综合自动化集成平台在设备管理中研究与应用

由远征，赵 威

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿， 山东 莱州 261442)

应用研究·黄金矿山·

综合自动化集成平台在设备管理中研究与应用

由远征，赵 威

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿， 山东 莱州 261442)

为实现自动化系统间的数据集成和信息融合，三山岛金矿在已有网络平台、各工段自动化子系统基础上，开展综合自动化集成平台系统建设。系统旨在将各个独立的自动化子系统进行集成，实现全矿生产过程集中监视、生产数据集中处理与存储、主要设备协调安排与维护检修以及各流程全局调度调控。综合自动化集成平台系统已在三山岛金矿成功应用，为整个矿山科学高效的管理提供了全面的数据支持和便捷的操控方式。

自动化； 设备监控； 集中管控； 信息融合

1 前言

随着山东黄金集团所辖各个矿区的数字化信息化建设飞速发展，三山岛金矿在建设数字矿山方面取得成效。提升、选厂、充填站等工段都实现了生产过程的自动化监控，能够对各工段主要设备运行情况进行实时监视和在线控制。但各个监控系统之间缺乏有效的协作，数据之间交换性和共享性差，只能通过调度员与各工段值班班长的电话联系来获取所需信息。信息的及时性、准确性都较难保障，成为整个数字化矿山中的瓶颈，很难实现信息的集中管理和辅助决策，并难以提供有效的数据支持。

为了能够对整个矿区生产现场全方位信息实时采集、反馈及控制，三山岛金矿搭建了综合自动化集成平台，并实现了提升系统、排水系统、污水处理系统、选厂自动化系统、充填站自动化系统、视频监控系统等的集中监控管理，使得各自动化子系统的信息得以共享，从而为矿区生产的联动指挥、各工段设备整体运行情况及维护检修提供了可靠的依据和高效的手段。

2 综合自动化集成平台建设内容

2.1 矿山自动化系统现状及存在问题

三山岛金矿的数字矿山建设，尤其是自动控制系统建设已取得了阶段性的建设成果，对于加强各独立生产系统的安全生产管理水平起到了重要的作用。随着各系统陆续投入运行，已建设完成的各系统着眼于解决某一生产环节的自动化管控问题，存在一定管理分散、权限自控、数据独立、技术各异、架构自成体系等特点，一方面不利于整个矿山的调度指挥和紧急预案的制定，另一方面，数据共享也存在一定的困难，而集成平台的建设即是为了解决这些问题。

系统建设的总体目标是搭建自动控制集成平台，通过生产过程的集成化数据采集服务、实时/历史数据库的存储服务、一体化的人机界面等的综合应用，形成集数据采集、通信、处理、控制、协调、智能判断、图文显示为一体的综合数据应用软件系统，最终实现生产过程的集成化监控、一体化展示、标准化存储和智能化调度的目的。

2.2 系统整体框架

系统以IBM服务器作为基础，组建数据采集、存储、发布等功能的硬件平台；以Wonderware System Platform(Wonderware系统平台，简称WSP)作为开发平台软件，开发实施整体的系统功能。

综合自动化集成平台架构设计如图1所示，集成平台系统以数据采集服务器与各个自动化子系统之间的通讯为基础，采集各个子系统的实时数据并存储于历史服务器，一方面为平台提供生产监控、管理报表的基础数据，另一方面为企业 MES、ERP等上层管理系统提供统一的数据接口；以应用服务器为基础搭载系统功能，实现HMI部署、综合监视、联动控制等功能。

图1 系统架构图

根据现场需要集成的自动化子系统较多，通讯数据量大，为满足系统稳定性、数据可靠性、传输无堵塞等，系统的关键环节采用冗余设计，集成平台系统网络结构如图2所示。其中，数据采集服务器和应用服务器均采用热备冗余配置，保证系统运行稳定可靠；服务器和工作站连接的网络采用冗余结构，保证数据交换速度和可靠性。

图2 系统网络图

2.3 系统建设实施过程

整个综合自动化集成平台项目分为两部分实施，分别为综合自动化集成平台项目及综合自动化集成平台延续项目。两部分虽涉及的子系统内容有所不同，但项目实施过程中的整体思路及步骤是基本相同的。

(1)确定子系统接入方式。①变配电系统：变配电系统由直属矿区配电自动化系统、新立35kV变配电自动化系统、新立-600m配电自动化系统等3个系统构成。系统管理机采用IEC104规约。接入方式：变配电系统已接入工业环网，可通过IEC104规约介入系统平台。②充填自动化子系统、8 000t/d选厂自动化子系统：该系统均为GE PLC、Wonderware HMI结构，共涉及4个PLC CPU站，10余个PLC IO站。接入方式：利用上述两系统Wonderware HMI以及本系统WSP平台特性，以从HMI GE 驱动读取数据为主，从PLC直接读取数据作为备用，集成平台采用一用一备的方式获取子系统数据。

(2)工厂设备建模。根据各工厂不同设备的特性，逐类进行设备建模，并分配各设备所属工段等属性，建立工厂模型。

(3)流程画面绘制。根据各工厂工艺流程，按照实际情况绘制流程画面，为用户提供简明便捷的监控界面。

(4)其他相关子系统信号。发挥本系统优势，将2个以上不同子系统的相关信息进行整合并集中展示，便于集中监控不同工厂相关的生产指标及设备运行情况，提高信息利用效率。

(5)系统部署实施。综合自动化集成平台系统投入使用。

3 综合自动化集成平台功能框架

3.1 系统功能体系

此系统是三山岛金矿数字矿山规划中的一项建设内容，集数据通信、处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体、面向生产现场实现集中管理、分散控制调度指挥模式的集控系统。该平台为各个自动化系统搭建了一个统一的软件监控平台，各自动化系统在此平台上通过人机界面可实时监测设备状态，并可对各自动化系统进行监控，对生产现场全方位信息进行实时采集、反馈，构建高灵敏度的生产联动指挥系统。各子系统具体内容如下。

(1)提升自动化系统。矿井提升机作为采矿行业的大型机电设备，担负着提升矿石、下放材料、升降人员和设备的重要任务，提升机运行的安全可靠状况直接影响矿井生产人员的生命安全和矿井的生产能力。

鉴于矿井提升机在矿山生产的重要作用，对矿井提升工况监测主要有：提升运行状态的监测；液压制动系统的监测；电动机及传动部分的监测等。

三山岛金矿提升自动化系统由4个子系统组成：直属混合井提升自动化系统、新立主井提升自动化系统、新立副井提升自动化系统、新立措施井提升自动化系统，4个系统已通过工业环网接入调度中心。综合自动化集成平台提升自动化系统实现在线远程监视的功能。

实现功能包括：①提供监控系统组态画面，动态显示提升速度变化情况，及其它主要参数的变化情况；②主要设备的参数显示油压、电流、提升速度等；③实时记录报警信息，提示采取相应的处理措施，确保生产安全；④查询关键参数的历史曲线，统计数据报表等功能；⑤结合提升机当前运行状况，在画面右下角视频控件中显示相应位置的视频监控信号以便直观了解现场情况。

(2)井下排水自动化系统。在矿山生产中担负着将井下积水排出的重要任务，是矿井安全生产的保障。

井下排水自动化系统包括：直属-435m排水自动化系统、新立-600m排水自动化系统两个子系统，该两个系统已通过工业环网接入调度中心。

实现功能包含：①实时监测水泵电流、电机温度、流量压力、启停信号状态等重要数据；②根据条件远程控制水泵启停操作；③根据报警条件对系统中的数据进行报警设置，实时实现报警信息；④排水系统生产报表的显示；⑤结合排水系统当前水泵工作情况，在画面右下角视频控件中显示相应位置的视频监控信号以便直观了解现场情况。

(3)变配电系统。是各生产环节设备运行的能量来源，其在全矿的地位非常重要。

变配电系统由直属35kV变配电自动化系统、新立35kV变配电自动化系统、新立-600m配电自动化系统、坑口配电自动化系统、-435m配电自动化系统，共5个子系统构成，变配电自动化系统已通过工业环网接入调度中心。

(4)污水处理自动化系统。由三级处理间主站、生活区污水泵房子站、机电车间泵房子站、西山矿区水池子站等部分组成。

(5)地磅监控称重管理系统。地磅管理系统是由直属、新立、平里店、仓上等4个地磅组成，采用SQL SERVER数据库软件。目前直属、新立、平里店3个地磅已集成到调度中心的地磅管理系统，实现了对地磅控制、视频监控等功能。

(6)视频监控系统。采用海康威视I- WMS5000平台，系统包含中心服务模块、存储服务模块、流媒体转发模块、电视墙服务模块、客户端模块等5个模块，目前安装在科技楼机房。视频信号通过工业环网传输，已接入调度中心。

3.2 业务协同与数据融合

(1)系统联动。作为综合自动化集成平台，不仅将各子系统集成到统一的平台下，而且对子系统的数据、控制进行整合，将原本被各自系统隔离开的信息集中在一起，挖掘其内在联系，以最适合的方式呈现给管理者。

系统联动提高了集成平台的自动化与智能化，不仅能在某个子系统进行，而且能够在各个子系统之间进行。视频信号是人获取信息最直接的途径，但独立的视频平台不能完全发挥快速定位的功能，必须要与过程数据相结合。本系统实现视频信号与过程数据结合，从而快速定位需要观察的视频内容：在设备开车时可将相应的工业电视图像切换到启动画面上，便于观察，实现对系统联动；在发生异常的第一时间将相应的视频图像推出，帮助用户判断故障原因，提高解决问题的速度。

(2)生产数据传输。生产数据传输是将综合自动化平台中的各个生产系统中的历史数据通过一定的规则转换和数据处理，使之符合生产管理系统的需要，并写入生产管理系统的数据库中，使得数据资源可以被有效利用。

生产数据传输软件可以将各类生产系统的数据传输到生产管理系统的数据库中。生产数据传输软件一方面将各类生产系统数据进行格式上的转换，符合生产管理系统的需要。另一方面，软件提供了数据传输的管理控制功能。

4 系统建设技术特点

(1)设计的先进性和扩展性。项目采用了最优的设计方案，选用了当前国际主流产品Wonderware平台，能够根据需要设计变更系统显示界面,且具有丰富多样的接口与优良的兼容性，平台内置接口驱动程序，可以集成主流厂商的OPC、MODBUS、ODBC、IEC规约、TCP、串口、拨号网络、GPRS、卫星网等多种连接方驱动。同时，集成数字视频平台的投影、回放、监控等功能以及语音通信系统，并且开放接口，便于矿山信息化系统的二次功能扩展，极大降低安全标准化应用的设计、创建、实施和维护成本，保障系统的先进性和扩展性。

(2)高效连续运转能力及容错功能。通过综合自动化集成平台的建设实现了生产的信息化，促进全矿的管理信息化，多个服务器并行与容错配置，系统反应速度快且稳定。此外，具有良好的故障自恢复能力，通讯故障及其它异常情况能够自动恢复正常并修复所出现的数据错误。

(3)保障系统的安全性。作为全矿的生产管控平台，首先要保证的是人员、设备、生产安全，由于涉及的子系统多，任何一个小的错误指令都有可能造成严重的连锁反应，导致生产紊乱甚至事故，所以该系统平台将安全性放在首位。主要有两个方面：一是数据安全，通过采用高性能服务器、分布式存储和冗余式设计提高数据获取和存储的可靠性；二是操作安全，即平台用户仅能控制其权限范围内的内容，从软件上保证不出现越权操作的问题。

(4)灵活高效的系统综合联动。大量的安全生产监测数据是管理信息化的基础，通过对监测数据进行转换、整理、挖掘，管理系统对全矿的安全生产状况进行综合性动态分析，为企业管理人员科学决策提供依据。综合自动化平台建设使各个系统有机集成在一个统一的平台下，各子系统之间能够实现自动联动功能，加强企业内部协作与通信，提高生产和管理效率，增强企业的市场竞争力，使企业的生产管理信息化进程跨上一个新台阶，实现对网络的集中管理，对网络上的各种设备进行监控和处理，能够有效实现生产、安全、设备管理和综合查询等功能，使其成为一个综合性的生产管理信息网络。

5 结语

作为三山岛金矿数字化矿山建设中的重要内容，综合自动化集成平台系统实施以来产生了很大的经济效益。主要体现在该系统对生产现场全方位信息实时采集、反馈及控制，构建高灵敏度的生产联动指挥。在此基础上可对生产信息进行分析统计，从而为生产安排、各子系统间工作任务调配提供依据，从而实现矿山生产的高效管理。系统充分考虑了矿山的生产流程长、相对独立的子系统多，且子系统多样性的特点，选择了兼容性好、接口丰富、HMI功能强大的软件产品和处理能力强、可靠性高的硬件设备，为系统日后集成其他子系统提供便捷条件，更为全矿设备规范管理奠定了基础。

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[4] 贾明涛.基于B/S模式矿山管理信息系统构建技术[J].云南冶金,2004,(2).

Study and application of integrated automation platform in equipment management

In order to realize data integration and information fusion of automation system, in Sanshandao Gold Mine the integrated automation platform was built based on the existing network platform and the process automation subsystem. The system aimed at integrating the various independent automation subsystems and realizing the centralized monitoring, data processing and storage, major equipment coordination arrangement and maintenance and the process global scheduling control of the whole production process. The integrated automation platform was testified by its application in Sanshandao Gold Mine, which provided comprehensive data support and convenient mode of operation for mine scientific and efficient management.

automation; equipment monitoring; centralized control; information fusion

TD672

B

2017-02-08

由远征(1970-)，男，山东莱州人，机械技术员，从事矿山机械设备管理工作。

1672-609X(2017)03-0037-04