１平台建设思路及总体架构
１．１建设思路
为了提高选煤厂的生产效率和降低生产成本，借助当前发达的工业以太网络技术、３Ｇ无线网络技术和射频识别（ＲＦＩＤ）技术，采用云计算的软件架构，建立一套集设备管理、调度管理、工艺流程管理、煤仓管理和云计算中心于一体的选煤管控平台，从而实现选煤厂的高效管理和自动控制。
１．２总体架构
根据选煤厂的生产实际流程，设计的基于云计算技术的选煤管控平台分为设备管理、调度管理、流程管理、仓储管理和云计算中心５个功能子系统。基于云计算技术的选煤管控平台总体架构如图１所示。（１）设备管理主要负责对选煤厂内涉及的生产设备进行管理，包括设备的维修、维护以及设备档案的管理。（２）调度管理主要负责对调度选煤厂内的一些设备和人员进行管理，并通过大屏幕显示各流程环节中的工作进度和设备状态。（３）流程管理主要负责对选煤工艺流程进行管理。（４）仓储管理负责对选煤厂内煤仓进行管理，煤炭从矿井通过运输工具输送到受煤仓以及成品煤从选煤厂的煤仓运往装车目的地都要依赖该系统，该系统通过射频识别（ＲＦＩＤ）技术实现煤炭的自动入库。（５）云计算中心作为本平台的一个基础子系统，其他各子系统的数据存储和数据分析等占用资源过多的行为都会转发给云计算中心进行处理，同时云计算中心由于其分布的网络结构，使得在某一计算存储节点或者存储节点失效的情况下，云计算中心依然可以为其他的子系统提供计算和存储服务。
２平台功能模块设计
２．１设备管理子系统
设备管理子系统负责对选煤厂的生产设备进行管理。该子系统包含以下４个功能模块：（１）设备注册。该模块负责对选煤厂所涉及的选煤生产设备进行注册，以方便后续对这些设备的数字化管理，注册信息应该包括设备及相关零配件的生产厂家、生产日期、服役年限、检修周期以及设备的类型、型号、额定功率、额定电压和额定电流等信息，以方便企业相关负责人全面掌握设备的详细信息，并适时安排检修任务。（２）设备检修。该模块负责设备及其相关零配件的检修管理，按照设备注册录入的设备信息，该模块自动安排检修任务，并按照设置日期提前发送给相关的检修人员和相关负责人，提醒某一设备或零配件何时需要检修，防止由于人为的疏忽而导致的设备故障以及安全生产事故的发生。该模块可通过３Ｇ无线网络和工业以太网向相关人员的移动终端设备和系统邮箱发送提醒信息。检修人员通过该模块的记录检修结果，并通过３Ｇ无线网络和工业以太网向指定的一个或多个上级主管负责人发送检修结果，同时通过云计算中心子系统的云存储模块进行系统级的存档，以方便在发生安全生产事故后对相关责任人进行查找。该检修结果包含具体的检修人员姓名、检修时间、检修设备名称、检修结论以及相关检修人员的上级主管人员等信息，方便明确相关责任。（３）设备状态。该模块负责设备当前的运行状态，由各生产设备通过现场控制总线系统和企业的工业以太网络反馈当前设备的运行状态参数和周边的环境参数，相关负责人可预先按照异常的参数对异常类型进行分级，并设置相应的提醒级别，比如提醒的级别可分为提示、警告以及危险等。相关负责人可灵活地决定哪些级别的提醒信息需要报告，该模块按照这些预先设置将符合要求的提醒类型信息通过３Ｇ网络发送到相关负责人的移动终端和系统邮箱，并可按需将这些信息同时发送给相关上级主管人员。所有提醒的信息默认情况下都会发送到调度管理子系统的显示管理模块。（４）档案管理。该模块负责对选煤厂各生产设备进行建档，档案信息除了包含设备的注册信息外，还需要包含设备所属部门、设备的直接负责人和其上级主管负责人以及负责设备维护的相关人员，同时还包含设备的最近一次维护信息和设备的下次维护日期等。档案管理共享设备检测和设备检修模块的相关信息，保证３个模块数据的同步，同时还接收来自调度管理子系统的设备调度模块发来的调度请求信息，相关负责人通过该模块按照调度请求编辑设备的相关信息，并将调度的相关信息反馈给调度管理子系统的设备调度模块。
２．２调度管理子系统
调度管理子系统一方面负责从选煤厂总体上对生产资源和相关人员进行调度，实现宏观上的统筹生产；另一方面通过企业内的工业以太网络和现场总线系统实现对设备的远程控制，并可实时地显示各生产设备的生产状况。该子系统包含以下４个功能模块：（１）设备调度。该模块负责从总体上调度选煤厂的相关生产设备，级别较高的相关负责人可以通过该模块向所属相关部门调度相关生产设备，而后该模块会向所属该设备的各级相关负责人发送调度信息，这些信息通过３Ｇ无线网络和企业内部工业以太网分别发送到相关人员的移动终端和系统邮箱。同时向云计算中心发送调度信息存储信息请求，请求信息应至少包含所调度的设备、调度请求人员、调度前设备所属部门、调度后设备所属部门以及调度请求的发送日期、接收日期和最终完成日期。各级相关负责人接到调度请求信息后安排设备的调度工作，并根据调度任务实时更新调度进度，以方便上级主管负责人能从总体上实时掌握设备调度的进度，以方便后续工作的开展。（２）人员调度。该模块负责从总体上调度选煤厂的相关工作人员，级别较高的相关负责人通过该模块向所属相关部门调度相关的工作人员或者整个工作小组。调度信息通过无线３Ｇ网络和企业内部工业以太网发送到各级相关的负责人和被调度人员的移动终端和系统邮箱。人员调度分为临时调度和永久调度，临时调度需要提供调度的开始时间和计划结束时间，这些调度信息只在指定的范围内发送，这个范围可由发起调度的人员指定。永久调度则只需提供调度的开始时间，调度信息默认情况下发送到调度发起人所负责的整个部门。另外如果被调度人员名下有所负责的生产设备，该模块会向调度发起人询问是否同时发起设备调度请求信息。上述的这些调度信息都会向云计算中心发起云存储的请求信息。（３）显示管理。该模块负责接收各模块发送的显示信息，并按预先设置的要求实时显示这些信息，一种比较典型的情况就是接收来自设备管理子系统中设备状态模块发来的设备工作状态信息，该模块通过图和表相结合的形式向相关人员展示这些信息，图中包含了选煤厂整个工作流程示意图，并将各生产设备和生产环节对应起来，实时显示当前的工作状态。相关负责人通过示意图可以对当前的整体工作状态有一个直观的了解，如果想了解某一个设备的工作状态，可以在终端上点击设备所在生产节点，则该模块会以表的形式展现该设备当前详细的工作参数和周边环境的参数。（４）指令管理。该模块包含自动指令管理、现场指令管理和远程指令管理这３种情况。自动指令管理是指相关负责人按照一定模式设置生产流程的工作流，该系统按照设定的工作流在各设备满足一定条件的情况下自动执行相关的指令，这种情况的优先级最低，其它两种情况都可以随时中断并接管设备的控制权；现场指令管理的权限最大，它可以中断当前设备正在运行的所有指令信息，并强行接管该设备的控制权。指令管理还包括向设备发送的任何指令同时也会向云计算中心发送云存储请求信息，以便于安全生产事故发生时能快速找出原因；远程指令管理通过企业内部的工业以太网络和现场总线系统实现对各生产设备的远程控制功能，相关负责人通过该模块可接管设备自动运行的控制权限，并手动对设备进行远程控制，这种情况的优先级高于自动指令管理但低于现场指令管理。
２．３流程管理子系统
流程管理子系统主要负责对选煤工艺流程的管理，对于一些成熟的选煤流程，该子系统提供了流程模板的功能，使相关的操作人员可以快速的组织选煤流程。该子系统包含以下３个功能模块：（１）流程注册。对于一些成熟的选煤工艺流程，该模块可以生成一个流程模板，操作人员可以根据原煤的种类和成品煤的要求设计整个选煤工艺流程，并将这些信息录入该模块，生成一个流程模板。该流程模板会向云计算中心发送云存储请求并将该模板存入该平台，以方便在后续工作中引用。（２）流程选择。操作人员通过检索已经注册的流程模板，根据需要选择适合当前任务的模板来开展选煤工作，流程模板的引入在理论上实现了选煤厂的自动化运行。流程模板选择后，该模块则会按照流程的工艺要求按需向相关的生产设备发送指令控制信息。通过流程模板来进行生产作业的指令都属于自动指令管理的范畴，考虑到生产设备所处环境的复杂情况，为了尽可能地减少安全事故的发生，这种指令的优先级别设置为最低。（３）流程进度。该模块实时获取各流程的进度情况，并将这些信息发送到调度管理子系统的显示管理模块中进行显示。
２．４仓储管理子系统
仓储管理子系统负责对受煤仓和成品煤仓进行管理。该子系统包含以下３个功能模块：（１）煤仓注册。该模块负责将煤仓的信息注册到该平台中，这些信息包括煤仓的位置、煤仓的类型、煤仓的唯一编号以及煤仓的设计容量等信息，该模块向云计算中心发送云存储请求，并将这些信息存入平台。（２）煤仓统计。该模块负责实施显示当前煤仓的存储状况，以方便相关负责人根据当前煤仓的存储状况来合理安排后续的生产计划。（３）煤仓称重。通过射频识别技术，每个煤仓入口和出口各有一台阅读器和电子地秤，当有煤炭运输车辆经过这里，阅读器读取运输车辆所携带的射频卡信息，这些信息包括运输车辆的车牌、车辆的重量以及车辆所属部门等信息，电子地秤自动获取车辆的实际重量。该模块根据这些信息自动计算当前车辆所载煤炭的重量，同时根据煤仓的类型来自动计算当前煤仓的煤炭存储量，并连同射频卡的信息和当前日期一并通过云计算中心存储平台，以方便日后的检索。
２．５云计算中心子系统
云计算中心子系统主要负责处理该平台各子系统或模块发来的存储请求和业务逻辑请求，并通过对整个平台所存储数据的分析和挖掘，对选煤厂所涉及的流程工艺、生产设备和仓储进行分析，并以报表的形式给出分析结果，为企业的生产计划提供智力支持。该子系统在物理层面上分为云管理主机和计算存储节点，云管理主机负责接收请求，并将请求分发给相应的计算存储节点执行。计算存储节点分为计算节点和存储节点两类，计算节点负责执行业务逻辑处理，并实时向云管理主机发送当前正在执行的任务数量，存储节点作为数据仓库负责存储各类信息，并实时向云管理主机报告本节点当前的存储状况。该子系统包含以下４个功能模块：（１）云存储。云管理主机接收来自各子系统和模块的云存储信息，并将这些信息发送给适当的存储节点进行存储。（２）流程分析。在选煤过程中，针对相同的原煤和成品煤，可能有多种工艺流程，该模块通过分析这些流程数据信息，结合对生产成本和生产周期的分析，给出一个合理的工艺流程作为参考，相关负责人可以依据这些参考来优化生产工艺。（３）设备分析。该模块主要分析设备的检修周期、故障频率以及设备的能耗等，通过对这些设备数据的分析，给出一个合理的设备检修方案，相关负责人可依据这些方案并结合企业自身的情况，指定合理的设备检修计划和相关规定，从而尽可能地减少和避免安全生产事故的发生。（４）仓储分析。该模块对受煤仓和成品煤仓在各生产周期内的数据进行分析，给出一个受煤仓和成品煤仓在各生产周期内的煤炭保有量参考值，企业相关负责人可依据这些参考值并结合当前的生产状况合理地安排生产计划。
作者：吴宏伟 刘蕾 刘强 单位：石家庄信息工程职业学院 冀中能源张矿集团选煤厂
