智慧选煤厂建设探索

孙延峰++勇辉

摘 要：针对当前煤炭企业面临的困境，提出不断提升选煤厂的核心竞争力、构建智慧选煤厂是选煤企业求得生存与发展的关键，通过提高选煤厂设备自动化程度，对设备工况、运行数据、视频图像等实时资料实现采集、传输，对选煤厂各个环节的各种信息实现统一管理、分析和数据反馈，充分利用智慧基础设施平台、智慧生产管控平台、智慧综合信息平台收集到的相关信息建立数据仓库，通过信息挖掘、信息融合、故障诊断、辅助决策等进行智慧决策支持平台建设，从而实现全厂的数据采集、生产调度、决策指挥的智慧化，最终建成智慧化的选煤厂。

关键词：智慧选煤厂；生产自动化；管理信息化；办公移动化；决策智慧化

中图分类号：TD94 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0041-04

党的十八大指出：“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路，推动信息化和工业化深度融合、工业化和城镇化良性互动、城镇化和农业现代化相互协调，促进‘四化同步发展”。解决上述问题的关键就是基于智慧工厂技术建立集成的生产过程自动化系统、安全和生产技术综合信息管理系统，实现企业的现代化和信息化管理。

随着煤炭企业生产自动化、管理信息化的实施和应用，为了提高生产效率、节省岗位用工、管理流程无纸化、达到节能降耗的目的，需要全面建设生产自动化和安全生产经营信息化为核心的智慧工厂，最终将选煤厂建设成为基础设施标准化、生产自动化、管理信息化、办公移动化、决策智慧化的现代化企业，成为煤炭企业智慧工厂的示范型企业。

关于智慧工厂的需求一般认为主要有以下几个方面：一是智慧工厂建设是采用三维数字化设计和仿真技术，实现产品研发设计的效率和质量；二是智慧工厂建设是采用工业机器人、高端数控机床、PLC等智慧制造设备，提高制造装备的自动化和智慧化水平；三是智慧工厂建设是把传感器、处理器、通信模块融入产品中，实现产品的可追溯、可识别、可定位；四是智慧工厂建设是构建基于互联网的C2B模式，实现产品个性化自主设计，满足消费者个性化定制需求等等。这些对智慧工厂的认知主要集中在产品、装备、生产、管理、服务等某个方面以及研发设计、生产制造、售后服务等某个环节的智慧化改造，全面性和系统性较为不足。而基于对智慧工厂的不同认知，行业之间建设水平分化差距较大。

通过提高选煤厂设备自动化程度，对设备工况、运行数据、视频图像等实时资料实现智慧采集、传输，将选煤厂生产运行情况信息化[1-2]，对选煤厂各个环节的各种信息实现统一管理、分析，数据反馈，最终将选煤厂建设成为基础设施标准化、生产自动化、管理信息化、办公移动化、决策智慧化的现代化企业，成为大型煤炭企业智慧工厂的示范型企业。

1 总体设计

1.1 智慧工厂系统结构

选煤厂智慧工厂结构见图1。

选煤厂智慧化建设可划分为四个智慧平台：智慧基础设施平台、智慧生产管控平台、智慧综合信息平台、智慧决策支持平台，系统实施采用统一规划、分期建设的方法。

系统实现生产过程实时控制、企业资源实时管理、信息实时处理，对安全生产管理工作提供强有力的支撑。为达到岗位无人化、少人化的目标，必须加快智慧工厂技术研发和推广，提高劳动生产率、减少作业人员[3]。借助实时联动分析系统、专家决策支持系统、安全生产紧急预案与调度指挥决策等系统提高安全生产管理水平，全面实现生产自动化、管理信息化，辅助决策智慧化，以达成智慧工厂的全景目标。

1.2 智慧基础设施平台

智慧基础设施平台采用先进的信息办公网络、无线网络传输、工业控制网、数据中心、智慧调度室等技术奠定基础，打造安全生产、经营管理的各个环节以实现管控的数字化、自动化、可视化、流程化，目标是建立高速畅通的信息通道。

1.2.1 无线安全接入

随着选煤厂信息化建设和国家信息化工程的发展，办公信息化逐渐实现，企业BYOD需求激增，更多的企业采用无线网络接入自己的内部业务和办公系统。受无线网络局限性影响，其安全问题日益凸显，亟待建立健全安全接入机制，保障客户业务系统免受黑客攻击。

1.2.2 企业上网行为管理

企业员工可以通过WIFI进行资料查找、内部办公、沟通交流、业务咨询、外发机密文件等，亟需实现员工上网行为的管理、带宽的管控并保证员工上网安全，保证员工的办公效率和避免企业网络资源浪费，防止企业机密数据泄密和员工通过互联网从事非法交易活动。

1.2.3 网络工控安全

智慧工厂是自动化与信息化高度融合的综合工程，为保证生产过程自动化安全可靠及办公人员访问生产系统查询数据的高效便捷，必须采取有效措施对整个企业的工业网和办公网进行安全控制，避免由于病毒、木馬、蠕虫等感染造成的系统瘫痪风险，并有效规避由于人员误操作造成的网络故障。

对智慧工厂的网络进行工厂类别划分，按照用途分为工业网和办公网。将生产控制用的计算机、服务器及智慧硬件划分到工业网内；将地面管理人员查询数据及日常办公用的计算机接入到办公网内。办公网与工业网边界架设工业网闸，保证工业网与办公网数据的物理隔离。然后通过访问控制策略进行服务器的安全防护，保证服务器不被非法访问及网络入侵。

1.3 智慧生产管控平台

由于生产集中控制系统需要进一步完善，在子系统完善过程中，此次智慧生产管控平台建设的内容主要将工厂内的各个控制系统及各工业现场的视频监控汇聚到管控平台，充分考虑了子系统的接入与整合，达到了节省投资、资源共享的目的，提高了系统效能，并可与信息管理网实现无缝对接，实现从生产自动化向管理信息化提供可靠的生产数据的初衷。

1.3.1 集成生产过程数据

生产自动化系统具有高效、可靠、高度集成化、智慧化的特点，该一体化监控软件平台集数据通信、采集、处理、控制、协调、综合智慧判断、图文显示为一体，是综合数据应用软件系统，能在各种情况下迅速、准确、可靠地做出反应，及时处理、协调各系统工作，达到实时监控、合理监控的目的[4]。这些系统目前为孤立系统，没有集成在一个监控平台下，数据库各自独立，界面无整体规划，数据也没有得到充分应用。endprint

从以上系统中提取生产运行工况数据和能耗数据，形成生产工况监视、能源消耗统计、成本数据来源；规划统一直观、便于使用的人机界面系统，在设备监控画面中同时监视相关系统的组态画面，并具备通过一机三（多）屏技术，同时监视视频、GIS监控画面。

1.3.2 新建生产支持系统

新建生产支持系统如表1。

1.4 智慧综合信息平台

管理信息化建设的内容是建立具有统一接入、统一认证、统一权限、统一编码规则、统一服务调用、支持单点登陆的信息化管理平台。在统一信息化管理平台和一体化监控平台的基础上，结合集团级应用系统与选煤厂的实际信息化需求，打造涵盖安全、生产、经营、保障等各方面，实时、专业的安全生产经营管理系统和安全生产辅助决策支持系统。在创新方面，大力建设智慧工厂、智慧化实验室等延伸应用，对数据进行最大可能的综合利用；在云平台的基础上，打造移动办公、移动智慧工厂应用，保证信息在部门与部门之间、生产单位与管理部门之间的共享与传递。

1.5 智慧决策支持平台

智慧工厂不仅体现在做好生产自动化和管理信息化的各个子系统上，还更多的体现在各子系统的良好运行、数据共享、协同工作、联动反应、移动化应用和管理等方面。智慧工厂要在三维形象展示的基础上，实现各部门、各系统协同工作；对自动化、信息化各类系统综合利用，数据加以分析，进行移动信息化建设，通过移动信息平台来提升选煤厂总体信息化水平，达到智慧选煤厂的效果。

2 智慧选煤厂平台建设

将各智慧控制子系统集成到自动化集成平台中，充分利用智慧基础设施平台、智慧生产管控平台、智慧综合信息平台收集到的相关信息建立数据仓库，通过信息挖掘、信息融合、故障诊断、辅助决策等进行智慧决策支持平台建设，从而实现全厂的数据采集、生产调度、决策指挥的智慧化[5]。

2.1 移动应用

通过集团级的统一网络出口，搭建面向公司管理决策层的网络服务决策平台，利用移动终端对信息掌控的及时性和精简性需求，实现选煤厂安全生产、监测监控信息移动化。系统采用分层架构的水平化业务支撑框架以提升移动通信网融合环境下的多业务接入能力。平台可以分为应用接入及协议适配子系统、能力接入及协议适配子系统、业务支撑管理子系统、系统后台管理子系统及展现系统五个子系统。

通过以上五个子系统的协同工作，移动信息平台可以提供网络能力接入、应用能力接入、终端服务展示及服务过程控制，同时为集团级应用无线业务提供业务管理及系统管理工具。

2.2 3D数字工厂

三维可视化实现基于C/S和B/S架构的专业应用系统。除了基本的编辑、控制和可视化功能，还提供面向生产、机电、安全监测、通讯、工业自动化等专业应用的可视化功能。用三维技术全面构建各专业子系统仿真模拟系统，实现全厂设备“监测、控制、管理”的一体化，最终实现基于三维GIS平台的网络化、分布式综合管理系统，为安全生产管理提供保障。

2.3 安全生产辅助决策支持系统

安全生产辅助决策支持系统以云计算、物联网、数据挖掘技术为支撑，以行业级、集团级、厂级制定的各类安全生产规程、规范为知识依据，结合生产自动化、安全生产日常获取的动态数据和历史数据，基于动态三维地质模型和虚拟工厂平台，对安全生产的各类信息进行展示、分析、推理，挖掘历史数据中蕴含的模式和知识，诊断并概括现势安全状态，预测未来安全形势，实现安全生产的动态诊断和辅助决策。

2.4 核心设备在线监控与故障预警系统

目前大部分选煤厂的在线监控系统是为选煤厂的控制服务，在一定程度上并不能满足设备在线监控以及衰退评估的需求。于此同时，对于非核心设备，例如泵组，阀门，管道等大部分选煤厂还不具备在线监控设备，需要维护人员使用手持式设备进行点检。这就造成就整个选煤厂而言不具备统一的集成数据采集和管理平台。如图2所示。

目前选煤厂的在线监控设备数量很多，但是由于缺乏专业的数据分析人员和易用的数据分析模型，大部分选煤厂所采集的数据均未经过分析或只经过简单的分析就会变成“冷数据”存储，不能发掘和利用所采集数据的最大价值。目前的设备在线监控与故障预警平台主要针对两类设备：（1）数据状况良好需要更精准模型；（2）数据质量不好但是可以加装传感器或其他采集设备。最终实现针对每一种核心设备开发出相应的垂直领域分析算法及模型，并将所有的模型固化于集成化数据采集与管理平台。

3 结语

选煤厂生產的安全高效，只有通过信息化管理手段，实现设备自动化程度提高，对选煤厂各个环节的各种信息实现统一管理、分析和数据反馈。在生产设备自动化、环境监测技术等应用的基础上，实现面向生产现场的远程、实时、高效管理。将各智慧控制子系统集成到自动化集成平台中，充分利用智慧基础设施平台、智慧生产管控平台、智慧综合信息平台收集到的相关信息建立数据仓库，通过信息挖掘、信息融合、故障诊断、辅助决策等进行智慧决策支持平台建设，通过对选煤厂管控信息平台技术的应用，实现全厂的数据采集、生产调度、决策指挥的智慧化，最终建成智能化的选煤厂，为整个煤炭行业智慧选煤厂的建设提供依据。

参考文献

[1]张振，陆小兵.智能化选煤厂架构探讨[J].煤炭加工与综合利用，2014，9：57-59.

[2]高慧玲，吴浩然，龚淑芳.智能化设备管理系统在新庄选煤厂的研究与应用[J].企业技术开发：中旬刊，2015，6：40-41.

[3]刘克颜，吴茂晗.选煤厂智能视频监控系统设计[J].煤炭加工与综合利用，2017，3：6-7.

[4]宋吉斌.选煤厂控制自动化技术分析[J].工程技术（全文版），2016，5（48）：227-227.

[5]任杰，肖卫雄.选煤厂自动化集成平台的设计[J].工矿自动化，2011，3：95-97.endprint