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发表人：jcqihao |
发表时间：2013/3/25 10:42:00 |
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| 本栏论题： |
煤矿企业安全生产调度执行系统研究 [1648] |
煤矿企业安全生产调度执行系统研究
薜雷，孙伟(中国矿业大学信电学院，江苏徐州221008)
摘要：生产执行系统(MES)是连接上层企业资源计划(ERP)与底层过程控制系统(PCS)的桥梁，是基于ERP/MES/PCS三层结构扁平化管理的综合自动化系统(CIMS)的关键。针对煤炭生产过程的特点，提出煤炭行业的制造系统体系结构，形成具有煤炭行业特色的MES(安全生产调度执行系统)，对其各部分的功能进行了阐述，并进一步讨论了安全生产调度执行系统的软件平台。
关键词：安全生产调度执行系统；煤炭；体系结构；综合自动化系统
1、引言
随着信息技术和现代管理技术的发展，流程工业已开始从金字塔模式向扁平化模式转换，适合扁平化管理模式的综合自动化系统成为工业自动化高技术的研究热点。20世纪90年代，计算机集成生产系统的研究已成为自动化领域高技术中的前沿课题。
目前，我国煤炭行业的运行管理方式还比较落后。虽然经过长期的发展，煤矿生产的综采机械化程度和自动化程度有了很大的提高：如采掘工作面以计算杌为核心的电牵引采煤机、电液控制的液压支架和掘进机、井下设备监控系统、井下人员监测系统、井下安全与生产监测系统、地面设备监控系统、选煤厂全厂自动化系统等，这些系统独立运行，在调度室集中监视，在煤炭安全生产中发挥了一定的作用。
我国煤炭行业需要建立一个基于计算机技术的综合集成系统，将各种应用系统通过计算机网络和数据库技术连成一个有机的整体，共享企业的各种信息资源，实现优化调度和决策支持，实现矿井生产、安全、地理、管理信息共享，生产安全自动化。
2、煤炭工业生产过程的特点
煤矿作为煤炭工业生产的核心，在生产经营过程中存在以下特点：
(1)生产对象是埋藏在地下的矿物资源，其地质条件复杂多变。同时，生产场地随开采的进度不断变化；
(2)生产作业条件艰苦，存在水、火、冒顶以及瓦斯、煤尘爆炸等自然灾害的威胁。因此，在生产管理中，安全管理、灾害预防、事故抢险占较为重要的地位；
(3)煤矿的生产过程涉及地质、采掘、支护、通风、洗选、储装运、机电、通信等多种技术，形成一个多工种相互配合的综合系统。
由于煤炭生产过程的特殊性，煤矿自动化不仅要监测控制大量的机电设备：采煤机、掘进机、液压支架、刮板输送机、长距离带式输送机、提升、通风、排水、供电等，而且要监测控制矿井压力、瓦斯、CO、煤尘浓度、采空区温度等自然环境参数。现代化煤矿生产不仅要解决设备的自动化问题，而且与复杂的自然条件相关，矿井安全在企业中也占有十分重要的地位。其生产调度指挥及决策的难度比其它行业更大，机械制造和流程工业的生产过程自动化系统无法应用到煤炭工业。因此，研究煤矿安全生产过程的调度管理执行系统有重要的实际价值。
3、煤矿安全生产调度执行系统的体系结构
根据煤炭企业生产的特点，企业生产强调的是生产过程的整体性，各个工序、各套设备生产加工组织的局部优化是不够的，局部的最优安排可能与整体优化产生冲突，只有企业整体生产经营过程的优化才能保证企业在生产成本和经营效益上的最优结果，因此需要利用CIM的思想和方法，通过自动化系统的建设，达到整个设计、经营、加工过程的集成，实现整体优化。而综合自动化系统的建设，单纯依靠提高生产设备控制的自动化水平和增强企业经营管理并不能解决全部问题，在设备和过程控制与企业经营管理之间存在着生产过程监控管理一体化的功能需求，实现过程信息与管理信息的集成，这就是制造执行系统。
3.1、体系结构
安全生产执行调度管理系统(MES)的榘成系统模型是以经济指标为目标，以生产过程优化运行、优化控制与优化管理为核心技术的功能模型，由围绕实时数据库、关系数据库、文档数据库和工程数据库的多组功能构成，根据订单、地质开采和安全条件以及生产、储运能力制定合理的生产计划，对设备、人力、资金等进行资源配置和作业调度，生产过程的管理与优化，地测采信息管理，全过程的安全监测、评估、预测和管理，成本控制与管理，物料跟踪与管理，设备管理，工艺质量管理，生产过程信息处理与决策支持系统等。
3.2 功能
(1)生产过程管理包括物流控制与管理、生产成本控制与管理、数据统计、生产调度等功能，是与企业资源管理层的生产计划相对应的功能模块，实际上是MES架构中承上启下的关键模块。它一方面负责将经营决策层的经营目标，如开采计划、成本、劳动生产率等目标通过合理的调度方案加以实现；另一方面通过生产数据统计，进行及时准确的生产过程绩效分析和监测，并与计划的目标相对比，实现质量、成本的闭环控制和管理。
(2)安全控制与管理安全在煤矿生产过程中，有着异乎寻常的重要性。需要集成现有煤矿安全生产信息实时监测系统、地质与环境计算、安全管理等，并在数据模型基础上，开发安全信息和仿真系统、安全评估专家系统、安全管理决策支持系统、灾
害预测与防治等技术，建立完整的安全监测、评估、预测与保障技术。
(3)设备维护管理 提供生产设备效能及可靠性监测、故障诊断和预测技术，保证设备可靠运行和生产的连续进行。煤矿生产过程中设备众多、工作环境恶劣，为了满足生产连续性要求，对设备的可靠性、维检与维修具有很高的要求。在生产调度过程中，一个很重要的内容就是生产与维检作业的安排。
因此，需要发展生产设备效能及可靠性监测、故障诊断和预测技术。它与优化调度、设备管理、成本控制等都有直接关系。
(4)决策支持系统 需要建立煤矿生产过程中有关决策主题体系，形成系统的数据归类标准，建立从多种异构的数据源中抽取数据、具有数据库系统无关性的多维数据仓库。并将现有的数据仓库技术和实时数据分析技术集合起来。以数据仓库（DataWarehouse）技术为基础，以联机分析处理( OLAP)．和数据采(DataMining)工具为手段，构成决策支持系统的一整套实施解决方案。
由于煤矿生产数据量大，不确定因素多，专家系统技术和各种推理技术对提高决策支持的准确度十分必要，需要数据采掘与知识发现技术。需要运用统计分析方法、基于规则和决策树算法、神经网络方法、基于Rough set理论方法、遗传算法、模糊逻辑等方法构建多种智能决策支持系统。实现对数据、模拟、知识、交互4个部件的系统集成。提供结构化决策支持、非结构化决策支持、半结构化决策支持。
(5)生产流程模拟 以生产过程各类模块化模型为基础，提供MES中各个功能模块运行的可视化流程模拟支持。通过基于模型的“虚拟工厂”，模拟装置开工、停工和故障异常处理，验证生产过程中的物料、能量平衡，培训操作人员，改进生产方案和设计方案。生产过程各类模块化模型一般采用工艺计算和模型辨识相结合的混合建模方法，包括静态产率估计模型和关键装置动态模型。煤矿生产环境的复杂性、未知性、不可重复性，给煤炭生产环境设计、计划安排、实时调度、任务执行等带来巨大的困难。有必要在数字矿山的理念指导和整体框架下，构建数字MES系统(DMES)，它是建立在矿山地理信息系统等系统基础之上的一个系统，其核心是在统一时间坐标与空间框架下，科学、合理地组织各类矿山信息，建立矿山地理信息系统，将矿山信息资源进行全面、有效和有序地管理和整合。
并将一个实际运行的安全生产执行系统的环境、设备、物料、人员、工艺、管理调度安全等数字地、形象化地、实时地描述与再现。它在矿山信息数据仓库基础上，充分利用现代空间分析、数据采矿、知识挖掘、虚拟现实、网络、多媒体和科学计算技术，为矿山资源与环境、采掘规划与设计、生产、安全和决策管理进行模拟、仿真和过程分析提供新的技术平台和强大工具。
在通过定位、测量、实时监测、漫游扫描等手段建立各种系统模型的基础上，对煤矿、矿山生产建立虚拟现实系统，对生产过程设计、生产环境设计、生产任务的调配等进行仿真和模拟，对各种灾害和事故的发生、预防和排除进行仿真，可以制定和分析各种方案和计划。可以极大提高生产效率和决策的科学性，有助于实现系统状态实时评估与改善系统安全稳定性，有利于制定和实行经济运行策略，预防可能发生的各种灾害事故和实施紧急控制与处理。
4、煤矿安全生产过程调度管理执行系统的软件平台
MES系统需要在对具体应用集成框架做出规定的基础上，采用面向分布式对象、构件、代理等技术，开发建立基于组件技术之上的软件系统。利用现有计算机设备与网络，以具有开放性、可集成性、可重组性、操作简单性等特点的WWW技术为手段，基于文档数据库+关系数据库+实时数据库+工程数据库，基于Brower/Web Server/Database Server三层结构的Internet/lntranet技术和服务，由信息和组件管理、中间件、通讯工具、应用软件等集成，建立煤矿MES集成软件平台和应用工具集。
(1)实时监控软件平台（实时数据库）
实时监控软件平台以实时数据库为核心，与过程控制层的各个软硬件相连接，调用过程控制装备中的过程信息，并发出MES层根据生产计划和生产过程的实际状况做出的控制信息，为用户提供实时监控和管理的平台。实时监控软件平台的关键技术，包括实时数据库技术、可靠性技术、冗余容错技术、数据获取技术和人机界面技术。
(2)综合集成软件平台（关系数据库）
综合集成软件平台通过对生产过程数据的集成、加工处理，提炼出真正对经营决策有用的数据，从而在经营决策管理和实时过程控制之间架起一座桥梁，达到两者之间的信息交换和紧密集成。综合集成软件平台必须解决数据库、全局信息模型和数
据模型建立、数据获取和数据挖掘技术等关键技术。
构建MES结构中的数据模型，需要在数据仓库、数据挖掘和基于地理信息系统的DMES基础上，围绕安全流、物流、资金流、能量流和工作流建立。并在此基础上，逐步建立各类为矿业工程、生产、安全、管理、计划、决策等服务的各类专业应用模型，形成模型仓库。
5、结语
通过分析煤矿企业生产管理特征，研究煤炭安全生产执行 |
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