准能数字矿山生产调度综合监控系统

张希武

（国家能源集团准能集团公司生产指挥中心，内蒙古鄂尔多斯 010300）

准能集团所管辖的2 座露天煤矿有边坡稳定性监测系统、煤质分析系统、智能矿山管理系统等19个监测系统和15 个生产应用系统。系统之间大都相互独立，数据不互通、互不共享，没有深度挖掘分析，尤其底层信息采集设备不同、数据运算标准不一等原因，原始数据存在差异较大，未实现互联互通。受工业4.0 和中国制造2025 战略的指引下，深入推进“信息化和工业化”的高层次的深度融合，以降本增效为目的，以先进的技术、设计理念和管理思想为指导，构建了准能数字矿山总体应用架构，追求可持续发展模式[1]。因此，需要设计1 套基于综合监控，高度集中生产、安全、人员、通讯、图文、调度指挥、预警等功能于一体的生产调度综合监控平台软件。

1 系统规划

1.1 系统应用范围

1）系统集成。系统内规划集成了露天矿卡调系统、选煤厂生产集控系统、设备在线监测系统、矸电监测系统、铁路tmis 等子系统，把不同格式的数据转化成统一的测点格式，公司及两矿分别设计建立一张综览图、20 张单块业务集中综览图。

2）建立一张综览监控平台。在多系统集成的基础上，实现信息融合，通过空间信息联动和业务属性联动，根据生产状况，各生产单位实际生产数据动态信息自然、透明、综合的呈现在综览图上，设计绿色-生产、黄色-停产、灰色-数据中断等可变颜色可变动的动画图标，设计以柱状动画、注记动画的动画图标形式展示各矿原煤、产品、矸石的仓储实时料位、实时储量，若发现数据动态异常，可直接一张图上操作进入相关单位的子系统，详细的深入了解生产遇到问题，或可直接进入监控系统看到现场实时画面，及时掌握生产运行状态，做出正确的煤炭运营决策。

3）建立综合视频监控平台。通过硬盘录像机接入黑矿、哈矿、选煤厂、矸电等公司所属各单位的全部1 339 路监控视频，设计分屏集成显示的软件，建立在综合监控系统的一张综览图平台内。

4）预报警。规划把露天煤矿设备的报警信息以不同的报警分级和分类实时显示，重要告警以文字、声音形式通过短信的方式发给各当班调度及负责人员，分级报警；规划选煤厂以设备故障报警分为6级，在报警列表以颜色区分报警级别，报警级别越高，颜色越深。

1.2 系统业务架构

把矿山“采、掘、机、运、通、安监、人员、设备设施、通讯、视频、应急”及洗煤、发电、煤化工乃至铁路、港口等相关信息集中到1 个监控调度指挥平台，建立安全，生产、指挥三大要素的协调与统一。为公司生产指挥中心实时掌握各二级生产单位的生产情况，更好更快捷的协调相关单位之间的工作，减少错误信息的发生，业务架构图如图1。

图1 业务架构图

1.3 系统技术架构

系统集成展示各子系统的已融合生产实时信息，并且预留为子系统扩展提供接口。系统应用CAD图形，针对生产指挥调度业务，消除各子系统及其系统逻辑，高度融合各子系统的功能，实现全方位的系统联动，总揽全局。

1）系统联动。系统将生产有关的各类传感器的数据和资料和视频、人员、通讯、设备的信息抽取出来，根据数据的业务关系和信息的空间位置，分类聚合，联动展示。平台支持单机多屏、单页面多个内容方式展示，同步自动切换，多屏联动。实现同步管理和发布调度指挥相关矿图、文档、预案、通讯录等信息，可在线浏览图文资料，实现图文联动。

2）联动视频。系统可以同意接入、统一发布工业视频和安防视频，可叠加监控、人员信息，并为整个系统提供灵活的视频调用接口。

3）实时报警。负责根据测点信息以及用户配置的报警信息等，对实时数据进行监测，当收到超限、超量程、状态异常等符合报警条件的数据时，或者发现数据传输中断，或者符合用户配置的报警条件等时，报警监测系统及时产生报警，并能通过数据推送模块将报警发送到关注该报警的上层业务[3]。

完善基础建设，促进生态发展是落实智慧城市的重要工作，由于城乡规划工作涉及面积较广，人口和社会结构的复杂性导致部分区域的基础设备和公共设施缺失，智慧城市背景下，既要重视该区域的基础设备与公共设施的完善，还要注重绿色生态，提高目标区域的宜居性。做好该工作需从以下几点着手：

4）数据服务。实时数据服务平台包括数据采集、数据传输、数据加工、逻辑处理单元、报警监测、测点信息管理、实时数据管理、数据存储、数据推送、接口管理等模块。

数据采集负责将各个生产子系统的数据接入，需要处理各种类型子系统的不同接口，从这些接口实时获取数据。并将数据转发给数据服务。数据推送根据业务请求，对实时数据进行筛选、分类，形成推送数据表格，经过逻辑运算，确保准确之后，将表格通过各种业务层接口发送给个人应用平台。

2 系统功能展示

准能生产调度综合监控系统投入应用之后，经过540 d 的现场实施，系统整顿、数据校验、系统扩张改进共60 项，使系统功能进一步完善，满足业务人员的生产需要。

2.1 一张综览图展示

一张综览图公司层面涵盖露天采矿、洗选、装车、铁路运输、仓储、发电、生产辅助，在图形可视化综合监测的基础上，接入视频，通讯和相关图文，实现信息联动展示和一站式操作；通过对象空间关系和业务逻辑关系抽取关联的各类信息到统一的用户界面进行操作，实现了多系统联动的一站式操作，实现了可视化的综合监测，实时监测全公司生产运行状态，动画图标充分发挥1+1＞2 的作用[4]。

矿层面涵盖岩土剥离、煤炭开采的年、月、日生产计划，生产日产量完成量及年、月进度情况，采矿设备与维修以及设备的动用状态，破碎站运行状况及输煤小时量，选煤装车完成量与铁路外运的计划兑现等数据和信息集成在一起，采集到的数据归入到数据仓库[5]，及时统计分析实时反映整个产业链的日生产情况，实现可视化的综合监测。主要以柱状的形式展示各矿原煤和剥离日计划完成情况，原煤系统和剥离系统24 h 的分时产量，所属破碎站的小时原煤量和破碎能力等。以实时动画的形式展示电铲、卡车、钻机、辅助设备在采剥平面图上的位置及设备状态。

2.2 选煤煤流图

把原煤用卡车从坑底下拉运倒入破碎站之后，经过带式输送机至原煤仓存储。经过的洗选及排矸石等加工处理后，生产出不同热值范围内的产品存入对应的产品仓；根据客户需求，匹配不同热值或粒度的产品煤形成商品煤装入列车。商品煤的生产过程及装车站整个流程、煤仓储量、设备实时状态等全部过程使用旋转及变色动画展示。

2.3 报警联动

一级和二级重要报警会自动弹出联动面板，并自动打开报警设备附近的摄像头。通过联动面板而可以查看报警设备附近的设备、附近值班室的值班电话、本单位及上级单位的应急通讯录、应急预案等信息[6]。

运输带跑偏、电流过高等设备故障或其它生产受阻等一系列波动信息产生将系统自动报警，以颜色的深浅程度显示报警级别，重要报警可以手动或者自动推送到相关值班人员及管理人员手机上，便于及时采取安全措施。

3 系统应用效益

准能生产调度综合监控系统是在多系统集成的基础上，数据采集传感器及采集标准统一化，最大限度实现数据自动采集、融合，消除信息孤岛，保证数据一致性，彻底重构信息的利用和操作方式，把主要生产数据呈现在综览图上，通过空间信息联动和业务属性联动，让用户只需要遵循自身的业务需要和业务逻辑，即可自然、透明、综合的应用各类子系统提供的数据及功能，解决了系统分割困扰的问题，可以实时监测全公司生产运行情况。

3.1 管理效益

1）一站式操作。系统高度集成了露天煤矿、矸电以及供水、供电等主要生产单位和辅助生产业务的各类子系统，从统一的测点采集运算方式一致的生产数据，在一张综览图上进行实时集中展示，生产指挥系统内得各级调度及管理人员通过一张图，实时监测全公司生产运行情况；同时数据实现联动，露天矿调度员可以实时监测选煤厂破碎站运行情况及原煤仓储量、热值。选煤厂可以实时监测露天矿卡车、电铲、钻机等设备的运行情况。通过对原有各类子系统输出的信息进行整合，系统让操作人员和管理人员摆脱一个个子系统的众多不同界面，“一站式”完成自己的各种业务。

2）便于统计提高效率。针对露天矿对单台电铲、卡车实时小时产量的统计需求，设计了4 张24 h 分时产量柱状图，调度员可以通过柱状形象地看出24 h 内每个小时段电铲、卡车、破碎站产量变化。根据产量变化趋势，调度指挥。通过单台卡车、单台电铲的小时量数据，形成统计分析报表，对电铲在相同时间段内的产量进行对比分析，合理调整设备生产情况。通过10 张产量报表（卡调差异化报表）的使用，每月可节省统计员1 d 的工作量，有效提升了统计人员的工作效率。

3）及时预警避免损失。黑岱沟选煤厂1 个月各类报警信息约200 条，系统自动对报警信息进行分类统计，每月生成3 张统计报表，供选煤厂调度进行分析，设置预警条件，一旦符合预定条件，及时进行相应的预警提示，推送到当班人员手机上，调度员通过和现场核实后，进行消警确认操作。提高了发现问题、解决问题的效率，通过有效预警，重要报警及时推送，能够有效避免生产事故的发生及财产损失。

4）集中监控高效指挥。接入了1 339 路二级单位生产视频，把原来分散在海康、宇视平台的视频集成到了1 个平台，通过视频客户端或者手机App 可直观了解现场生产情况。在监控图上点击设备，可弹出设备附近摄像头，有针对性的查看现场生产情况，并根据生产情况进行指挥，提升效率。

3.2 经济效益

1）精准调度提升产能。在系统使用前，黑岱沟露天矿调度人员对每台电铲的实时小时产量不能够精准统计。使用系统后，系统会实时统计每台电铲的小时产量，并做了单铲小时产量减产预警，即单铲小时产量减少300 t 进行预警提示，以供调度员精准调度[7]，为下一小时产量提升提供依据。通过1 年多使用系统，单铲平均报警次数由原来1 个月10 条，减少为6 条，单铲月产量相对以前提升约1 000 t。

2）图文联动精准指挥。以前采用定点监控视频和电话互相沟通的信息交流模式了解关于生产一线采矿电铲、卡车、破碎站、铁路货车等重要设备的运行信息，无法准确的数据判断情况，常发生掌握的信息不准确导致生产安排错误，甚至多次发生18 h 以上延点装车情况。利用本系统之后生产安排通过生产运行状态、产品仓储及热值动态、铁路货车运行状况多项分析，统筹规划商品煤装车，有效避免热值不匹配、煤量不足、其它生产制约因素导致的铁路货车运行不畅通等事宜，实现传感器、设备和生产系统的自动化和智能化，减少用人数量、降低劳动强度、提升安全保障、达到高产高效[8]。

4 结语

根据业务内在联系，对实时检测信息和数据进行在线智能分析和监测，加工、分析，协助用户发现和处理问题。功能集成初步实现了准能集团调度指挥系统的信息化建设，将生产过程当中产生的数据归入到数据仓库，实现了信息共享，对一体化生产的组织、指挥、控制、协调，以及各产业、各环节的高效协同起到了极大的促进作用，推动了生产效益最大化。同时数据仓库的建立也对生产数据实现了良好、完整的保存，这也为下一步调度指挥系统的数字化建设奠定了基础。