邵思維 ,徐 巍 ,谷龍飛 ,張維國(guó) ,裴明輝 ,溫瑞恒

(1.香格里拉市云礦紅牛礦業(yè)有限公司,云南 香格里拉 674400;2.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

礦山企業(yè)生產(chǎn)管控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源回收利用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵手段。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及智能化技術(shù)是開發(fā)礦山企業(yè)的智能化信息管理系統(tǒng)的重要工具[1],也是解決深度開采和無人開采的關(guān)鍵技術(shù)。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于智能化礦山生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)和體系架構(gòu)的研究成果較多,如劉青紅[2]采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),構(gòu)建了智能化煤礦技術(shù)架構(gòu),為智能化煤礦和智能化開采提供了參考;關(guān)長(zhǎng)亮[3]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的非煤地下礦山安全監(jiān)測(cè)預(yù)警決策通用平臺(tái),建立了礦山安全監(jiān)控動(dòng)態(tài)信息和基于智能移動(dòng)終端的現(xiàn)場(chǎng)安全檢查系統(tǒng);鄭磊[4]以北衙礦區(qū)為對(duì)象,設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套基于三維GIS 的礦山計(jì)量管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)礦車和采礦量的實(shí)際監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)度以及可視化、數(shù)字化、智能化控制;高立兵等[5]從礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理功能、礦山地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警分析、礦山地質(zhì)災(zāi)害共享決策和應(yīng)急管理、礦山地質(zhì)災(zāi)害三維模型展示5 個(gè)方面,介紹了金川礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與信息管理平臺(tái)功能需求;譚章祿等[6]基于“四橫三縱”的智慧礦山總體架構(gòu),采用ISVE(信息-認(rèn)知主體-可視化展示-效果)可視化方式選擇模型構(gòu)建了智慧礦山可視化信息框架;陳秀麗等[7]結(jié)合大紅山銅礦現(xiàn)有運(yùn)輸系統(tǒng),分析了智能調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵問題,提出礦用軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng),主要包括主控制室、數(shù)據(jù)提取、信息(傳輸)管理、監(jiān)控等功能組件。

綜上所述,礦山企業(yè)生產(chǎn)過程信息化、智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用主要以礦山企業(yè)部分生產(chǎn)管控問題展開研究和應(yīng)用,存在信息孤島和通用性差的問題。另外,不同企業(yè)開發(fā)和構(gòu)建的生產(chǎn)管理系統(tǒng)未考慮地質(zhì)資源管控要求,且投入使用的系統(tǒng)無法凸顯真實(shí)效果。因此,本文從礦山生產(chǎn)工藝整體考慮,應(yīng)用現(xiàn)階段主流互聯(lián)網(wǎng)、智能化、信息化等技術(shù),開發(fā)出適用于該銅礦的智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為操作人員、管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài),實(shí)現(xiàn)各類報(bào)表及數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用,能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng),有效指該銅礦的生產(chǎn)運(yùn)作過程。

1 某銅礦智能充填生產(chǎn)管理建設(shè)體系

該銅礦區(qū)內(nèi)地勢(shì)南高北低,東高西低,海拔一般4 000～4 400 m,相對(duì)高差400 m 以上。該銅礦初步選用淺孔留礦嗣后充填法和分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄟM(jìn)行回采,但礦體分支復(fù)合現(xiàn)象普遍、厚度變化大、分層礦較多等復(fù)雜條件,至今無法探索出比較客觀、系統(tǒng)的采礦試驗(yàn)思路和方法以指導(dǎo)大規(guī)模生產(chǎn)。

通過建設(shè)智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng),使該銅礦在充填方面實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化和生產(chǎn)安全智能化。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則,設(shè)計(jì)內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的和全面的;設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性,并綜合考慮施工、維護(hù)及操作因素,以及為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 某銅礦智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照技術(shù)要求,生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用物理隔離形式。與自動(dòng)化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接采取OPC 通訊協(xié)議。自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)訪問所需的OPC 數(shù)據(jù)源,開放數(shù)據(jù)源單向訪問權(quán)限。數(shù)據(jù)源與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相隔離,隔離數(shù)據(jù)對(duì)接對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的影響。在要求通過生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)控制設(shè)備的目的時(shí),則在數(shù)據(jù)源安全區(qū)域開通數(shù)據(jù)回寫功能,為保證系統(tǒng)穩(wěn)定及安全,默認(rèn)關(guān)閉此功能。自動(dòng)化控制系統(tǒng)是生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),其直接影響生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的及時(shí)性、可靠性、完整性。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

根據(jù)某銅礦的生產(chǎn)實(shí)際需要,開發(fā)了符合金屬地下礦智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)服務(wù)器上配置大容量SATA 硬盤,以滿足現(xiàn)有數(shù)據(jù)保存5年的要求。日后工程擴(kuò)展,可以考慮與管理網(wǎng)復(fù)用選購(gòu)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)隔離的磁盤陣列產(chǎn)品。同時(shí),結(jié)合離線數(shù)據(jù)備份手段,可以實(shí)現(xiàn)集團(tuán)整個(gè)生命周期內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢的需要。

2.1 充填配比模塊

充填配比模塊根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)際數(shù)據(jù),按照年、月、日、班四個(gè)層次,分別記錄統(tǒng)計(jì)配比數(shù)據(jù)的調(diào)整、配比的變化、指標(biāo)的變化等,形成基礎(chǔ)的配比數(shù)據(jù)。開放人工管理接口,人工優(yōu)化調(diào)平后,形成最終的充填配比數(shù)據(jù)庫,便于PLC 系統(tǒng)根據(jù)最優(yōu)配比數(shù)據(jù)控制工藝設(shè)備。工作流程如圖2 所示。

圖2 充填配比模塊工作流程

充填配比數(shù)據(jù)主要包括:水泥用量、尾砂用量、骨料用量、充填新水消耗量、充填循環(huán)水消耗量、充填量、濃度、灰砂比、沖洗管道新水消耗量、沖洗管道循環(huán)水消耗量等。

充填配比模塊的數(shù)據(jù)管理接口包括兩部分:(1)系統(tǒng)按年、月、日、班四個(gè)層次自動(dòng)統(tǒng)計(jì)錄入數(shù)據(jù);(2)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)管理權(quán)限,具有權(quán)限的用戶可對(duì)充填配比數(shù)據(jù)(包含系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)錄入數(shù)據(jù))進(jìn)行錄入、編輯、刪除、查看等操作。

2.2 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊包括:設(shè)備清單、設(shè)備運(yùn)維、運(yùn)行數(shù)據(jù)三個(gè)子模塊,具體組成如表1 所示。

表1 設(shè)備管理模塊組成

運(yùn)行數(shù)據(jù)子模塊屬性配置,可根據(jù)具體情況配置設(shè)備的備妥、運(yùn)行、故障、壓力、溫度等狀態(tài)信息,根據(jù)配置信息,可打開設(shè)備監(jiān)控及歷史數(shù)據(jù),分析設(shè)備是否為正常停車、故障停車、檢修停車,并計(jì)算出設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間、設(shè)備故障時(shí)間、下次維護(hù)時(shí)間等數(shù)據(jù),輔助維護(hù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、管理和檢修。

設(shè)備管理模塊的數(shù)據(jù)管理接口包括兩部分:(1)系統(tǒng)對(duì)工控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,形成趨勢(shì)曲線、柱狀圖等;(2)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)管理權(quán)限,具有權(quán)限用戶可對(duì)設(shè)備清單、設(shè)備運(yùn)維、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、編輯、刪除、查看等操作。

2.3 工藝報(bào)表模塊

工藝報(bào)表模塊包括數(shù)據(jù)下載功能,系統(tǒng)內(nèi)具有權(quán)限的用戶可根據(jù)需要下載相應(yīng)數(shù)據(jù)。工藝報(bào)表數(shù)據(jù)包括充填配比報(bào)表、物料管理報(bào)表、勞動(dòng)分析報(bào)表、成本分析報(bào)表、充填計(jì)劃報(bào)表。報(bào)表可按年報(bào)表、月報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、班報(bào)表或日?qǐng)?bào)表班報(bào)表組合的形式進(jìn)行下載。

2.4 物料管理模塊

物料管理模塊根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)際數(shù)據(jù)及人工獲取數(shù)據(jù),按照年、月、日、班四個(gè)層次,分別記錄統(tǒng)計(jì)物料的入庫量、消耗量、庫存量。考慮儀表的偏差及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的調(diào)平,開放人工管理接口,人工優(yōu)化調(diào)平后,形成最終的物料管理數(shù)據(jù)庫,輔助系統(tǒng)管理人員進(jìn)行物料管理。物料管理模塊工作流程如圖3 所示。

圖3 物料管理模塊工作流程

物料管理模塊數(shù)據(jù)主要包括:水泥入庫量、水泥消耗量、水泥庫存量、骨料入庫量、骨料消耗量、骨料庫存量、尾砂入庫量、尾砂消耗量、尾砂庫存量等。

物料管理模塊的數(shù)據(jù)管理接口包括兩部分:(1)系統(tǒng)按年、月、日、班四個(gè)層次自動(dòng)統(tǒng)計(jì)錄入儀表可采集到的數(shù)據(jù);(2)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)管理權(quán)限,具有權(quán)限用戶可對(duì)物料管理數(shù)據(jù)(包含系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)錄入數(shù)據(jù))進(jìn)行錄入、編輯、刪除、查看等操作。

2.5 成本分析模塊

成本分析模塊按年、月、日、班四個(gè)層次進(jìn)行開發(fā),數(shù)據(jù)主要包括:物料成本、能耗成本、人工成本、設(shè)備成本、折舊成本、其它成本、成本合計(jì)、附件、備注等。

成本分析模塊的數(shù)據(jù)管理接口包括兩部分:(1)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)管理權(quán)限;(2)具有權(quán)限用戶可對(duì)成本分析數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、編輯、刪除、查看等操作。

2.6 實(shí)驗(yàn)管理模塊

實(shí)驗(yàn)管理模塊包括:尾砂檢測(cè)、尾砂金屬檢測(cè)、充填體強(qiáng)度檢測(cè)三個(gè)子模塊。

尾砂檢測(cè)、尾砂金屬檢測(cè)、充填體強(qiáng)度檢測(cè)子模塊分別由檢測(cè)比對(duì)表與檢測(cè)表兩部分構(gòu)成。檢測(cè)比對(duì)表設(shè)置檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)檢測(cè)表實(shí)際數(shù)據(jù)異常時(shí),給出異常提示。檢測(cè)比對(duì)表數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 檢測(cè)比對(duì)表數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)管理模塊的數(shù)據(jù)管理接口:(1)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)管理權(quán)限;(2)具有權(quán)限用戶可對(duì)實(shí)驗(yàn)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、編輯、刪除、查看等操作。

2.7 勞動(dòng)分析模塊

勞動(dòng)分析模塊根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)際數(shù)據(jù)及人工獲取數(shù)據(jù),按照年、月、日、班四個(gè)層次,分別記錄統(tǒng)計(jì)井下充填工藝勞動(dòng)指標(biāo)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維勞動(dòng)指標(biāo)?？紤]儀表的偏差及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的調(diào)平,開放人工管理接口,人工優(yōu)化調(diào)平后,形成最終的勞動(dòng)分析數(shù)據(jù)庫,輔助系統(tǒng)管理人員進(jìn)行勞動(dòng)分析。工作流程如圖4所示。

圖4 勞動(dòng)分析模塊工作流程

勞動(dòng)分析模塊數(shù)據(jù)主要包括:充填量、充填時(shí)間、充填工時(shí)統(tǒng)計(jì)、操作工人數(shù)、勞動(dòng)生產(chǎn)力、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維設(shè)備名稱、運(yùn)維設(shè)備數(shù)量、運(yùn)維耗時(shí)、運(yùn)維工時(shí)統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維操作工人數(shù)、備注等。

勞動(dòng)分析模塊的數(shù)據(jù)管理接口包括兩部分:(1)系統(tǒng)按年、月、日、班四個(gè)層次自動(dòng)統(tǒng)計(jì)錄入儀表可采集到的數(shù)據(jù);(2)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)管理權(quán)限,具有權(quán)限用戶可對(duì)勞動(dòng)分析數(shù)據(jù)(包含系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)錄入數(shù)據(jù))進(jìn)行錄入、編輯、刪除、查看等操作。

2.8 移動(dòng)APP 終端

手機(jī)、平板等移動(dòng)終端的功能較多,操作簡(jiǎn)便,攜帶較為便利,這為管理人員通過移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視提供了很好的設(shè)備基礎(chǔ)。

移動(dòng)APP 終端能夠展示充填的總體工藝生產(chǎn)情況,整個(gè)工藝流程的運(yùn)行情況。能夠顯示單個(gè)水泵、礦漿泵、螺旋輸送機(jī)等各個(gè)電氣的運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)情況;能夠顯示物料的庫存信息、每個(gè)工作周期物料的消耗情況及全場(chǎng)物料平衡的狀態(tài);能夠顯示流量、液位、壓力等儀表設(shè)備狀態(tài)值及報(bào)警狀態(tài)。

2.9 系統(tǒng)管理及輔助功能

智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)集成系統(tǒng)管理功能,能夠在生產(chǎn)信息管理平臺(tái)及移動(dòng)終端APP上申請(qǐng)用戶賬號(hào)。系統(tǒng)管理員權(quán)限用戶可對(duì)申請(qǐng)賬號(hào)進(jìn)行審核、添加用戶、編輯權(quán)限、刪除用戶等操作。

智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)功能模塊開發(fā)了相應(yīng)輔助功能,輔助模塊包括:工藝流程、歷史趨勢(shì)、報(bào)警管理、充填計(jì)劃、數(shù)據(jù)中心等模塊。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

通過在該銅礦應(yīng)用智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng),可對(duì)充填技術(shù)試驗(yàn)研究進(jìn)行分析,驗(yàn)證充填配比方法的可行性,并對(duì)試驗(yàn)過程當(dāng)中的技術(shù)問題進(jìn)行優(yōu)化;開展充填試驗(yàn)研究的目的在于全面掌握各種充填物料的組成,并以此為基礎(chǔ)確定最佳的充填參數(shù),為充填工藝方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的界面如圖5 所示。

圖5 智能充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)界面

4 結(jié)論

本文針對(duì)某銅礦設(shè)計(jì)了符合金屬礦山的充填生產(chǎn)信息管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了充填生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,改變了以往需現(xiàn)場(chǎng)人員操作且數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確的情況,極大改善了調(diào)度人員的工作環(huán)境,提升管理效率。系統(tǒng)由電腦自動(dòng)完成運(yùn)行所需的參數(shù)分析和存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)充填配比參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算,提升了充填的效率有效降低人工成本,經(jīng)濟(jì)效益良好。系統(tǒng)可以隨時(shí)反映各個(gè)設(shè)備和傳感器的工作狀態(tài),記錄運(yùn)行數(shù)據(jù),生成工藝報(bào)表,提高了與上級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的便捷性,實(shí)現(xiàn)與企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)共享數(shù)據(jù),達(dá)到遠(yuǎn)程管控一體化,極大提高了充填生產(chǎn)管理的信息化水平,為生產(chǎn)管理部門提供了決策支持。