基于三層結構煤礦信息化系統(tǒng)研究

煤礦要將大量的煤炭和矸石從地層深處挖掘運輸?shù)降孛?，不僅要使用大量的機械設備，而且煤礦生產(chǎn)還要面對復雜的地質(zhì)條件、地層壓力、瓦斯、一氧化碳、自燃、地下水及煤塵等產(chǎn)生的影響。因此，煤礦生產(chǎn)過程不僅涉及到人與設備和工藝流程的關系，而且還涉及到自然條件的影響。運用自動化技術、計算機技術和微電子技術等高新技術改造傳統(tǒng)的煤炭工業(yè)，即實現(xiàn)企業(yè)信息化，對煤礦生產(chǎn)中的各個生產(chǎn)與保障環(huán)節(jié)的主要參數(shù)進行各種各樣的監(jiān)測與控制，以及對煤礦地理信息、安全信息進行監(jiān)測，是煤礦正常、安全生產(chǎn)的重要保障。

1 基于三層構架的煤礦企業(yè)信息化系統(tǒng)

流程工業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS技術受到發(fā)達國家的高度重視，被列入這些國家的重點高技術發(fā)展計劃。傳統(tǒng)的普渡企業(yè)參考體系結構（Purdue Enterprise Reference ArchITecture，PERA），將流程工業(yè)CIMS體系結構分為過程控制、過程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理和經(jīng)濟決策五個層次，該結構適用于金字塔式管理模式，將生產(chǎn)過程的控制與管理明顯分開，忽視了生產(chǎn)過程中的物耗、能耗及設備的實時控制與管理，層次多，結構復雜，實現(xiàn)CIMS成本高，不便形成平臺技術，不利于推廣。此外，對以安全生產(chǎn)為首要目標的煤礦企業(yè)更加強調(diào)“管控一體化”，安全、生產(chǎn)、管理應更加緊密地結合在一起。

本文根據(jù)煤礦企業(yè)實際安全、生產(chǎn)情況，將煤礦企業(yè)信息化系統(tǒng)分為三個層次：資源管理層（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行層（MES）、過程控制層（PCS）。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

1.1 過程控制層（PCS）

生產(chǎn)過程監(jiān)測監(jiān)控層由煤礦各個生產(chǎn)過程監(jiān)測、監(jiān)控子系統(tǒng)構成，完成煤炭生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的過程監(jiān)測、自動化控制及安全監(jiān)測。這些子系統(tǒng)采用的技術和結構形式可以多種多樣，例如，可以是基于PC的分布式系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)，也可以是智能化的機電一體化設備，通過總線方式接入綜合信息化監(jiān)控層網(wǎng)絡。

該層主要功能是實現(xiàn)對井下各安全參數(shù)的監(jiān)測和對采區(qū)工作面采煤機械、運輸機、提升機、水泵，及地面通風機、選煤廠、煤炭裝車等主要設備的控制與監(jiān)測。該層還包括對煤礦地質(zhì)信息的監(jiān)測。

1.2 生產(chǎn)執(zhí)行層（MES）

生產(chǎn)執(zhí)行層是信息化系統(tǒng)建設的關鍵層次，起到連接過程控制層和資源管理層的重要作用。

MESA（MES國際聯(lián)合會）歸納了11個主要的MES功能模塊，包括工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等模塊。

MES國際聯(lián)合會歸納的11個功能模塊主要是針對制造行業(yè)制定的，屬于流程工業(yè)的煤礦企業(yè)生產(chǎn)具有其獨特的行業(yè)特色，其MES的功能組成模塊也不同。本文根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的特點，把MES劃分為：過程控制調(diào)度、安全管理、地測信息管理、原材料供應、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、財務管理、產(chǎn)品及物料儲運等模塊。

（1）過程控制調(diào)度：主要針對煤礦生產(chǎn)各子系統(tǒng)的集中監(jiān)控，包括：工作面、主煤流系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、洗煤廠、排矸等。過程控制調(diào)度是MES層的重要部分，其實現(xiàn)的好壞決定于各子系統(tǒng)的自動化程度高低。

（2）安全管理：主要監(jiān)測與煤礦生產(chǎn)相關的安全信息，包括環(huán)境監(jiān)測（瓦斯?jié)舛?、CO濃度、溫度、風速、水位等）、束管監(jiān)測等。安全監(jiān)測與煤礦生產(chǎn)、控制調(diào)度息息相關，是MES層中最具煤礦特色的功能模塊。

（3）地測信息管理：指地測數(shù)據(jù)、圖形綜合管理，包括地層數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘探線數(shù)據(jù)、地震勘探線數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、沉積環(huán)境數(shù)據(jù)、煤層數(shù)據(jù)成果、斷層數(shù)據(jù)、綜合資源、測井資料、測斜資料管理等等，也是MES層中最具煤礦特色的功能模塊。

（4）原材料供應：主要指原料采購計劃的制定與實施、輔助原材料計劃的制定與實施、設備及器件采購計劃的制定與實施、庫存管理等。

（5）人力資源管理：主要業(yè)務內(nèi)容為人力資源規(guī)劃，提出組織結構方案、核定人員編制、制定工資標準及獎金分配方案，考核員工的能力與表現(xiàn)，進行員工的招聘與解聘等。

（6）維護管理：包括生產(chǎn)裝置以及輔助生產(chǎn)裝置的維護，設備中短期（含月度、季度和年度）檢維修計劃的編制與實施，事故搶修的組織與實施，設備日常管理與維護、固定資產(chǎn)管理等。

（7）質(zhì)量管理：主要包括產(chǎn)品質(zhì)量的分析與監(jiān)控、企業(yè)全面質(zhì)量管理等。

（8）財務管理：主要包括財務計劃、成本的核算與監(jiān)控、效益的分析與預測、資金管理、賬務管理、資產(chǎn)管理等。

（9）產(chǎn)品及物料儲運：主要包括原料、產(chǎn)品和中間物料的輸送，煤炭儲存的管理與監(jiān)控，原料、產(chǎn)品的裝卸與運輸?shù)取?/P>

1.3 資源管理層（ERP）

煤礦企業(yè)ERP根據(jù)煤礦的生產(chǎn)經(jīng)營管理和組織機構特點，采用以安全生產(chǎn)和財務分析決策為核心的整體資源優(yōu)化技術。在保證煤礦安全生產(chǎn)的前提下，根據(jù)企業(yè)的利潤指標確定企業(yè)的標準生產(chǎn)成本，根據(jù)銷售合同與市場預測來制訂企業(yè)的生產(chǎn)計劃。生產(chǎn)計劃包括開采計劃、物料需求計劃、生產(chǎn)成本計劃。然后進行人、財、物的整體資源優(yōu)化分配，從而達到既要連續(xù)、均衡地安全生產(chǎn)，又要最大限度地降低原料和備品備件的庫存量。財務管理不僅進行會計管理、成本核算，而且通過財務分析決策對原料供應、產(chǎn)品銷售、原料、備品備件庫存、人力資源進行集成管理，保證生產(chǎn)成本不超過額定的標準成本。

2 核心技術

（1）統(tǒng)一的綜合網(wǎng)絡傳輸平臺

煤礦企業(yè)的核心業(yè)務就是煤炭的安全生產(chǎn)，由于環(huán)境條件的惡劣和危險，保證安全生產(chǎn)成為煤礦企業(yè)效益的最直接體現(xiàn)。因此必須充分采用先進成熟的技術，基于綜合網(wǎng)絡的大型開放式分布控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全礦井監(jiān)測、控制、管理一體化，形成全礦井生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的過程控制自動化、生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮和業(yè)務運轉網(wǎng)絡化、行政辦公無紙高效化，對煤礦生產(chǎn)安全和運營狀況可實行遠程監(jiān)視，以保證對全礦井安全狀況和生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)測、監(jiān)視、控制、調(diào)度管理。安全、可靠的綜合網(wǎng)絡傳輸平臺是實現(xiàn)煤礦企業(yè)信息化的基礎。

（2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心——數(shù)據(jù)倉庫

煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)眾多，所需要的配套系統(tǒng)也繁雜，因此在生產(chǎn)過程中各個業(yè)務環(huán)節(jié)都將產(chǎn)生大量的信息，如果分散處理，必將會產(chǎn)生大量的信息弧島，雖然在某個業(yè)務局部會提高效率，但其直接后果就是形成更大的信息壁壘。作為企業(yè)集團化運作，其規(guī)模效益的產(chǎn)生就是要通過不同系統(tǒng)之間和不同數(shù)據(jù)格式之間的信息共享與交換，快速反映企業(yè)經(jīng)營的方方面面，使得企業(yè)經(jīng)營對外能夠快速響應競爭要求，提高處理突發(fā)事件的能力，對內(nèi)能夠快速調(diào)配各類資源，使得成本最低，效果最好。因此須構建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心，涵蓋企業(yè)涉及的所有系統(tǒng)，以便為整個企業(yè)提供ASP服務。

3 結 語

煤礦企業(yè)的ERP/MES/PCS三層結構的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)，通過MES的承上啟下作用和網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)，將ERP系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)集成，實現(xiàn)經(jīng)營決策、安全生產(chǎn)過程管理和過程控制的信息集成。

ERP的生產(chǎn)計劃通過MES的過程控制調(diào)度、安全管理等系統(tǒng)和PCS的生產(chǎn)過程、安全數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相集成，使煤礦生產(chǎn)管理現(xiàn)代化，提高生產(chǎn)效率，提供更有效的安全保障。（萬方數(shù)據(jù)）