XX矿智能调度指挥中心初步设计方案.docx
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XX矿智能调度指挥中心初步设计方案
XX矿智能调度指挥中心初步设计方案
2021年
1、概述
实施信息化建设，打造数字矿山是改变矿山企业现状，带动企业各项工作创新和升级的必然选择。
通过生产信息管理系统的建设，对矿山生产管理流程进行分析，集成整合矿山各生产环节的生产信息，构建矿山的生产管理系统、数据集成共享平台，为矿山的安全、生产管理部门的指挥、调度生产提供必要、科学、及时、有效的安全生产信息。
在XX矿中建设生产信息管理系统将帮助生产管理技术人员实时掌握井上、井下各生产环节生产信息、科学动态的调度管理生产资源、及时优化和组织生产、确保生产流程畅通、工艺过程稳定、提高生产效率、保证质量、减少消耗、降低成本、提高效益，实现生产管理信息化、信息资源化、传输网络化、管理科学化的现代企业目标。
矿山企业的信息化包含三个层面：
底层的自动控制系统（PCS）、中间层的生产过程信息化（MES）和上层的管理信息化（ERP/MIS），也就是基于ERP/MES/PCS三层架构的整体信息化方案。
如图1所示。
通过ERP（企业资源计划）、MES（生产执行系统）与PCS（过程控制系统）的有机集成，建立一个高度集成的、先进的企业管控一体化的信息系统。
计划层
执行层
控制层
企业资源规划
（ERP）
生产执行系统（MES）
过程控制系统（PCS）
图1信息化系统体系结构图
管理决策层利用ERP进行企业生产组织、安全生产管理、经营决策等方面的优化，（ERP）给出企业的产品策略和生产计划，将生产计划、安全环保质量要求等信息传递给生产执行系统MES。
MES根据企业的生产计划、装置设备、原料、原材料等情况，编制生产调度指令，对各生产装置（或单元）进行优化计算，给出优化配方或生产方案，将这些信息传递给过程控制系统执行。
PCS层控制系统按照优化的配方或生产方案对底层生产过程进行实时操作与控制。
同时，过程控制系统采集生产过程数据，再把安全生产状态、测量数据、质量数据、设备状态等信息传递给MES，作为MES进行安全生产管理、生产绩效分析、资源状况分析、质量分析的基础数据，也为调整生产经营计划提供依据。
这样，实际上是完成了计划指令下达和生产执行情况反馈的闭环过程。
综合自动化调度系统是MES系统的建设内容，是企业信息化建设的一部分。
本方案基于XX矿集团整体信息化规划和三矿区生产管理的实际需要设计。
2、设计原则
1）先进性、成熟性和实用性
根据生产系统的特点，采用当今成熟并具有良好发展前景的新技术、新设备，使各子系统在较长的生命周期内，保持技术先进和安全稳定。
设计中要贯彻既能满足公司当前的需要，又能适应未来的发展需要（包括设备和技术两方面内容）。
2）可靠性
高效稳定的系统，能提供全年365天，全天24小时的连续运作。
对于安装的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统，必须能适应严酷的工作环境，以确保系统稳定。
3）实时性
设备和终端必须反应快速，充分满足系统对实时性的需求。
4）完整性
作为企业生产管控的核心，设计将通过良好的集成和完善的配置，提供系统整体运作层面的信息和功能的完整性，充分满足生产、设备、安全的调度和生产管理的需求。
5）安全性
通过在系统部署相关的安全措施、以有效地确保系统各个层次安全（包括系统、网络、应用、与工艺配套安全等）。
6）可扩展性
考虑到本系统随主工艺系统不断扩展的特点，系统将在设计的各个方面实现系统扩展的便利性和在线扩展的技术可行性。
3、系统建设目标
综合自动化调度系统是以满足生产实时调度和生产管理要求为出发点，对生产过程中的物流、信息流进行综合管理，通过对各系统的集成，对生产过程进行集中监视、控制和诊断、环境监测、单元整合，实现生产计划、生产调度、绩效管理（生产成本核算）、能源管理、设备运行管理、生产技术管理、物料管理等功能，为企业规范、透明、高效管理提供平台，从而实现管理和控制一体化，提升矿山管理水平。
综合自动化调度系统的总体目标通过建设一体化管控平台，实现覆盖整个三矿区（包括东部贫矿开采）工程各生产系统的统一安全生产及调度管理，满足三矿区生产安全管理需求。
具体目标包括：
●建立跨生产流程的实时监控平台
通过建立集数据采集、通信、处理、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体的综合数据应用软件系统，实现对三矿区各生产和辅助系统的集中远程监控，各级别和各专业的管理者可以实时远程了解生产现场各类生产系统的自动监测监控状态信息，强化各生产系统的协同管理，促进各专业对现场异常情况信息分析处理的快速响应，保证生产顺利进行。
●建立跨工艺、跨流程的统一生产管理平台
建成后的系统将安全生产管理、能源管理、运输管理、设备管理与实时的现场监控功能有效集成，提供一体化的信息管理平台，实现管理与生产控制的统一和衔接，提升各工序间的协同能力和效率，提升矿山生产能力和安全管理水平。
4、系统建设内容
4.1系统总体架构
综合自动化调度系统规划分为两层：
一层为生产管理层，包括生产运行管理、生产技术管理、能源管理、设备运行管理等功能模块。
另一层是生产实时监控层：
主要包括生产实时监控及视频监控，是实现安全生产管理的基础。
综合自动化调度系统向上与管理系统集成，负责接收生产指标计划，传递生产成本、产量统计等数据；向下与各分散独立的工业控制系统、安全生产六大系统或者设备集成，负责传递生产指令，采集生产实时数据以及生产实绩等。
系统内部各子系统相互集成，共同完成安全生产管理、能源管理、生产调度、生产统计、设备管理等功能。
系统架构及功能如图2所示。
图2系统架构及功能
4.2生产信息集成网络建设
4.2.1生产信息集成网络设计
生产信息集成网络主要涉及生产相关的生产数据采集、安全生产类应用的网络建设，为矿山六大系统、生产管理系统、生产数据采集系统建设提供便利的高速公路。
数据采集网络覆盖三矿区F17以东、F17以西、东部贫矿、砂石和石英等生产系统中的自动化网络。
井上、井下骨干自动化网络已在六大系统中设计。
井上、井下现场自动化系统和数据采集设备就近接入自动化网络，如图3所示。
本方案只考虑调度中心用户端接入交换机及接入设备，调度中心接入交换机接入自动化网络核心交换机，控制网络和管理网络之间设置单向隔离网关和防火墙。
图3系统集成架构图
4.2.1.1三矿区网络现状：
三矿区已建成比较完善的管理信息网络，能够满足各级管理人员的信息传输要求。
三矿区的各生产系统基本都采用了控制系统，实现了生产信息的数字化，但都是独立的系统，不能与其它系统实现数据交换。
基本情况如下：
生产控制系统清单
工序
控制系统
备注
36行措施井提升控制系统
西门子S7-300PLC
1套
46行副井提升控制系统
西门子S7-300PLC
1套
50行主井控制系统
西门子S7-400PLC
1套
贫矿主扇通风控制系统
西门子S7-1500PLC
1套
44行主扇通风控制系统
西门子S7-1200PLC
1套
充填控制系统
A-BControllogix1756PLC
2套
矿石转运站控制系统
西门子S7-1500PLC
1套
井下溜井破碎控制系统
西门子S7-300PLC
1套
砂石控制系统
西门子S7-400PLC
1套
石英碎矿控制系统
西门子S7-300PLC
1套
1050平面有轨运输无人驾驶控制系统
单片机
1套
1250平面有轨运输无人驾驶控制系统
单片机
1套
1350平面有轨运输无人驾驶控制系统
单片机
1套
井下排水排泥控制系统
西门子S7-1500PLC
1套
井下6KV供电系统
（备注：
生产控制系统包括六大系统、各生产和辅助工序的自动化控制系统）
4.2.1.2数据采集网络
充分利用现有信息网络的资源，建设独立的数据采集网络，连接各生产控制系统共同组成三矿区工业控制网路。
三矿的各个子系统，如充填、通风、运输、提升、砂石、石英等系统，均通过重新铺设光缆连接到东贫主机房，在主机房放置ODF单元体1个，用于连接这些光缆，在主机房放置汇聚交换机，用于整合三矿的各子系统。
4.2.2网络安全性设计
由于本方案存在管理网和生产网的交互，生产网之间也存在不同控制系统的上联、取数等工作，因此设计在项目中引入数据隔离网关、防火墙等安全设备，同时将接口服务器、应用服务器和关系数据库服务器设置在DMZ隔离区内，实现不同层次的网络安全。
其中，数据采集网关用于控制取数时不同控制系统之间使用，数据隔离网关和防火墙用于生产网与管理网数据交互时使用。
各主要服务器操作系统选用基于UNIX、Linux系列操作系统，保证系统运行的稳定性与安全性。
网络各服务器、PC等设备安装企业级网络版防病毒软件，与隔离网关、防火墙一起以软、硬件结合的方式全面保证数据安全性。
4.3软件系统架构
系统采用客户／服务器（Client／Server）模型和浏览器／服务器（Browser／Server）模型相结合的模式同时支持移动端信息发布。
基础数据录入、数据处理及统计生成各类报表，采用C／S结构设计模式，其安全性、人机交互性好，处理速度快。
B/S模式方便大多数用户进行数据查询。
应用系统被分成前台（客户机）和后台（服务器）两部分，简单事务处理由客户端完成，数据访问和事务处理由服务器承担，矿山的生产管理技术人员通过网络安全登录系统，应用系统功能处理生产管理业务，查询相关生产管理信息。
系统配置采用二台关系数据库服务器和一台实时数据库服务器,一台磁盘阵列作为存储设备。
选用二台服务器作为I/O应用程序服务器及二台Web服务器，实时数据库服务器通过生产信息集成环网采集生产实时数据。
4.4数据采集模式
生产过程数据的采集分两种方式，一种是人工录入采集模式，在没有办法实现自动采集的地方，设置工作站，作为生产过程数据的录入及生产管理应用的客户端，初步设计工作站7台,分别配置在以下工序：
采掘1台、破碎1台、充填1台、压风1台、通风1台、运输1台、排水1台。
另一种是通过底层控制系统通讯自动采集，矿山各生产控制采用通过通讯接口用于生产管理层的实时数据采集，控制系统数据通过数采设备统一进入实时数据库并实现控制系统隔离。
考虑到数据采集现场环境及运行的稳定性，I/O服务器设计采用低端Xenon机架式服务器，同时在网络中断时，缓存采集的数据。
网络恢复后，同步数据，保证生产数据不丢失。
设置隔离网关保证控制层和上层的数据单向传输，保证控制层的安全。
自动采集连结方式如图4所示：
图4自动采集连接方式图
本系统除了要考虑系统本身功能实现之外，还要考虑系统与系统间的信息交互，只有在信息交互通畅的情况下，每一个系统才不至于成为信息孤岛，通过接口信息的交换，减少了不必要的重复录入工作，避免不同系统间信息的不一致性，使信息采集、传递、加工一气呵成，为企业的成本核算、统计分析提供及时、准确的基础数据。
与ERP系统接口
本系统与ERP系统的接口，在ERP系统功能覆盖时，通过关系数据库表间访问实现与ERP系统的交互接口，具体包括：
ERP系统向综合调度系统提供生产计划、采购订单、销售订单、原料到货、库存等信息；
综合调度系统向ERP系统提供生产实绩、能源消耗实绩、原料入库实绩、产品出库实绩等信息。
与LIMS系统接口
本系统检斤计量和化验分析的数据通过关系数据库表间访问自动取自公司LIMS系统。
与控制系统接口
本系统需通过与底层PLC控制系统通讯采集生产过程数据，统一规定为OPC方式。
4.5综合调度管理中心配置
综合调度管理中心是矿山的指挥中心，负责矿山的生产管理调度。
设置工作站6台，用于生产的调度及管理；其中生产管理2台、能源监控2台、生产工序监控及调度2台、系统管理1台、打印机一台。
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