選煤廠信息智能化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建基礎(chǔ)

朱建軍

(泰戈特(北京)工程技術(shù)有限公司，北京 100022)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)與時俱進，從人工生產(chǎn)到機械化生產(chǎn)，數(shù)字化生產(chǎn)，再到目前的數(shù)字化、智能化與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的糅合發(fā)展，煤礦的生產(chǎn)方式向技術(shù)高端化、人工智能化發(fā)展。智能化技術(shù)基礎(chǔ)的物理介質(zhì)關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)建，構(gòu)建高效、高速、穩(wěn)定的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和暢通的MIS系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)，是支撐選煤廠數(shù)字化、智能化的先決條件。

1 選煤廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前主流選煤廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包含以下子系統(tǒng)：生產(chǎn)控制系統(tǒng)、點檢系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、重介質(zhì)密度系統(tǒng)、光纖感溫火災(zāi)報警系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、高壓后臺系統(tǒng)、膠帶秤系統(tǒng)、灰分檢測系統(tǒng)、裝車系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、計算機信息管理系統(tǒng)等數(shù)十個分散系統(tǒng)。每個系統(tǒng)自成一體，數(shù)字化后形成獨立的信息化系統(tǒng)或部分統(tǒng)一的系統(tǒng)，并不能完全達到互聯(lián)互通，在選煤廠系統(tǒng)化管理中會出現(xiàn)信息溝通不暢，各選煤廠上傳到集團公司信息化中心的數(shù)據(jù)不完善，監(jiān)控各礦井生產(chǎn)的實時情況檢測不準確，不能達到對所屬單位精準化管理的目的。以下對當前選煤廠主流的子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行分析。

1.1 地面生產(chǎn)控制系統(tǒng)(又稱工業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng))

該系統(tǒng)是礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)的核心。工業(yè)環(huán)網(wǎng)的穩(wěn)定性，直接決定礦井生產(chǎn)任務(wù)的完成情況。煤礦環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)是1 000 M以太網(wǎng)環(huán)形聯(lián)網(wǎng)，互為備用，擴展接口是以太網(wǎng)接口。

生產(chǎn)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)交換機是網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，設(shè)備接口為以太網(wǎng)，其向系統(tǒng)內(nèi)外擴展。當然生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部還有穩(wěn)定的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)DeiceNet網(wǎng)與ControlNet網(wǎng)系統(tǒng)，以及第三方網(wǎng)絡(luò)模塊，利用Modbus協(xié)議形成完整的工業(yè)生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)，通過混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與若干子系統(tǒng)構(gòu)成整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

1.2 高壓供電后臺監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是供配電自動化的重要組成部分，對外接口有以太網(wǎng)口、RS232與RS485接口。廠區(qū)內(nèi)所有的高壓變電所、開閉所、配電室都配套數(shù)字化分后臺站，通過光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，達到配電系統(tǒng)無人值守的目的。各數(shù)字化站具有通訊管理機與網(wǎng)絡(luò)交換機，在各個層面都能方便的進行數(shù)據(jù)交換與系統(tǒng)控制及監(jiān)視。

1.3 點檢系統(tǒng)

該子系統(tǒng)是選煤廠大機電維修的管理系統(tǒng)。由于生產(chǎn)系統(tǒng)中設(shè)備的維護保養(yǎng)直接影響設(shè)備的完好率與生產(chǎn)率，所以目前在新建選煤廠設(shè)計中，點檢系統(tǒng)基本成為標準配置。點檢系統(tǒng)主要包含設(shè)備的溫度檢測、振動檢測及油脂、備件庫等重點數(shù)據(jù)檢測，數(shù)據(jù)實時在線傳送。通過RS232/RS485接口或以太網(wǎng)與外部進行數(shù)據(jù)交換，WEB發(fā)布通過以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

1.4 工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

工業(yè)電視系統(tǒng)一般由攝像機、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、處理設(shè)備、顯示終端組成，鏈接采用光纖主干網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)解碼、數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過TCP/IP協(xié)議與信息系統(tǒng)軟件發(fā)送圖像數(shù)據(jù)。工業(yè)電視系統(tǒng)是對整個選煤廠現(xiàn)場視頻監(jiān)控的直觀圖像系統(tǒng)，是生產(chǎn)與安全系統(tǒng)的有力補充。通過該系統(tǒng)隨時可以直接察看整個廠區(qū)的生產(chǎn)情況，隨時能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題，并可以快速確認，確保了生產(chǎn)系統(tǒng)安全正常運行。應(yīng)用該系統(tǒng)可以減少崗位司機，生產(chǎn)崗位只留巡視工就能達到生產(chǎn)正?；?，在管理上減員增效，提高生產(chǎn)效率。智能化選煤廠信息流互聯(lián)互通，暢通無阻，使管理更上了一個臺階，提高了集團公司實時化管理水平。工業(yè)電視系統(tǒng)采用WEB發(fā)布，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、共享，滿足管理的需要。

對選煤廠各分系統(tǒng)的接口分析表明，各子系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架是以太網(wǎng)接口或者RS232/RS485接口，通訊協(xié)議以TCP/IP協(xié)議和Modbus協(xié)議為主，通過第三方軟件與其中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之一進行過渡連接，糅合至所屬子系統(tǒng)中，然后進入選煤廠生產(chǎn)或監(jiān)控大系統(tǒng)。

2 選煤廠數(shù)字化、智能化物理基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

2.1 選煤廠數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)向智能化網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變的物理介質(zhì)構(gòu)建思路

智能化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的關(guān)鍵思路是，首先對各子系統(tǒng)進行互聯(lián)互通，然后數(shù)據(jù)共享，發(fā)布在大數(shù)據(jù)的云平臺上；應(yīng)用各種軟件進行分析，把結(jié)果發(fā)布給管理人員，經(jīng)過決策層后再反饋至大數(shù)據(jù)平臺；通過人工設(shè)定或者根據(jù)程序設(shè)定自動與各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，自動執(zhí)行反饋結(jié)果。

2.2 智能化網(wǎng)絡(luò)平臺的搭建方案

數(shù)據(jù)平臺核心是鏈接各子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了減少重復(fù)投資，多數(shù)情況下核心數(shù)據(jù)平臺是利用選煤廠計算機信息化管理綜合平臺。計算機信息化系統(tǒng)具有完整的服務(wù)器、路由器、防火墻等硬件設(shè)備，通過以太網(wǎng)可以方便的介入系統(tǒng)。路由器可以對網(wǎng)絡(luò)進行規(guī)劃；防火墻防止網(wǎng)絡(luò)各子系統(tǒng)的病毒互相影響，還可以加強各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)讀寫保密性，保證工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。結(jié)合選煤廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，構(gòu)建智能化網(wǎng)絡(luò)就是有效利用各子系統(tǒng)的對外接口，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺，通過應(yīng)用軟件把各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳到大數(shù)據(jù)平臺服務(wù)器。所有數(shù)據(jù)在后臺經(jīng)過處理，數(shù)據(jù)平臺再通過接口下載到對應(yīng)的子系統(tǒng)中，對設(shè)備進行監(jiān)控。管理流程中的輸入、檢查、審核、審批、下發(fā)在大數(shù)據(jù)平臺上，在應(yīng)用軟件系統(tǒng)中授予不同權(quán)限進行管理。

選煤廠信息智能化系統(tǒng)的核心是MES生產(chǎn)控制系統(tǒng)。選煤廠信息智能化由MES生產(chǎn)控制系統(tǒng)、ERP管理系統(tǒng)系統(tǒng)與WEB發(fā)布系統(tǒng)組成，3個系統(tǒng)數(shù)據(jù)使用共同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在大數(shù)據(jù)服務(wù)器中讀寫數(shù)據(jù)，達到管理實時監(jiān)測、控制的目的。

3 選煤廠智能化網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計

選煤廠智能化網(wǎng)絡(luò)軟件比較多，但軟件構(gòu)建的基礎(chǔ)是根據(jù)各子系統(tǒng)的需要，結(jié)合本身軟件的功能，采用統(tǒng)一的軟件接口，使大數(shù)據(jù)平臺能夠從各系統(tǒng)讀寫數(shù)據(jù)。

3.1 基礎(chǔ)層子系統(tǒng)軟件

一般各子系統(tǒng)采用各廠家自帶的軟件進行編程、組態(tài)、調(diào)試，達到穩(wěn)定的狀態(tài)后，編寫網(wǎng)絡(luò)接口程序，定義數(shù)據(jù)接口與協(xié)議設(shè)定。底層物聯(lián)層一般采用國際常用的十種通用的現(xiàn)場總線，遵循IEC61158現(xiàn)場總線標準。技術(shù)設(shè)計時要求各子系統(tǒng)的軟件具有開放性、互用性、自治性、分散性、適應(yīng)性，既要滿足現(xiàn)場基礎(chǔ)控制、計算、參數(shù)修改、報警、顯示、綜合自動化功能，又要兼顧計算機、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)之間、設(shè)備之間、各集成廠家之間設(shè)備互換、信息交換的綜合技術(shù)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層軟件選用

數(shù)據(jù)傳輸層是各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合握手，建立通信會話，處理不同系統(tǒng)之間的服務(wù)請求和響應(yīng)。工業(yè)自動化及控制中一般采用OPC應(yīng)用技術(shù)，基于S/C結(jié)構(gòu)的開放接口標準與技術(shù)規(guī)范，在計算機信息管理系統(tǒng)的客戶端，應(yīng)用軟件通過OPC規(guī)范讀寫各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。在智能化客戶端安裝Windows系統(tǒng)軟件，Microsoft做為強大的后盾，使S/C結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運行，保證了智能化網(wǎng)絡(luò)高效、快速、穩(wěn)定使用。

3.3 智能化網(wǎng)絡(luò)頂端應(yīng)用層軟件設(shè)計

智能化網(wǎng)絡(luò)具有開放的體系結(jié)構(gòu)、獨立的平臺、高度互動性、可持續(xù)發(fā)展性。選煤廠智能化網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，需要在計算機信息管理系統(tǒng)中編寫圖形界面接口，把讀取的數(shù)據(jù)通過多種軟件處理，通過SQL數(shù)據(jù)庫，在圖形界面中方便操作。應(yīng)用功能強大的Office辦公軟件進行處理，既可以與圖形界面的數(shù)據(jù)動態(tài)鏈接，又可以給ERP系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源，為信息管理提供可靠的數(shù)據(jù)信息，給決策層快速收集信息提供有力支持，讓決策層在指導(dǎo)生產(chǎn)分析、安全預(yù)測、設(shè)備維護保養(yǎng)、營銷管理等工作中形成閉環(huán)流程。

4 選煤廠智能化網(wǎng)絡(luò)的運行效果

最終建成的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，在煤礦地面形成工業(yè)以太網(wǎng)、辦公網(wǎng)以及無線傳輸網(wǎng)為一體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，通過軟件統(tǒng)一的選煤廠信息化綜合應(yīng)用平臺，所有信息接口方便接入集團信息中心，實現(xiàn)集團管理決策層可以遠程管理多個選煤廠的目標。每個選煤廠中各個子控制系統(tǒng)通過智能化可有效降低現(xiàn)場巡視人員的勞動強度、巡檢頻率，原來兩個人或者更多人的工作量現(xiàn)在一個巡檢人員即可勝任；智能視頻系統(tǒng)具備無狀況不顯示、輕存儲的智能推送功能，使部分區(qū)域達到無人值守，且設(shè)備安全穩(wěn)定運行。WEB系統(tǒng)使得中高層管理人員能夠隨時隨地了解集團內(nèi)各生產(chǎn)單位的狀況，遠程下達生產(chǎn)指令，遠程指導(dǎo)維修設(shè)備、指導(dǎo)工藝調(diào)整。把數(shù)據(jù)導(dǎo)入ERP系統(tǒng)中，為決策層提供決策依據(jù)，制定適合集團發(fā)展方針策略，切實提升管理水平，同時精準化的對下屬單位減員增效，節(jié)約成本，做到生產(chǎn)高效、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，完全達到客戶定制化產(chǎn)品，柔性生產(chǎn)，提高企業(yè)效益。