煤礦生產指揮中心升級改造信息化設計

孫 軍

(國能鄂爾多斯市工程設計有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

煤炭生產結構層級多，生產工藝復雜，與其他行業(yè)不同。因此，煤礦生產指揮中心就成為了整個礦井的信息匯合點，是集通信、指揮和監(jiān)控調度于一體，高度智能化的信息樞紐。生產指揮中心對于保障整個煤礦生產和各種設備、系統(tǒng)的正常運行起著至關重要的作用。生產指揮中心把煤礦井上下各個部門、各個生產環(huán)節(jié)組織和協調起來，綜合平衡，及時地反映生產中的矛盾和環(huán)節(jié)，使生產能力得到充分發(fā)揮，使整個生產過程均衡有效地進行；當發(fā)生緊急情況時，啟動應急預案，又成為應急處置中心。因此，生產指揮中心的建設，需要充分考慮到調度室功能需求，使生產指揮中心能夠集成眾多系統(tǒng)數據、融合各種通信方式并能提供快速直觀的信息展現，協助調度員完成指揮協調、監(jiān)控督查、應急處置等工作任務。

1 總體架構

1.1 需求分析

生產指揮中心應滿足煤礦生產調度與應急指揮調度的需要，本項目煤礦生產指揮中心升級改造就是完善礦端設備層、控制層的一級應用，更好地實現礦端生產調度指揮、遠程監(jiān)控及視頻監(jiān)控等功能，更好地實現礦井安全生產、調度管理等信息的綜合顯示、報警、記錄等功能，提升烏海能源公司的智能化水平。

1.2 框架設計

智能礦山總體架構應用架構模型采用5層的信息化架構模型。其中L4、L5由上級部門統(tǒng)一規(guī)劃，L3為本項目公司統(tǒng)一規(guī)劃建設，L2、L1為礦端建設，就地部署。

烏海能源公司礦端的生產指揮中心按需求分析確定為4部分設計內容：①生產指揮中心大廳；②礦級數據中心；③應急救援指揮會議室兼調度視頻會議室；④應急救援指揮系統(tǒng)建設。

2 生產指揮中心大廳

2.1 建設目標

指揮中心大廳主要用于煤礦各系統(tǒng)運行集中監(jiān)控和管理，主要包括大屏幕、信息屏、輔助顯示設備、調度監(jiān)控工作臺、監(jiān)控工作站、打印機等設備。指揮中心大廳的建設應滿足煤礦生產調度與應急指揮調度的共同需要。

2.2 設計內容

2.2.1 工位設計

工位分區(qū)：按照工作環(huán)境獨立、業(yè)務互不干擾、人員精干專業(yè)的目標和原則，煤礦生產指揮大廳設計10個調度操作工位。分為3個區(qū)域設置，分別是調度監(jiān)測區(qū)域、生產環(huán)節(jié)集控區(qū)域、輔助生產環(huán)節(jié)集控區(qū)域。調度監(jiān)測區(qū)域布置工位4個，分別為調度主、調度副、監(jiān)測(人員定位、安全監(jiān)測、束管、水文、地質等)、選煤調度。生產環(huán)節(jié)集控區(qū)域布置工位3個，分別為綜采工作面集控、掘進工作面集控、值班主任崗。輔助生產環(huán)節(jié)集控區(qū)域布置工位3個，分別為集控1(通風、壓風、排水、供電)、集控2(主運輸)、備用崗位。

智能調度工作臺：本項目選用臺體深度尺寸為1 000 mm，臺面高度尺寸為750～1 150 mm升降調節(jié)，每席位寬度根據客戶進行定制，工作臺具有可拆分、移動、組合等功能，充分滿足每席位設備及相關使用及日后擴展的需求，同時符合整體大廳環(huán)境的裝修效果。

5G時代是信息化的時代，是大數據的時代。高速度、大寬帶、低延時、廣連接，“所向披靡、無所不能”的5G，增加了社區(qū)數據收集、處理、存儲的效率，讓數據直接處理成為可能，為社區(qū)

工作臺人機分離：為了減少調度指揮大廳內設備，將工作臺工作站布置于數據中心內，更有利于統(tǒng)一管理。數據中心內供電可靠，制冷效率高。減少了指揮大廳內設備噪聲，降低指揮大廳內發(fā)熱量，為工作人員提供良好的工作環(huán)境。

本項目采用光端收發(fā)機作為工作臺監(jiān)視器與工作站之間的通信方式，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、響應速度快的優(yōu)點。

2.2.2 信息展示設計

指揮大廳內信息展示系統(tǒng)能夠通過選擇切換的形式將視頻圖像或計算機畫面和網上信息顯示出來，在投影墻上任意位置、任意大小以窗口形式開窗縮放、漫游及疊加顯示，或者放大至全屏顯示。將諸多內容以合理的編排同時顯示在投影墻上，為監(jiān)控人員全面監(jiān)控設備及現場的實時情況、現場領導應急決策提供既全面又具體的信息顯示支持。本項目設計3種信息顯示設備。

液晶拼接屏：安裝在調度工位的正面，液晶屏尺寸為55寸。主要劃分為2個顯示區(qū)域，分別為安全生產相關監(jiān)控與視頻監(jiān)視區(qū)和礦井GIS概覽主要顯示區(qū)。

LED條形顯示屏：安裝于拼接屏上方，屏幕高度為600 mm?？筛鶕枰@示歡迎詞、值班領導等其他信息。

輔助顯示屏：安裝于調度大廳側壁，靠墻掛裝或落地支架安裝。顯示屏選用86寸高清液晶顯示屏?？筛鶕枰@示人員、車輛位置信息、安全監(jiān)測系統(tǒng)信息、常用圖紙資料等。

本次調度指揮中心改造擬在原有安全生產實時監(jiān)控平臺基礎上全面集成新增自動化系統(tǒng)和其他智能化系統(tǒng)數據，以Web三維形式實現各生產數據和設備運行狀態(tài)生動展現，從龐大復雜的生產信息和安全數據中抽取分析關鍵信息，高效輔助調度管理人員和各級領導快速、準確地做出各種指揮和決策。

智能調度系統(tǒng)總體架構：智能調度系統(tǒng)平臺實現基于一張圖的綜合監(jiān)控，集中統(tǒng)一報警，并能對信息進行一站式的聯動聯查，快速高效地利用信息。并在設備集中監(jiān)測、數據統(tǒng)一存儲、信息一圖呈現的基礎上，實現綜合的數據統(tǒng)計分析和預警功能。平臺采用的數據依然利用礦井已有各系統(tǒng)數據，采集數據部分并不需要進行重復建設，但平臺可對調度指揮工作提供便捷支持。

智能調度系統(tǒng)主要功能：①數據接入和數據服務。在原有生產綜合監(jiān)控調度指揮平臺的基礎上新增接入礦井的主運輸系統(tǒng)、智能綜采工作面、掘進工作面、主排水系統(tǒng)、主通風、主提升、皮帶秤等礦井具備接入條件的全部數據，暫不具備接入條件的系統(tǒng)后續(xù)接入。②礦井三維展示功能。通過三維巷道圖的形式全面展示礦井各設備、傳感器等實時監(jiān)測信息。界面直觀方便，有助于工作人員快速決策。③設備狀態(tài)統(tǒng)計功能。自動統(tǒng)計主要設備的空載、重載、停機等設備運行工況數據，從而分析設備開機率、設備空載率、設備符合率等多項設備運行指標，改進生產計劃安排和開機率考核，起到節(jié)能、降耗、增效的目的。④警告信息篩選統(tǒng)計功能。通過對各類告警的整理分類，集中顯示重要的告警信息，重要告警信息以醒目顏色展示。避免數量龐大的非緊急告警淹沒重要告警信息。⑤三維空間管理和分析功能。從管理和應用層面應具有三維空間管理功能和三維空間分析功能，系統(tǒng)可以根據現有地質測量管理系統(tǒng)數據和地測數據，自動繪制礦井巷道圖，并能按照三維空間關系對各傳感器等進行管理，融合到統(tǒng)一的三維場景中，系統(tǒng)中所有對象都是按空間關系去存儲、組織，使得調度指揮工作更快速、準確。⑥視頻監(jiān)視管理功能。采用動態(tài)連接的方式實現視頻的不限路數連接，視頻能動態(tài)加載視頻源，可有效利用網絡帶寬和服務器資源，提供更多視頻源供用戶實時調用；視頻除視頻列表查詢外，也可通過接口靈活調用，為系統(tǒng)聯動提供支持。⑦智能預警。通過大數據分析，積累設備運行歷史數據，通過建立相應的統(tǒng)計和預測模型實現設備的健康診斷和智能預警。實現主要設備如主通風機軸溫、膠帶機軸溫、瓦斯?jié)舛韧蛔兊闹悄茴A警。⑧曲線查詢。設備運行歷史曲線查詢功能，查詢時段可自由選擇，曲線支持平移、縮放；點擊圖上的任何數字注記，可以打開數據曲線，查看過去一段時間數據的變化趨勢。

3 礦級數據中心

3.1 建設目標

礦級數據中心建設應遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分級管理、協同維護”的指導原則，本項目公司負責各礦級單位機房建設的管理和指導工作，各礦級單位負責本單位及下屬單位機房建設和管理工作。礦級數據中心建設同時應遵循近期建設規(guī)模與遠期發(fā)展規(guī)劃協調一致的原則。

3.2 建設規(guī)劃

數據中心設計規(guī)劃：①本項目設計安裝雙排微模塊數據中心1套，共16臺可用服務器機柜；②雙排微模塊數據中心設置配電列頭柜，含市電輸入、UPS系統(tǒng)輸入及輸出連接，為機柜、空調、動環(huán)、消防、照明等提供供電；③雙排微模塊數據中心風冷行間空調設計冷量40 kW/臺，共配置2臺，總制冷量30×2=60 kW運行；④空間范圍—產品實際尺寸6 000 mm×3 600 mm×2 300 mm(長×寬×高)；水平方向維護空間，建議前后左右均為1 000 mm(至少800 mm)，建議垂直方向維護空間>300 mm。

數據中心設計架構：微模塊數據中心監(jiān)控子系統(tǒng)架構圖,如圖1所示。

4 應急救援指揮會議室兼調度視頻會議室

4.1 建設目標

礦調度視頻會議室建設項目，按照“需求牽引、瞄準前沿、確?？尚小⒗诎l(fā)展”的思路，建設一套集日常會議、視頻會議、多功能會議為一體的會議室，確保會議室設計理念先進、系統(tǒng)穩(wěn)定、功能完善、指揮高效。實現以下目標：①系統(tǒng)要做到可方便快捷地管理所有視頻、音頻系統(tǒng)；②滿足會議室各路信號源任意切換到各個高清顯示設備播放需求；③保證音頻擴音系統(tǒng)易操作、功能靈活，滿足會議的不同功能要求；④設計集中控制系統(tǒng)，使整套系統(tǒng)能夠方便快捷的管理；⑤滿足召開視頻會議、日常會議、多功能會議等要求；⑥滿足會議錄制存儲需求。

4.2 設計內容

會議顯示系統(tǒng)：根據會場實際使用環(huán)境設計86寸交互式智能平板，既可以當作高清顯示器使用，又可以當作觸摸電腦使用。該類設備主要應用于中小型會議室、培訓室等場所。主要設備組成為交互式智能平板，交互式平板智能筆，無線同屏發(fā)射器。

會議擴聲系統(tǒng)：參考國家廳堂擴聲設計標準一級進行設計，語言擴聲系統(tǒng)一級標準要≥98 dB，聲場不均勻度要做到1 kHz和4 kHz時測量≤8 dB；傳聲增益在125～4 kHz的平均值要≥-8 dB。本項目，設計2臺120 W/8 Ω主音箱(由1臺2×200 W/8 Ω功放驅動)音箱安裝在會場對角。

視頻會議系統(tǒng)：在會議室設置一套遠程視頻會議系統(tǒng)，實現與其它會議室的音視頻互聯互通，達到提高效率、降低成本的目的，在會議室配置1臺高清視頻終端。

電子桌簽系統(tǒng)：可升降電子桌簽主要顯示會議室內參會人員的名稱和職務等信息。不使用時可隱藏于桌面下，保持桌面整潔美觀。

圖1 數據中心監(jiān)控系統(tǒng)架構Fig.1 Monitoring system framework of data center

5 應急救援指揮系統(tǒng)建設

5.1 建設目標

目前，國家能源集團公司正在積極推進生產執(zhí)行系統(tǒng)的建設，應急救援指揮系統(tǒng)應基于該平臺模塊建設。應急救援指揮平臺主要由服務器、礦端應急救援指揮平臺軟件、增強現實(AR)雙眼智能眼鏡等組成。

5.2 設計內容

應急救援指揮平臺：煤礦端的應急指揮系統(tǒng)全面集成礦井的安全數據、生產數據和設備運行狀態(tài)數據，煤礦端應急指揮平臺充分利用現有的各礦安全生產實時監(jiān)控平臺已建設內容。并結合公司級應急指揮系統(tǒng)中已建設的物資類、救援方案類、專家?guī)祛悢祿?。煤礦端的應急指揮系統(tǒng)為公司級應急系統(tǒng)提供基礎數據支撐，具備向公司應急系統(tǒng)提供數據的接口，除具備公司級應急救援指揮系統(tǒng)已經建設的應生產系統(tǒng)監(jiān)控模塊、安全監(jiān)測系統(tǒng)數據展示模塊、人員定位系統(tǒng)數據展示模塊、工業(yè)和安防視頻展示模塊、圖文庫管理模塊、通信系統(tǒng)模塊、應急物資管理模塊、生產運行狀態(tài)模塊、視頻會議系統(tǒng)模塊、應急指揮專家?guī)臁鳖A案管理、一鍵錄播、礦井快照等功能模塊。

增強現實(AR)雙眼智能眼鏡：增強現實(AR)雙眼智能眼鏡是配套專家系統(tǒng)設置，專家可以遠程對應急事故現場進行分析診斷。

IP語音指揮對講系統(tǒng)：應急會議室與指揮大廳之間設置一套IP語音指揮對講系統(tǒng)，應急指揮管理人員可直接免提對大廳調度人員進行指令傳達，調度人員可對應急指揮管理人員進行實時匯報。IP語音指揮對講系統(tǒng)由中心主機、終端設備、網絡交換機、語音耳麥、系統(tǒng)管理軟件組成。

6 結語

本項目通過重新規(guī)劃設計生產指揮中心的各功能區(qū)，滿足了調度人員對煤礦安全生產的全天候實時監(jiān)控和運營指揮。結合生產綜合監(jiān)控平臺實現了各個監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控和顯示。結合生產綜合監(jiān)控調度指揮平臺，實現了從龐大復雜的生產信息和安全數據中抽取分析關鍵信息，高效輔助調度管理人員和各級領導快速、準確做出各種指揮和決策。會議系統(tǒng)的設計既充分考慮了使用功能，又符合科學規(guī)律和先進的系統(tǒng)設計思想，滿足了實際使用需要。應急指揮系統(tǒng)與煤礦安全生產監(jiān)控、調度指揮系統(tǒng)在架構上進行了整體考慮。通過本項目的設計及運行中發(fā)現的問題，為后續(xù)煤礦調度室升級改造提供了參考依據，有序地推進礦山信息化建設。同時建議在調度室改造過程中進一步研究各個設備的通用性，為后續(xù)功能的定制和擴展提供方便。