露天矿山智能化整体系统
露天矿卡车智能调度系统
配电室无人值守系统
生产智能MES系统

露天矿智能化整体解决方案


背景

伴随新旧动能转换和供给侧结构性改革的不断推进,社会发展已进入智能化发展新时代。传统的粗放型发展模式难以为继,资源安全、经济安全、生态安全的压力不断增加,为了实现我国从矿业大国到矿业强国的转变,塑造新时代中国矿业产业形象,矿山建设也必须走创新之路。当前,智能技术已经在各个领域发挥越来越大的作用,矿山运行智能化已经成为一种必然趋势,成为全球矿业领域的技术热点和发展方向。因此,在当今智能化矿山建设的趋势下,利用网络、大数据、物联网和人工智能等技术,实现调度、指挥、决策的快捷高效,助力企业科技发展,建设一流的绿色智能矿山意义重大。


建设目标

系统组成及架构


依据露天矿采矿生产工艺流程,主要涉及资源储量模型建立-计划编制-生产配矿-卡车调度-运输统计-计划监控等生产管理环节。智能矿山建设采用物联网、大数据、人工智能、5G通讯等系列前沿技术,将智能化技术与管理深度融合,构建的一套全方位新型现代露天矿智能生产管控平台。


功能架构

智能管控中心建设

数据中心

采用先进设计理念结合成熟主流技术,将中心机房打造成先进的数据中心,构建开放、共享、协作的智能制造产业生态为其主要特征的企业信息化建设的重要模式与最佳实践,它是实现企业数据信息管理和高效利用的必要手段,也是企业持续发展的一种核心能力。

智慧决策中心

智慧决策中心利用数据中心的数据,通过查询和分析工具、数据挖掘工具、智能建模工具等对其进行分析和处理,最后将知识呈现给管理者,为管理者的决策过程提供支持。

智能运营中心

作为企业战略分解和落实的智能运营中心,主要功能为实现下属企业间、与外部相关方之间的协同运营,以及人、财、物等资源的统一平衡调度、协同共享和优化配置。

智能生产中心

智能生产中心负责全矿生产系统及设备自动化控制和管理。全厂的有线通讯、无线通讯、人员定位、闭路监控、信息化等系统中心设备均安装在生产中心内。形成全厂控制、显示、监视中心。设立工程师站,负责全厂设备、网络等系统的检测和维护工作。

智能维检中心

智能维检中心通过智能维检服务平台对公司维护检修进行集中统一管控,整合维修资源、深化维修力量,为公司生产设备稳定运行保驾护航。


矿山三维地质建模及储量计算

从露天矿山钻探数据或矿山开采分层平面图等基础数据开始,按我国露天矿山生产的工艺流程顺序,对矿山生产的地质、测量、开采计划、采区爆破、采掘带铲装生产、采场(台阶)生产验收等工作进行可视化建模管理;并将矿山生产的地质、测量(槽探验收)、开采计划、采区爆破设计、生产执行、采场生产验收等多个专业工作统一到同一个可视化平台。

三维可视化管控

通过三维可视化平台实现对矿山安全生产集中可视化,以矿山生产和安全监测数据及空间数据库为基础,以矿山资源与开采环境三维可视化和虚拟环境为平台,利用三维GIS、虚拟现实等技术手段,将露天矿矿床地质、矿堆、台阶、运输道路、等开采环境对象及生产工艺过程、现象进行三维数字化建模,实现对矿山生产环境、安全监测实时三维展示,形成三维可视一体化,支撑企业生产运营管控。


卡车智能调度

系统通过计算机对装、运、卸的全过程进行控制与管理,做到装点、卸点不压车、不待车,充分发挥设备效率保证运行设备满负荷工作,实现精准配矿;自动实现各种生产资源的合理配置和利用,从而实现效率最高,提高卡车、电铲等设备使用效率,用相同的数量的设备和最低的消耗完成更多的生产任务。

系统采用模块化设计由众多子模块组成,包括:智能调度、二维电子地图、智能报表、智能配矿、燃油管控、防碰撞、防疲劳驾驶、倒车影像、车载视频、胎压管理、称重管理、钻机高精度自动布孔等模块。

人员定位系统

在室外区域采用GPS/北斗高精度定位和5G网络传输技术,通过佩戴胸牌、手环、安全帽等可穿戴设备,实施进行定位和信号回传,能够在三维可视化平时实时展示,并可以实时查询位置分布,实现目标追踪,轨迹查询、报表自动生成等功能。

全矿区视频监控系统

视频监控系统从视频监控、信号传输、中心控制、远程监管等各方面提出全方位的解决办法,可以实现矿山与监控中心联网,使矿山安全管理工作向科学化、规范化、数字化管理轨道迈进,提高安全管理水平。视频监控系统利用AI技术自动识别人员不戴安全帽、开采越界等各种违规行为。

环境监测系统

环境监测系统集成了PM2.5、PM10监测、环境温湿度及风速风向、噪声监测等多种功能,同时还具备在线实时监控、视频监控、继电器控制、数据管理、告警管理等功能。


边坡自动在线监测系统

采用GPS/北斗高精度定位和5G网络传输技术,实现对整个采矿区的雨量实时在线监测,对正在开采的易滑坡区域、已开采完并环境修复完毕区域,进行边坡表面位移监测和环境监测实时在线监测,监测影响边坡位移和矿区环境,同时提供预警和分析功能,可以预演边坡的变化,为边坡安全监测提供一份可靠的全面的监测数据,监测结果实时上传至控制中心,并在三维可视化平台实时展示。

矿山生产指挥中心

生产指挥中心显示系统采用液晶屏拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术、集中控制技术等进行设计实现,是一套拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法最先进的大屏幕显示系统。


卡车无人驾驶系统

利用高精卫星定位+惯性导航,辅助加装少量的感知设备与控制原件,根据生产作业线路制定设备运输轨迹,通过调度平台为每台设备下发运输轨迹,实现无人运输设备按照固定路线自动循迹驾驶,完成装载、运输、卸载全流程作业,以及必要的加水、加油等保障作业。

铲装设备远程遥控

铲装设备远程遥控具有广泛的应用场景,尤其在恶劣环境和危险区域,如无人区、矿区采空区等人员无法达到的区域,将极大提升操作效率并节省人力和保障人员的安全

应用效果效益

应用效果

为矿山科学技术的发展提供了强大的动力

智能矿山的建成将改变矿山的资源管理及生产方式,在矿山设计、施工、开采、安全、管理、教育、可持续发展、土地利用规划以及科学决策等方面产生广阔的社会和经济效益,促进产业的增长,提供更多的产业机会、安全监测及决策管理服务等。

成为智能矿山标杆企业,为国内矿山提供借鉴

智能矿山的建设将为我国矿山行业智能矿山建设提供借鉴,为行业依靠信息化建设,进行科技创新从而提升公司竞争力提供宝贵的实施经验。

经济效益

智能矿山建设将优化了露天矿山资源的合理配置,提高管理水平,降低了安全事故率,生产效率提升3%-12%,柴油消耗降低5%-9%,轮胎消耗降低8%-30%,可降低穿爆成本2%-4%,延长了矿山的服务年限;提高了配矿管理水平,通过系统能够及时发现生产组织中影响效率和配矿稳定的瓶颈。实现了资源综合利用,践行了无废开采和绿水青山就是金山银山的理念,资源综合利用后,矿山减少了废石排放土地占用。

露天矿卡车智能调度解决方案


背景

露天矿山采区作业范围广,地点移动变化大,设备状态变化快,采用传统的生产调度与生产组织方式不能及时、全面、准确掌握现场作业条件频繁变化的情况,调度员靠个人经验调整生产,无法保障采矿生产过程的优化与高效率。人工收集信息、手工计算数据,数据准确性低,响应及时性差;人工执行配矿计划调度车辆,混矿品位波动大。为了提高生产效益,降低生产消耗,必须立足于对大规模生产的全局进行统筹管理,立足于对生产的实时信息进行最优的实时调度,形成科学智能的计算机调度系统,这样才能从根本上解决生产管理过程的问题,以确保实现高效高产的生产目标。


2001年,北京速力科技有限公司承接国家科技部“十五”科技攻关课题,开始自主研发卡车智能调度系统,2002年该于首钢水厂铁矿实施,2003年通过国家验收。经过二十多年潜心研究,已经发展至第五代卡车智能调度系统,并取得了如下成绩:

2006年北京市科委鉴定为“国内首创、国际先进”

2007年获得国家科技进步二等奖;

2011年取得露天采矿GPS卡车智能调度系统著作权

2012年取得“高精度GPS牙轮钻机自动布孔系统”发明专利

2019年获得建筑材料科学技术奖二等奖;

2019年获得“露天采场智能配矿系统”计算机软件著作登记权证书。

2019年 “露天矿燃油智能管控系统及关键技术研究” 冶金矿山科学技术三等奖。


解决方案

系统架构

系统综合利用全球卫星定位技术,无线通讯技术、云技术、人工智能和数据分析等技术,对采场空间范围内装、运、卸全过程进行智能管控。


系统由智能终端、控制中心、无线通讯系统三部分组成。

功能架构

系统采用模块化设计由众多子模块组成,包括:智能调度、二维电子地图、三维电子地图、智能报表、智能配矿、燃油管控、防碰撞、防疲劳驾驶、倒车影像、车载视频、胎压管理、称重管理、大屏幕、视频监控、钻机高精度自动布孔等模块。


网络架构

系统网络包括局域网络和采场无线网络。

根据矿山实际情况,采场无线网络支持MESH、4G自组网、5G自组网、4G公网、5G公网等方式实现采场的无线覆盖,并结合矿山管理网、控制网,实现多网合一,统一管理。

智能终端

智能终端安装在采场移动设备上,具有防水、防尘、防过热、抗震等功能,适应工业现场能力强,对过压、过流、过热、欠压具有自保护功能。采用彩色触摸屏菜单式操作,具有定位功能、设备状态自动识别、调度功能车辆状态报告功能、为其他设备代发信息、系统建立功能、计算功能、通讯功能、导航功能、接口功能、信息缓存功能、语音播报提示功能、信息查询、设备维护管理、报警功能、系统接口等功能。


生产指挥中心

生产指挥中心是采矿智能调度和未来智慧矿山系统建设的大脑,负责露天矿的生产指挥,对矿区生产进行总体协调,执行上级生产计划、管理等相关功能,是整个露天矿生产的现场直接指挥机构。


实施功能及优化提升

智能调度

实时对数据进行动态采集,综合20多个约束因子,无需人为干涉,对车辆动态智能调度。


设备状态监控

系统由北斗、GPS 跟踪系统自动进行位置监测,自动采集生产设备任何时间点的信息,如位置、状态、速度、方向、物料等,并随时在软件界面展现。


调度图表

系统能够实时自动生成各种生产数据统计报表,包括人员产量报表、车铲产量报表、设备运距查询、超速情况等,并以饼状图、柱状图、曲线图等直观方式展示,为生产决策提供依据。


管理业务驾驶舱

管理业务驾驶舱为管理者提供更全面、更直观、更具指导意义的决策数据。


智能配矿

根据露天矿开采现状、开采计划和爆堆品位分布,按照设定的矿量、品位约束条件,在多个爆堆之间进行优化计算得出最优的配矿方案,并可通过波动调节旋钮寻求配矿精细度和生产效率之间最佳平衡点。


油耗管控

系统主要由油罐车控制装置、受油车身份识别装置、受油车燃油消耗采集装置、车载终端、数据传输网络和中央管控中心组成。可以实现加油站、油罐车、自卸矿车及工程机械的油料流动和消耗的实时跟踪,能够有效防止加油过程中的油料的非正常损耗。

称重管理

系统采用激光雷达测量技术,将扫描设备安装在矿车必经之路的龙门吊上,当矿车以一定的速度匀速经过龙门吊下方时,激光雷达测量仪对矿车的车斗以扇形角度进行轮廓扫描,得出车斗所装载矿石的体积图像和数据。


胎压管理

矿用车辆轮胎作为矿山运营投入的三大消耗品之一,很多矿用轮胎报废属于轮胎早期失效,甚至自燃、爆炸、出现生命安全。胎压管理系统可以实时监测轮胎运行状态,及时发现轮胎故障,预防爆胎等突发事故,保障安全高效生产。

防碰撞

利用GPS 定位技术、无线通讯技术,并辅以语音报警和预测算法等技术,充分解决矿区作业空间复杂、作业强度大、盲区多、车型复杂以及人员长时间作业等因素造成的车辆碰撞事故等多种困扰生产管理者的问题,为露天矿的正常生产提供可靠的安全保障。


防疲劳系统

对驾驶员的危险驾驶行为进行分析预警及司机人脸考勤,采集的视频用于主机执行危险驾驶行为分析智能算法,可检测包含开车抽烟、打电话、不目视前方、疲劳驾驶等行为,及时发出报警提醒司机。


倒车影像

卡车倒车时通过智能终端展示倒车的影像,确保司机倒车安全。


钻机高精度布孔

利用厘米级高精度多系统卫星定位技术实现牙轮钻机钻杆位置精确定位,实现牙轮钻机布孔、穿孔过程,提高布孔、穿孔作业的自动化控制水平和精度,达到管理过程精细化、控制过程数字化。



应用效果与经济效益

配电室无人值守系统解决方案


背景

变电所是供电系统的重要组成,变电所的安全运行关系着企业的安全生产,也关系企业的经济运行。面对井下复杂的地质条件、恶劣的作业环境,变电所无人值守是适应企业的发展需要,变电所无人值守能有效的降低人员的使用,降低企业成本。


建设目标

为了提高全矿自动化控制水平,提高劳动生产率,对生产设备进行监控,并采取相应的技术措施,实现对电气设备及系统的参数如电流、电压、功率等的监测,以及对电气设备的运行状态、预报及故障信号的监控,通过计算机网路,送至总控制室。


系统组成

各水平变电所设置采集控制站,采集中央变电所综保系统和变电所装设的多功能监测装置系统的各种数据,将各配电回路电气数据如电流、电压、功率等传到控制系统。


通信网络

通过RS485或以太网的方式,采集综保系统和多功能电表数据

采集控制站

在各个水平变电所设置控制站,能够处理采集上来的信息,能够通过控制站进行远程停送电。

监控主机

地表控制中心放置监控主机,实时显示井下个变电所数据,用于设置参数、显示报警、远程控制停送电等,生成生产用电报表。


系统效果

高、低压配电室无人值守;

数据自动采集;

远程停送电,降低人员劳动强度。



生产智能MES系统解决方案


系统背景

随着科学技术的高速发展,全球工业进入了一个新的发展时期,德国提出了“工业4.0”,美国提出了“先进制造业国家战略计划”、日本提出了“科技工业联盟”、英国提出了“工业2050战略”,中国也提出了“中国制造2025”。第四次工业革命亦为MES的推广提供了机会, ERP和PCS在制造企业的广泛应用也为MES提供良好的基础,但就目前来说,对MES的认识及实施因行业的不同而存在差异,也因地区的不同而出现发展的不平衡,因此各行业、各企业应根据自身的条件和特点,选择适合自己发展的MES,解决传统制造信息系统和过程控制系统之间的缺少信息连接的问题,因此,制造企业中实施MES具有极其重要的意义。

首先,MES不仅是工业4.0落地的重要环节,更是两化深度融合的有效手段,得到了越来越多企业的重视,MES已成为企业转型升级、持续发展的核心管理系统。

第二,矿山行业当前市场形势,需要企业精细管理的深度落实,这就需要实施能够实现厂矿、车间生产管理信息化、制造执行过程监控信息化的MES。

第三,矿山生产过程监控不便,过程控制稳定性难以达标。MES 实现了厂矿、车间生产过程透明化,管理科学化,能够及时找出影响产品品质和消耗成本的问题根源,提高计划的实时性和灵活性,同时又能改善生产线的产出效率,从而使工艺线打出设计能力或超出设计能力的产出。


建设目标

生产制造执行MES系统解决方案为企业提供了生产过程透明化管理的有效途经,是以生产管理为核心的信息化管理系统,帮助企业建立集成的生产现场过程控制透明化管理平台,以及搭建完善的生产过程数据库,从而满足企业对生产过程的实时监控与全面追溯需求,通过数据统计分析达到不断改善产品产出与品质,从而达到企业持续提升企业的市场影响力的需求。


系统组成及架构

MES系统以生产工艺为主线;以自动化、计量、能源等工业实时数据为基础;贯穿生产、质量、调度、设备、技术、采购、销售、能源等专业管理业务;涵盖计划管理、技术管理、产品发运、生产调度、生产控制、产品库存、物料管理、设备管理、能源管理、质量管理、计量管理、系统管理十二个功能模块。



应用效果效益

主要的管理效果体现如下:

管理水平显著提升

强化集中管理,形成协作机制,促进协同管理

弱化职能式管理,加强流程式管理。

促进规范化标准化管理,提高执行力。

促进精细管理,加强管理力度。

提高管理透明度,增加管理约束力。

管理效率显著提高

系统能够实时、动态反映生产、计量、质量、物流等数据,可以随时查询和应用。

数据和信息从最基层的计量、质检、设备获取或系统自动生成,数据不落地,保持数据和信息的及时性、准确性。

各级领导、管理人员从大量的、重复性的、低管理含量的工作中解脱出来。

过去需要采用手工方式、花费大量人力和时间的工作,现在借助信息化手段,转化成简单、短暂的动作,工作效率成百上千倍的提高。

管理基础得到加强

提供真实准确的数据。由人工录入转变为通过自动化仪器仪表直接采集到系统二级库中进行加工整理,实现数据不落地、保障数据真实性。

加快数据分析和反应速度。系统自动形成可视化看板,实时随地关注现场生产实时情况。

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