数字化矿山信息化规划
方案
Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
数字化矿山信息化规划方案
2009年12月
北京中安达远科技发展有限公司
目录
1煤炭企业信息化的特点
煤炭企业的行业类型属于资源开采型，国有大中型企业集团是煤炭行业的主体。与其他行业不同，煤炭行业具有行业自身所独有的特殊性：
（1）源赋存条件的先天性。自然资源是煤炭企业生存与发展的基础，煤炭企业的产品种类和产品质量主要由煤田的煤炭种类、煤质成分等自然因素所决定。
（2）生产成本的不确定性。与资源赋存条件相关，煤炭企业的综合成本中，煤层地质情况、企业地理位置、井下灾害程度等都是影响成本的重要因素，不像其他行业有较强的可控制性
（3）物流的不连续性。煤炭生产是连续的，但煤炭企业的物流是不连续的，材料消耗与产品不是形态上连续转化，因为有开拓掘进等采煤准备阶段，材料与产品也不具备简单的数量对应关系。
（4）销售方式的计划性。煤炭销售主要是由国家有关部委主持年度订货会，并提出价格指导意见，供需双方一般是年度订货、合同销售、分期发运，高度灵活的市场销售机制并不十分突出。
（5）管理的复杂性。煤炭企业生产条件复杂，作业现场条件差，矿井自然灾害多，生产平衡、安全控制难度大，安全管控是煤炭企业管理的难点和重点。
（6）产业机构的多元性。大型煤炭企业多发展成为以煤为主、多业并举的集团型企业，非煤产业的产值和从业人员在煤炭企业已占相当比重。
（7）管理体制、运行机制的传统性。煤炭行业是传统的基础产业，在管理体制、经营机制、用人制度等方面带有更多的计划经济特点。
（8）企业生存的周期性。所有煤炭企业都有建矿、生产、衰老、关闭的生产周期，信息化建设不能改变客观规律，而应顺应这个规律去设计和展开。
另外，煤炭企业受多种因素影响，信息化建设方面欠账比较多，基础设施落后，技术人员缺乏；软件企业较少深入地介入这一领域，缺乏成熟的高可用性的信息化整体解决方案。
2总体规划
2.1目标
用3年时间，建成包括基础信息支撑平台、集中监控系统、生产执行系统、物流管理系统、事务管理系统、电子商务系统在内的”一个平台五大系统”，实现数字化管理。提高产量、增强安全、降低成本、提升管理，增强整体竞争力。
(1)基础信息支撑平台。构建整个信息应用系统的基础运行平台。提供稳定、高
速、安全、随时可用的信息流通平台。
(2)矿井集中监控系统(DCS)。将井下、地面相关生产设备、设施统一监控，各
种信息相互验证，保证信息准确性，保证安全、高效。
(3)生产执行系统（MES）。在集中监控系统的基础上，实现生产的安全、高
产、高效。通过生产调度系统，将物料供应、设备管理、人员与班组能力管理、生产成本核算等系统结合起来，实现敏捷生产。
(4)物流管理系统。包括销售、财务结算、物资采购与供应等经营管理子系统。
(5)事务管理系统。包括办公自动化、项目管理、人事管理、文档管理、安全与
健康管理、党政工、教育文卫、员工培训、办公费用、差旅等子系统。
(6)电子商务系统。包括对外门户、与供应商往来、与客户往来等子系统。2.2规划原则
坚持“实用、可靠、先进、经济、开放”的原则。
(1)实用性原则
根据企业信息化规划，以能够满足现在和今后5－10年的功能需要为考察的重点，不仅仅片面追求“最好的”软硬件、追求技术先进性和功能的强大性。信息技术是飞速发展的，即使选择现在认为“最好的”软件，也无法确保今后的状况。
(2)成熟性原则
选择成熟的、流行的技术，不盲目追求先进、高成本的信息技术，确保信息化的成功率。
(3)适当的开放性
系统的开放性有助于系统的开发、集成和整合，完全封闭的系统不宜采用。但过度的开放不但没有实际应用价值，还会带来一定的危害，因此，开放性适当即可。
(4)可升级性和服务性
信息技术转移成本很高。需要选择发展前景看好、能够持续进行系统升级并提供良好服务与支持的软硬件。
(5)性能价格比
构成信息技术的成本由以下方面构成：系统价格、实施成本、系统修改成本、接口成本、推迟实施的成本、升级成本、维护成本。因此，综合考虑性能价格比最大时，“价格”指的成本，而不仅仅是系统价格。
2.3指导思想
“总体规划、分步实施、急用先行、效益驱动”。
(1)总体规划。从整体架构上，系统、完整地考虑整体信息化的需求，将整体分
割成若干子系统。兼顾现状与未来发展，兼顾实用性和先进性。
(2)分步实施。综合考虑资金、人员、时间等因素，逐步、分步地实施。
(3)急用先行。按照轻重缓急，逐步实施。
(4)效益驱动。注重投入产出，追求经济利益最大。
3总体功能结构
3.1一个平台、五个系统
煤矿信息化内容包括“一个平台、五个系统”：
(1) 基础信息平台。构建整个信息应用系统的基础运行平台。提供稳定、
高速、安全、随时可用的信息流通平台。
(2) 矿井集中监控系统（DCS）。将井下、地面相关生产设备、设施统一
监控，各种信息相互验证，保证信息准确性，保证安全、高效。
(3) 生产执行系统(MES)。在安全监控系统的基础上，实现生产的安全、高
产、高效。通过生产调度系统，将物料供应、设备管理、人员与班组能力管理、生产成本核算等系统结合起来，实现敏捷生产。
(4) 物流管理系统。包括销售、财务结算、物资采购与供应等经营管理子
系统。
(5) 事务管理系统。包括行政办公、人事劳资、企业文化、对外宣传、项
目管理、文档管理、安全与健康管理、党政工、教育文卫等子系统。
(6) 电子商务系统。包括对外门户、与供应商往来、与客户往来等子系
统。
整个系统以生产执行系统(MES)为核心，强调产量与安全的平衡。以生产调度为中心，向上拉动销售与采购，向下指导设备运行与监控；财务预算、成本与核算，衡量生产系统的绩效。
3.2MES系统与ERP系统/DCS系统的关系
3.2.1MES系统介绍
MES全称生产执行系统(Manufacture Execute System)。是来源于制造业的一个管理信息化概念。顾名思义，MES系统辅助工厂贯彻和执行生产计划。
魏矿的核心业务是采掘煤炭：将生产作业计划贯彻执行，根据井下各种状况，产生各种调度指令，采掘出来煤矿。
3.2.2MES系统与ERP系统、DCS系统的关系
首先，ERP系统并不适合于煤炭采掘企业。ERP系统的概念来源于制造企业，关键在于订单拉动生产，全面配置资源，使得高效生产、成本最低。特别适合于复杂的离散生产作业，通过物料编码(POM)系统，将订单分解成若干个零件，进行采购或生产计划。但是，煤炭采掘完全不同于离散制造，不存在订单分解问题；也不同于流程制造业的配方分解。这样，整个ERP系统的强项就发挥不出来。
其次，DCS系统也不能解决煤炭企业生产的问题。DCS系统全称离散控制系统(Distrubition Control System)。从字面意思来理解，就是将各种单独的控制单元集成在一起进行控制。例如电厂的总控。DCS系统的缺陷是仅仅将各种设备的控制集成在一起，与生产作业计划本身缺乏联系。需要人工来将生产作业计划分解成调控指令，在DCS系统中实现控制作业。
对于魏矿这样的煤炭采掘企业，显然，ERP不能解决生产执行的问题，DCS也不能解决生产执行的问题。MES系统是合适的选择。
MES在煤矿综合自动化系统中起着中间层的作用——在长期计划的指导下，MES根据底层控制系统(DCS)采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的计
划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。那么，MES依靠哪些技术、模块实现这一目标尤其是与经营管理、控制系统如何实现协作呢
3.2.3MES的主要功能
作为一种计算机辅助生产管理系统，MES重要使命就是实现企业的连续信息流。它包含了许多功能模块。通过实践，MESA（MES国际联合会）归纳了十一个主要的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。后来又添加了第十二个功能模块：物料管理功能。
这些功能模块来源于制造企业。有很多模块对于煤炭采掘企业并不适用。因此，我们提出，对于煤炭采掘企业来说，MES系统应该包括如下主要功能模块：
(1)作业详细调度
(2)资源分配与状态管理
(3)过程管理
(4)人力资源管理
(5)维护管理
(6)文档控制
(7)性能分析和数据采集
(8)物料管理
(9)动力管理(特色模块)
(10)安全管理(特色模块)
根据煤炭企业的特点，增加了2个模块：动力管理、安全管理。动力管理主要是管理井下供电、抽水与供水、井下通风等。相比离散制造企业，煤炭采掘的动力供应是主要的能力制约条件。安全管理模块管理正常生产的安全制约条件，例如瓦斯与通风、一氧化碳、设备安全、人员安全等。
通过上述这些模块有效协作，MES在煤矿综合自动化系统中起着中间层的作用。在MES下层，是底层生产控制系统，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或这几种类型的组合；在MES上层，则是高层管理计划系统，包括ERP、MRP II。
从时间因素分析，在MES之上的计划系统考虑的问题域是中长期的生产计划（时间因子＝100倍），执行层系统MES处理的问题域是近期生产任务的协调安排问题（时间因子＝10倍），控制层系统则必须实时地接收作业指令，使设备正常运转（时间因子＝1倍）。它们相互关联、互为补充，实现企业的连续信息流。
在长期计划的指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。下图描述了MES在企业中的数据流图。
图MES在企业中数据流图
控制与信息反馈流程以及MES与ERP、设备控制系统之间的关系。在图中，计划与控制指令自上而下越来越详细与具体，而由分布在生产现场的数据采集系统采集的实时数据自下而上经过层层汇总，数据的综合性越来越强。
在信息交互的具体内容方面，MES向上层提交周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品(WIP)存放位置和状态、实际定单执行等涉及生产运行的数据；向底层控制系统发布生产指令控制及有关的生产线运行的各种参数等。下图描述了MES与计划层和控制层的信息交互关系。
图MES与计划层及控制层信息交互
4信息支撑平台
信息支撑平台的基本建设目标是为应用系统提供良好的应用支撑平台。主要建设内容如下：
(1)覆盖整个矿区的千兆光纤骨干网络，提供千兆以太网、xDSL等多种网
络接入方式；
(2)负载动态均衡的因特网接入；
(3)建立数据中心系统和集团公司、矿厂两级网络管理体系，实现全网分级
分布式管理；
(4)综合使用备份技术、防火墙技术、VPN技术等建立完备的安全防范及管
理体系。
5矿井集中监控(DCS)系统
系统包括调度管理、安全生产监测、煤流控制系统、变电所监控系统、工业电视系统以及排水系统、排矸系统、压风系统、主扇风系统等各类子系统。主要完成：
生产过程中的实施组织、协调平衡、意外处置、调度指挥和统计分析，理顺生产技术指标、工业参数、操作规程，以落实生产经营计划并形成日报、月报汇总。
对矿上各种监控系统的数据进行汇总，通过Web发布，领导及各职能部门通过自己的工作站浏览所需的信息，从而为领导的宏观指导、决策提供及时、准确的信息，有利于企业的总体调度。
采集电力监控系统的数据并根据实际需要形成实时模拟画面、实时监测信息报表、跟踪曲线、历史曲线、报警信息等。
煤流生产系统的实时控制、保护和故障闭锁。
通过OPC（OLE for Process Control）通用接口，把现场总线信号与PC机的某些通用开发平台和应用软件平台连接起来，如图所示连接传递关系。
下面介绍主要系统的功能。
5.1矿井通信子系统
一个现代化的矿井，其通信系统必须做到行政、调度通信相互补充，有线、无线通信手段相配套，以应急通信作保证，这样才有较大的发展空间。只有这样，通信网才既能保证煤炭生产、安全、经营及人们生活的需要，又能实现在紧急情况下的通信保障，才能为向下一代网络的演进打下基础。所以，新的煤矿通信网将是集安全性、管理性、扩展性、生存性于一身的网络。没有这样一个网络支撑，通信很难保证煤矿安全生产的正常进行，很难适应煤矿发展的需要。
除了行政通信系统、洗煤调度通信系统之外，与生产相关的有生产调度通信系统、安全监测监控系统、井下无线通信系统、个人应急通信系统等。
(1)生产调度通信系统
该系统是煤矿安全生产管理中的重要手段之一，在煤炭生产中发挥着非常重要的作用。在地面，它是行政通信系统不可缺少的重要补充部分，因为煤矿生产规程中规定，在地面如绞车房、中央变电站等重点部位要安装行政、生产两套通信设备，保证在一个系统出现故障，另一个系统能满足生产的需要。在井下，生产调度通信系统则是主要的通信手段，井下各生产环节的信息主要通过该系统来传递。对生产调度通信系统的要求主要是运行可靠。
(2)计算机、安全监测、监控系统
矿井计算机、安全监测、监控系统等配套的系统种类较多，传输信号制式各异。系统内的各种信息要及时地传递到矿井主调度室，同时部分信息要进入生产调度通信系统供有关部门掌握，所以要求生产调度通信系统要有各种可扩展的接口，能够与各系统联网。
(3)井下无线通信系统
作为生产管理人员、电机车司机、皮带维护工和其它流动人员的主要通信手段，井下无线通信系统保证了这些人员能够与生产调度室及时取得联系。它具有安装快捷，能在较短时间内形成局部移动通信系统的特点。系统能与矿井行政、生产通信系统实现组网，特别是当井下发生紧急情况时，可为井下提供能及时与地面联系的工具，对抢险的组织非常有帮助。
(4)个人应急通信系统
有代表的产品包括井下人员跟踪系统、紧急通信系统（井下BP机）等，这些产品主要用于生产管理人员、矿山救护队、井筒抢修、斜井人车等流动性大以及工作性质较重要的个人使用，尤其适用于井下事故的抢险，是煤矿通信系统应该必备的辅助通信手段。
5.2基于WEB的网络视频监控子系统
目前，煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣，所以容易发生事故。利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。因此远程视频监控系统是现代矿井安全生产监控系统的重要组成部分。
当前一些煤矿使用的视频监控系统都是早期的模拟监控，性能和稳定性不高。现在随着网络技术和计算机技术的发展，基于TCP/IP协议的IP网的应用得到广泛普及。高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，促进了基于IP技术的各种视频通信应用，如网络远程视频监控系统的发展。所以在煤矿安全监控系统中引入现代网络远程视频监控系统将是一种趋势。
根据这种现场条件，建议采用基于IP的网络视频监控系统，该系统基于嵌入式Web服务器，获得较好的网络视频传输。在外部环境上，在全局各矿构建一个以光纤为传输媒介的千兆以太局域网，可以实现语音和视频的快速传输，这为基于嵌入式Web服务器的网络视频监控的应用提供了良好的条件。将视频监控的图像在本矿的局域网上传输，这样矿领导、调度室、安检科等在办公室里就可随时通过电脑了解现场的工作和设备运行情况。
5.3安全监控子系统
监控井下主要的参数，包括一氧化碳、温度、风速、主要风门开关和主通风机、主要设备开停状态等。
煤矿安全监测监控系统是整个网络的远端数据采集点，除对本矿井一氧化碳、温度、风速、主要风门开关和主通风机、主要设备开停状态等状况进行监测监控外，按照统一的数据格式和通信协议向市级、集团公司网络中心传送监管数据。
适当的时候，可以采用GIS（地理信息系统）技术，对采掘工作图的矢量化，直观准确显示传感器及各种设备的位置和监测数据，瓦斯通风等状况数据一目了然。
采用TCP/IP通信协议，使用FTP或Socket数据包方式统一传输数据格式，实现与网络中心的数据传输并联网运行。
5.4矿井供电电网监控子系统
煤矿井下供电电网监控系统主要监测井下变电所高压配电开关的电流、电压、有功功率、真空断路器的开合状态，通过地面计算机控制各配电开关的分合。地面遥控井下变电所高压配电开关复位、合闸、分闸，变电所无人值守，提高井下用电的科学管理化、控制自动化水平。
5.5井下人员定位跟踪系统
出入口监控: 利用虹膜识别技术，识别出入矿井的职工，通过人员出入信息记录，进行考勤和安全管理。
井下人员定位跟踪系统主要用于井下和隧道作业。标签由个人携带，也可放置在车辆或仪器设备上，并将它们所处的位置和最新记录信息传输给主控室。
通过对煤矿坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现对人、车、物在不同状态（移动、静止）下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。
5.6矿井主排水控制系统
煤矿井下都有涌水，涌水到一定程度需要用水泵排走。目前排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还做不到根据水位或其它参数自动开停水泵，严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。
应该做到自动检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度多台水泵运行。通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。
5.7皮带运输监控子系统
煤矿胶带机集控系统运行安全可靠与否直接影响矿井的经济效益。为提高系统的可靠性和安全性，实施集中监控，实现系统的综合保护和集中监控，是十分必要的。
集控系统与调度电话系统、工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，对整个系统遥测、遥信、遥控。系统完成后可实现提高生产效率、降低事故率，减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。
利用控制设备、通讯模块、打滑、堆料、超温、烟雾、纵撕、灭尘、速度、跑偏、煤位等保护，达到皮带机集中控制与监测系统的要求。
5.8其他系统
根据需要，还有排矸系统、压风系统、主扇风系统等子系统。这些系统控制井下生产作业中的排矸、压风、风量等系统。
6生产执行(MES)系统
6.1生产计划
根据经营计划和生产能力制定年生产计划，分解为月度、周、班生产计划，根据计划下达生产任务，并协调资源配置，保证生产。
6.2生产调度
建立在矿井集中控制系统（DCS）之上的生产调度是生产执行系统的核心。煤矿生产涉及到众多因素，例如井下通风、运输、供电、排水、设备运行等。进行调度决策的时候，必须实时根据DCS系统提供的参数来下达操作指令，进而影响部分因素，保证生产系统的正常运行。
生产调度系统严重依赖其他系统提供的数据，例如DCS系统的数据、人员能力、设备能力等参数。生产系统相应产生对于其他系统的操作指令，例如操作设备、人员排班、设备保养等。
对于采掘这样的连续生产过程，对于生产过程中的数据记录，对于事后分析具有重要的作用。
6.3资源调度
为保证生产的顺利运行，生产所需要的物资、设备、作业队、水电动力要保障供应，本系统向物资、设备、人力资源等系统提出需用计划，由后勤保障系统提供资源的提供。
6.4人力资源管理
管理人员劳动能力。进行排班。并依据排班进行人工成本分摊。
备注：有关人事管理，例如档案、合同、福利保险、调动、考核等，部分功能在事务管理系统里面的人力资源管理系统实现。
6.5维护管理
生产能力依赖于关键设备的能力。根据产出状况与DCS系统监测数据，根据生产的忙闲状况，和设备本身性能和养护需求，设定维护计划。
记录维护状况，进行维护知识的管理。
以主动维护代替被动维修。
备注：有关设备的采购、折旧等事宜，在物流管理系统-设备管理系统和财务系统实现。
6.6文档控制
文档控制系统主要是对巷道设计图、工艺图等设计图纸的管理控制。另外包括派工单、调度单等管理指令单据的管理。
备注：非生产系统的文档管理在事务管理的相应系统实现。
6.7物料管理
生产过程中需要各种辅料。由于作业空间的限制和运输距离的限制，如何保证辅料足够不影响窝工，同时保证辅料不占用过多空间，就成为一对矛盾。
根据生产的进度，可以提前预测辅料的消耗，提前计划。
备注：物料的采购以及供应商的管理、成本结算等功能在物流管理系统相关系统实现。
6.8动力管理
管理生产过程中的动力，包括水泵、供电、排风、提升机、运输机等。
备注：与DCS系统集成在一起。对于动力的成本结算在财务系统实现。
6.9安全管理
通过生产现场监控系统反映上来的动态数据，及时掌握生产安全信息，如瓦斯含量、排风设备运行情况等。通过系统实现：
1．安全预警，当现场监测的数据超出设置范围时，系统自动发出预警提示，并启动相应的安全预案，由值班人员决定采取措施；
2．安全记录，记录安全事故以及安全隐患问题，并跟踪问题，及时解决，注明结果。
3．安全统计报表，系统自动生成安全月报、年报，帮助分析安全隐患，排除隐患，确保生产安全正常进行。
7物流管理系统(MS)
物流管理系统偏重于最终产品的销售、对于物资、动力、设备的采购等，以及对于经营过程的财务核算。
7.1物资管理
顺畅的物资供应是保证企业正常生产必不可少要素，通过计算机管理物资的库存、采购、验收、领用、质检、盘点、预测与计划、采购资金调度等。并进行相应的财务结算。
根据系统产生的数据，来进行智能化分析，辅助经营决策。以达到降低消耗、降低采购价格、保证物料质量等目的。
7.2预算管理
协助实现企业经营的全面预算。根据历年数据和年度生产经营目标，进行包括工作量、销售收入、利润、生产成本、其他费用等的全面预算。除了年度预算之外，还可以细化到月度、周、班组预算。