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生产监控系统在乌山铜钼矿的设计与应用

[日期:2012-07-16] 来源:万方数据  作者:张力 姜均文 [字体: ]
    中国黄金集团内蒙古矿业有限公司乌努格吐山铜钼矿(下简称乌山铜钼矿)一期工程30 000t/d生产规模,采用露天开采,先进的SABC选矿流程(半自磨—顽石破碎—球磨工艺)和尾矿膏体输送工艺;采选设备大型化,生产过程自动化;采用生产监控系统(Maufacturing Execution Systems,mes)将有利于生产管理人员科学动态地调度管理生产资源、及时优化和组织生产,确保生产流程畅通、稳定工艺过程,提高生产效率,保证质量,减少消耗,降低成本,提高效益,实现企业生产管理信息化、信息资源化、传输网络化、管理科学化的现代企业目标。

    生产监控网络系统通过对生产控制过程信息的集成、加工、处理、分析、优化、存储、发布、应用,实现对生产过程实时跟踪与监视,进行科学动态的组织、调度和控制;通过对生产控制过程的实时监控,实现对设备运行状态和生产工艺过程信息的再现,包括产量信息、质量检测信息、技术指标信息和消耗监控信息,实现安全高效生产。

1 生产监控系统设计

    1.1 生产工艺简况


    (1)破碎工序。露天开采矿石由汽车运送到设在露天采场附近粗碎站,经旋回破碎机粗碎进入粗矿缓冲仓,由板式给矿机将矿料下到1*皮带运输机,经转运站到2*皮带运输机,由下料小车将矿石下到粗矿堆场。

    破碎工序是选矿厂的第一道工序,该工序正常稳定的工作将直接影响以后工序的作业状况。

    (2)矿石堆场。矿石原料经过检斤计量存放到原料堆场,原料堆场面积约75m×150m左右,配置有相应的传输皮带机。

    (3)磨矿分级工序。粗矿板式给矿机将粗矿堆场的矿石给入3*皮带动输机,3*皮带运输机将矿石送入φ8.8m×4.8m半自磨机,半自磨机出矿经圆筒筛筛分,筛上矿石进入顽石缓冲仓,由皮带给矿机给入HP800圆锥破碎机,下到4*皮带运输机返回到3*皮带运输机,重新进入半自磨机;圆筒筛筛下产品进入砂泵箱由砂泵打入水力旋流器组,旋流器下原料进入枷200×9500溢流型球磨机,返回砂泵箱,旋流器溢流进入下段选别工序。

    磨矿分级工序是关系到产品质量和产量的重要环节,能耗大、成本高,磨矿分级工序自动控制将对生产起重大作用。

    (4)选别工序。①钼铜优先浮选:钼铜优先浮选流程为一次粗选、四次扫选、四次精选,浮选时间分别为7.5min。钼铜优先浮选流程浮选精矿为铜钼混合精矿,经再磨后进入铜钼分离系统;浮选尾矿为最终尾矿。②铜钼分离浮选:铜钼分离浮选流程为一次粗选,浮选时间为9rain;二次扫选、四次精选,精、扫选浮选时间均为7.5min。铜钼分离浮选精矿为粗钼精矿,尾矿为铜精矿。③钼精矿擦洗再磨精选:粗钼精矿经立式磨机擦洗再磨后进入3台串联的浮选柱精选,浮选柱浮选时间分别为21min、18rain、18min。浮选柱精矿为合格钼精矿。

    选别工序是生产的重要环节,选别工序自动控制对提高产品品位、产量起重要作用。

    (5)脱水包装工序。铜精矿采用两段脱水流程,一段为浓缩,二段为过滤。脱水后,精矿含水15%左右,储存于精矿仓中待售。

    钼精矿采用三段脱水流程,一段为浓缩,二段为压滤,三段为干燥。干燥后,精矿含水2%~4%,包装待售。

    由24m3铜钼分离粗选浮选机分离铜精矿进入砂泵箱,由渣浆泵打入浓密机,再由渣浆泵打入陶瓷过滤机,经陶瓷过滤机脱水进入铜精矿仓,再由打包机包装。

    由浮选柱浮选出钼精矿先进入料仓,由渣浆泵打入隔膜压滤机,经隔膜压滤机进入螺旋输送机至干燥机,再由布袋收尘进入钼精矿仓,后经打包机包装。

    (6)尾矿工序。由160m3铜钼等可浮浮选机浮选尾矿经渣浆泵打入深锥膏体浓密机,深锥膏体浓密机底流经喂料泵打入膏体泵经管道打到尾矿坝堆放,浓密机溢流水返回高位水池。

    (7)动力系统。按照生产流程的需要,配有相关的配套动力系统。动力部分包括:企业生产动力供电的配变电系统、工业用水及循环水系统、压缩空气空压站系统、生产蒸汽的锅炉系统、天然气及油等,配有相应的控制与计量装置。

    1.2 MES设计目标

    生产监控系统通过采集和分析生产控制系统的数据,通过生产网络系统实现所有生产控制信息的集成,实现生产数据信息和生产管理数据信息的共享。 生产监控系统的三层逻辑结构:

    (1)数据采集层。实时采集现场工控系统中的工艺指标数据、生产数据、控制信号。

    (2)数据集中层。数据信息集中层是管控系统的核心,对实时采集的数据信息进行统一的加工处理、分析、存储、发布和应用。

    (3)数据应用层。涵盖生产调度对生产过程的监控管理和控制操作监控的应用。

    1.3 MES设计内容

    生产监控系统建设的主要内容包括:生产监控系统网络建设、生产监控应用系统建设、网络视频监视系统建设及屏幕墙与电视墙系统、LED显示屏系统的建设。

    生产监控系统的具体内容:

    (1)生产监控网络。
    (2)网络视频系统。
    (3)屏幕墙与电视墙系统。
    (4)LED显示屏系统。
    (5)生产监控应用系统。

    ①应用系统集成平台;②监控集成系统;③生产过程实时监控系统;④生产调度系统;⑤生产计划管理系统;⑥生产统计管理系统;⑦化验分析与质量管理系统;⑧能源管理系统;⑨检斤计量监控与管理系统;⑩设备管理系统;⑩信息门户系统。
2 生产监控系统设计思想

    乌山铜钼矿选矿厂生产过程包括破碎、粗矿堆场、皮带传输与计量、取样分析、磨矿(包含给料、给水、浓度的控制)、浮选、精选、流量检测、元素含量分析、精矿计量等工序。各工序都配有相应的设备与控制系统,生产过程中各工序的技术指标、生产数据、控制参数相互关联、相互制约、相互影响,是一个连续性流程型生产过程。由于按工序或设备分别独立配置的自动化控制系统(DCS、PLC、智能仪表等)基本上处于独立控制状态,无法进行集中监控,需要通过建设生产监控系统对整个生产控制过程进行集中监控。

    生产监控系统是生产信息相互贯通的集合体,该系统通过采集生产控制过程中各类实时数据,帮助企业生产管理人员及时处理紧急事件,实现生产计划层和生产控制层双向通信,并快速反馈处理结果。

    生产过程监控系统运用系统集成的思想和方法,采用当今先进的计算机技术、网络技术、数据库技术、自动控制技术和现场总线等诸多技术,按照现代化企业生产管理模式,建立覆盖企业生产管理与基础自动化的综合系统,将企业生产全过程实时数据和生产管理信息有机的集成并优化,帮助企业实现生产经营过程整体优化。

    生产过程监控系统的建设不是把各个控制系统通过网络简单连在一起的概念,而是把这些系统通过一个安全、高效的平台有机地集成在一起,通过对企业生产管理、过程控制等信息的处理、分析、优化、整合、存储、发布,实现信息的共享和有效利用。生产过程监控系统的底层系统是生产控制系统,通过对整个生产工艺控制过程进行实时监控和生产组织进行优化控制,生产过程监控系统加强了企业内部的生产调度管理,强化了企业的生产经营管理,优化了企业的生产操作,使得企业生产控制过程都在实时监控之下,它不仅包含了企业底层生产过程控制、产品质量控制、设备运行状态监控、能源的检测与监控等大量工业现场信息的数字化传输与透明化管理,而且覆盖了企业内部生产管理全过程,通过流程的整体优化、信息集成和功能集成,实现对企业生产资源计划和控制的优化,平衡物料,增加产品产量,提高产品质量,降低生产消耗和生产经营成本,提高整个企业的运营效率和市场竞争能力。

    2.1 系统设计原则

    生产监控系统设计遵循以下原则:

    (1)先进性。采用先进的系统架构体系、软硬件和通讯技术设备,做到配置和技术应用的先进。

    (2)可靠性。在系统设计和设备选型时,充分考虑设备选型、系统软件配置、网络系统和应用软件等各方面的可靠性。系统可靠,功能完善,系统具有相对的独立性,局部问题不会影响系统的正常运行。

    (3)开放性和可扩展性。软硬件符合行业标准和国际标准,遵循国际的信息化三层结构,对PCS层可以灵活扩展接人,并且系统的设备选型和设计容量完全满足整个企业发展对系统扩展的需要。

    (4)安全性和保密性。系统在网络安全、及时修复等方面具有可靠的保障措施,确保系统数据的安全性和系统运行的安全性。

    (5)可用性。保证每天24h不间断连续运行,防止系统崩溃。

   2.2 系统逻辑架构

    企业信息化建设遵循ERP/MES/PCS三层体系结构的原则,生产监控系统位于信息化管理三层体系结构中的MES层。根据企业生产管理结构,并结合各节点机构的地域分布,保证控制系统安全运行,生产监控系统划分成数据采集层、数据集中层和数据应用层。数据应用层通过服务器和应用站点实现各种生产应用功能;数据集中层通过数据库系统实现对数据的加工处理、分析、保存和发布;数据采集层通过接口机系统利用协议转换、安全隔离和数据缓存机制实现生产过程的实时数据采集。

3 生产监控网络方案

    3.1 网络建设目标


    生产监控系统网络建设的目标:采用网络集成方法,遵循网络互联标准、规范,选用适合的网络互联技术及产品,构筑起一个结构合理、性能优良、安全可靠的网络平台,实现高质量的数据、图形等通信服务,结合高速干兆以太网技术,实现高质量通信服务的目标。根据各机构节点的分布特点,网络结构的整体设计采用先进的层次化设计原则,将网络系统按照组织管理模式和地域分布进行垂直分层(按照管理模式划分)和水平分割(按照地域划分),层次化网络设计大大地简化了网络的管理,便于对整个网络进行监控和管理,优化各层次网络和应用系统的性能,促进各项业务的协作和流程化发展。网络系统划分为核心层、汇聚层和接入层3个层次。

    3.2 网络结构设计

    网络系统采用星型拓扑结构,设置生产监控网络系统中心机房,配置核心主交换机、通过汇聚层的二级交换机、接入层的三级交换机分割成多个网段,增强网络通讯的安全可靠性与确定性。

    (1)核心层。以生产监控网络系统中心机房为中心,各生产监控应用站点以及生产车间和办公建筑物建立网络的连接,采用千兆以太网作为主干网;核心层设备安装在信息中心机房,核心层设备主要由核心交换机、服务器、路由器和防火墙组成。在中心机房通过路由器与外网Internet连接,防火墙的设置保护企业生产监控网络的安全,防止黑客攻击。

    (2)汇聚层。汇聚层设备分别安装在行政生活区办公楼、各车间及辅助设施办公楼等处。汇聚层交换机与核心交换机通过光缆进行连接,保证网络的可靠性。

    (3)接入层。将所有用户VLAN终结在汇聚交换机上,接入层网络产生的二层数据包(如广播)将被汇聚层隔离,工作组交换机连接各个工作站和经过具有协议转换、安全隔离和数据缓存的通讯服务器(网络接口机)设备连接各控制系统,实现百兆交换到客户端。

    (4)屏幕墙系统。各种生产数据可以通过网络在生产调度中心屏幕墙显示,生产管理人员及操作岗位实时监控各生产控制过程的实时状态数据、流程画面图、历史趋势图、设备运行信息、报警信息。

    (5)视频系统。网络视频监控系统物理上采用就近连接到网络,各网络上的终端可按权限进行视频监视。

    3.3 网络性能

    生产监控系统网络总体设计以高性能、高可靠性、高安全性为原则,具有以下优点:

    (1)结构清晰。接入、汇聚、核心3层,并且所选择的核心、汇聚、接人设备均具有全面的“服务质量”(Quality of Service,QoS)支持能力。

    (2)分布式管理。由汇聚层设备完成对用户的认证,并配以严格但不失灵活的安全管理,构建端到端的安全网络。

    (3)交换能力强。根据实际流量模型,可采取分布式路由的方式,减轻核心交换机的负担,提高本地交换能力。

    (4)安全可靠。采用数据采集与数据处理隔离的安全设计方式,保证了生产系统安全。生产监控系统网络拓朴图如图1所示。


图1 生产监控系统网络拓扑图

4 网络视频系统方案

    4.1 建设目标


    网络视频系统实现对生产现场、运行设备、保安的状况进行图像记录和实时监视,监控生产过程状况、保安状况,及时发现隐患,能够进行历史图像追忆和查询,为安全事故分析提供可靠信息资料。

    4.2 设计依据

    视频监控系统的发展经历了3个阶段:第一代,模拟视频监控;第二代,多媒体微机平台(嵌入式系统)数字视频监控;第三代,基于嵌入式网络视频服务器技术的数字化网络视频监控。

    本方案设计选择了目前技术先进、应用成熟的第三代网络数字视频监控方案。

    4.3 系统结构

    整个网络视频监视系统由前端系统、后端管理系统、传输存储系统、客户端、电视墙系统构成。电视墙配置在控制中心,对生产现场过程和生产设备运行进行集中监视。

    4.4 监控点及控制中心方案

    4.4.1 监视点方案


    按照安全生产监视要求,视频点65个。根据监控对象、监控职能及现场环境等特点,厂区内的视频监控点分别采用一体化黑白/彩色转换摄像机、枪式摄像机、半球摄像机。一些公共场所、车间内监控点,采用一体化摄像机;在低照度,高清晰、长距离的监控点采用枪式摄像机,对夜间无照明的地方加装红外灯;楼道内监控点采用半球摄像机。选用的各类摄像机具有防低温功能,满足生产监控的使用。露天矿到破碎之间敷设l条多芯光缆,连接到采场调度系统交换机上,将采场视频与生产数据整合到生产监控系统中。

    4.4.2 监控中心方案

    本项目设置2个监控中心:中控室监控中心、调度室监控中心。

    每个监控中心配置l套屏幕墙及电视墙系统。

5 屏幕墙、电视墙及LED显示屏系统方案

    5.1 屏幕墙系统

    DLP屏幕墙投影显示系统,将显示技术及设备、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术等融合为一体,使整套系统成为一个具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕显示系统,与监控系统、指挥调度系统、网络通讯系统等子系统集成,形成一套功能完善、技术先进的信息显示及管理监控平台。通过大屏幕投影显示系统,能够以数据、报表、流程图形、视频图像等各种形式显示监控生产控制过程、设备运行状况、安全生产情况仅是实时监控,为生产和调度指挥提供及时、准确、完整、直观地信息。

    大屏幕投影显示系统的建设提高了指挥调度中心(或监控中心)装备水平,有利于各种应急事件的及时观察、处理,满足指挥中心的指挥、凋度、决策功能需求,顺应指挥调度中心(或监控中心)的“现代化、信息化、智能化”发展趋势。

    按照技术先进、经济实用、美观大方的原则,在企业办公楼总调度室和选矿厂中心控制室分别建立1套1 524mm(60英寸)的2(行)×4(列)屏幕墙,每个屏幕墙两旁配置2组3(行)×2(列)电视墙。

    5.2 电视墙

    每个DLP大屏幕旁各配置l组共2组2(列)×3(行)的电视墙。电视墙如图2所示。

 


图2 电视墙示意图


    5.3 LED显示屏系统

    根据生产需要在磨矿、浮选、压滤车间现场安装LED显示屏显示关键生产工艺数据,要求如下:

    (1)磨矿工段。1块显示屏,显示矿量、粒度、浓度。
    (2)浮选工段。2块显示屏(2个系列各1块)。显示Cu/Mo/S品位、粒度、浓度。
    (3)压滤工段。l块显示屏,显示Cu/Mo/S品位。

    LED显示屏数据从数据库中读取,通过LED显示屏控制计算机设置显示刷新速度及显示方式,控制-计算机与显示屏之间通过通讯线连接。

6 系统软件方案

    6.1 数据库系统

    生产监控系统的数据库系统需要采用大型关系型数据库和工业实时数据库。

    数据库系统为关键任务的应用程序提供高效、可靠、安全的数据管理。关系数据库负责存储处理管理业务数据;实时数据库负责存储处理生产工艺过程中的实时数据。

    (1)关系数据库。采用大型关系型数据库。系统可以为关键任务的应用程序(如大业务量的在线事务处理(OLTP)环境、查询密集的数据仓库和要求苛刻的互联网应用程序)提供高效、可靠、安全的数据管理。原则上选择Oracle数据库作为生产监控系统的关系数据库。Oracle数据库能满足关键任务应用程序的可用性和可伸缩性需求的工具和功能,是目前大中型用应普遍采用得到关系数据库。

    (2)实时数据库。生产监控系统需要配置实时数据库作为生产过程数据的存储处理系统。生产监控系统是数据库系统发展的—个分支,它适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间限制的事务处理。

    生产监控系统需要从各控制系统采集实时生产数据并存入实时数据库中,为生产实时监控系统的趋势分析和历史分析提供数据处理支持。

    根据本项目的实际需要,生产监控系统的实时数据库要有5 030个实时数据点的处理及存储能力。

    6.2 系统防护软件

    根据本项目需要,为保证应用系统的安全,配置1套基于网络环境的企业级防病毒软件进行系统防护。

    系统内需要进行病毒肪护的设备包括所有服务器、网管工作站和用户工作网络终端PC机。

    6.3 网络管理软件

    根据网络管理的需要,配置1套网络管理软件。网络管理软件功能要求如下:

    (1)支持工业标准网络管理协议(Simple Network Manngement Protocol,SNMP),可直接对TCP/IP网络进行管理,监视所有可分配IP地址的设备。
    (2)具有跨平台管理能力,可管理多种资源,支持符合SNMP标准的多厂家产品。
    (3)被管理对象透明,操作简单。
    (4)开放性支持,支持第三方的网络设备和系统资源,基于TCP/IP标准。
    (5)基于图形用户界面(GUI),提供多种数据分析方式,方便系统管理人员分析判断。
    (6)具有网络监控功能,可自动搜索并显示全网拓扑结构。
    (7)具有远程操控能力及分级管理功能。
    (8)支持分布式网络管理,减少网络管理通信开销。
    (9)主动监控,自动故障监测。
    (10)网络出现故障时,能够及时发出信号。

7 结 语

    乌山铜钼矿经过16个月的建设,于2008年12月25日进行了无负荷联动试车,并取得圆满成功。MES系统运行正常,一些报表根据企业要求需要不断地进行修改完善,以便满足矿山生产需要。

    近几年来,矿山生产自动化在中国发展迅速。矿山企业提高产品质量、提高资源综合利用、提高生产能力,实现增效节能,提高在国际市场的竞争力,其有效途径之一就是管控一体化。

 

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