí)時(shí)資料實(shí)現(xiàn)采集、傳輸，對(duì)選煤廠各個(gè)環(huán)節(jié)的各種信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、分析和數(shù)據(jù)反饋，充分利用智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、智慧生產(chǎn)管控平臺(tái)、智慧綜合信息平臺(tái)收集到的相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，通過(guò)信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進(jìn)行智慧決策支持平臺(tái)建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)全廠的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的智慧化，最終建成智慧化的選煤廠。

關(guān)鍵詞：智慧選煤廠；生產(chǎn)自動(dòng)化；管理信息化；辦公移動(dòng)化；決策智慧化

中圖分類(lèi)號(hào)：TD94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）19-0041-04

黨的十八大指出：“堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路，推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化良性互動(dòng)、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)‘四化同步發(fā)展”。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵就是基于智慧工廠技術(shù)建立集成的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)、安全和生產(chǎn)技術(shù)綜合信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的現(xiàn)代化和信息化管理。

隨著煤炭企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化的實(shí)施和應(yīng)用，為了提高生產(chǎn)效率、節(jié)省崗位用工、管理流程無(wú)紙化、達(dá)到節(jié)能降耗的目的，需要全面建設(shè)生產(chǎn)自動(dòng)化和安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息化為核心的智慧工廠，最終將選煤廠建設(shè)成為基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化、辦公移動(dòng)化、決策智慧化的現(xiàn)代化企業(yè)，成為煤炭企業(yè)智慧工廠的示范型企業(yè)。

關(guān)于智慧工廠的需求一般認(rèn)為主要有以下幾個(gè)方面：一是智慧工廠建設(shè)是采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量；二是智慧工廠建設(shè)是采用工業(yè)機(jī)器人、高端數(shù)控機(jī)床、PLC等智慧制造設(shè)備，提高制造裝備的自動(dòng)化和智慧化水平；三是智慧工廠建設(shè)是把傳感器、處理器、通信模塊融入產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯、可識(shí)別、可定位；四是智慧工廠建設(shè)是構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的C2B模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個(gè)性化自主設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足消費(fèi)者個(gè)性化定制需求等等。這些對(duì)智慧工廠的認(rèn)知主要集中在產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等某個(gè)方面以及研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)等某個(gè)環(huán)節(jié)的智慧化改造，全面性和系統(tǒng)性較為不足。而基于對(duì)智慧工廠的不同認(rèn)知，行業(yè)之間建設(shè)水平分化差距較大。

通過(guò)提高選煤廠設(shè)備自動(dòng)化程度，對(duì)設(shè)備工況、運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻圖像等實(shí)時(shí)資料實(shí)現(xiàn)智慧采集、傳輸，將選煤廠生產(chǎn)運(yùn)行情況信息化[1-2]，對(duì)選煤廠各個(gè)環(huán)節(jié)的各種信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、分析，數(shù)據(jù)反饋，最終將選煤廠建設(shè)成為基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化、辦公移動(dòng)化、決策智慧化的現(xiàn)代化企業(yè)，成為大型煤炭企業(yè)智慧工廠的示范型企業(yè)。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 智慧工廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

選煤廠智慧工廠結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

選煤廠智慧化建設(shè)可劃分為四個(gè)智慧平臺(tái)：智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、智慧生產(chǎn)管控平臺(tái)、智慧綜合信息平臺(tái)、智慧決策支持平臺(tái)，系統(tǒng)實(shí)施采用統(tǒng)一規(guī)劃、分期建設(shè)的方法。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)控制、企業(yè)資源實(shí)時(shí)管理、信息實(shí)時(shí)處理，對(duì)安全生產(chǎn)管理工作提供強(qiáng)有力的支撐。為達(dá)到崗位無(wú)人化、少人化的目標(biāo)，必須加快智慧工廠技術(shù)研發(fā)和推廣，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少作業(yè)人員[3]。借助實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)分析系統(tǒng)、專(zhuān)家決策支持系統(tǒng)、安全生產(chǎn)緊急預(yù)案與調(diào)度指揮決策等系統(tǒng)提高安全生產(chǎn)管理水平，全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化，輔助決策智慧化，以達(dá)成智慧工廠的全景目標(biāo)。

1.2 智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)

智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)采用先進(jìn)的信息辦公網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸、工業(yè)控制網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、智慧調(diào)度室等技術(shù)奠定基礎(chǔ)，打造安全生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)以實(shí)現(xiàn)管控的數(shù)字化、自動(dòng)化、可視化、流程化，目標(biāo)是建立高速暢通的信息通道。

1.2.1 無(wú)線(xiàn)安全接入

隨著選煤廠信息化建設(shè)和國(guó)家信息化工程的發(fā)展，辦公信息化逐漸實(shí)現(xiàn)，企業(yè)BYOD需求激增，更多的企業(yè)采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入自己的內(nèi)部業(yè)務(wù)和辦公系統(tǒng)。受無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)局限性影響，其安全問(wèn)題日益凸顯，亟待建立健全安全接入機(jī)制，保障客戶(hù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)免受黑客攻擊。

1.2.2 企業(yè)上網(wǎng)行為管理

企業(yè)員工可以通過(guò)WIFI進(jìn)行資料查找、內(nèi)部辦公、溝通交流、業(yè)務(wù)咨詢(xún)、外發(fā)機(jī)密文件等，亟需實(shí)現(xiàn)員工上網(wǎng)行為的管理、帶寬的管控并保證員工上網(wǎng)安全，保證員工的辦公效率和避免企業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，防止企業(yè)機(jī)密數(shù)據(jù)泄密和員工通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)從事非法交易活動(dòng)。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)工控安全

智慧工廠是自動(dòng)化與信息化高度融合的綜合工程，為保證生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化安全可靠及辦公人員訪(fǎng)問(wèn)生產(chǎn)系統(tǒng)查詢(xún)數(shù)據(jù)的高效便捷，必須采取有效措施對(duì)整個(gè)企業(yè)的工業(yè)網(wǎng)和辦公網(wǎng)進(jìn)行安全控制，避免由于病毒、木馬、蠕蟲(chóng)等感染造成的系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)，并有效規(guī)避由于人員誤操作造成的網(wǎng)絡(luò)故障。

對(duì)智慧工廠的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工廠類(lèi)別劃分，按照用途分為工業(yè)網(wǎng)和辦公網(wǎng)。將生產(chǎn)控制用的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器及智慧硬件劃分到工業(yè)網(wǎng)內(nèi)；將地面管理人員查詢(xún)數(shù)據(jù)及日常辦公用的計(jì)算機(jī)接入到辦公網(wǎng)內(nèi)。辦公網(wǎng)與工業(yè)網(wǎng)邊界架設(shè)工業(yè)網(wǎng)閘，保證工業(yè)網(wǎng)與辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)的物理隔離。然后通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)控制策略進(jìn)行服務(wù)器的安全防護(hù)，保證服務(wù)器不被非法訪(fǎng)問(wèn)及網(wǎng)絡(luò)入侵。

1.3 智慧生產(chǎn)管控平臺(tái)

由于生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善，在子系統(tǒng)完善過(guò)程中，此次智慧生產(chǎn)管控平臺(tái)建設(shè)的內(nèi)容主要將工廠內(nèi)的各個(gè)控制系統(tǒng)及各工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控匯聚到管控平臺(tái)，充分考慮了子系統(tǒng)的接入與整合，達(dá)到了節(jié)省投資、資源共享的目的，提高了系統(tǒng)效能，并可與信息管理網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)自動(dòng)化向管理信息化提供可靠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的初衷。

1.3.1 集成生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)

生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)具有高效、可靠、高度集成化、智慧化的特點(diǎn)，該一體化監(jiān)控軟件平臺(tái)集數(shù)據(jù)通信、采集、處理、控制、協(xié)調(diào)、綜合智慧判斷、圖文顯示為一體，是綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，能在各種情況下迅速、準(zhǔn)確、可靠地做出反應(yīng)，及時(shí)處理、協(xié)調(diào)各系統(tǒng)工作，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、合理監(jiān)控的目的[4]。這些系統(tǒng)目前為孤立系統(tǒng)，沒(méi)有集成在一個(gè)監(jiān)控平臺(tái)下，數(shù)據(jù)庫(kù)各自獨(dú)立，界面無(wú)整體規(guī)劃，數(shù)據(jù)也沒(méi)有得到充分應(yīng)用。endprint

從以上系統(tǒng)中提取生產(chǎn)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)，形成生產(chǎn)工況監(jiān)視、能源消耗統(tǒng)計(jì)、成本數(shù)據(jù)來(lái)源；規(guī)劃統(tǒng)一直觀、便于使用的人機(jī)界面系統(tǒng)，在設(shè)備監(jiān)控畫(huà)面中同時(shí)監(jiān)視相關(guān)系統(tǒng)的組態(tài)畫(huà)面，并具備通過(guò)一機(jī)三（多）屏技術(shù)，同時(shí)監(jiān)視視頻、GIS監(jiān)控畫(huà)面。

1.3.2 新建生產(chǎn)支持系統(tǒng)

新建生產(chǎn)支持系統(tǒng)如表1。

1.4 智慧綜合信息平臺(tái)

管理信息化建設(shè)的內(nèi)容是建立具有統(tǒng)一接入、統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一權(quán)限、統(tǒng)一編碼規(guī)則、統(tǒng)一服務(wù)調(diào)用、支持單點(diǎn)登陸的信息化管理平臺(tái)。在統(tǒng)一信息化管理平臺(tái)和一體化監(jiān)控平臺(tái)的基礎(chǔ)上，結(jié)合集團(tuán)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)與選煤廠的實(shí)際信息化需求，打造涵蓋安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、保障等各方面，實(shí)時(shí)、專(zhuān)業(yè)的安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)和安全生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)。在創(chuàng)新方面，大力建設(shè)智慧工廠、智慧化實(shí)驗(yàn)室等延伸應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最大可能的綜合利用；在云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，打造移動(dòng)辦公、移動(dòng)智慧工廠應(yīng)用，保證信息在部門(mén)與部門(mén)之間、生產(chǎn)單位與管理部門(mén)之間的共享與傳遞。

1.5 智慧決策支持平臺(tái)

智慧工廠不僅體現(xiàn)在做好生產(chǎn)自動(dòng)化和管理信息化的各個(gè)子系統(tǒng)上，還更多的體現(xiàn)在各子系統(tǒng)的良好運(yùn)行、數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作、聯(lián)動(dòng)反應(yīng)、移動(dòng)化應(yīng)用和管理等方面。智慧工廠要在三維形象展示的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各部門(mén)、各系統(tǒng)協(xié)同工作；對(duì)自動(dòng)化、信息化各類(lèi)系統(tǒng)綜合利用，數(shù)據(jù)加以分析，進(jìn)行移動(dòng)信息化建設(shè)，通過(guò)移動(dòng)信息平臺(tái)來(lái)提升選煤廠總體信息化水平，達(dá)到智慧選煤廠的效果。

2 智慧選煤廠平臺(tái)建設(shè)

將各智慧控制子系統(tǒng)集成到自動(dòng)化集成平臺(tái)中，充分利用智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、智慧生產(chǎn)管控平臺(tái)、智慧綜合信息平臺(tái)收集到的相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，通過(guò)信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進(jìn)行智慧決策支持平臺(tái)建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)全廠的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的智慧化[5]。

2.1 移動(dòng)應(yīng)用

通過(guò)集團(tuán)級(jí)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)出口，搭建面向公司管理決策層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)決策平臺(tái)，利用移動(dòng)終端對(duì)信息掌控的及時(shí)性和精簡(jiǎn)性需求，實(shí)現(xiàn)選煤廠安全生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息移動(dòng)化。系統(tǒng)采用分層架構(gòu)的水平化業(yè)務(wù)支撐框架以提升移動(dòng)通信網(wǎng)融合環(huán)境下的多業(yè)務(wù)接入能力。平臺(tái)可以分為應(yīng)用接入及協(xié)議適配子系統(tǒng)、能力接入及協(xié)議適配子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)支撐管理子系統(tǒng)、系統(tǒng)后臺(tái)管理子系統(tǒng)及展現(xiàn)系統(tǒng)五個(gè)子系統(tǒng)。

通過(guò)以上五個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同工作，移動(dòng)信息平臺(tái)可以提供網(wǎng)絡(luò)能力接入、應(yīng)用能力接入、終端服務(wù)展示及服務(wù)過(guò)程控制，同時(shí)為集團(tuán)級(jí)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)提供業(yè)務(wù)管理及系統(tǒng)管理工具。

2.2 3D數(shù)字工廠

三維可視化實(shí)現(xiàn)基于C/S和B/S架構(gòu)的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。除了基本的編輯、控制和可視化功能，還提供面向生產(chǎn)、機(jī)電、安全監(jiān)測(cè)、通訊、工業(yè)自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)應(yīng)用的可視化功能。用三維技術(shù)全面構(gòu)建各專(zhuān)業(yè)子系統(tǒng)仿真模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備“監(jiān)測(cè)、控制、管理”的一體化，最終實(shí)現(xiàn)基于三維GIS平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化、分布式綜合管理系統(tǒng)，為安全生產(chǎn)管理提供保障。

2.3 安全生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)

安全生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為支撐，以行業(yè)級(jí)、集團(tuán)級(jí)、廠級(jí)制定的各類(lèi)安全生產(chǎn)規(guī)程、規(guī)范為知識(shí)依據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)自動(dòng)化、安全生產(chǎn)日常獲取的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，基于動(dòng)態(tài)三維地質(zhì)模型和虛擬工廠平臺(tái)，對(duì)安全生產(chǎn)的各類(lèi)信息進(jìn)行展示、分析、推理，挖掘歷史數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的模式和知識(shí)，診斷并概括現(xiàn)勢(shì)安全狀態(tài)，預(yù)測(cè)未來(lái)安全形勢(shì)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)診斷和輔助決策。

2.4 核心設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)控與故障預(yù)警系統(tǒng)

目前大部分選煤廠的在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)是為選煤廠的控制服務(wù)，在一定程度上并不能滿(mǎn)足設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)控以及衰退評(píng)估的需求。于此同時(shí)，對(duì)于非核心設(shè)備，例如泵組，閥門(mén)，管道等大部分選煤廠還不具備在線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備，需要維護(hù)人員使用手持式設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢。這就造成就整個(gè)選煤廠而言不具備統(tǒng)一的集成數(shù)據(jù)采集和管理平臺(tái)。如圖2所示。

目前選煤廠的在線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備數(shù)量很多，但是由于缺乏專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員和易用的數(shù)據(jù)分析模型，大部分選煤廠所采集的數(shù)據(jù)均未經(jīng)過(guò)分析或只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的分析就會(huì)變成“冷數(shù)據(jù)”存儲(chǔ)，不能發(fā)掘和利用所采集數(shù)據(jù)的最大價(jià)值。目前的設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)控與故障預(yù)警平臺(tái)主要針對(duì)兩類(lèi)設(shè)備：（1）數(shù)據(jù)狀況良好需要更精準(zhǔn)模型；（2）數(shù)據(jù)質(zhì)量不好但是可以加裝傳感器或其他采集設(shè)備。最終實(shí)現(xiàn)針對(duì)每一種核心設(shè)備開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的垂直領(lǐng)域分析算法及模型，并將所有的模型固化于集成化數(shù)據(jù)采集與管理平臺(tái)。

3 結(jié)語(yǔ)

選煤廠生產(chǎn)的安全高效，只有通過(guò)信息化管理手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化程度提高，對(duì)選煤廠各個(gè)環(huán)節(jié)的各種信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、分析和數(shù)據(jù)反饋。在生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)等應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、高效管理。將各智慧控制子系統(tǒng)集成到自動(dòng)化集成平臺(tái)中，充分利用智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、智慧生產(chǎn)管控平臺(tái)、智慧綜合信息平臺(tái)收集到的相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，通過(guò)信息挖掘、信息融合、故障診斷、輔助決策等進(jìn)行智慧決策支持平臺(tái)建設(shè)，通過(guò)對(duì)選煤廠管控信息平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全廠的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的智慧化，最終建成智能化的選煤廠，為整個(gè)煤炭行業(yè)智慧選煤廠的建設(shè)提供依據(jù)。

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