选煤厂三维演示及控制系统在张家峁选煤厂的应用

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(1.陕煤神木张家峁矿业有限公司，陕西 榆林 719205；2.中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司，北京 100120)

近年来选煤厂自动化控制程度越来越高，典型的生产工艺子系统均可利用PLC控制系统实现系统内的自动化控制，实现设备的无人值守，不仅有效提升了设备的生产效率，也降低了企业的运营成本[1-3]。但国内选煤厂多采用“打补丁”的系统升级方案，极易造成多个控制系统间的不兼容和控制体系的混乱等问题。

三维信息化系统是近年来快速发展的一门新技术，它将计算机图形处理技术与设备的全生命周期管理系统、视频动态监控系统、自动化控制系统、互联网通信技术和动态诊断系统有效整合，有效提升管理系统的集约化和标准化程度[4-7]。为了提升选煤厂自动化程度，优化现有控制方案，张家峁选煤厂引进了北京华宇工程有限公司研发的基于三维模型的选煤厂三维控制及演示系统。

选煤厂三维控制及演示系统主要包含以下几个模块：选煤厂展示系统、选煤厂自动化控制系统、选煤厂自动巡检系统、仓储管理系统和自动配煤系统等。

1 选煤厂展示系统

选煤厂展示系统主要包含工业厂区展示系统和选煤厂工艺展示系统，其中工业厂区展示系统主要展示了张家峁选煤厂整个工业广场的布局和主要建筑物；选煤厂工艺展示系统主要展示了张家峁选煤厂的整个煤炭洗选过程和主要的产品线的生产工艺和煤流方向等情况。

1.1 工业厂区展示系统

工业厂区展示系统的三维模型采用了目前先进的工业级实景建模技术，实现了张家峁选煤厂厘米级数字化模型的快速生成。系统添加了漫游浏览模式和飞行浏览模式两种交互漫游方式，便于模型的快速浏览和提升用户的交互体验。张家峁工业厂区展示系统添加了主要建筑物的名称和简介，用户可以在漫游的过程中通过简单的交互方式识别每一个建筑物。其主要界面如图1所示。

图1 选煤厂工艺广场实景模型展示

1.2 工艺展示系统

选煤厂工艺展示系统主要采用了1∶1的设备图纸三维建模技术，设备模型及工艺摆放位置均直接采用设计院工程设计图纸，有效的保证了工艺流程的准确性。工艺展示系统采用了全交互操作模式，用户可以多角度、多级度的观察任意设备的细节状况。选煤厂工艺展示系统提供了煤流模拟功能，不仅展示了整个选煤厂的煤流处理工艺，为用户提供了直观的工艺展示方法，更通过煤流的颜色和煤炭颗粒的变化有效的展示了设备的处理效果[8]。

选煤厂工艺展示系统还增加了主要选煤工艺展示功能，用户可以选择任意一个生产工艺，系统将自动移动视角并配合煤流变化和文字解说展示当前工艺所用设备及设备的主要作用，并通过煤流变化形象展示设备的处理效果。其主要界面如图2所示。

图2 选煤厂设备信息展示图

2 选煤厂自动化控制系统

选煤厂自动化控制系统主要集成了现有的压滤控制系统、重介质控制系统以及带式运输机控制系统等多个系统的控制功能。为了便于控制人员更好的了解和掌握设备的实时工作状态和属性信息，系统集成了设备的全生命周期信息系统和生产实时摄像头流媒体服务器系统。其主要集成功能如下：

2.1 设备信息展示系统

有别于传统的选煤厂二维控制系统，选煤厂三维设备模型不再是单独的模型符号，更聚合设备的所有设计信息、厂家固有信息和实时生产信息。用户可以通过简单的操作查看设备的各项属性。信息展示系统是一个动态变化的系统，其通过数据接口与生产企业的设备库存管理系统和设备日常维护管理系统进行数据交换，便于企业管理和设备故障排除。 其中设备的信息展示界面如图3所示。

图3 设备信息展示

2.2 设备控制系统

选煤厂3D控制系统主要提供了选煤厂内设备的主要控制功能，主要包含两个部分：系统控制模块和设备控制模块。

系统控制模块主要包含原煤准备系统控制和选煤厂系统控制，通过连锁控制方式可实现设备的一键起车和一键停车功能。为了更好的观察设备的状态变化，系统可实现与集控电视墙联动，当设备启动时，现场监控屏幕可自动切换至当前设备。

设备控制模块提供了单个设备的全部控制功能，其中包含设备的联解锁，集控就地，启动关闭以及复位等功能。其中当用户单击设备控制模块时，系统自动获取设备的运行状态和现有控制状态，并自动调整控制框的相关控制模块状态，便于控制人员迅速了解设备现有运行状态。当设备模块被激活时，系统自动介入现场的高清监控摄像头，控制人员可以快速通过监控摄像头了解现场的实际状态，有效提升集控效率，如图4所示。

图4 设备控制模块

3 选煤厂自动巡视系统

选煤厂自动巡检系统主要用于选煤厂集控人员按照日常巡视路线对设备进行远程巡视。选煤厂自动巡视系统主要采用1∶1的三维模型真实还原选煤厂车间的真实情况，利用选煤厂自动化控制系统和现场高清摄像头实现设备的巡视。

当启动自动巡视时，系统自动推送设备的摄像头信息、设备的状态信息及生产数据快速判断设备的运行状态。控制人员可以根据以上信息快速掌握设备的实际状态，系统自动比对当前生产数据与内置数据，当发现设备存在异常数据时系统自动发出警报并暂停设备巡检；如果设备不存在异常数据，将自动进行下一设备的巡视。其主要界面如图5所示。

图5 选煤厂自动巡视系统

4 仓储管理及自动系统

仓储管理系统主要用于检测煤仓的仓位情况和指标预警。仓储变化主要通过动态加载煤仓实时变化数据，检测仓储情况。当仓储达到预设上限时，系统自动发出警报提醒控制人员。指标预警功能主要是指系统能够检测煤仓内的温度、甲烷含量和一氧化碳含量等指标，并对上述数据进行实时监测。如图6所示。

自动配煤系统是张家峁选煤厂的主要生产控制系统，三维控制系统将自动配煤系统数据进行集成，可自动更新用户需求和配煤方案，还能自动获取给煤机的动态频率，并监控对应皮带秤参数当误差超过响应值时，系统自动报警。

5 总结和展望

张家峁选煤厂引进三维展示及控制系统是对选煤厂BIM模型综合利用的一次尝试，不仅验证了BIM模型在选煤厂运维管理阶段的实际用途，更解决了以往多个控制系统不能兼容的问题，提升了张家峁选煤厂的整体信息化水平。目前张家峁选煤厂三维展示及控制系统已接入企业云系统[9，10]，员工可以在任意时间、任意终端设备接入系统，完成对选煤厂的监视和设备的远程诊断，有效降低沟通成本、提升工作效率。

BIM模型的巨大优势在于其良好的数据兼容性和可视化直观性。良好的数据兼容性让BIM模型成为一个集成平台基础，将现场设备的大量控制系统和运维资料整合，构建成一个统一平台让多个系统协调工作；良好的可视化直观性，突破了以往的各种资料堆积，立体有效的利用展示空间，加载和展示更多资源。

选煤厂的三维展示及控制系统的实施对选煤厂的管理水平和原有信息化水平具有较高要求，通过三维展示及控制系统可有效梳理选煤厂目前管理流程，提升选煤厂的标准化管理程度，随着煤炭产业发展，选煤厂管理必将进入精细化管理阶段，选煤厂三维控制系统及对应的企业管理流程必将更将获得更大的发展。