矿山管控一体化体系结构

矿山管控一体化体系结构
摘要：如何实现经营决策、生产过程管理和过程控制的管理控制一体化，是矿山企业必须解决的关键问题。

而基于ERP／MES／PCS结构的管控一体化体系是实现矿山安全生产、高产、高效的必备手段。

结合先进管理思想与尖端信息技术，提出了矿山企业ERP／MES／PCS系统的模型架构，在此基础上对该系统的功能体系和系统目标进行了全面规划。

本系统以山东黄金矿业股份公司焦家金矿为实例，进行了具体的应用研究。

所谓管控一体化就是将企业信息管理局域网和各个独立的生产控制网络有机地连接起来，实现底层的控制信息和中间层的管理信息及高层的决策信息高度集成，实现一体化扁平化管理，提高企业的管理效率，增加企业效益。

根据我国现代集成制造系统CIMS实施经验，参考目前世界信息技术发展的最新趋势，我们提出了较为适合矿山企业需求的管控一体化的基本结构为：企业资源计划管理系统(ERP)／生产执行系统(MES)／过程控制系统(PCS)三层集成结构。

通过MES的承上启下作用和网络与数据库支撑系统，将ERP分系统和PCS分系统有机的结合集成起来，实现经营决策、生产过程管理和过程控制的管理控制一体化。

1 管控一体化的体系结构
1.1 结构设计
在这一系统结构中，过程控制系统PCS是集数据通信、处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体的集控系统，面向生产现场实现集中管理，分散控制的调度指挥模式。

对生产现场全方位信息实时采集反馈及控制，及时处理，协调各生产子系统工作，构建高灵敏度的生产联动指挥“神经系统”。

该系统集成生产作业现场各种专业子系统的信息，实现综合自动化，实现对现场环境、人员、生产设备状态进行监测控制，同时为矿级安全生产管理信息系统提供信息源。

矿山资源计划管理系统ERP是指建立在信息技术基础上，以系统化的先进管理思想为企业决策层及和各管理层提供决策支持的管理平台。

它是一个功能庞大的计算机软件系统，负责生产计划的制定、库存控制和财务管理。

ERP的中心是管理，并在计划中体现管理的本质，在财务中体现管理的效率。

ERP的正确运行离不开生产数据以及反映原材料供应、生产任务执行情况等的各类数据。

但是，来自生产现场的状态信息和生产原始数据并不能直接反映
经营者决策所需的经营成果信息，在ERP和PCS之间需要一种信息处理和转换系统。

MES就担负起了这个角色。

MES执行ERP的计划指令，并根据生产实时信息，适时进行生产调度，将有关资源库存和利用情况的准确信息实时地提供给ERP。

对PCS而言，MES能将生产目标信息、质量指标信息以及生产调度指令，自动地转化为过程控制设定值，进行对应的阀门、泵等控制设备的参数设置和调节。

同时，MES将从PCS等采集来的生产实时数据与质量指标进行对比和分析，跟踪或改进生产方案，提供闭环的质量控制。

由此可见，只有通过这种互相关联的PCS、MES和ERP三大系统组成的综合自动化体系结构，在控制技术、计算技术和优化技术的推进下实现三大系统的综合集成，才能真正完成信息的综合应用，实现管控一体化。

一个完整的、能够引导企业保持长期效益增长的信息系统，必须是ERP、MES和PCS三者协同作用的整合。

1.2 结构实现
采用ERP／MES／PCS 3层框架，结合矿山企业特点，将以先进控制技术为代表的信息技术与现代管理技术、先进的黄金生产工艺技术相结合，以焦家金矿为例，提出了现代集成制造系统的体系结构如图1所示。

图1 现代集成制造系统的体系结构(焦家金矿为例)
该系统由企业资源计划系统、生产执行系统、过程控制系统、企
业网服务系统和计算机支撑系统组成。

其中ERP采用以财务分析决策为核心的整体资源优化技术，具有下列子系统：计划管理(采掘计划、选冶计划、物资需求计划、设备购置维修计划、成本计划等)；财务管理(会计管理、成本核算)、人力资源管理、档案管理、固定资产管理、库存管理、物资设备供应管理和综合信息查询与辅助决策等。

MES采用以技术经济指标为目标的生产过程优化运行、优化控制与优化管理技术，具有下列子系统：生产调度、生产过程数据统计与分析、物料控制与管理、生产过程成本控制与管理、地测采信息管理、过程优化、安全管理、设备管理、质量管理(包括化验管理) 以及生产过程信息处理系统等。

PCS采用EIC一体化计算机集散控制系统集成设计技术和以综合生产指标为目标的智能优化控制技术，具有提升、充填、碎矿、磨矿、浮选、浓密、浸出、尾矿压滤、冶炼及风水电等过程控制子系统与金矿生产过程多媒体监控系统。

企业网服务系统包括企业网站、电子商务等子系统。

通过ERP、MES和计算机网络与数据库组成的计算机支撑系统实现了上述各个分系统的总体信息集成，以获得企业的总体效益。

2 功能描述
2.1 PCS功能
提升自动化系统，采用先进的全数字直流传动技术结合PLC和现场总线，实现矿石的自动化装矿、提升和卸矿，并使设备更安全可靠。

选矿厂计算机集散控制系统采用EIC一体化计算机集散控制系统集成设计技术，将先进控制与以综合生产指标为目标的智能优化控制技术与先进金矿选矿工艺技术，如采用多碎少磨技术、采用先进仪表在线检测和控制算法，实现碎矿、磨矿、浮选、浓密、浸出、排尾等工序的自动控制，完成碎矿和选矿生产过程的电气设备的启动、停止、连锁等逻辑控制和矿浆粒度、矿浆浓度、液位、料位、界面、流量、压力、温度、pH值、CN-等离子浓度工艺参数的回路控制。

采用智能解耦控制技术实现浓密机界面高度和底流浓度的解耦控制，采用基于综合生产指标的智能优化控制技术实现磨矿粒度与负荷的优化控制，采用计算机图像技术，在线分析浮选泡沫图像，实现浮选专家控制，探索研究在线品位分析在金矿应用可行性，争取实现浮选氰化的最优控制。

充填计算机集散系统采用EIC一体化计算机集散控制系统集成设计技术实现充填系统砂浆浓度实时控制及水泥或充填材料配比控制。

井下排水自动控制系统采用智能控制技术的过程监控与运行管理专家系统由工况辨识、故障诊断和运行操作指导模块组成。

工况辨识模块在线辨识各种运行工况，根据工况的变化，故障诊断模块迅速查明故
障原因和异常工况；运行操作指导专家系统根据变化的工况改变控制策略，及时处理工况变化及异常工况，在最大范围内适应工况变化，保证系统安全、可靠、优化运行。

2.2 ERP功能
黄金矿山企业ERP根据金矿的生产经营管理流程和组织机构特点，采用以财务分析决策为核心的整体资源优化技术，根据企业的利润目标确定企业的综合成本控制指标，在保证企业成本控制目标的前提下，根据市场预测，通过合理配置和利用企业资源，来制订企业的生产计划。

生产计划包括采掘计划和选冶计划、物料需求计划、生产成本计划。

然后进行人、财、物的整体资源优化配置，从而达到既要连续、均衡地生产，又要最大限度地降低物／能消耗和物资库存。

财务管理不仅进行会计管理，而且通过成本核算和财务分析，对原料供应、产品销售、物资库存进行综合管理，使生产成本控制在目标之内，从而确保企业实现利润最大化。

上述功能通过网络、数据库和应用软件来实现。

2.3 MES功能
生产执行系统MES采用以经济指标为目标的生产过程优化(三优)。

即优化运行、优化控制与优化管理技术，MES起承上启下的关键作用。

根据ERP系统的生产计划，MES对采、选、冶生产过程进行实时调度，对生产过程数据进行统计和分析，以保证生产计划的完成。

此外，根据ERP的生产过程动态成本计划，MES对反映采、选、冶生产过程成本的物耗、能耗进行在线计量和成本预测，并与目标成本进行比较，进行成本否决。

同时，给出降低生产过程单项作业成本的操作指导。

根据ERP的物料计划，MES通过对采、选、冶黄金生产过程的物料平衡，进行物料的控制与管理。

对设备的运行状况进行实时监控，对设备的维护进行管理，对设备维修计划进行预测，保证设备的安全运行。

通过对矿石、矿浆的及时检测化验，对生产过程的运行操作条件进行寻优，保证在生产条件和工况发生变化时，自动寻求最优运行，对工艺流程进行实时控制与管理，以保证生产过程优化运行。

MES的地测采信息管理系统通过建立三维矿床模型，优化确定开采境界，实现优化开采设计，指导调度采矿生产，降低开采损失贫化率，降低采矿成本。

MES通过对金矿生产过程控制与管理信息的集成，对生产统计、生产调度、物料平衡、生产成本、设备、质量等进行实时管理，实现生产过程综合生产指标的优化。