选煤厂信息智能化网络构建基础

朱建军

(泰戈特(北京)工程技术有限公司，北京 100022)

随着科学技术的发展，煤矿生产系统与时俱进，从人工生产到机械化生产，数字化生产，再到目前的数字化、智能化与物联网技术的糅合发展，煤矿的生产方式向技术高端化、人工智能化发展。智能化技术基础的物理介质关键是网络的基本构建，构建高效、高速、稳定的基础网络架构和畅通的MIS系统、ERP系统，是支撑选煤厂数字化、智能化的先决条件。

1 选煤厂网络系统现状

目前主流选煤厂网络系统主要包含以下子系统：生产控制系统、点检系统、加药系统、重介质密度系统、光纤感温火灾报警系统、工业电视监控系统、高压后台系统、胶带秤系统、灰分检测系统、装车系统、通讯系统、智能照明系统、计算机信息管理系统等数十个分散系统。每个系统自成一体，数字化后形成独立的信息化系统或部分统一的系统，并不能完全达到互联互通，在选煤厂系统化管理中会出现信息沟通不畅，各选煤厂上传到集团公司信息化中心的数据不完善，监控各矿井生产的实时情况检测不准确，不能达到对所属单位精准化管理的目的。以下对当前选煤厂主流的子系统网络结构进行分析。

1.1 地面生产控制系统(又称工业环网系统)

该系统是矿井地面生产系统的核心。工业环网的稳定性，直接决定矿井生产任务的完成情况。煤矿环网系统是1 000 M以太网环形联网，互为备用，扩展接口是以太网接口。

生产控制系统中网络交换机是网络核心设备，设备接口为以太网，其向系统内外扩展。当然生产系统内部还有稳定的混合网络结构DeiceNet网与ControlNet网系统，以及第三方网络模块，利用Modbus协议形成完整的工业生产控制网络，通过混合网络结构与若干子系统构成整个生产控制系统。

1.2 高压供电后台监控网络系统

该子系统是供配电自动化的重要组成部分，对外接口有以太网口、RS232与RS485接口。厂区内所有的高压变电所、开闭所、配电室都配套数字化分后台站，通过光纤网络互联互通，达到配电系统无人值守的目的。各数字化站具有通讯管理机与网络交换机，在各个层面都能方便的进行数据交换与系统控制及监视。

1.3 点检系统

该子系统是选煤厂大机电维修的管理系统。由于生产系统中设备的维护保养直接影响设备的完好率与生产率，所以目前在新建选煤厂设计中，点检系统基本成为标准配置。点检系统主要包含设备的温度检测、振动检测及油脂、备件库等重点数据检测，数据实时在线传送。通过RS232/RS485接口或以太网与外部进行数据交换，WEB发布通过以太网实现数据管理。

1.4 工业电视网络系统

工业电视系统一般由摄像机、数据传输网、处理设备、显示终端组成，链接采用光纤主干网络，经解码、数据服务器，通过TCP/IP协议与信息系统软件发送图像数据。工业电视系统是对整个选煤厂现场视频监控的直观图像系统，是生产与安全系统的有力补充。通过该系统随时可以直接察看整个厂区的生产情况，随时能够发现现场问题，并可以快速确认，确保了生产系统安全正常运行。应用该系统可以减少岗位司机，生产岗位只留巡视工就能达到生产正常化，在管理上减员增效，提高生产效率。智能化选煤厂信息流互联互通，畅通无阻，使管理更上了一个台阶，提高了集团公司实时化管理水平。工业电视系统采用WEB发布，通过以太网实现数据传输、共享，满足管理的需要。

对选煤厂各分系统的接口分析表明，各子系统基本网络构架是以太网接口或者RS232/RS485接口，通讯协议以TCP/IP协议和Modbus协议为主，通过第三方软件与其中的网络系统之一进行过渡连接，糅合至所属子系统中，然后进入选煤厂生产或监控大系统。

2 选煤厂数字化、智能化物理基础网络的构建

2.1 选煤厂数字化网络向智能化网络转变的物理介质构建思路

智能化网络构建的关键思路是，首先对各子系统进行互联互通，然后数据共享，发布在大数据的云平台上；应用各种软件进行分析，把结果发布给管理人员，经过决策层后再反馈至大数据平台；通过人工设定或者根据程序设定自动与各子系统进行数据交换，自动执行反馈结果。

2.2 智能化网络平台的搭建方案

数据平台核心是链接各子系统的网络结构。为了减少重复投资，多数情况下核心数据平台是利用选煤厂计算机信息化管理综合平台。计算机信息化系统具有完整的服务器、路由器、防火墙等硬件设备，通过以太网可以方便的介入系统。路由器可以对网络进行规划；防火墙防止网络各子系统的病毒互相影响，还可以加强各系统之间的数据读写保密性，保证工业网络的稳定性。结合选煤厂网络系统的现状分析，构建智能化网络就是有效利用各子系统的对外接口，构建网络平台，通过应用软件把各子系统的数据上传到大数据平台服务器。所有数据在后台经过处理，数据平台再通过接口下载到对应的子系统中，对设备进行监控。管理流程中的输入、检查、审核、审批、下发在大数据平台上，在应用软件系统中授予不同权限进行管理。

选煤厂信息智能化系统的核心是MES生产控制系统。选煤厂信息智能化由MES生产控制系统、ERP管理系统系统与WEB发布系统组成，3个系统数据使用共同的网络设备，在大数据服务器中读写数据，达到管理实时监测、控制的目的。

3 选煤厂智能化网络软件设计

选煤厂智能化网络软件比较多，但软件构建的基础是根据各子系统的需要，结合本身软件的功能，采用统一的软件接口，使大数据平台能够从各系统读写数据。

3.1 基础层子系统软件

一般各子系统采用各厂家自带的软件进行编程、组态、调试，达到稳定的状态后，编写网络接口程序，定义数据接口与协议设定。底层物联层一般采用国际常用的十种通用的现场总线，遵循IEC61158现场总线标准。技术设计时要求各子系统的软件具有开放性、互用性、自治性、分散性、适应性，既要满足现场基础控制、计算、参数修改、报警、显示、综合自动化功能，又要兼顾计算机、数字通信、网络、系统之间、设备之间、各集成厂家之间设备互换、信息交换的综合技术。

3.2 网络传输层软件选用

数据传输层是各子系统数据整合握手，建立通信会话，处理不同系统之间的服务请求和响应。工业自动化及控制中一般采用OPC应用技术，基于S/C结构的开放接口标准与技术规范，在计算机信息管理系统的客户端，应用软件通过OPC规范读写各子系统的数据。在智能化客户端安装Windows系统软件，Microsoft做为强大的后盾，使S/C结构稳定运行，保证了智能化网络高效、快速、稳定使用。

3.3 智能化网络顶端应用层软件设计

智能化网络具有开放的体系结构、独立的平台、高度互动性、可持续发展性。选煤厂智能化网络的应用，需要在计算机信息管理系统中编写图形界面接口，把读取的数据通过多种软件处理，通过SQL数据库，在图形界面中方便操作。应用功能强大的Office办公软件进行处理，既可以与图形界面的数据动态链接，又可以给ERP系统提供数据源，为信息管理提供可靠的数据信息，给决策层快速收集信息提供有力支持，让决策层在指导生产分析、安全预测、设备维护保养、营销管理等工作中形成闭环流程。

4 选煤厂智能化网络的运行效果

最终建成的基础网络，在煤矿地面形成工业以太网、办公网以及无线传输网为一体的基础数据传输网络平台，通过软件统一的选煤厂信息化综合应用平台，所有信息接口方便接入集团信息中心，实现集团管理决策层可以远程管理多个选煤厂的目标。每个选煤厂中各个子控制系统通过智能化可有效降低现场巡视人员的劳动强度、巡检频率，原来两个人或者更多人的工作量现在一个巡检人员即可胜任；智能视频系统具备无状况不显示、轻存储的智能推送功能，使部分区域达到无人值守，且设备安全稳定运行。WEB系统使得中高层管理人员能够随时随地了解集团内各生产单位的状况，远程下达生产指令，远程指导维修设备、指导工艺调整。把数据导入ERP系统中，为决策层提供决策依据，制定适合集团发展方针策略，切实提升管理水平，同时精准化的对下属单位减员增效，节约成本，做到生产高效、产品质量稳定，完全达到客户定制化产品，柔性生产，提高企业效益。