基于某礦山的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)解決方案

關(guān)長(zhǎng)亮

(丹東東方測(cè)控技術(shù)股份有限公司， 遼寧 丹東 118002)

1 前言

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，在各行各業(yè)都起著極其重要的地位，生產(chǎn)管理系統(tǒng)不僅可以為相關(guān)決策人員起到更為直觀的生產(chǎn)決策和生產(chǎn)信息把控的作用，也可以對(duì)整個(gè)礦山的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行全方位的監(jiān)控。充分利用生產(chǎn)過程中自動(dòng)化系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析與可視化展現(xiàn)，幫助生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)，提高其對(duì)生產(chǎn)過程的管控能力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管控系統(tǒng)的一體化集成[1-2]。

2 整體工藝簡(jiǎn)介

磨礦分級(jí)生產(chǎn)過程順序控制主要包括給料機(jī)、給料皮帶、球磨機(jī)、分級(jí)機(jī)等電氣設(shè)備相互聯(lián)鎖保護(hù)。設(shè)備啟動(dòng)順序原則上按照工藝倒序依次啟動(dòng)，正常停機(jī)的順序按照工藝正序依次延時(shí)停車，延時(shí)時(shí)間間隔應(yīng)足以能處理該設(shè)備上的剩余物料。螺旋分級(jí)機(jī)溢流產(chǎn)品經(jīng)過攪拌桶進(jìn)入2粗2掃鉛硫- 鋅分離浮選，分離出的鋅礦漿進(jìn)入1粗3掃1精浮選，鋅精礦進(jìn)入鋅精礦濃密機(jī)，尾礦進(jìn)入尾礦濃密機(jī)；分離出的鉛硫混合礦漿經(jīng)過球磨- 旋流器再磨回路進(jìn)入到2精鉛硫精浮選及2掃脫鋅浮選，其中鋅礦漿返回到鉛硫- 鋅分離浮選，鉛硫礦漿進(jìn)入1粗2掃2精鉛硫分離浮選，鉛精礦進(jìn)入到鉛精礦濃密機(jī)，硫精礦進(jìn)入到硫精礦濃密機(jī)。整廠系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 整廠系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3 生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1)安全性

具有完備的安全策略以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；采取可靠的技術(shù)手段；在數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)等方面也充分考慮安全性。

2)開放性

系統(tǒng)將具備開放性網(wǎng)絡(luò)、支持多協(xié)議、具有良好的設(shè)備兼容性和互通互連能力等方面，并能提供多種數(shù)據(jù)訪問方式，也可以與第三方軟硬件兼容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的無縫連接。

3)實(shí)用性

系統(tǒng)以需求為牽引，注重實(shí)效，所有設(shè)備在滿足功能的情況下成本最低。

4)先進(jìn)性

在滿足當(dāng)前系統(tǒng)功能需要的前提下，本著高定位、高起點(diǎn)的指導(dǎo)思想，采用先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)方法、軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)[3]。

5)穩(wěn)定性

軟硬件架構(gòu)符合工業(yè)級(jí)應(yīng)用要求，要充分考慮選擇設(shè)備、系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等各方面的可靠性，使系統(tǒng)具有相對(duì)的獨(dú)立性，局部問題不會(huì)影響系統(tǒng)的正常進(jìn)行；要保證7×24h不間斷連續(xù)運(yùn)行，防止系統(tǒng)崩潰。

6)可擴(kuò)展性

系統(tǒng)的軟、硬件具有可擴(kuò)展性，系統(tǒng)配置和設(shè)計(jì)容量具有合理冗余，符合擴(kuò)展需要。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)底層基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)和各類儀表的通信，采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)，將形成的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)。采集和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為上層的生產(chǎn)過程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行管理、生產(chǎn)報(bào)表和能耗統(tǒng)計(jì)分析等業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)系統(tǒng)底層的開發(fā)服務(wù)平臺(tái)提供了用戶認(rèn)證、權(quán)限管理、系統(tǒng)日志等功能，系統(tǒng)以WEB方式向生產(chǎn)管理人員、調(diào)度人員提供服務(wù)，并提供移動(dòng)客戶端以便在手機(jī)、平板電腦等設(shè)備上使用[4-5]。

系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)與管理網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交互，既可以保證數(shù)據(jù)的安全與一致性，又實(shí)現(xiàn)管理網(wǎng)與控制網(wǎng)之間的物理隔離，進(jìn)而保證了控制網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。通過廠區(qū)現(xiàn)有Internet網(wǎng)絡(luò)出口，將信息發(fā)布系統(tǒng)映射到Internet網(wǎng)絡(luò)，保證用戶可以隨時(shí)隨地的登錄和使用系統(tǒng)[6]。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)主要有數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程監(jiān)控以及系統(tǒng)管理幾個(gè)部分，具體包括工藝流程監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、視頻集成監(jiān)控、異常報(bào)警、設(shè)備管理、能耗分析等部分。

4.1 數(shù)據(jù)采集功能

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、各類檢測(cè)儀器、計(jì)量?jī)x器儀表等采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與信號(hào)，這些信息將通過上層系統(tǒng)在生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面上顯示。同時(shí)，系統(tǒng)將這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)，作為進(jìn)行生產(chǎn)回溯、查找生產(chǎn)異常發(fā)生原因的依據(jù)。本方案實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫選用自主研發(fā)的DF-RealData實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，其具備高性能的數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)能力，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的秒級(jí)采集，完全可滿足采集周期不大于3s的要求；支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的壓縮功能，可保障在有限的存儲(chǔ)空間中實(shí)現(xiàn)歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)的需求，根據(jù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器磁盤容量配置，完全可滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)1年的存儲(chǔ)需求；支持分布式部署，便于后期的擴(kuò)展和增容；支持標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口，可滿足第三方數(shù)據(jù)接入的需求[7]。

4.2 生產(chǎn)過程監(jiān)控

生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集主機(jī)與過程控制系統(tǒng)(DCS)通信，在過程監(jiān)控畫面上對(duì)全廠生產(chǎn)的主要工藝過程的工藝運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行圖形化展示，幫助生產(chǎn)管理人員監(jiān)督生產(chǎn)。

1)工藝流程監(jiān)控

結(jié)合實(shí)際運(yùn)行流程，建立遠(yuǎn)程關(guān)鍵工藝流程監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)全廠重要生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。以圖形化顯示工藝流程(設(shè)備形象聯(lián)系圖)，結(jié)合實(shí)際工藝，采集設(shè)備開動(dòng)情況信號(hào)及主要生產(chǎn)物料信息(磨礦水量、濃度、細(xì)度、流量、各加藥點(diǎn)的加藥量、調(diào)整藥量的時(shí)間點(diǎn)記錄、濃縮水量等)，直觀形象表達(dá)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程。工藝流程監(jiān)控如圖3所示。

2)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

在監(jiān)控主界面上，以動(dòng)態(tài)圖形方式顯示立式螺旋攪拌磨、旋流器、渣漿泵、直線篩、浮選機(jī)、礦漿泵、濃密機(jī)、回水泵等重要設(shè)備的啟停狀態(tài)，流量、電壓、工作溫度等參數(shù)的當(dāng)前值和累計(jì)值。有報(bào)警，采集值顯示三色警燈，便于用戶便捷地判斷告警類型。如果需要查看設(shè)備的詳細(xì)狀態(tài)，可以點(diǎn)擊設(shè)備原圖查看其詳細(xì)數(shù)據(jù)列表、一段時(shí)間的運(yùn)行趨勢(shì)等。

3)視頻監(jiān)控集成

將各車間的視頻監(jiān)控畫面通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器接入生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中，并將監(jiān)控畫面有工藝點(diǎn)、關(guān)注區(qū)域的位置關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)按工藝點(diǎn)名稱或區(qū)域名稱提供列表，用戶點(diǎn)擊工藝點(diǎn)或區(qū)域名稱即可打開其周邊攝像頭畫面，查看監(jiān)控畫面，便于用戶快速定位打開關(guān)注的視頻監(jiān)控畫面。集成的視頻監(jiān)控畫面作為生產(chǎn)過程監(jiān)控的一部分，可在生產(chǎn)過程監(jiān)控界面上直接打卡，無需用戶再次登錄視頻監(jiān)控系統(tǒng)，便于用戶隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。視頻監(jiān)控集成如圖4所示。

圖3 工藝流程監(jiān)控示例

4)異常報(bào)警

異常報(bào)警的主要功能是通過各種方式顯示生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量、安全等報(bào)警變量的信息，及時(shí)預(yù)警，使工程技術(shù)人員可以及時(shí)掌握?qǐng)?bào)警信息和進(jìn)行事故追憶，以輔助調(diào)度、提高應(yīng)變速度。本系統(tǒng)報(bào)警主要有報(bào)警指標(biāo)設(shè)置、報(bào)警的產(chǎn)生、報(bào)警顯示等功能。報(bào)警指標(biāo)設(shè)置：建立各種預(yù)警指標(biāo)，作為報(bào)警信息產(chǎn)生的閥值。報(bào)警的產(chǎn)生：當(dāng)被測(cè)參數(shù)超限、保護(hù)動(dòng)作及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)改變后發(fā)出語音、文字告警提示，并進(jìn)行聲、光報(bào)警。報(bào)警顯示：按時(shí)間順序、按優(yōu)先級(jí)別、按故障點(diǎn)所處區(qū)域等進(jìn)行報(bào)警顯示。

5)設(shè)備運(yùn)行管理

系統(tǒng)通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集記錄設(shè)備的啟停事件、報(bào)警記錄，在設(shè)備故障時(shí)可在系統(tǒng)中填寫故障類型和原因，系統(tǒng)通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)報(bào)表和分析圖表，詳細(xì)展現(xiàn)了系統(tǒng)的運(yùn)行臺(tái)時(shí)、停機(jī)時(shí)長(zhǎng)、故障時(shí)長(zhǎng)、開機(jī)率、故障率，幫助生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析設(shè)備狀態(tài)，提升設(shè)備管理水平。

系統(tǒng)支持通過表格、餅圖、曲線圖、棒圖、柱狀圖等多樣、多維度的呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，直觀呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中的狀態(tài)分布情況、設(shè)備的作業(yè)率、故障率。設(shè)備運(yùn)行管理如圖5所示。

圖5 備運(yùn)行管理示例

6)生產(chǎn)報(bào)表及能耗統(tǒng)計(jì)分析

系統(tǒng)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)報(bào)表系統(tǒng)，支持自動(dòng)生成日常生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)中大量的數(shù)據(jù)報(bào)表。用戶可以查詢過去某一時(shí)間點(diǎn)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、能耗情況、報(bào)警信息、關(guān)鍵指標(biāo)等，可以生成周、月、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表(含按表內(nèi)某一參數(shù)特征作分類查詢、統(tǒng)計(jì)功能)，并可以查詢打印這些報(bào)表，包括生產(chǎn)指標(biāo)查詢和統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、生產(chǎn)月報(bào)、生產(chǎn)年報(bào)等。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示方式多樣：為了使統(tǒng)計(jì)結(jié)果能夠更加直觀的顯示給使用者，方便使用者對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，系統(tǒng)提供多種顯示方式。常用的顯示方式有柱狀圖顯示、曲線顯示、一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示、多組統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比顯示等，這些統(tǒng)計(jì)圖形可與報(bào)表一同提呈給生產(chǎn)管理者，便于其直觀的了解和分析生產(chǎn)情況。

4.3 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)具備完善的用戶和權(quán)限管理功能，可以根據(jù)組織架構(gòu)對(duì)用戶分組管理，同時(shí)基于角色分配用戶的系統(tǒng)操作權(quán)限，用戶僅可以查看和操作其權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的操作或查看沒有權(quán)限的數(shù)據(jù)，可有效防止越權(quán)操作和泄密。操作權(quán)限基于用戶所屬的角色分配，可在使用者崗位變更時(shí)快速的為其調(diào)整權(quán)限。系統(tǒng)提供統(tǒng)一身份驗(yàn)證功能，在使用各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)功能時(shí)無需進(jìn)行重復(fù)登錄，即可在其權(quán)限范圍內(nèi)完成所有操作。系統(tǒng)具有詳細(xì)的系統(tǒng)日志，對(duì)用戶的每次登陸、查詢、修改和打印數(shù)據(jù)都有詳細(xì)的日志記錄，可有效保障數(shù)據(jù)的安全。

5 結(jié)論

本次以某現(xiàn)場(chǎng)為例，對(duì)該選礦廠的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的方案進(jìn)行了介紹。通過對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析與可視化展現(xiàn)，幫助生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)，提高其對(duì)生產(chǎn)過程的管控能力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管控系統(tǒng)的一體化集成。