水泥矿山的数字化智能矿山建设探讨
水泥 丹东东方测控技术股份有限公司 2022-05-10
摘要：以信息化、自动化和智能化带动水泥矿山传统矿业的转型和升级，打造“安全、高效、智能、绿色”的新型矿山，提高企业核心竞争力，是数字化智能矿山建设的总体目标，也是中国矿业生存和可持续发展的必由之路。本文围绕水泥矿山的数字化智能矿山建设背景，设计了“一个中心、三个平台、一个系统”，重点论述了数字化智能矿山的总体建设方案、建设内容以及建设成效，为水泥矿山的数字化、智能化建设提供参考。
关键词：智能矿山；数字化；水泥矿山；生产管理
近年来，随着智能制造2025的深入推进，水泥企业加大了数字化、信息化、智能化的转型升级。在“两山”理论的指导下，水泥矿山在绿色、环保、安全等方面的建设需求更为强烈，矿山数字化、智能化已成为水泥企业绿色矿山建设的必由之路。
本文提出的“数字化智能矿山”将升华当前“数字矿山”的概念，采用新一代宽带无线技术、人工智能、自动化、在线检测、三维可视化、北斗定位导航、优化配矿、GIS、大数据、私有云等技术手段，实现矿山的整体智能化手段覆盖，同时融合现有技术手段，结合地理信息系统、全球定位系统等技术，提供面向现代矿山企业的智能决策支持系统。
1.数字化智能矿山建设总体方案
数字化智能矿山建设以资源开发利用为主线，贯穿矿山生产全过程。首先通过推进矿山自动化、数字化建设工作，在此基础上稳步推进生产及安全管控体系，借助精细化配矿系统，实现采矿、运输、配矿水平的升级改造，并采用国内外先进的信息技术，完成智能矿山建设工作。深化矿山企业降本增效，提升矿山智能化开采水平，增强企业核心竞争力，实现矿山安全、高效、绿色生产以及经济效益最大化。
智能矿山建设包括“一个中心、三个平台、一个系统”。一个中心是大数据中心：对生产相关的数据、设备数据、安全环保数据等进行采集、存储、处理。三个平台一个系统：数字采矿软件平台、三维可视化管控平台、智能管控平台、卡车调度系统，以数字化的方式对采场地质数据、储量数据进行建模和管理，通过三维GIS平台对采场的生产进行展示和管理，并通过智能化管控平台对生产、设备、安全、资源储量进行全方位的科学管控。
1.1层级规划
数字化智能矿山建设包括五级内容，数字化智能矿山建设主要集中在第三层级，包含智能管控平台和三维可视化管控平台及数字采矿软件平台。
数字化智能矿山层级
1.2系统整体架构
系统整体架构
系统采用多层SOA架构设计，能够进行部署开发和系统扩展，同时系统建立数据层，对采矿生产的历史数据、实时数据、地理空间数据、地质勘测数据进行统一的存储、统计、管理。
建立应用服务层，系统集成Webservice、TCP/IP、OPC等标准通讯接口，能够同其他信息系统进行数据交互；应用展示层，主要是智能管控平台（生产执行系统），包括PC端和手机端，该系统采用我公司自主研发自有知识产权的eGoPlant平台，平台集成了报表引擎、审批工作流、预警服务等功能，对采矿生产、设备、资源储量等进行科学化的管理。
数字采矿软件平台，采用国际先进的数字采矿软件，在矿体模型建立、境界优化、储量计算方面处于行业领先地位。
数据采集层，通过通用采集程序，对各个通讯模块的通讯状态进行监控，采集实时数据，对数据进行存储，同时，负责同其他系统进行数据通讯。
系统具备手机APP应用，支持Android和iOS系统，能够通过移动端的辅助进行设备巡点检，并进行安全隐患、爆破等流程的移动端管理。
软件架构
1.3系统网络拓扑
系统网络拓扑
2.数字化智能矿山建设软件平台
数字化智能矿山建设应用我公司自主研发的易构工厂管理平台（eGoPlant）搭建水泥矿山智能化管控系统，完成水泥矿山的数字化、一体化管理。易构工厂管理平台是具有完全自主知识产权的SAAS平台，集成了工作流、消息机制、报表引擎、预警机制、多种数据通讯接口等基础功能，能够快速搭建企业信息化应用系统、采集底层生产数据、同其他信息系统（如ERP系统）进行数据和业务的交互，基于平台的系统应用搭建速度快、交互性和可扩展性好。
易构工厂管理平台
eGoPlant技术架构
易构工厂管理平台的特点：
1、实现了业务与技术的分离
系统提供了关于安全防护、性能优化、事务处理、UI呈现、日志记录、工作流处理等的技术实现，同时包含了大量的通用组件和应用模板。在基于平台开发企业应用的时候，开发人员只需关注客户业务的实现。
2、应用的模块化开发
平台支持应用的模块化开发方式，不同业务的实现以模块为单元进行组织。应用模块具有高内聚和低耦合的特性。模块内部各组成部分紧密衔接提供完整的业务功能实现。各模块间相对独立，某一模块的业务更新和技术升级不影响其它模块的使用。
3、支持大数据处理
平台构建之初即面向大型企业的生产管理应用进行设计，同时支持多种关系型数据库和实时数据库。融合数据仓库和数据集市技术的，通过数据压缩、索引优化、智能缓存、并行处理等技术，保证在海量数据使用的高效。
4、支持分布式部署
通过系统配置，平台可将不同的业务模块和数据库进行分布式部署以适应超大并发访问处理的需求。平台可根据企业组织结构的需要进行分级部署，支持集团型企业的多级管控模式。
5、第三方系统的无缝集成能力
平台通过标准化的系统接口和数据交换实现与第三方系统的系统集成和数据集成。特别对于工业应用系统可以提供can、OPC、modbus等各种数据接口，具备与各种自动化系统的集成能力。
3.数字化智能矿山应用功能建设
3.1数字化采矿软件平台
数字采矿软件是对矿产资源数字化的一个工具，对资源进行数字化、模型化、可视化的管理。使整个矿山的矿脉分布和矿山的开采现状特别的直观展现，对于采矿的设计、开采活动的指导非常有价值。
数字采矿软件能够实现各种模型的创建，包括地表模型、矿体模型、夹石和剥离物模型等；具有采矿设计、爆破设计、钻孔数据库、资源储量的管理等功能。
数字采矿软件平台
3.2三维可视化管控平台
系统采用先进的三维GIS平台，以web形式进行发布，使用先进的WebGL地图引擎，系统的性能高、精度高，支持各种三维动画仿真、粒子效果等特效。系统支持3D,2D,2.5D形式的地图展示，提供良好的触摸支持，且支持绝大多数的浏览器，并支持手机端的访问。
系统以矿山基础信息、生产数据为基础，结合矿山资源与开采环境建立三维数据平台，为矿场的生产过程和设备运行提供智能的监控和管理服务，共包含六个方面：矿山三维虚拟仿真、矿山装备模型库及材质库、自动化数据集成、生产过程数据集成、安全管理、生产作业过程管控。
三维可视化管控平台
系统支持倾斜摄影、正射航拍等航拍地图数据的集成，表现形式更友好、画面更逼真。
3.3智能管控软件平台
智能管控平台是数字化智能矿山的重要组成部分，它把数字化的资源和数字化的活动及活动过程的各种工具、物资、能源等消耗结合起来，进行智能的管控，实现生产管理的管控，实现矿山生产全方位、精细化的管控，包括矿山的资源储量的管理、生产的管理、设备管理、质量化验管理、生产数据统计分析、安全隐患管理等，同时，系统能够同其他信息系统如物资系统、ERP系统等，做数据的交互和对接，从而打通企业生产管理的数据层。
智能管控平台
3.4卡车智能调度系统
建设卡车智能调度系统的目标是适应采矿生产过程中情况的变化，在露天矿设备数量一定的情况下，达到精细化配矿，实现对卡车、挖机等设备的位置及工作状态的实时跟踪、判断、显示与及时的故障排查、维修，实现精细化配矿，提高开采质量和资源利用率，优化调度设备作业运行，提升大型运转设备的使用效率，降低燃料和备件消耗，及时准确地掌握矿山的生产运行情况，形成矿山生产过程的实时信息管理及决策支持系统，达到优化管理矿山设备和优化生产过程，提高产量，节省费用，充分发挥设备的效率，提高矿山的管理水平，取得较高经济效益之目的。
通过实施卡车调度系统，实时监控和优化调度矿山生产作业车辆、工程车辆等设备的运行，形成一种信息化、智能化、集成化的新型现代矿山调度指挥和全方位的采矿生产控制和管理及决策智能化的平台。通过该平台实现及时响应生产决策、及时提供调整生产依据，形成矿山生产过程的实时信息管理与决策支持，达到优化管理矿山设备和优化生产过程，提高产量，节能降耗，提高矿山安全生产和科学管理水平。优化原有资源配置，按质按量优化生产，及时适应生产条件的变化，对于设备故障和非正常生产情况及时调度，减少卡车不必要的空跑，降低油耗，同时根据铲装能力、运输能力、破碎能力的平衡，可以优化设备的出动数量。
架构设计
集群及其他多媒体应用组网示意图
4.结论
通过数字化智能矿山建设，为水泥矿山企业改变了矿山传统的粗放式的生产管理模式，可帮助矿山企业实现如下效益：
1、合理规划矿山开采，有效延长矿山寿命
2、建立矿山三维地质模型，进行地质储量计算，用于矿山开采计划编制，实现矿产资源的数字化、精细化管理
3、通过三维GIS平台实现矿山矿产资源、实时生产状态的展示与可视化管理
4、合理搭配矿石开采，在稳定生产质量的前提下，增加废石搭配量，高效利用资源
5、实现车辆的智能调度，优化车铲比例，提高设备效率，降低生产能耗
6、实现全流程的质量监控，保证矿山生产的质量和生产的稳定
7、提升管理效益、降低维护成本、减少设备故障率
8、降低人员劳动强度，减少生产人员，提高生产管理的准确度
9、实现矿山的绿色、环保、安全生产
参考文献：
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