钽铌矿生产信息管理系统的设计与应用

曾令挥，宋晓梅，贾布衣

（1. 江西钨业控股集团有限公司，江西 南昌 330096；2.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160；3.矿冶过程自动控制技术国家重点实验室，北京 100160；4.矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京 100160）

1 引言

企业信息化是指通过计算机网络技术提高企业的生产运营效率，降低企业运营风险和成本，从而提高企业的整体管理水平，由于选矿行业地理环境、资源利用、国际化趋势等因素影响，选矿信息化建设需求远高于一般行业。同时，随着矿山企业自动化、信息化发展，在选矿自动化建设基础上，设备物联、大数据、工业互联网等技术也为选矿行业数据的实时获取分析提供了技术可行性。原有选矿厂进行了数字化车间改造，应用设备操作自动化、控制智能化等改造升级技术，实现生产过程控制优化管理，保障了工艺指标运行的稳定性、可靠性，进而保障自动化系统的稳定性，使生产具有抗干扰能力、自适应能力。

选矿信息化管理是实现对自动化系统的数据管理，是对自动化系统的实时数据和大量的历史批次数据，按照业务需求在新的时间刻度下整合分析，对生产的成本、绩效、利润进行统计分析，进而优化生产调度，实现对全矿山生产、安全的主要环节进行实时监测、监视，实现全矿山的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化。

2 宜春钽铌矿信息化建设需求

宜春钽铌矿是我国目前规模最大的钽铌锂原料生产基地，矿床含钽铌锂铷铯等多种金属，具有开采条件好，储量大，有价金属多，综合利用价值高的特点。为加快推进企业转型升级，利用智能制造发展培育壮大新动能，该企业实施了“宜春钽铌矿智能选厂试点示范”工程，项目主要对选矿厂进行数字化智能化改造与升级，其中生产信息化作为数字化升级改造的一部分内容，其建设目标是建立一套本质安全、数据完整、软件智能的信息化管理系统。本质安全需要工艺、设备、自动化多个专业设计的无缝链接，数据完整要求生产数据不落地，软件智能要充分依靠复合专业知识群体和进行长期不断的数据挖据。

钽铌矿信息化主要建设内容包括基础数据管理、设备运行管理、能耗统计分析、生产报表管理等功能模块，其目标是提供一套面向矿山企业的信息化解决方案，实现矿山企业的设备自动化、数据自动化，将生产决策与设备管理控制等信息有效集成，实现对关键设备的状态监测，实现通过管理办公网络访问生产信息管理系统，实现统一的用户和权限管理。应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术，实现企业的经营、生产决策、生产管理和设备控制等信息的有机集成，实现生产计划、生产安全调度、生产过程控制最优化。

3 系统设计

生产管理系统需要基于一个成熟的企业软件管理系统平台，从而满足生产管理系统规范的、标准的信息化管理需求。系统在信息化管理平台基础之上，实现整套生产管理系统［1］，系统框架如图1所示。DCS系统系统对工厂破碎、磨重、浮选等过程进行基础控制，并将矿量、流量等生产模拟量、设备开关等离散信号采集并存储在实时数据库中［2］，在历史数据库Historian中形成了指标信息的时间标签值，生产信息管理系统平台通过关系数据库实现对矿量等实际生产参数、设备开关运时及水电等能耗数据进行统计存储，作为生产信息管理系统的基础数据，实现对设备运行管理、能耗统计分析、生产计划、生产调度、生产报表管理的集成以及对生产过程和关键生产指标进行监视。

图1 系统实现整体框架

4 关键技术

4.1 矿山泛在数据采集技术

系统涉及对钽铌矿工业现场大量数据的采集、存储、管理工作，包括结构化和非结构化数据。建立异构数据仓库，适应对海量异构生产经营、图像等各类数据进行存储、管理，为生产管理系统整合数据，提供数据资源。将工业现场的SCADA监控软件系统数据采集到数据仓库中，采用SQL数据库作为中转，存储在基于Hadoop构建的HDFS中，数据采集网络架构如图2所示。

图2 数据采集网络架构

生产管理系统基于自动化的统计运算方式，通过Sqlserver数据库相关的算法分析将历史数据库中秒级、毫秒级的时间变量进行采集、统计分析，实现了将DCS系统数据采集到生产信息系统的数据库中，最大程度地减少生产过程运行数据统计的人力投入和人工劳动强度，提高生产指标数据的及时性、准确性和可靠性。

4.2 多源数据处理技术

钽铌矿矿山的多源数据主要归纳为三大类。

（1）一手数据，包括直接采集的矿山内部运行数据，包括DCS运行数据，通过接口机等采集到历史数据服务器进行存储归档后，通过Sqlserver、Hadoop等大数据技术实现将秒级数据进行采集、存储和统计分析，实现具体数据的灵活、快速存储，为决策者提供关键数据的监测和统计分析报表。

（2）二手数据，包括化验数据等第三方数据的采集、整理，系统提供数据接口，可以通过ODBC等数据接口采集ERP、化验数据等集成到生产信息数据库中，通过周期性的主被动读取技术，分析整合后实现第三方数据的集成与数据展示。

（3）科学数据，包括模型算法等，由于此类数据是不定期的，因此系统提供被动存储和提交接口，实现模型算法数据的收集和整合。

5 系统功能介绍及实现

5.1 开发框架

系统采用基于基于SpringMVC的Java EE架构，是一套请求驱动类型的轻量级架构，采用XML配置的注解方式实现前后端映射关系，该架构在实际业务运行期间能够在维持服务器稳定的前提下，适用于矿冶大数据量的业务需求。

5.2 功能介绍

系统主要建设内容包括生产报表管理、生产计划、生产调度、设备运行、能源统计、数据信息管理等功能模块。

基础数据管理：基于WinCC历史数据库实现选矿生产过程数据的自动采集、统计、存储，并进行小时、班、日、月、年等多时间尺度的运算统计和存储［2］，基础数据管理模块主要实现了对破碎工段、磨重工段、回收工段的开车时间、停车时间、计划处理量、实际处理量、交接班电表数、用电量等瞬时量和累积量的计算分析，对浓度、流量等工艺参数数据的小时值的计算统计。

生产报表管理：供了日常生产管理作业中的数据集成和报表展示功能，实现了日报表、月报表、年报表等根据时间尺度的查询和报表展示、导出功能。系统将破碎、磨重、回收工段生产信息数据（开车时间、停车时间、运行时间、计划处理量、实际处理量、交接班电表数、用电量和用水量）等集成在报表系统中统一呈现和查看，实现了多时间尺度多维度的数据查询以及报表导出功能，如图3所示破碎工段生产报表，将破碎、磨重工段的数字化矿山生产指标数据进行采集计算，包括粒度、温度、压力等信息采集后集成到生产报表中为各生产作业进行指导，系统根据WinCC历史数据库的数据，采集后自动生成相关的报表数据，支持灵活的公式自定义，能够为选矿指标的历史数据追溯和统计分析带来便利性。

图3 破碎工段生产报表

能源统计模块：基于基础数据管理，对破碎工段、磨浮工段、回收工段以及各车间及主要生产装置的能源介质进行计量统计，根据业务需求定制自动生成各类相关的报表，图4所示各班组用电量统计信息，实现了根据选定日期查询中时间范围内小时值统计值和瞬时值以及月度范围内每日的能耗分析数据。能源统计报表为分析管理以及车间考核等提供了数据支撑，并且可以作为信息管理系统的重要参考数据来源，同时为数字化矿山上一级系统提供了基础的能源数据，为用户追溯历史能耗信息，提供查询、统计和打印功能，一方面可以根据报表信息作为管理制定的依据，另一方面可以根据班组能耗进行生产考核，为矿企提供了监测并降低生产能耗的信息化手段。

图4 选矿厂电能平衡日报表

5.3 系统应用

系统实施上线后，矿山的数字化率提高了百分之八十，计算机报告代替了纸质报告，实现了工业现场数据与办公数据分离的信息孤岛，减轻了报告转换及计算的劳动量，数据的及时性提高到小时级别甚至分钟级别，管理人员能够实时掌握现场情况及现场数据，为生产和管理带来了便利性、准确性和实时性。

6 结论

生产管理系统满足了钽铌矿生产选矿过程中的生产数据管理，实现了web页面的数据分析与在线优化，为各层管理部门提供共享的现场工作进展统计信息汇总，促进各部门面向生产过程的主动预防性管理，实现了生产统计数据的自动汇总分析与监测，提升选矿生产中指标统计、生产计划、设备运行、化验数据、能源管理等过程的效率，提高了生产效率，降低了工人劳动强度，使矿山维持在最优状态和最佳水平。

通过统一的钽铌矿生产管理信息编码，采用数据清洗、存储、计算处理和分析等技术提供企业级管控信息，实现生产管理系统，实现全矿山的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化、科学化，为矿山安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害提供有效手段。通过数字化选矿厂信息化建设，保障了设备和工艺流程运行的稳定性、可靠性，进而保障了自动化系统的稳定性、可靠性，形成一个数字化选矿厂建设与维护技术团队，使得信息化选矿建设的成果充分发挥与继承。