基于三层结构煤矿信息化系统研究

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煤矿要将大量的煤炭和矸石从地层深处挖掘运输到地面，不仅要使用大量的机械设备，而且煤矿生产还要面对复杂的地质条件、地层压力、瓦斯、一氧化碳、自燃、地下水及煤尘等产生的影响。因此，煤矿生产过程不仅涉及到人与设备和工艺流程的关系，而且还涉及到自然条件的影响。运用自动化技术、计算机技术和微电子技术等高新技术改造传统的煤炭工业，即实现企业信息化，对煤矿生产中的各个生产与保障环节的主要参数进行各种各样的监测与控制，以及对煤矿地理信息、安全信息进行监测，是煤矿正常、安全生产的重要保障。

1 基于三层构架的煤矿企业信息化系统

流程工业计算机集成制造系统CIMS技术受到发达国家的高度重视，被列入这些国家的重点高技术发展计划。传统的普渡企业参考体系结构（Purdue Enterprise Reference ArchITecture，PERA），将流程工业CIMS体系结构分为过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策五个层次，该结构适用于金字塔式管理模式，将生产过程的控制与管理明显分开，忽视了生产过程中的物耗、能耗及设备的实时控制与管理，层次多，结构复杂，实现CIMS成本高，不便形成平台技术，不利于推广。此外，对以安全生产为首要目标的煤矿企业更加强调“管控一体化”，安全、生产、管理应更加紧密地结合在一起。

本文根据煤矿企业实际安全、生产情况，将煤矿企业信息化系统分为三个层次：资源管理层（ERP）、生产执行层（MES）、过程控制层（PCS）。系统结构图如图1所示。

1.1 过程控制层（PCS）

生产过程监测监控层由煤矿各个生产过程监测、监控子系统构成，完成煤炭生产各个环节的过程监测、自动化控制及安全监测。这些子系统采用的技术和结构形式可以多种多样，例如，可以是基于PC的分布式系统、PLC系统，也可以是智能化的机电一体化设备，通过总线方式接入综合信息化监控层网络。

该层主要功能是实现对井下各安全参数的监测和对采区工作面采煤机械、运输机、提升机、水泵，及地面通风机、选煤厂、煤炭装车等主要设备的控制与监测。该层还包括对煤矿地质信息的监测。

1.2 生产执行层（MES）

生产执行层是信息化系统建设的关键层次，起到连接过程控制层和资源管理层的重要作用。

MESA（MES国际联合会）归纳了11个主要的MES功能模块，包括工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集等模块。

MES国际联合会归纳的11个功能模块主要是针对制造行业制定的，属于流程工业的煤矿企业生产具有其独特的行业特色，其MES的功能组成模块也不同。本文根据煤矿安全生产的特点，把MES划分为：过程控制调度、安全管理、地测信息管理、原材料供应、人力资源管理、维护管理、质量管理、财务管理、产品及物料储运等模块。

（1）过程控制调度：主要针对煤矿生产各子系统的集中监控，包括：工作面、主煤流系统、供电系统、排水系统、通风系统、压风系统、提升系统、洗煤厂、排矸等。过程控制调度是MES层的重要部分，其实现的好坏决定于各子系统的自动化程度高低。

（2）安全管理：主要监测与煤矿生产相关的安全信息，包括环境监测（瓦斯浓度、CO浓度、温度、风速、水位等）、束管监测等。安全监测与煤矿生产、控制调度息息相关，是MES层中最具煤矿特色的功能模块。

（3）地测信息管理：指地测数据、图形综合管理，包括地层数据、地质勘探线数据、地震勘探线数据、钻孔数据、沉积环境数据、煤层数据成果、断层数据、综合资源、测井资料、测斜资料管理等等，也是MES层中最具煤矿特色的功能模块。

（4）原材料供应：主要指原料采购计划的制定与实施、辅助原材料计划的制定与实施、设备及器件采购计划的制定与实施、库存管理等。

（5）人力资源管理：主要业务内容为人力资源规划，提出组织结构方案、核定人员编制、制定工资标准及奖金分配方案，考核员工的能力与表现，进行员工的招聘与解聘等。

（6）维护管理：包括生产装置以及辅助生产装置的维护，设备中短期（含月度、季度和年度）检维修计划的编制与实施，事故抢修的组织与实施，设备日常管理与维护、固定资产管理等。

（7）质量管理：主要包括产品质量的分析与监控、企业全面质量管理等。

（8）财务管理：主要包括财务计划、成本的核算与监控、效益的分析与预测、资金管理、账务管理、资产管理等。

（9）产品及物料储运：主要包括原料、产品和中间物料的输送，煤炭储存的管理与监控，原料、产品的装卸与运输等。

1.3 资源管理层（ERP）

煤矿企业ERP根据煤矿的生产经营管理和组织机构特点，采用以安全生产和财务分析决策为核心的整体资源优化技术。在保证煤矿安全生产的前提下，根据企业的利润指标确定企业的标准生产成本，根据销售合同与市场预测来制订企业的生产计划。生产计划包括开采计划、物料需求计划、生产成本计划。然后进行人、财、物的整体资源优化分配，从而达到既要连续、均衡地安全生产，又要最大限度地降低原料和备品备件的库存量。财务管理不仅进行会计管理、成本核算，而且通过财务分析决策对原料供应、产品销售、原料、备品备件库存、人力资源进行集成管理，保证生产成本不超过额定的标准成本。

2 核心技术

（1）统一的综合网络传输平台

煤矿企业的核心业务就是煤炭的安全生产，由于环境条件的恶劣和危险，保证安全生产成为煤矿企业效益的最直接体现。因此必须充分采用先进成熟的技术，基于综合网络的大型开放式分布控制系统，实现全矿井监测、控制、管理一体化，形成全矿井生产各环节的过程控制自动化、生产综合调度指挥和业务运转网络化、行政办公无纸高效化，对煤矿生产安全和运营状况可实行远程监视，以保证对全矿井安全状况和生产过程进行实时监测、监视、控制、调度管理。安全、可靠的综合网络传输平台是实现煤矿企业信息化的基础。

（2）统一的数据处理中心——数据仓库

煤炭企业生产过程环节众多，所需要的配套系统也繁杂，因此在生产过程中各个业务环节都将产生大量的信息，如果分散处理，必将会产生大量的信息弧岛，虽然在某个业务局部会提高效率，但其直接后果就是形成更大的信息壁垒。作为企业集团化运作，其规模效益的产生就是要通过不同系统之间和不同数据格式之间的信息共享与交换，快速反映企业经营的方方面面，使得企业经营对外能够快速响应竞争要求，提高处理突发事件的能力，对内能够快速调配各类资源，使得成本最低，效果最好。因此须构建统一的数据处理中心，涵盖企业涉及的所有系统，以便为整个企业提供ASP服务。

3 结 语

煤矿企业的ERP/MES/PCS三层结构的现代集成制造系统，通过MES的承上启下作用和网络与数据库支撑系统，将erp系统和PCS系统集成，实现经营决策、安全生产过程管理和过程控制的信息集成。

ERP的生产计划通过MES的过程控制调度、安全管理等系统和PCS的生产过程、安全数据采集系统相集成，使煤矿生产管理现代化，提高生产效率，提供更有效的安全保障。（万方数据）