1 引言
井工一矿隶属于中煤集团平朔煤业有限责任公司，位于山西省朔州市平鲁区境内，2003年开工建设，2005年正式投产，设计生产能力为1 000万t/a。通过多年的建设，井工一矿已经拥有相对完善的基础设施和井下综合自动化系统，实现了矿井上下视频、语音和数据的实时通讯，井下安全作业监控体系，采、掘、机、运、通等各个专业都有配套的自动化生产和监控系统。并下综合自动化系统组成如图1。
图1 井下综合自动化系统组成图．
由于煤炭企业生产的特殊性，其对井下设备的本质安全有很高的要求，涉及的技术领域也非常广泛。井下各工艺环节的生产设备和监测系统一般都来自多个厂家，而且各系统各自为政，导致调度和管理人员为了能获得各方面的完整信息，不得不在各套系统问频繁切换，各系统间还存在很多重复冗余的信息，不能实现信息资源的互通共享，“信息孤岛”的问题尤为严重，迫切需要进行企业管理和安全生产信息资源的整合。
根据井工一矿的建设情况和生产特点，2011年6月，公司开始实施MES系统建设，旨在建立完整的企业管理和生产调度执行信息化协作体系，实现ERP与生产组织过程联动，实现管控一体化实时过程管理，解决“信息孤岛”问题，实现信息资源整合与互通共享。
2 MES概述
MES是Manufact证ng Execution System的英文缩写，即生产运行系统。MES国际联合会对MES的定义是：MEs能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能及时做出反应报告，并用当前的准确数据对其进行指导和处理。
MES系统涉及了企业的整个业务流程：计划任务、物料流动、质量控制、能源管理、设备管理、安全管理等各个方面，帮助企业实现完整的闭环生产管理过程，同时协助企业建立一体化和实时化的信息体系，从而实现企业生产的实时管理和有效管理。
3 MES的架构
在矿井生产应用中，MES接受上级发布的生产计划，依据从综合自动化系统获取的现场数据，为生产调度一级的管理人员提供大量丰富的生产调度支持信息。管理人员掌握了这些信息后，对车间生产层可下达切实可行的生产指令，对企业决策层可以汇报真实有据的生产情况。
通过MES将管理和生产实时信息集成后，各级管理人员只需要在一个系统里就可以实时查询当前累计产量和本月、本年度计划完成情况，了解当前生产状态、设备运行状态，统计水、气、能源、物资的消耗情况，极大地提高工作效率，及时帮助管理人员发现问题、控制并降低生产成本；系统能自动汇总现场发现的各种隐患问题，并跟踪办理结果，通过办公系统和电话、自动化系统等各种方式调度指挥生产。不难看出，煤矿实施这套系统的过程也是对企业生产管理流程、业务处理流程的一个整理和优化过程，对企业创造更高的经济效益有着不可估计的现实意义。图2描述了MEs系统在煤矿信息化系统中的位置和主要功能。
图2 MES系统在煤矿信息化中的架构
4 集成平台的设计
根据各自负责完成的任务不同，MES系统集成平台的软件功能设计主要分为两大层次，分别是用户展现层和后台数据中心层。其中后台数据中心层又细分为业务处理、数据存储和数据采集。
4.1 用户展现层
鉴于面向的用户应用场景，系统功能要实现直观简单，所以平台设计以二维、三维图形组态场景为主线，嵌人各工艺、各关键设备、监测地点的实时信息，让用户以最少的操作获得最多的信息量，将信息高度集成。系统接人安全监控子系统、井下人员定位子系统、工业视频监控子系统、主通风机监控子系统、综采监控子系统、自动化水泵控制子系统、电力监控子系统等。每个系统都采用动画图像实时显示当前的作业场景，用户可以与系统交互查询关键生产指标和安全监控数据，查看关键设备的运转情况和一段时间的趋势曲线。
展现层的第二部分功能是相对传统的信息管理系统，多以网页列表的形式为各级管理人员提供数据录入、处理。统计报表、业务办理的平台。展现层的软件功能模块如图3。
图3 用户展现层
4.2 数据中心系统
数据中心系统通过建立高性能的企业数据采集和数据处理、存储架构，自动从自动化系统、在线计量系统、安全监控系统、调度指挥系统等处采集数据，按照时间序列存储原始数据，实现数字化信息的集中采集、处理、信息挖掘和业务处理。
1)业务处理层。业务处理层负责展现层与数据中心的数据交互和处理，除了传统意义上的管理系统业务逻辑处理和业务接口功能，该层还要实现两个服务，分别是工作流数据交换服务和共享数据集成服务。
工作流数据交换服务是整个系统的数据流转引擎，通过定义数据流程，该服务负责把与当前用户相关的数据业务逻辑定义好，以保证展现层能够将信息送到用户桌面，需要经过多人办理的，在当前用户办理之后服务系统会将信息送往下一个办理人处，实现数据的自动流转和交换，将协同办公与MES系统的业务处理紧密结合．再次体现了集成平台的特性。
共享数据指MES集成平台与其他信息系统间共享的静态数据(例如：产品属性、设备档案、组织结构和人力资源相关数据)。共享数据集成服务的目标是保证当各系统中有数据更新时，后台服务将应用事务处理机制更新MEs系统的数据。因此．该服务提供一个集成的．同步的架构，当各系统中有数值更新时，集成平台将反映这个变更，同样集成平台更新完数据后不需要再单独更新其他系统中的相应值，该服务将使这种更新变的同步。业务处理层模型见图4。
图4 业务处理层模型
在软件设计实现上，共享数据服务功能的实现依赖于其与客户、产品和供应商各系统之间丰富的数据接口形式，和高速的数据输入、检索和分析能力。
2)数据存储层。数据存储层负责管理中央主数据库和部署在各层的分布式数据库。接收从业务处理层传来的数据处理请求，准确、及时地分发、存储数据，并分析整个关系数据库中的数据，保证各模块与数据库的交互能够有序进行。
3)数据采集层。数据采集层主要实现对自动化生产监控网络数据自动采集功能，不能自动采集的数据，用户通过UI界面录入，作为展现层的一部分功能去实现。目前的工控软件基本上都会提供OPC(OLE for PROCESS CONTROL)或DDE服务器，本系统使用实时数据库的0PC接口，可实现实时数据的存取与分析。采用具有协议转换、安全隔离和数据缓存的网络接口设备使生产管理网络与生产控制网络连接通讯，保证控制系统的独立安全运行。同时，当遇有网络异常和故障时。能缓存生产数据，网络恢复正常时缓存的数据自动转存到数据库，保证生产控制过程数据不丢失。
4.3 特点
井工一矿MES系统集成平台的建立，实现了在保证系统的独立、安全、可靠运行的基础上，有效防止网络系统的误操作、故障及病毒等对生产过程控制的影响．同时对生产控制过程数据信息进行自动采集，实时获取生产过程控制和生产管理数据，在接口协议转换程序、通讯驱动程序、数据处理程序的支持下，自动存储到数据库，为生产过程实时监控、生产管理应用、优化组织生产提供准确的数据资源和应用平台。
5 小结
以前实施的不同信息化系统，能够长期有效运行或者推广应用的系统不多。究其原因主要包括以下几个方面：
1)以前实施的系统规模较小，成为一个个“信息孤岛”，而生产过程又是一个紧密联系的协作化过程。因此不能适应生产需要。
2)受到当时技术水平的限制，软件技术没有协同业务办理的应用内容，单纯的静态系统达不到提高生产管理效率的目的。
3)人员培训和维护力量的不足。导致应用系统不能随着管理过程和生产工艺过程的进步而进步，系统功能逐渐脱离了实际需求。
井工一矿通过实施MES将各个信息孤岛联系了起来，实现了各系统数据的综合集成，建立了一套综合自动化系统信息集成平台，将采、掘、机、运、通、地测、防治水等各专业的系统在一个平台上展现，并在此基础上，将其中有价值的数据进行统计整理，搭建起了生产系统与管理系统的桥梁，生产、安全、管理的信息可以楣互得到利用。在这个集成平台上展开对生产、设备、物资、能源、安全的综合管理。所采集到的信息向上可以呈报生产任务完成数据、物料消耗数据、短期生产计划，向下可以发布排产指令、优化生产运行参数的功能。
MES系统在煤矿信息化建设中已经越来越显示出他的重要地位，它连接底层基础自动化系统与ERP的纽带作用也得到业界的广泛认可。随着企业信息化程度的不断完善，MES系统的集成平台管理范围也将不断扩大，协同办公、资产管理、管理者驾驶舱等功能。都可以集成到这个平台中，为企业不同层次的管理人员和不同的业务处理领域提供管理和支持，也将为煤矿企业全面实现数字化矿山奠定良好的平台基础。
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