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，2003年開工建設，2005年正式投產，設計生產能力為1 000萬t/a。通過多年的建設，井工一礦已經擁有相對完善的基礎設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)生產的特殊性，其對井下設備的本質安全有很高的要求，涉及的技術領域也非常廣泛。井下各工藝環(huán)節(jié)的生產設備和監(jiān)測系統(tǒng)一般都來自多個廠家，而且各系統(tǒng)各自為政，導致調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)管理和安全生產信息資源的整合。
根據(jù)井工一礦的建設情況和生產特點，2011年6月，公司開始實施MES系統(tǒng)建設，旨在建立完整的企業(yè)管理和生產調度執(zhí)行信息化協(xié)作體系，實現(xiàn)ERP與生產組織過程聯(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品完成的整個生產過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能及時做出反應報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對其進行指導和處理。
MES系統(tǒng)涉及了企業(yè)的整個業(yè)務流程：計劃任務、物料流動、質量控制、能源管理、設備管理、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)生產的實時管理和有效管理。
3 MES的架構
在礦井生產應用中，MES接受上級發(fā)布的生產計劃，依據(jù)從綜合自動化系統(tǒng)獲取的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為生產調度一級的管理人員提供大量豐富的生產調度支持信息。管理人員掌握了這些信息后，對車間生產層可下達切實可行的生產指令，對企業(yè)決策層可以匯報真實有據(jù)的生產情況。
通過MES將管理和生產實時信息集成后，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量和本月、本年度計劃完成情況，了解當前生產狀態(tài)、設備運行狀態(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，并跟蹤辦理結果，通過辦公系統(tǒng)和電話、自動化系統(tǒng)等各種方式調度指揮生產。不難看出，煤礦實施這套系統(tǒng)的過程也是對企業(yè)生產管理流程、業(yè)務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
4 集成平臺的設計
根據(jù)各自負責完成的任務不同，MES系統(tǒng)集成平臺的軟件功能設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
鑒于面向的用戶應用場景，系統(tǒng)功能要實現(xiàn)直觀簡單，所以平臺設計以二維、三維圖形組態(tài)場景為主線，嵌人各工藝、各關鍵設備、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)交互查詢關鍵生產指標和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，查看關鍵設備的運轉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，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)務處理。
1)業(yè)務處理層。業(yè)務處理層負責展現(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)務邏輯處理和業(yè)務接口功能，該層還要實現(xiàn)兩個服務，分別是工作流數(shù)據(jù)交換服務和共享數(shù)據(jù)集成服務。
工作流數(shù)據(jù)交換服務是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流轉引擎，通過定義數(shù)據(jù)流程，該服務負責把與當前用戶相關的數(shù)據(jù)業(yè)務邏輯定義好，以保證展現(xiàn)層能夠將信息送到用戶桌面，需要經過多人辦理的，在當前用戶辦理之后服務系統(tǒng)會將信息送往下一個辦理人處，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動流轉和交換，將協(xié)同辦公與MES系統(tǒng)的業(yè)務處理緊密結合．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：產品屬性、設備檔案、組織結構和人力資源相關數(shù)據(jù))。共享數(shù)據(jù)集成服務的目標是保證當各系統(tǒng)中有數(shù)據(jù)更新時，后臺服務將應用事務處理機制更新MEs系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。因此．該服務提供一個集成的．同步的架構，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)中的相應值，該服務將使這種更新變的同步。業(yè)務處理層模型見圖4。
圖4 業(yè)務處理層模型
在軟件設計實現(xiàn)上，共享數(shù)據(jù)服務功能的實現(xiàn)依賴于其與客戶、產品和供應商各系統(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)對自動化生產監(jiān)控網絡數(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)議轉換、安全隔離和數(shù)據(jù)緩存的網絡接口設備使生產管理網絡與生產控制網絡連接通訊，保證控制系統(tǒng)的獨立安全運行。同時，當遇有網絡異常和故障時。能緩存生產數(shù)據(jù)，網絡恢復正常時緩存的數(shù)據(jù)自動轉存到數(shù)據(jù)庫，保證生產控制過程數(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、可靠運行的基礎上，有效防止網絡系統(tǒng)的誤操作、故障及病毒等對生產過程控制的影響．同時對生產控制過程數(shù)據(jù)信息進行自動采集，實時獲取生產過程控制和生產管理數(shù)據(jù)，在接口協(xié)議轉換程序、通訊驅動程序、數(shù)據(jù)處理程序的支持下，自動存儲到數(shù)據(jù)庫，為生產過程實時監(jiān)控、生產管理應用、優(yōu)化組織生產提供準確的數(shù)據(jù)資源和應用平臺。
5 小結
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”，而生產過程又是一個緊密聯(lián)系的協(xié)作化過程。因此不能適應生產需要。
2)受到當時技術水平的限制，軟件技術沒有協(xié)同業(yè)務辦理的應用內容，單純的靜態(tài)系統(tǒng)達不到提高生產管理效率的目的。
3)人員培訓和維護力量的不足。導致應用系統(tǒng)不能隨著管理過程和生產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，搭建起了生產系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的橋梁，生產、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、設備、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任務完成數(shù)據(jù)、物料消耗數(shù)據(jù)、短期生產計劃，向下可以發(fā)布排產指令、優(yōu)化生產運行參數(shù)的功能。
MES系統(tǒng)在煤礦信息化建設中已經越來越顯示出他的重要地位，它連接底層基礎自動化系統(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)務處理領域提供管理和支持，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。
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本文標題：煤礦MES/ERP系統(tǒng)中信息集成平臺架構研究
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