關長亮

(丹東東方測控技術股份有限公司， 遼寧 丹東 118002)

1 前言

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，在各行各業(yè)都起著極其重要的地位，生產(chǎn)管理系統(tǒng)不僅可以為相關決策人員起到更為直觀的生產(chǎn)決策和生產(chǎn)信息把控的作用，也可以對整個礦山的生產(chǎn)運營情況進行全方位的監(jiān)控。充分利用生產(chǎn)過程中自動化系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表的實時數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析與可視化展現(xiàn)，幫助生產(chǎn)管理人員實時掌控現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)，提高其對生產(chǎn)過程的管控能力，實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管控系統(tǒng)的一體化集成[1-2]。

2 整體工藝簡介

磨礦分級生產(chǎn)過程順序控制主要包括給料機、給料皮帶、球磨機、分級機等電氣設備相互聯(lián)鎖保護。設備啟動順序原則上按照工藝倒序依次啟動，正常停機的順序按照工藝正序依次延時停車，延時時間間隔應足以能處理該設備上的剩余物料。螺旋分級機溢流產(chǎn)品經(jīng)過攪拌桶進入2粗2掃鉛硫- 鋅分離浮選，分離出的鋅礦漿進入1粗3掃1精浮選，鋅精礦進入鋅精礦濃密機，尾礦進入尾礦濃密機；分離出的鉛硫混合礦漿經(jīng)過球磨- 旋流器再磨回路進入到2精鉛硫精浮選及2掃脫鋅浮選，其中鋅礦漿返回到鉛硫- 鋅分離浮選，鉛硫礦漿進入1粗2掃2精鉛硫分離浮選，鉛精礦進入到鉛精礦濃密機，硫精礦進入到硫精礦濃密機。整廠系統(tǒng)的網(wǎng)絡如圖1所示。

圖1 整廠系統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖

3 生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)設計原則

1)安全性

具有完備的安全策略以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；采取可靠的技術手段；在數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡等方面也充分考慮安全性。

2)開放性

系統(tǒng)將具備開放性網(wǎng)絡、支持多協(xié)議、具有良好的設備兼容性和互通互連能力等方面，并能提供多種數(shù)據(jù)訪問方式，也可以與第三方軟硬件兼容，實現(xiàn)系統(tǒng)間的無縫連接。

3)實用性

系統(tǒng)以需求為牽引，注重實效，所有設備在滿足功能的情況下成本最低。

4)先進性

在滿足當前系統(tǒng)功能需要的前提下，本著高定位、高起點的指導思想，采用先進的軟件設計方法、軟件實現(xiàn)技術[3]。

5)穩(wěn)定性

軟硬件架構符合工業(yè)級應用要求，要充分考慮選擇設備、系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡系統(tǒng)和應用軟件等各方面的可靠性，使系統(tǒng)具有相對的獨立性，局部問題不會影響系統(tǒng)的正常進行；要保證7×24h不間斷連續(xù)運行，防止系統(tǒng)崩潰。

6)可擴展性

系統(tǒng)的軟、硬件具有可擴展性，系統(tǒng)配置和設計容量具有合理冗余，符合擴展需要。

3.2 系統(tǒng)架構設計

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)底層基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)與現(xiàn)場自動化系統(tǒng)和各類儀表的通信，采集生產(chǎn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)并在實時數(shù)據(jù)庫中存儲、統(tǒng)計，將形成的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)在關系數(shù)據(jù)庫中存儲。采集和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為上層的生產(chǎn)過程監(jiān)控、設備運行管理、生產(chǎn)報表和能耗統(tǒng)計分析等業(yè)務系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支撐，同時系統(tǒng)底層的開發(fā)服務平臺提供了用戶認證、權限管理、系統(tǒng)日志等功能，系統(tǒng)以WEB方式向生產(chǎn)管理人員、調(diào)度人員提供服務，并提供移動客戶端以便在手機、平板電腦等設備上使用[4-5]。

系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關，實現(xiàn)控制網(wǎng)與管理網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交互，既可以保證數(shù)據(jù)的安全與一致性，又實現(xiàn)管理網(wǎng)與控制網(wǎng)之間的物理隔離，進而保證了控制網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。通過廠區(qū)現(xiàn)有Internet網(wǎng)絡出口，將信息發(fā)布系統(tǒng)映射到Internet網(wǎng)絡，保證用戶可以隨時隨地的登錄和使用系統(tǒng)[6]。

圖2 系統(tǒng)架構圖

4 系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

本系統(tǒng)功能實現(xiàn)主要有數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程監(jiān)控以及系統(tǒng)管理幾個部分，具體包括工藝流程監(jiān)控、設備狀態(tài)監(jiān)控、視頻集成監(jiān)控、異常報警、設備管理、能耗分析等部分。

4.1 數(shù)據(jù)采集功能

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的基礎，它從生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化控制系統(tǒng)、各類檢測儀器、計量儀器儀表等采集實時數(shù)據(jù)與信號，這些信息將通過上層系統(tǒng)在生產(chǎn)過程實時監(jiān)控畫面上顯示。同時，系統(tǒng)將這些實時數(shù)據(jù)通過實時數(shù)據(jù)庫進行存儲，作為進行生產(chǎn)回溯、查找生產(chǎn)異常發(fā)生原因的依據(jù)。本方案實時數(shù)據(jù)庫選用自主研發(fā)的DF-RealData實時數(shù)據(jù)庫，其具備高性能的數(shù)據(jù)采集與存儲能力，可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的秒級采集，完全可滿足采集周期不大于3s的要求；支持數(shù)據(jù)存儲的壓縮功能，可保障在有限的存儲空間中實現(xiàn)歷史實時數(shù)據(jù)長期存儲的需求，根據(jù)數(shù)據(jù)庫服務器磁盤容量配置，完全可滿足實時數(shù)據(jù)1年的存儲需求；支持分布式部署，便于后期的擴展和增容；支持標準的OPC接口，可滿足第三方數(shù)據(jù)接入的需求[7]。

4.2 生產(chǎn)過程監(jiān)控

生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集主機與過程控制系統(tǒng)(DCS)通信，在過程監(jiān)控畫面上對全廠生產(chǎn)的主要工藝過程的工藝運行參數(shù)、設備運行狀態(tài)進行圖形化展示，幫助生產(chǎn)管理人員監(jiān)督生產(chǎn)。

1)工藝流程監(jiān)控

結(jié)合實際運行流程，建立遠程關鍵工藝流程監(jiān)視系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測全廠重要生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。以圖形化顯示工藝流程(設備形象聯(lián)系圖)，結(jié)合實際工藝，采集設備開動情況信號及主要生產(chǎn)物料信息(磨礦水量、濃度、細度、流量、各加藥點的加藥量、調(diào)整藥量的時間點記錄、濃縮水量等)，直觀形象表達現(xiàn)場生產(chǎn)過程。工藝流程監(jiān)控如圖3所示。

2)設備狀態(tài)監(jiān)控

在監(jiān)控主界面上，以動態(tài)圖形方式顯示立式螺旋攪拌磨、旋流器、渣漿泵、直線篩、浮選機、礦漿泵、濃密機、回水泵等重要設備的啟停狀態(tài)，流量、電壓、工作溫度等參數(shù)的當前值和累計值。有報警，采集值顯示三色警燈，便于用戶便捷地判斷告警類型。如果需要查看設備的詳細狀態(tài)，可以點擊設備原圖查看其詳細數(shù)據(jù)列表、一段時間的運行趨勢等。

3)視頻監(jiān)控集成

將各車間的視頻監(jiān)控畫面通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)的流媒體服務器接入生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中，并將監(jiān)控畫面有工藝點、關注區(qū)域的位置關聯(lián)。系統(tǒng)按工藝點名稱或區(qū)域名稱提供列表，用戶點擊工藝點或區(qū)域名稱即可打開其周邊攝像頭畫面，查看監(jiān)控畫面，便于用戶快速定位打開關注的視頻監(jiān)控畫面。集成的視頻監(jiān)控畫面作為生產(chǎn)過程監(jiān)控的一部分，可在生產(chǎn)過程監(jiān)控界面上直接打卡，無需用戶再次登錄視頻監(jiān)控系統(tǒng)，便于用戶隨時查看現(xiàn)場情況。視頻監(jiān)控集成如圖4所示。

圖3 工藝流程監(jiān)控示例

4)異常報警

異常報警的主要功能是通過各種方式顯示生產(chǎn)、設備、質(zhì)量、安全等報警變量的信息，及時預警，使工程技術人員可以及時掌握報警信息和進行事故追憶，以輔助調(diào)度、提高應變速度。本系統(tǒng)報警主要有報警指標設置、報警的產(chǎn)生、報警顯示等功能。報警指標設置：建立各種預警指標，作為報警信息產(chǎn)生的閥值。報警的產(chǎn)生：當被測參數(shù)超限、保護動作及設備運行狀態(tài)改變后發(fā)出語音、文字告警提示，并進行聲、光報警。報警顯示：按時間順序、按優(yōu)先級別、按故障點所處區(qū)域等進行報警顯示。

5)設備運行管理

系統(tǒng)通過自動化控制系統(tǒng)實時采集記錄設備的啟停事件、報警記錄，在設備故障時可在系統(tǒng)中填寫故障類型和原因，系統(tǒng)通過對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，提供系統(tǒng)運行狀態(tài)報表和分析圖表，詳細展現(xiàn)了系統(tǒng)的運行臺時、停機時長、故障時長、開機率、故障率，幫助生產(chǎn)管理人員實時監(jiān)控和分析設備狀態(tài)，提升設備管理水平。

系統(tǒng)支持通過表格、餅圖、曲線圖、棒圖、柱狀圖等多樣、多維度的呈現(xiàn)設備運行統(tǒng)計分析結(jié)果，直觀呈現(xiàn)設備運行過程中的狀態(tài)分布情況、設備的作業(yè)率、故障率。設備運行管理如圖5所示。

圖5 備運行管理示例

6)生產(chǎn)報表及能耗統(tǒng)計分析

系統(tǒng)提供強大的數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計報表系統(tǒng)，支持自動生成日常生產(chǎn)管理業(yè)務中大量的數(shù)據(jù)報表。用戶可以查詢過去某一時間點的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)、能耗情況、報警信息、關鍵指標等，可以生成周、月、年統(tǒng)計報表(含按表內(nèi)某一參數(shù)特征作分類查詢、統(tǒng)計功能)，并可以查詢打印這些報表，包括生產(chǎn)指標查詢和統(tǒng)計、生產(chǎn)日報、生產(chǎn)月報、生產(chǎn)年報等。

統(tǒng)計結(jié)果顯示方式多樣：為了使統(tǒng)計結(jié)果能夠更加直觀的顯示給使用者，方便使用者對統(tǒng)計結(jié)果進行分析，系統(tǒng)提供多種顯示方式。常用的顯示方式有柱狀圖顯示、曲線顯示、一段時間的統(tǒng)計結(jié)果的動態(tài)顯示、多組統(tǒng)計結(jié)果對比顯示等，這些統(tǒng)計圖形可與報表一同提呈給生產(chǎn)管理者，便于其直觀的了解和分析生產(chǎn)情況。

4.3 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)具備完善的用戶和權限管理功能，可以根據(jù)組織架構對用戶分組管理，同時基于角色分配用戶的系統(tǒng)操作權限，用戶僅可以查看和操作其權限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，不能進行未經(jīng)授權的操作或查看沒有權限的數(shù)據(jù)，可有效防止越權操作和泄密。操作權限基于用戶所屬的角色分配，可在使用者崗位變更時快速的為其調(diào)整權限。系統(tǒng)提供統(tǒng)一身份驗證功能，在使用各業(yè)務子系統(tǒng)功能時無需進行重復登錄，即可在其權限范圍內(nèi)完成所有操作。系統(tǒng)具有詳細的系統(tǒng)日志，對用戶的每次登陸、查詢、修改和打印數(shù)據(jù)都有詳細的日志記錄，可有效保障數(shù)據(jù)的安全。

5 結(jié)論

本次以某現(xiàn)場為例，對該選礦廠的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的方案進行了介紹。通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析與可視化展現(xiàn)，幫助生產(chǎn)管理人員實時掌控現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)，提高其對生產(chǎn)過程的管控能力，實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管控系統(tǒng)的一體化集成。