1煤矿MES系统应用架构
根据煤矿安全生产特点，煤矿安全生产执行系统位于作业控制层与经营管理层之间，向上与经营管理信息系统有机集成，实时、准确获取企业经营计划信息，并按照煤矿安全生产规程以及生产方式和生产工艺，辅助矿井编排地质构造预测、瓦斯抽放、巷道掘进、综机配套、安装准备、采面回采、末采回收等各环节的生产作业计划，指导生产过程中各专业、各环节的有机衔接和紧密配合，实现安全生产的整体优化并保证均衡生产;向下与矿井综合自动化系统连接，实时采集各工业自动化、安全监测监控、井下人员、产量监控、工业视频等信息，使企业可以全面、实时、准确掌握安全生产动态，提高企业对作业现场的调度指挥与协调控制能力。煤矿安全生产执行系统是在矿井综合自动化和经营管理信息化的基础支撑下，由数据集成层、业务执行层和综合监管层共三层应用架构组成，详见图1。1)数据集成层由工业数据采集和经营数据交换组成，其中:工业数据采集主要负责对矿井综合自动化系统中各监控系统运行状态、安全状况、设备工况等信息的实时采集、加工处理，形成生产运行实时监管的真实依据。经营数据交换负责经营管理信息系统与安全生产执行系统之间的数据交换和应用集成，实现经营管理与生产作业的信息融合和管理联动。2)在业务执行层，通过生产衔接计划，完成经营目标向生产作业计划的有机转化，实现煤矿安全生产各专业、各环节的有机衔接与协同作业;通过生产调度管理，及时收集产量、进尺、洗选加工、运量、销量等生产进度信息以及安全状况信息，并与生产计划对比分析，及时发现生产作业衔接问题以促进作业过程协同;通过安全风险预控，实现对重大危险源的识别与跟踪;通过安全隐患管理，实现对安全监督检查与隐患排查的闭环处理;通过不安全行为管理，全面收集不安全行为并进行预警和处理结果跟踪;通过生产运行监视，对采集的工业自动化运行状态、设备运行参数、环境安全状况和井下人员动态等信息进行加工处理，并以图形化方式全方位、直观展示矿井各监控系统的运行状态、设备工况以及安全状况，为现场运行监管和调度指挥提供全面的技术支撑。3)在综合监管层构建安全生产管理驾驶舱，通过对生产经营计划、生产作业计划、生产运行与安全状况的综合分析，及时发现经营与生产的衔接、配合问题并协调控制，及时预测设备运行、环境安全、井下人员等风险并有效防控，以提高煤矿的风险预控能力和协调控制能力，进而实现煤矿的“监、控、管”一体化。
2煤矿MES系统应用功能
根据煤矿安全生产执行系统的应用架构设计，煤矿安全生产执行系统由工程项目管理、生产区队管理、生产装备管理、生产衔接计划、生产调度管理、安全风险预控、安全隐患管理、不安全行为管理、生产运行监视、管理者驾驶舱、工业数据采集、经营数据交换等功能组成，详见图2的煤矿MES功能组成。
2．1工程项目管理
根据煤矿安全生产特点，帮助企业根据矿井地质条件，工作面、巷道布局以及工程设计，将矿井生产活动划分成互为关联、相互支撑的地质构造预测、瓦斯抽放、巷道掘进、综机配套、安装准备、采面回采、末采回收等工程项目，并根据各专业、各环节的施工特点进行施工规划，作为生产衔接计划编制和生产作业组织的依据。
2．2生产区队管理
实现生产区队的信息化，并根据各生产区队的岗位职责、生产能力，并结合工程施工要求，为各工程安排生产区队，实现各区队承担工程的有序衔接并最大化发挥区队生产能力。实现生产装备的信息化，并根据各工程的专业特点及其施工要求进行生产装备的接续安排，实现生产装备在各工程之间的有效接续，提高装备的利用率。
2．3不安全行为管理
通过与人员定位系统集成，实现对领导跟班、带班情况以及作业人员脱岗情况动态管理，以加强领导跟班带班制度的贯彻落实，保证重要岗位的人员值守。及时收集各级安监人员发现的三违情况，通过对三违信息的多维分析，帮助企业发现不安全行为的发生规律与趋势，以便针对性治理。实时组织、加工、处理数据采集器采集的各工业自动化运行状态和设备运行参数等信息，提供各级管理者在管理网中以Web方式随时监视主运输监控、副井提升监测、井下排水泵房监控、主通风监控、压风机监控、矿井水处理监控、综采工作面监控、火灾束管监测、矿压在线监测等系统的运行动态和相关设备运行参数，进而提高作业现场的管控能力和应急指挥能力。数据采集平台提供OPC、ODBC/JDBC和文件共三种数据采集引擎，通过基于OPC协议的数据采集与转换引擎，实时读取矿井提升、运输、供电、压风等自动化系统的控制信号以及设备工况参数，通过加工、转换并存储于关系型数据库，作为运行监管和工况分析的依据;通过基于ODBC/JDBC协议的数据交换引擎，实现对安全监测监控系统、井下人员定位系统的数据采集和加工处理。通过基于文件读写协议，实现对产量监控等系统数据的采集和利用。
2．4经营数据交换
提供基于JMS异步消息机制的数据交换引擎，实时获取经营管理信息系统的经营管理、物资供应、煤炭运销等信息，作为安全生产执行系统中生产作业计划编制、生产调度指挥和执行过程跟踪的依据;及时将安全生产动态执行信息反馈至经营管理信息系统，以便煤矿根据生产作业安排进行物资供应、运输安排、经营考核。根据煤矿企业安全生产特点，构建融综合分析、预警处理于一体的安全生产管理驾驶舱。通过安全管理驾驶舱，对工业自动化运行状态、设备运行参数、环境安全状况和井下人员动态进行综合分析和风险预警，提醒管理人员及时检查并针对性的预防处理，将安全隐患消灭于萌芽中，促使安全生产管理从被动管理向主动管理转变。同时，建立数据仓库，实现对生产产量、进尺、运输销售、大型设备以及其他生产过程管理信息化数据的全面分析，掌握生产动态规律，为各级管理者全面、直观、准确掌握安全生产动态并进行组织协调和调度指挥提供技术支撑。
3煤矿MES系统实现技术
根据煤矿安全生产与经营特点，煤矿安全生产执行系统的技术实现，采用OPC技术实现对生产自动化运行动态及设备工况数据的实时采集，采用JMS技术实现对安全监测监控、人员定位的数据采集以及与经营管理信息系统的数据交换，采用FLEX技术实现对生产运行动态的图形化展现，采用OLAP技术实现对安全生产数据的多维分析。
3．1采用OPC技术实现对工业数据的实时采集
实时采集提升、通风、运输、供配电等生产自动化系统的运行动态和设备工况，是煤矿安全生产执行系统实现对生产运行动态可视化监管的关键。通过对煤矿主流生产自动化系统应用现状的调查分析，煤矿安全生产执行系统应采用OPC技术，完成对矿井综合自动化信息的实时采集。OPC(OLEforProcessControl，用于过程控制的OLE)是一个工业标准，管理这个标准国际组织是OPC基金会，OPC基金会现有会员已超过220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自动化控制系统、仪器仪表及过程控制系统的公司。基于微软的OLE(现在的ActiveX)、COM(部件对象模型)和DCOM(分布式部件对象模型)技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统［3］。
3．2采用JMS技术实现与经营信息的共享与交换
采用JMS技术，实现煤矿安全生产执行系统与经营管理信息系统的数据交换和应用集成，实时获取经营信息，有效指导生产作业的组织与安排，及时反馈生产执行动态信息，形成从经营计划、作业计划到作业执行动态反馈、再到调度控制的信息流闭环控制体系，是煤矿安全生产执行系统实现“监、控、管”一体化的核心目标。JMS即Java消息服务(JavaMessageService)，是Java平台中关于面向消息中间件(MOM)的API，用于在两个应用程序之间，或分布式系统中发送消息，进行异步通信。Java消息服务是一个与具体平台无关的API，绝大多数MOM提供商都对JMS提供支持，能够有效解决煤矿异构系统间的数据交换问题［4］。
3．3采用Flex技术实现对运行动态的可视化展现
充分利用实时采集的生产自动化运行动态、设备工况、安全状况等信息，按照煤矿安全生产方式和生产工艺，采用Flex技术构建图形化的安全生产运行监管平台，以实现安全生产的过程可视化。Flex是一个高效、免费的开源框架，可用于构建具有丰富表现力的Web应用程序，利用AdobeFlashPlayer和AdobeAIR，可以方便构建图形化展示界面，并支持跨浏览器、桌面和操作系统的一致性部署。因此，Flex的图形化展示与界面组织能力可以有效解决煤矿生产自动化系统多、信息组织难等问题。
3．4采用OLAP技术实现对安全生产数据的多维分析
采用OLAP数据分析技术，通过对实时采集的安全生产动态以及经营管理信息的全方位分析，帮助企业及时发现安全生产执行过程中的各种问题与风险，以加强生产过程的调度协调能力以及风险预控能力。
4结语
煤矿是国民经济的基础产业，生产过程中涉及到地质勘探及预测、瓦斯抽放、掘进、回采、通风、运输、供排水、供配电等多个专业的协同与配合。同时，煤矿是高危行业，生产过程中会受到顶板、瓦斯、煤尘爆炸、自然发火、地质灾害等威胁，因此，装备现代化、监测智能化、生产自动化、管理信息化是煤矿安全高产高效的根本出路。以MES为理论支撑，积极借鉴国内外先进行业MES成功应用经验，结合煤矿安全生产特点，研究并实施煤矿安全生产执行系统，通过矿井综合自动化与经营管理信息化的有机融合，实现煤矿安全生产各专业、各环节的有机衔接并紧密配合，实时、全面、准确掌握安全生产动态并对作业过程进行有效管控和整体优化，既是煤矿安全高产高效的需要，也是煤矿企业信息化的发展方向。
作者：袁蓉 单位：国家安全生产监督管理总局
