1 引言

    井工一礦隸屬于中煤集團平朔煤業(yè)有限責任公司，位于山西省朔州市平魯區(qū)境內(nèi)，2003年開工建設(shè)，2005年正式投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力為1 000萬t/a。通過多年的建設(shè)，井工一礦已經(jīng)擁有相對完善的基礎(chǔ)設(shè)施和井下綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了礦井上下視頻、語音和數(shù)據(jù)的實時通訊，井下安全作業(yè)監(jiān)控體系，采、掘、機、運、通等各個專業(yè)都有配套的自動化生產(chǎn)和監(jiān)控系統(tǒng)。并下綜合自動化系統(tǒng)組成如圖1。

圖1 井下綜合自動化系統(tǒng)組成圖．

    由于煤炭企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，其對井下設(shè)備的本質(zhì)安全有很高的要求，涉及的技術(shù)領(lǐng)域也非常廣泛。井下各工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)一般都來自多個廠家，而且各系統(tǒng)各自為政，導(dǎo)致調(diào)度和管理人員為了能獲得各方面的完整信息，不得不在各套系統(tǒng)問頻繁切換，各系統(tǒng)間還存在很多重復(fù)冗余的信息，不能實現(xiàn)信息資源的互通共享，“信息孤島”的問題尤為嚴重，迫切需要進行企業(yè)管理和安全生產(chǎn)信息資源的整合。

    根據(jù)井工一礦的建設(shè)情況和生產(chǎn)特點，2011年6月，公司開始實施MES系統(tǒng)建設(shè)，旨在建立完整的企業(yè)管理和生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行信息化協(xié)作體系，實現(xiàn)ERP與生產(chǎn)組織過程聯(lián)動，實現(xiàn)管控一體化實時過程管理，解決“信息孤島”問題，實現(xiàn)信息資源整合與互通共享。

2 MES概述

    MES是Manufact證ng Execution System的英文縮寫，即生產(chǎn)運行系統(tǒng)。MES國際聯(lián)合會對MES的定義是：MEs能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能及時做出反應(yīng)報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對其進行指導(dǎo)和處理。

    MES系統(tǒng)涉及了企業(yè)的整個業(yè)務(wù)流程：計劃任務(wù)、物料流動、質(zhì)量控制、能源管理、設(shè)備管理、安全管理等各個方面，幫助企業(yè)實現(xiàn)完整的閉環(huán)生產(chǎn)管理過程，同時協(xié)助企業(yè)建立一體化和實時化的信息體系，從而實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的實時管理和有效管理。

3 MES的架構(gòu)

    在礦井生產(chǎn)應(yīng)用中，MES接受上級發(fā)布的生產(chǎn)計劃，依據(jù)從綜合自動化系統(tǒng)獲取的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)調(diào)度一級的管理人員提供大量豐富的生產(chǎn)調(diào)度支持信息。管理人員掌握了這些信息后，對車間生產(chǎn)層可下達切實可行的生產(chǎn)指令，對企業(yè)決策層可以匯報真實有據(jù)的生產(chǎn)情況。

    通過MES將管理和生產(chǎn)實時信息集成后，各級管理人員只需要在一個系統(tǒng)里就可以實時查詢當前累計產(chǎn)量和本月、本年度計劃完成情況，了解當前生產(chǎn)狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)，統(tǒng)計水、氣、能源、物資的消耗情況，極大地提高工作效率，及時幫助管理人員發(fā)現(xiàn)問題、控制并降低生產(chǎn)成本；系統(tǒng)能自動匯總現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的各種隱患問題，并跟蹤辦理結(jié)果，通過辦公系統(tǒng)和電話、自動化系統(tǒng)等各種方式調(diào)度指揮生產(chǎn)。不難看出，煤礦實施這套系統(tǒng)的過程也是對企業(yè)生產(chǎn)管理流程、業(yè)務(wù)處理流程的一個整理和優(yōu)化過程，對企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益有著不可估計的現(xiàn)實意義。圖2描述了MEs系統(tǒng)在煤礦信息化系統(tǒng)中的位置和主要功能。

圖2 MES系統(tǒng)在煤礦信息化中的架構(gòu)

4 集成平臺的設(shè)計

    根據(jù)各自負責完成的任務(wù)不同，MES系統(tǒng)集成平臺的軟件功能設(shè)計主要分為兩大層次，分別是用戶展現(xiàn)層和后臺數(shù)據(jù)中心層。其中后臺數(shù)據(jù)中心層又細分為業(yè)務(wù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)采集。

4.1 用戶展現(xiàn)層

    鑒于面向的用戶應(yīng)用場景，系統(tǒng)功能要實現(xiàn)直觀簡單，所以平臺設(shè)計以二維、三維圖形組態(tài)場景為主線，嵌人各工藝、各關(guān)鍵設(shè)備、監(jiān)測地點的實時信息，讓用戶以最少的操作獲得最多的信息量，將信息高度集成。系統(tǒng)接人安全監(jiān)控子系統(tǒng)、井下人員定位子系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、主通風機監(jiān)控子系統(tǒng)、綜采監(jiān)控子系統(tǒng)、自動化水泵控制子系統(tǒng)、電力監(jiān)控子系統(tǒng)等。每個系統(tǒng)都采用動畫圖像實時顯示當前的作業(yè)場景，用戶可以與系統(tǒng)交互查詢關(guān)鍵生產(chǎn)指標和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，查看關(guān)鍵設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況和一段時間的趨勢曲線。

    展現(xiàn)層的第二部分功能是相對傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)，多以網(wǎng)頁列表的形式為各級管理人員提供數(shù)據(jù)錄入、處理。統(tǒng)計報表、業(yè)務(wù)辦理的平臺。展現(xiàn)層的軟件功能模塊如圖3。

圖3 用戶展現(xiàn)層

4.2 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)

    數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)通過建立高性能的企業(yè)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理、存儲架構(gòu)，自動從自動化系統(tǒng)、在線計量系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)等處采集數(shù)據(jù)，按照時間序列存儲原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字化信息的集中采集、處理、信息挖掘和業(yè)務(wù)處理。

    1)業(yè)務(wù)處理層。業(yè)務(wù)處理層負責展現(xiàn)層與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交互和處理，除了傳統(tǒng)意義上的管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯處理和業(yè)務(wù)接口功能，該層還要實現(xiàn)兩個服務(wù)，分別是工作流數(shù)據(jù)交換服務(wù)和共享數(shù)據(jù)集成服務(wù)。

    工作流數(shù)據(jù)交換服務(wù)是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)引擎，通過定義數(shù)據(jù)流程，該服務(wù)負責把與當前用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯定義好，以保證展現(xiàn)層能夠?qū)⑿畔⑺偷接脩糇烂�，需要�?jīng)過多人辦理的，在當前用戶辦理之后服務(wù)系統(tǒng)會將信息送往下一個辦理人處，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動流轉(zhuǎn)和交換，將協(xié)同辦公與MES系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理緊密結(jié)合．再次體現(xiàn)了集成平臺的特性。

    共享數(shù)據(jù)指MES集成平臺與其他信息系統(tǒng)間共享的靜態(tài)數(shù)據(jù)(例如：產(chǎn)品屬性、設(shè)備檔案、組織結(jié)構(gòu)和人力資源相關(guān)數(shù)據(jù))。共享數(shù)據(jù)集成服務(wù)的目標是保證當各系統(tǒng)中有數(shù)據(jù)更新時，后臺服務(wù)將應(yīng)用事務(wù)處理機制更新MEs系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。因此．該服務(wù)提供一個集成的．同步的架構(gòu)，當各系統(tǒng)中有數(shù)值更新時，集成平臺將反映這個變更，同樣集成平臺更新完數(shù)據(jù)后不需要再單獨更新其他系統(tǒng)中的相應(yīng)值，該服務(wù)將使這種更新變的同步。業(yè)務(wù)處理層模型見圖4。

圖4 業(yè)務(wù)處理層模型

    在軟件設(shè)計實現(xiàn)上，共享數(shù)據(jù)服務(wù)功能的實現(xiàn)依賴于其與客戶、產(chǎn)品和供應(yīng)商各系統(tǒng)之間豐富的數(shù)據(jù)接口形式，和高速的數(shù)據(jù)輸入、檢索和分析能力。

    2)數(shù)據(jù)存儲層。數(shù)據(jù)存儲層負責管理中央主數(shù)據(jù)庫和部署在各層的分布式數(shù)據(jù)庫。接收從業(yè)務(wù)處理層傳來的數(shù)據(jù)處理請求，準確、及時地分發(fā)、存儲數(shù)據(jù)，并分析整個關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，保證各模塊與數(shù)據(jù)庫的交互能夠有序進行。

    3)數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層主要實現(xiàn)對自動化生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動采集功能，不能自動采集的數(shù)據(jù)，用戶通過UI界面錄入，作為展現(xiàn)層的一部分功能去實現(xiàn)。目前的工控軟件基本上都會提供OPC(OLE for PROCESS CONTROL)或DDE服務(wù)器，本系統(tǒng)使用實時數(shù)據(jù)庫的0PC接口，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的存取與分析。采用具有協(xié)議轉(zhuǎn)換、安全隔離和數(shù)據(jù)緩存的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備使生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)連接通訊，保證控制系統(tǒng)的獨立安全運行。同時，當遇有網(wǎng)絡(luò)異常和故障時。能緩存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時緩存的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫，保證生產(chǎn)控制過程數(shù)據(jù)不丟失。

4.3 特點

    井工一礦MES系統(tǒng)集成平臺的建立，實現(xiàn)了在保證系統(tǒng)的獨立、安全、可靠運行的基礎(chǔ)上，有效防止網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的誤操作、故障及病毒等對生產(chǎn)過程控制的影響．同時對生產(chǎn)控制過程數(shù)據(jù)信息進行自動采集，實時獲取生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，在接口協(xié)議轉(zhuǎn)換程序、通訊驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)處理程序的支持下，自動存儲到數(shù)據(jù)庫，為生產(chǎn)過程實時監(jiān)控、生產(chǎn)管理應(yīng)用、優(yōu)化組織生產(chǎn)提供準確的數(shù)據(jù)資源和應(yīng)用平臺。

5 小結(jié)

    以前實施的不同信息化系統(tǒng)，能夠長期有效運行或者推廣應(yīng)用的系統(tǒng)不多。究其原因主要包括以下幾個方面：

    1)以前實施的系統(tǒng)規(guī)模較小，成為一個個“信息孤島”，而生產(chǎn)過程又是一個緊密聯(lián)系的協(xié)作化過程。因此不能適應(yīng)生產(chǎn)需要。

    2)受到當時技術(shù)水平的限制，軟件技術(shù)沒有協(xié)同業(yè)務(wù)辦理的應(yīng)用內(nèi)容，單純的靜態(tài)系統(tǒng)達不到提高生產(chǎn)管理效率的目的。

    3)人員培訓和維護力量的不足。導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)不能隨著管理過程和生產(chǎn)工藝過程的進步而進步，系統(tǒng)功能逐漸脫離了實際需求。

    井工一礦通過實施MES將各個信息孤島聯(lián)系了起來，實現(xiàn)了各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的綜合集成，建立了一套綜合自動化系統(tǒng)信息集成平臺，將采、掘、機、運、通、地測、防治水等各專業(yè)的系統(tǒng)在一個平臺上展現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上，將其中有價值的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理，搭建起了生產(chǎn)系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的橋梁，生產(chǎn)、安全、管理的信息可以楣互得到利用。在這個集成平臺上展開對生產(chǎn)、設(shè)備、物資、能源、安全的綜合管理。所采集到的信息向上可以呈報生產(chǎn)任務(wù)完成數(shù)據(jù)、物料消耗數(shù)據(jù)、短期生產(chǎn)計劃，向下可以發(fā)布排產(chǎn)指令、優(yōu)化生產(chǎn)運行參數(shù)的功能。

    MES系統(tǒng)在煤礦信息化建設(shè)中已經(jīng)越來越顯示出他的重要地位，它連接底層基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)與ERP的紐帶作用也得到業(yè)界的廣泛認可。隨著企業(yè)信息化程度的不斷完善，MES系統(tǒng)的集成平臺管理范圍也將不斷擴大，協(xié)同辦公、資產(chǎn)管理、管理者駕駛艙等功能。都可以集成到這個平臺中，為企業(yè)不同層次的管理人員和不同的業(yè)務(wù)處理領(lǐng)域提供管理和支持，也將為煤礦企業(yè)全面實現(xiàn)數(shù)字化礦山奠定良好的平臺基礎(chǔ)。

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本文標題：煤礦MES/ERP系統(tǒng)中信息集成平臺架構(gòu)研究

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