基于三層結(jié)構(gòu)煤礦信息化系統(tǒng)研究

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煤礦要將大量的煤炭和矸石從地層深處挖掘運(yùn)輸?shù)降孛?，不僅要使用大量的機(jī)械設(shè)備，而且煤礦生產(chǎn)還要面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件、地層壓力、瓦斯、一氧化碳、自燃、地下水及煤塵等產(chǎn)生的影響。因此，煤礦生產(chǎn)過程不僅涉及到人與設(shè)備和工藝流程的關(guān)系，而且還涉及到自然條件的影響。運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)等高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的煤炭工業(yè)，即實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化，對(duì)煤礦生產(chǎn)中的各個(gè)生產(chǎn)與保障環(huán)節(jié)的主要參數(shù)進(jìn)行各種各樣的監(jiān)測與控制，以及對(duì)煤礦地理信息、安全信息進(jìn)行監(jiān)測，是煤礦正常、安全生產(chǎn)的重要保障。

1 基于三層構(gòu)架的煤礦企業(yè)信息化系統(tǒng)

流程工業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS技術(shù)受到發(fā)達(dá)國家的高度重視，被列入這些國家的重點(diǎn)高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。傳統(tǒng)的普渡企業(yè)參考體系結(jié)構(gòu)（Purdue Enterprise Reference ArchITecture，PERA），將流程工業(yè)CIMS體系結(jié)構(gòu)分為過程控制、過程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理和經(jīng)濟(jì)決策五個(gè)層次，該結(jié)構(gòu)適用于金字塔式管理模式，將生產(chǎn)過程的控制與管理明顯分開，忽視了生產(chǎn)過程中的物耗、能耗及設(shè)備的實(shí)時(shí)控制與管理，層次多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)CIMS成本高，不便形成平臺(tái)技術(shù)，不利于推廣。此外，對(duì)以安全生產(chǎn)為首要目標(biāo)的煤礦企業(yè)更加強(qiáng)調(diào)“管控一體化”，安全、生產(chǎn)、管理應(yīng)更加緊密地結(jié)合在一起。

本文根據(jù)煤礦企業(yè)實(shí)際安全、生產(chǎn)情況，將煤礦企業(yè)信息化系統(tǒng)分為三個(gè)層次：資源管理層（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行層（MES）、過程控制層（PCS）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 過程控制層（PCS）

生產(chǎn)過程監(jiān)測監(jiān)控層由煤礦各個(gè)生產(chǎn)過程監(jiān)測、監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成，完成煤炭生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的過程監(jiān)測、自動(dòng)化控制及安全監(jiān)測。這些子系統(tǒng)采用的技術(shù)和結(jié)構(gòu)形式可以多種多樣，例如，可以是基于PC的分布式系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)，也可以是智能化的機(jī)電一體化設(shè)備，通過總線方式接入綜合信息化監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)。

該層主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各安全參數(shù)的監(jiān)測和對(duì)采區(qū)工作面采煤機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)、提升機(jī)、水泵，及地面通風(fēng)機(jī)、選煤廠、煤炭裝車等主要設(shè)備的控制與監(jiān)測。該層還包括對(duì)煤礦地質(zhì)信息的監(jiān)測。

1.2 生產(chǎn)執(zhí)行層（MES）

生產(chǎn)執(zhí)行層是信息化系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵層次，起到連接過程控制層和資源管理層的重要作用。

MESA（MES國際聯(lián)合會(huì)）歸納了11個(gè)主要的MES功能模塊，包括工序詳細(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護(hù)管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等模塊。

MES國際聯(lián)合會(huì)歸納的11個(gè)功能模塊主要是針對(duì)制造行業(yè)制定的，屬于流程工業(yè)的煤礦企業(yè)生產(chǎn)具有其獨(dú)特的行業(yè)特色，其MES的功能組成模塊也不同。本文根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的特點(diǎn)，把MES劃分為：過程控制調(diào)度、安全管理、地測信息管理、原材料供應(yīng)、人力資源管理、維護(hù)管理、質(zhì)量管理、財(cái)務(wù)管理、產(chǎn)品及物料儲(chǔ)運(yùn)等模塊。

（1）過程控制調(diào)度：主要針對(duì)煤礦生產(chǎn)各子系統(tǒng)的集中監(jiān)控，包括：工作面、主煤流系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、洗煤廠、排矸等。過程控制調(diào)度是MES層的重要部分，其實(shí)現(xiàn)的好壞決定于各子系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高低。

（2）安全管理：主要監(jiān)測與煤礦生產(chǎn)相關(guān)的安全信息，包括環(huán)境監(jiān)測（瓦斯?jié)舛?、CO濃度、溫度、風(fēng)速、水位等）、束管監(jiān)測等。安全監(jiān)測與煤礦生產(chǎn)、控制調(diào)度息息相關(guān)，是MES層中最具煤礦特色的功能模塊。

（3）地測信息管理：指地測數(shù)據(jù)、圖形綜合管理，包括地層數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘探線數(shù)據(jù)、地震勘探線數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、沉積環(huán)境數(shù)據(jù)、煤層數(shù)據(jù)成果、斷層數(shù)據(jù)、綜合資源、測井資料、測斜資料管理等等，也是MES層中最具煤礦特色的功能模塊。

（4）原材料供應(yīng)：主要指原料采購計(jì)劃的制定與實(shí)施、輔助原材料計(jì)劃的制定與實(shí)施、設(shè)備及器件采購計(jì)劃的制定與實(shí)施、庫存管理等。

（5）人力資源管理：主要業(yè)務(wù)內(nèi)容為人力資源規(guī)劃，提出組織結(jié)構(gòu)方案、核定人員編制、制定工資標(biāo)準(zhǔn)及獎(jiǎng)金分配方案，考核員工的能力與表現(xiàn)，進(jìn)行員工的招聘與解聘等。

（6）維護(hù)管理：包括生產(chǎn)裝置以及輔助生產(chǎn)裝置的維護(hù)，設(shè)備中短期（含月度、季度和年度）檢維修計(jì)劃的編制與實(shí)施，事故搶修的組織與實(shí)施，設(shè)備日常管理與維護(hù)、固定資產(chǎn)管理等。

（7）質(zhì)量管理：主要包括產(chǎn)品質(zhì)量的分析與監(jiān)控、企業(yè)全面質(zhì)量管理等。

（8）財(cái)務(wù)管理：主要包括財(cái)務(wù)計(jì)劃、成本的核算與監(jiān)控、效益的分析與預(yù)測、資金管理、賬務(wù)管理、資產(chǎn)管理等。

（9）產(chǎn)品及物料儲(chǔ)運(yùn)：主要包括原料、產(chǎn)品和中間物料的輸送，煤炭儲(chǔ)存的管理與監(jiān)控，原料、產(chǎn)品的裝卸與運(yùn)輸?shù)取?/P>

1.3 資源管理層（ERP）

煤礦企業(yè)ERP根據(jù)煤礦的生產(chǎn)經(jīng)營管理和組織機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，采用以安全生產(chǎn)和財(cái)務(wù)分析決策為核心的整體資源優(yōu)化技術(shù)。在保證煤礦安全生產(chǎn)的前提下，根據(jù)企業(yè)的利潤指標(biāo)確定企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)成本，根據(jù)銷售合同與市場預(yù)測來制訂企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃。生產(chǎn)計(jì)劃包括開采計(jì)劃、物料需求計(jì)劃、生產(chǎn)成本計(jì)劃。然后進(jìn)行人、財(cái)、物的整體資源優(yōu)化分配，從而達(dá)到既要連續(xù)、均衡地安全生產(chǎn)，又要最大限度地降低原料和備品備件的庫存量。財(cái)務(wù)管理不僅進(jìn)行會(huì)計(jì)管理、成本核算，而且通過財(cái)務(wù)分析決策對(duì)原料供應(yīng)、產(chǎn)品銷售、原料、備品備件庫存、人力資源進(jìn)行集成管理，保證生產(chǎn)成本不超過額定的標(biāo)準(zhǔn)成本。

2 核心技術(shù)

（1）統(tǒng)一的綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)

煤礦企業(yè)的核心業(yè)務(wù)就是煤炭的安全生產(chǎn)，由于環(huán)境條件的惡劣和危險(xiǎn)，保證安全生產(chǎn)成為煤礦企業(yè)效益的最直接體現(xiàn)。因此必須充分采用先進(jìn)成熟的技術(shù)，基于綜合網(wǎng)絡(luò)的大型開放式分布控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全礦井監(jiān)測、控制、管理一體化，形成全礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的過程控制自動(dòng)化、生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮和業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化、行政辦公無紙高效化，對(duì)煤礦生產(chǎn)安全和運(yùn)營狀況可實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)視，以保證對(duì)全礦井安全狀況和生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、監(jiān)視、控制、調(diào)度管理。安全、可靠的綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)信息化的基礎(chǔ)。

（2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心——數(shù)據(jù)倉庫

煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)眾多，所需要的配套系統(tǒng)也繁雜，因此在生產(chǎn)過程中各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)都將產(chǎn)生大量的信息，如果分散處理，必將會(huì)產(chǎn)生大量的信息弧島，雖然在某個(gè)業(yè)務(wù)局部會(huì)提高效率，但其直接后果就是形成更大的信息壁壘。作為企業(yè)集團(tuán)化運(yùn)作，其規(guī)模效益的產(chǎn)生就是要通過不同系統(tǒng)之間和不同數(shù)據(jù)格式之間的信息共享與交換，快速反映企業(yè)經(jīng)營的方方面面，使得企業(yè)經(jīng)營對(duì)外能夠快速響應(yīng)競爭要求，提高處理突發(fā)事件的能力，對(duì)內(nèi)能夠快速調(diào)配各類資源，使得成本最低，效果最好。因此須構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心，涵蓋企業(yè)涉及的所有系統(tǒng)，以便為整個(gè)企業(yè)提供ASP服務(wù)。

3 結(jié) 語

煤礦企業(yè)的ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)，通過MES的承上啟下作用和網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)，將erp系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營決策、安全生產(chǎn)過程管理和過程控制的信息集成。

ERP的生產(chǎn)計(jì)劃通過MES的過程控制調(diào)度、安全管理等系統(tǒng)和PCS的生產(chǎn)過程、安全數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相集成，使煤礦生產(chǎn)管理現(xiàn)代化，提高生產(chǎn)效率，提供更有效的安全保障。（萬方數(shù)據(jù)）