基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山供電防誤識別管理系統(tǒng)的應(yīng)用

龍大鵬

（開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，河北 唐山 063018）

1 概述

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)+、云服務(wù)、云計算、人工智能等前沿技術(shù)，結(jié)合 “以人為本”的理念，為保證煤礦企業(yè)電力系統(tǒng)中人、機(jī)、物、法、環(huán)進(jìn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行，研發(fā)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山供電防誤識別智能管理系統(tǒng)。它主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)，利用最先進(jìn)的防誤識別智能管控理念，針對礦山供配電系統(tǒng)工作，實(shí)現(xiàn)操作過程可追溯，流程再造、細(xì)化操作流程、杜絕步驟丟失、防誤拒動、高壓近電預(yù)警、防觸電語音報警、故障診斷與應(yīng)急處理等功能。有效的規(guī)范管控企業(yè)員工工作流程，防止誤操作引起的電力事故發(fā)生，給企業(yè)在供電安全生產(chǎn)上保駕護(hù)航。

系統(tǒng)由參與活動的設(shè)備、識別碼標(biāo)簽、手持終端、電腦服務(wù)器、防誤識別跟蹤智能管理軟件組成。將“互聯(lián)網(wǎng)+” 首次應(yīng)用到傳統(tǒng)系統(tǒng)中，通過對人、機(jī)、物、環(huán)、管理，針對影響現(xiàn)場安全的“人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、機(jī)電設(shè)備隱患、周邊安全環(huán)境和管理”五要素進(jìn)行實(shí)質(zhì)化、可操作的管理平臺，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、人與管理、人與環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。

2 項(xiàng)目實(shí)施背景

在煤礦電力行業(yè)里，高壓供配電系統(tǒng)的主要作用是負(fù)責(zé)輸送電能、轉(zhuǎn)換電壓等級、轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式、投切負(fù)荷等，它是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。高壓開關(guān)柜的可靠穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系著電網(wǎng)的安全，高壓開關(guān)柜內(nèi)有著大量可操作設(shè)備，如斷路器、隔離開關(guān)和接地刀閘等，大型高壓開關(guān)柜主接線和二次接線非常復(fù)雜，如果高壓開關(guān)柜的安全管理不到位，很容易就會造成誤操作事故。一旦對高壓開關(guān)柜發(fā)生電氣誤操作，往往會造成電網(wǎng)大范圍停電、設(shè)備損毀、人身傷亡等，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)振蕩解列，社會影響也不容忽視。

這二十多年來，我國煤礦電力工業(yè)一直處于高速發(fā)展期，電網(wǎng)規(guī)模不斷快速擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，通過電網(wǎng)輸送的電能容量和電壓等級也不斷增高，在這種情況下，如果在供配電系統(tǒng)中高壓開關(guān)柜里發(fā)生誤操作事故，將會對電網(wǎng)、設(shè)備、人身的安全造成很大的威脅，事故造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來越嚴(yán)重。

為了防止誤操作事故的發(fā)生，煤礦企業(yè)的管理部門都制定了非常詳盡的規(guī)章制度，執(zhí)行部門也細(xì)化了相關(guān)的執(zhí)行細(xì)則，并強(qiáng)調(diào)倒閘操作必須由雙人以上完成，但由于倒閘操作畢竟是由人來完成的，操作小組的技術(shù)技能、工作經(jīng)驗(yàn)、操作現(xiàn)場熟悉情況、心理素質(zhì)、情緒狀況等，會大大影響執(zhí)行倒閘操作的正確性。從多年的經(jīng)驗(yàn)來看，從歷次發(fā)生的誤操作事故案例來看，純粹依靠規(guī)章制度等安全組織措施，依然無法從根本上杜絕人為惡性誤操作事故的發(fā)生。

人為惡性誤操作的屢屢發(fā)生，為煤礦高壓電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行敲響了警鐘，讓我們逐步認(rèn)識到防止誤操作的重要性和緊迫性。

3 總體系統(tǒng)設(shè)計理念

目前，國內(nèi)外煤礦企業(yè)防誤供電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展到僅對 “設(shè)備”防誤閉鎖或者進(jìn)行設(shè)備約束，設(shè)備級的防誤方式難以達(dá)到對人的行為規(guī)范、供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時管控、分析及處理。

構(gòu)建一個滿足各級站點(diǎn)需求的基于物聯(lián)網(wǎng)礦山供電防誤識別智能管理系統(tǒng)，通過探索，建立標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、智能化、信息化的防誤技術(shù)監(jiān)督管理、推理模型，搭建一套集監(jiān)控管理、防誤識別、云計算為一體的智能化管控平臺，適用于各級站點(diǎn)對防誤系統(tǒng)技術(shù)管控需求，實(shí)現(xiàn)防誤系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)控管理工作的標(biāo)準(zhǔn)化。其主要職能是以煤礦高壓供電設(shè)備防誤系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)控管理為中心，圍繞防誤系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)控管理主線合理構(gòu)筑防誤管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)核心和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

本系統(tǒng)設(shè)計時需要遵循三類準(zhǔn)則：總體準(zhǔn)則、技術(shù)準(zhǔn)則和安全準(zhǔn)則，如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計思路

本系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)成是由設(shè)備層、通訊層及管理層三大層面組成，具體描述如下：

設(shè)備層作為管理系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行層，設(shè)計開發(fā)包括智能手持終端、高壓近電預(yù)警裝置、語音拒動報警裝置、二維碼傳感器、高壓供電等設(shè)備。其中，帶有物聯(lián)網(wǎng)連接的分布式控制構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲的建筑能耗數(shù)據(jù)；智能手持終端、高壓近電預(yù)警裝置擔(dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時傳送至數(shù)據(jù)中心

通訊層作為設(shè)備層和服務(wù)器管理層的媒介，包括超寬帶無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、藍(lán)牙4.0通訊技術(shù)兩種通訊方式。主要是由手持終端、現(xiàn)場設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成，該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作，同時傳達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。

服務(wù)器管理層作為智慧管理平臺，管理層針對能耗監(jiān)測系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要包含系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，由云服務(wù)器、UPS 電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(yùn)行狀況。云服務(wù)器用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作，通過通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個系統(tǒng)運(yùn)行狀況；UPS電源保證計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。

4 總體系統(tǒng)架構(gòu)搭建

基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山供電防誤識別智能管理系統(tǒng)包含云服務(wù)器、智能手持終端、高壓近電預(yù)警裝置、高壓語音報警拒動裝置、智能二維碼電子數(shù)據(jù)交互模塊等五大關(guān)鍵部分，各部分協(xié)同工作系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框架圖

云服務(wù)器作為整套管理系統(tǒng)的指揮大腦，通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)從高壓近電預(yù)警裝置、高壓語音報警拒動裝置及手持終端獲取供電設(shè)備電路運(yùn)行情況及工作狀態(tài)信息，通過云計算技術(shù)對信息進(jìn)行細(xì)致縝密的分析，并按照應(yīng)急處理預(yù)案處理供電事故。

智能手持終端作為整套系統(tǒng)主要對人行為干預(yù)和管控的移動工作站，通過接收云服務(wù)器端下發(fā)的攜帶操作屬性的電子識別碼，給操作人員提供操作步驟及規(guī)范，通過藍(lán)牙4.0通訊技術(shù)與智能二維碼電子數(shù)據(jù)交互模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)電子開票、驗(yàn)票，實(shí)時提取高壓語音報警拒動裝置中的工作數(shù)據(jù)，通過拍攝和錄音記錄人員的操作過程，通過離線存儲與無線通訊技術(shù)將操作過程中的音像數(shù)據(jù)、操作程序數(shù)據(jù)和提取的工作數(shù)據(jù)及時送報云服務(wù)器端。

高壓近電預(yù)警裝置作為系統(tǒng)中帶電腔體電路運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測的智能檢測模塊，將帶電信息實(shí)時傳輸至高壓語音報警拒動裝置，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)柜帶電操作的拒動。此外帶電腔體電路運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時回傳至服務(wù)器端，作為服務(wù)器監(jiān)測電網(wǎng)供電狀況的依據(jù)，發(fā)生斷電時自動發(fā)出應(yīng)急預(yù)案提醒切換備用電源。

高壓語音報警拒動裝置作為整套系統(tǒng)的防誤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)高壓近電預(yù)警裝置監(jiān)測的電路運(yùn)行狀態(tài)，通過高壓拒動裝置采集的煤礦供電設(shè)備信息來源包括：礦井供電運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障信息數(shù)據(jù)、電能數(shù)據(jù)等。對員工的帶電誤操作以及操作對象混亂等動作拒絕執(zhí)行，并發(fā)出智能語音提示。

智能二維碼電子數(shù)據(jù)交互模塊作為高壓語音報警拒動裝置與智能終端實(shí)現(xiàn)電子數(shù)據(jù)交互的功能模塊，通過藍(lán)牙4.0技術(shù)將全部數(shù)據(jù)傳至智能手持終端。

5 系統(tǒng)界面

基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山供電防誤識別智能管理系統(tǒng)，已陸續(xù)應(yīng)用于開灤集團(tuán)公司東歡坨礦、呂家坨礦以及范名莊礦，對現(xiàn)場操作人員的行為起到了很好的管控作用，最大限度的避免了人為誤操作導(dǎo)致的事故，達(dá)到通過對人的行為干預(yù)和管控，來實(shí)現(xiàn)對人的“本質(zhì)安全性”保護(hù)，進(jìn)而避免危險情況的發(fā)生給企業(yè)帶來各種損失，給企業(yè)創(chuàng)造明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。具體應(yīng)用界面如下：

1、操作員登錄主界面，如圖3所示：

圖3 登錄系統(tǒng)主界面

2、電子操作票生成界面：

操作員登錄系統(tǒng)后，根據(jù)操作票操作順序下發(fā)開關(guān)操作指令，并傳送到手持終端，生成電子操作票，如圖4所示。

圖4 生成電子操作票界面

3、生成報表：

重復(fù)執(zhí)行現(xiàn)場操作至所有操作票中操作步驟完成，操作人向服務(wù)器提交操作報告，如圖5所示。

圖5 生成報表界面

6 實(shí)施效果

應(yīng)用后，不同類型用戶登陸后享有相應(yīng)不同的權(quán)限，用戶操作數(shù)據(jù)可以實(shí)時發(fā)回后臺數(shù)據(jù)庫，并檢測各個反饋渠道的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，之后生成報告。規(guī)范了員工的操作流程，干預(yù)管控人的行為軌跡，避免了操作失誤現(xiàn)象的發(fā)生；方便現(xiàn)場信息的反饋與處理，提高了工作和生產(chǎn)效率；提供異常預(yù)警報警信息，杜絕事故發(fā)生，提高生產(chǎn)安全性；應(yīng)用界面友好，人性化，操作簡單，具備語音提示功能，方便操作人員使用，具體流程如圖6所示。

圖6 操作流程

總之，礦山供電防誤識別智能管理系統(tǒng)設(shè)計，從整體宏觀到各個局部過程都起到了對工作人員行為的很好的管控作用，杜絕了由于工作人員的操作失誤造成人員的安全問題，確保生產(chǎn)的安全性和高效性，避免了由于人為操作失誤給企業(yè)帶來的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。