基于模型的选煤厂生产调度系统设计_马延峰.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.031基于模型的选煤厂生产调度系统设计马延峰（山西焦煤能源集团股份有限公司西铭矿选煤厂，山西 太原 030022）摘要 针对智能化选煤厂生产调度系统具有环境适应性强、约束条件多、可动态管理的特点，设计基于 Petri 网模型的选煤厂生产调度系统。在简单分析 Petri 网基本原理的基础上，重点分析了选煤厂基于模型的生产调度系统的模型设计、系统设计并完成系统应用。实际应用结果表明，设计并实现的基于模型的选煤厂生产调度系统满足设计要求，提升了选煤厂智能化水平，有助于实现选煤厂高效、智能、安全生产。关键词 选煤厂；Petri 网；生产调度模型；实施模式；系统功能；集成调度中图分类号TD928文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0100-020引言选煤生产是多环节且各环节之间密切联系的复杂过程1。选煤厂生产情况的好坏，不仅与原煤性质、设备性能、操作水平相关，而且在很大程度上取决于各生产工艺环节之间合理而有效地配合，所以如何进行生产调度使选煤厂获得最大经济效益是比较困难的问题2-3。根据选煤厂生产具有主动适应外部环境变化要求、多重约束条件、需全面动态管理等的特点，利用 Petri 网对选煤厂建立工艺调度和生产调度模型，并从实际应用角度出发，探讨如何建立选煤厂生产调度管理信息系统，以此来解决选煤厂生产调度所面临的集成调度问题45。1基本原理Petri 网是一种研究系统的工具，可揭示被模拟的系统在结构、动态行为的特征信息。该特征信息可用来对被模拟系统进行估价并提出针对性的改进意见。一个 Petri 网由位置集合 P、变迁节集合 T、输入函数 I、输出函数 O 4 部分组成，其中输入函数I、输出函数 O 是位置与变迁节之间的映射函数。Petri 网中有 2 类节点，其中一种用小圆圈标识一个位置、用短线标识一个变迁节，用有向弧连接位置和变迁节。Petri 网可看作是一个以规划为基础系统的控制结构，可用调度方案解决冲突，优化系统，具有并发、动态、直观、抽象、通用的特点。2生产调度模型设计基于 Petri 网并综合考虑选煤厂原煤、精煤质量，设计选煤厂生产调度模型，如图 1 所示。P1.矿井原煤；P2.原煤煤仓；P3.洗选加工车间；P4.直接销售原煤仓；P5.精煤；P6.精煤煤仓；P7.用户；T1.原煤质量检查；T2.原煤运输；T3 原煤洗选加工；T4.精煤运输；T5.运输系统；T6.原煤销售信息反馈；T7.质量检测与化验；T8.销售信息反馈图 1选煤厂生产调度 Petri网结构矿井原煤输送至选煤厂后，可有 2 种生产调度模式：模式 1 为矿井原煤经煤质检查转运至原煤仓库、经运输环节后进入洗选加工车间，得到精煤并经精煤运输系统后销售给客户；模式 2 为矿井原煤P1P2T1T2P4T6T5P7P6T4P5T3P3T7T8能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11002023 年 2 月Feb.,2023省略去原煤洗选加工环节直接销售给客户。模式 1以及模式 2 中的生产调度流程是不可逆的，且可以经用户反馈后对原煤和精煤产量进行动态调节。在设计的 Petri 网结构生产调度模式中，精煤既可以通过精煤储煤仓后销售给客户，也可以经运输系统销售给客户。在该选煤厂生产调度 Petri 网结构中，需对原煤质量、精煤质量以及用户反馈信息进行分析，可详细表述为：原煤质量分析：经 T1 对原煤质量进行分析，当原煤质量合格时，进入洗选加工车间或者直接销售；当原煤质量不合格时，经 T6 原煤销售信息反馈后进入 P4 直接销售原煤仓，形成闭环管理，增加或者减少原煤储备。精煤质量分析：用户将精煤质量分析信息经 T8 销售信息反馈给 P5 精煤，并通过 T7 质量检测与化验反馈给 T3 原煤洗选加工环节，对精煤质量、产量重新进行生产调度。用户反馈信息分析：即用户对原煤质量以及原煤需求反馈、对精煤质量以及精煤需求反馈，建立销售传输与生产供应环节之间的联系，形成良性互动，优化生产调度方案并组织生产。3生产调度系统设计3.1模式设计选煤厂生产调度系统是选煤厂智能化建设的重要组成部分，直接与选煤厂的生产效益关联。以前选煤厂日生产计划、生产数据管理、生产数据追溯、产品销售数据、原煤/精煤质量以及产量等信息由经验决定，生产调度的准确性、快速性以及及时性等方面表现不理想，无法对生产信息形成有效监督，无法对突发情况进行及时处理，不能形成闭环反馈和闭环管理。基于模型的选煤厂生产调度系统模式设计有本地同步、异地同步、异地异步 3 种实施模式。具体为：本地同步：在选煤厂生产调度室可通过设置的 9 个工业显示屏实时监察实际生产过程，并可进行监控画面的任意切换，可查看具体的参数设置、生产数据、历史生产数据、故障信息等。异地同步：选煤厂厂领导可在各自办公室设置的客户端进行查看，实时、动态、全面了解选煤厂生产调度情况。异地异步：将选煤厂生产调度所有数据以 TCP/IP 通信模式传送至 Internet 网，通过E-mail、Agent、Client 等模式传送生产调度数据，或将厂领导下发的生产指令通过 E-mail、Agent、Client 等模式传送至生产调度中心，由调度室工作人员接收并下发生产指令，达到数据实时共享、实时传送的目的，提高选煤厂生产调度系统运行效率和运行安全性。在异地异步实施模式中，既可采用TCP/IP 通信技术，也可采用 4G、5G 无线通信技术，实现生产调度系统数据的传送。3.2功能设计基于模型的选煤厂生产调度系统功能设计框图如图 2 所示。该系统由数据录入、数据查询、数据维护、生产报表以及报表输出 5 部分组成。数据录入功能包括调度班志信息、产品销售、月生产计划，其中调度班志信息包括运转情况、生产产量、仓存情况、产品外运、外排事故、入仓精煤、车间值班、浓缩机运转、火车预报和重要事项等。数据查询功能包括调度班志、产品销售（按日）、产品销售（按月）、月生产计划、年生产计划、洗煤快灰、洗煤快浮，其中调度班志信息包括运转情况、生产产量、仓存情况、产品外运、外排事故、入仓精煤、车间值班、浓缩机运转、火车预报和重要事项等。数据查询功能还可以根据设置对历史数据、特征数据进行查询，如点击“洗煤快灰”按钮后，可对调度班志、月生产计划、洗煤快灰、洗煤快浮等信息进行按月或者按日查询。数据维护功能包括修改密码、产品销售编码维护、运转名称对照、生产班产品对照，如点击“产品销售编码维护”按钮后，可对煤种编码、煤种名称之间的对应关系进行修改。生产报表功能包括除杂统计、出口煤杂质、月报、季度计划、生产日报、数质量平衡表、考核日报、月度综合报表、综合指标报表、综合统计表。报表输出功能可根据要求进行灵活设置，并根据要查询的信息生成相对应的报表。图 2选煤厂生产调度系统功能设计框图基于模型的选煤厂生产调度系统基于 Unix 操作系统，在满足系统可扩充、可抑制、可兼容的前提下，实现了生产调度系统的集成安全、数据库管理以及应用程序管理 3 层安全模式，同时保证了生产调度系统数据的正确性、一致性和（下转第 140 页）马延峰基于模型的选煤厂生产调度系统设计调度班志信息产品销售信息月生产计划历史数据查询特征数据查询注册信息维护销售编码维护产品编码维护设备名称维护月生产报表年生产报表根据要求可灵活设置选煤厂生产调度系统数据录入数据维护数据查询生产报表报表输出1012023 年 2 月Feb.,20235结语以选煤厂生产调度系统为研究对象，重点分析了生产调度系统模型设计和系统设计，基于 Petri网实现了选煤厂原煤、精煤质量双控制并完成系统应用：设计并实现的基于模型的选煤厂生产调度系统有助于实现选煤厂经营目标，全面完成计划规定任务并合理安排生产。降低了选煤厂生产物耗和生产成本，减少精煤库存。提升了选煤厂生产系统的应变能力，实现了以销定产、根据市场需求变化可迅速调整生产作业计划。参考文献1钱丽霞，李梁才.基于物联网的选煤厂生产与设备远程监测系统 J.选煤技术，2021（6）：88-93.2高晓茜，杨永胜，白龙，等.石圪台选煤厂信息化调度管理 J.洁净煤技术，2019，25（增刊 1）：161-163.3曹兴刚，白龙.模块化设计在石圪台选煤厂的应用 J.煤炭加工与综合利用，2017（增刊 1）：95-98.4毛浩，郝强.张家峁智能化选煤厂的研究与设计 J.中国煤炭，2017，43（10）：82-87.5刘振华，徐绪堪.基于物联网的煤矿机电设备智能管理平台设计 J.工矿自动化，2019，45（4）：101-104.作者简介马延峰（1979-），男，电气工程师，毕业于中北大学自动化专业，长期从事选煤工作。收稿日期：2022-07-27图 3选煤厂产品结构数据显示（上接第 101 页）可靠性。4应用分析为验证设计并实现的基于模型的选煤厂生产调度系统的正确性和适用性，在某选煤厂进行为期6 个月的实际系统测试。在综合考虑原煤的结构和性质、数量、厂生产能力、仓储能力、运输能力、吨原煤加工成本、各级煤料价格等多种因素的基础上，确定选煤厂最佳煤炭产品结构、产品品种、数量以及质量，使得选煤厂在安全、稳定、高效生产的前提下实现了选煤厂经济效益最大化。确定的选煤厂产品结构如图 3 所示。产率（%）销售价格（元/吨）销售成本（元/吨）产量（万吨）订货合同（万吨）生产目标（万吨）市场需求（万吨）运输能力（万吨）生产能力（万吨）原煤供应量（万吨）精煤销售量（万吨）万吨万吨万吨万吨精煤生产任务精煤生产目标原煤需求量优化精煤总量最大利润（万元）六级精煤九级精煤中煤混煤顺利完成 4 口 3#煤 L 型水平井，其完钻井深、煤层钻遇率、产气量以及工期等重要参数全部合格。4结论（1）在煤层气井钻井施工过程中，要严格按照工程设计施工，加强井身质量控制的同时确保井眼轨迹光滑、畅通。（2）在进入三开水平段钻进时，由于煤层较软，要做好防塌措施，在保证施工安全的情况下，应尽快达到设计井深完钻。（3）进入目的煤层后，要求使用无固相或者低固相钻井液体系，并且尽量减少处理剂使用量，在防止煤体受到污染的同时，避免钻井液体系中固相颗粒堵塞煤体裂隙从而影响最终的产气量。参考文献1徐凤银，肖芝华，陈东，等.我国煤层气开发技术现状与发展方向 J.煤炭科学技术，2019，47（10）：205-215.2刘见中，孙海涛，雷毅，等.煤矿区煤层气开发利用新技术现状及发展趋势 J.煤炭学报，2020，45（1）：258-267.3郑得文，张君峰，孙广伯，等.煤层气项目选区及效益综合评价方法 J.天然气地球科学，2009，20（1）：153-158.4中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.煤层气资源勘查技术规范：GB/T29119-2012 S.北京：中国标准出版社，2013.作者简介张志婷（1994-），男，助理工程师，硕士研究生，毕业于成都理工大学建筑与土木工程专业，长期从事钻井工程管理工作。收稿日期：2022-07-21能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1140