煤礦生產(chǎn)輔助系統(tǒng)管理的智能化及信息化探究

張乘風(fēng) 王廣龍

陜西延長石油巴拉素煤業(yè)公司 陜西 榆林 719000

引言

2015年6月，國家安全監(jiān)管總局根據(jù)煤礦生產(chǎn)形勢，通知要求煤礦企業(yè)逐步取代人工，為煤炭的高效率生產(chǎn)提供技術(shù)支持，并進(jìn)一步加強(qiáng)安全技術(shù)支持。目前，我國煤炭企業(yè)中，由于輔助系統(tǒng)的資料過于零散，很多資料與信息無法協(xié)調(diào)，導(dǎo)致了大量的資料資源的消耗，從而形成數(shù)據(jù)孤島的局面，難以對數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行鉆取和利用，煤炭公司根據(jù)自己的情況，積極響應(yīng)國家有關(guān)部門的號召，主動提出提升煤炭輔助設(shè)備的智能化，利用計算機(jī)技術(shù)、控制理論、感知技術(shù)等技術(shù)，實現(xiàn)了煤炭的全部空間信息和可利用的屬性信息的數(shù)字化存儲、傳輸、表達(dá)和深處理，并把它應(yīng)用到各個環(huán)節(jié)，過程控制和管理的決定上。

1 建設(shè)內(nèi)容及目標(biāo)

1.1 建設(shè)目標(biāo)

企業(yè)通過調(diào)研和實地考察內(nèi)部生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的真實情況，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，結(jié)合了現(xiàn)代的邊界傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、邏輯控制技術(shù)和信息技術(shù)，建設(shè)煤礦安全監(jiān)控、自動控制平臺和煤炭信息管理平臺等信息管理平臺，實現(xiàn)煤礦安全、高效、環(huán)境友好的目標(biāo)[1]。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

煤炭自動化控制是煤炭自動化的重要組成部分，其中核心子系統(tǒng)項目包括煤流運輸自動化系統(tǒng)、井下巷道主排水控制系統(tǒng)、主煤炭通風(fēng)系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、煤炭通風(fēng)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)，工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，基于 B/S多層架構(gòu)，構(gòu)建了以煤礦企業(yè)為中心的多層數(shù)據(jù)存儲模型，利用現(xiàn)代信息技術(shù)對企業(yè)進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化；根據(jù)煤炭目前的各項安全制度和相關(guān)的設(shè)備，從功能、數(shù)據(jù)、性能、接口、編碼等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)劃與開發(fā)，確保其功能和表現(xiàn)優(yōu)良，逐步完善煤礦生產(chǎn)、物資、煤炭資源、安全、人事勞資、設(shè)備、技術(shù)檔案、技術(shù)的數(shù)字化系統(tǒng)[2]。

對原有的輔助生產(chǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，實現(xiàn)了運輸、排水、通風(fēng)、壓風(fēng)、瓦斯的集中控制、電力的集散控制。根據(jù)煤炭流量負(fù)荷的動態(tài)變化，自動啟動和停止煤炭流量輸送，由電腦進(jìn)行自動控制，正常運行中不需要人工的干涉；自動排水系統(tǒng)根據(jù)水槽的水位，自動啟動或關(guān)閉主排或后備排水機(jī)，同樣無須人工介入[3]；主通風(fēng)扇及部分通風(fēng)系統(tǒng)均可通過變頻方式實現(xiàn)，并能實現(xiàn)對工作狀態(tài)的實時監(jiān)控以及實現(xiàn)遙控和開關(guān)操作；壓風(fēng)系統(tǒng)可依據(jù)實際的風(fēng)流量，對壓風(fēng)扇的工作數(shù)量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，并對其進(jìn)行監(jiān)控，從而達(dá)到對機(jī)組的自動化和安全性的警告；瓦斯抽放裝置對抽水泵站進(jìn)行了中央控制，對抽油泵進(jìn)行了實時監(jiān)控和自動化；電力系統(tǒng)在調(diào)度站內(nèi)實現(xiàn)了對開關(guān)的統(tǒng)一遙控，無須運行工人前往變電站。

2 系統(tǒng)工作原理及整體架構(gòu)

企業(yè)以煤礦生產(chǎn)、安全、經(jīng)營等信息為依托，以煤礦生產(chǎn)、安全、經(jīng)營等為主要內(nèi)容，以海量數(shù)據(jù)高度集成、融合，數(shù)據(jù)有效挖掘運用為工作原則，實現(xiàn)系統(tǒng)智能實時感知、遙控指揮員的集控性和智能化的分析。

針對煤炭的實際需要，對煤炭監(jiān)測和自動控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。該工作適用于煤礦采煤、掘進(jìn)、運輸、回風(fēng)等煤炭的實時運行情況，瓦斯抽采管道工作條件、工作人員的工作狀況及運動路線等。對各種綜采設(shè)備的運行狀況進(jìn)行更新，對現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行更新，并設(shè)置各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集渠道，對原始資料進(jìn)行收集[4]；其可以將所獲取的動態(tài)信息進(jìn)行邏輯分析、加工、歸類、實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的，采用現(xiàn)在普遍采用的液晶顯示屏，在煤礦調(diào)度室內(nèi)實現(xiàn)集中顯示，并由計算機(jī)終端單獨進(jìn)行顯示屏，以計算機(jī)為主體，以可視的圖形和人機(jī)交互方式，全面展現(xiàn)各類綜合性的信息；本系統(tǒng)采集了各種生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種時空數(shù)據(jù)、機(jī)械設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、人員位移數(shù)據(jù)、軌道數(shù)據(jù)、加載、轉(zhuǎn)換等標(biāo)準(zhǔn)工作，能夠?qū)崟r采集、處理和傳送數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉儲所需的數(shù)據(jù)，并與其集成到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、主題庫中，為系統(tǒng)的運營和智能化的決策提供了依據(jù)。

煤礦各部門之間、集團(tuán)之間的數(shù)據(jù)實時、精確，以及縣、市、省煤礦安監(jiān)局、能源局調(diào)度指揮中心的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)上傳和指令下達(dá)。研制出1 G/10 G等級貫通礦井的高速光纜產(chǎn)業(yè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，保證能夠無縫連接至國際高速光纖互聯(lián)網(wǎng)Internet上[5]。

基于煤礦現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用管理與技術(shù)實踐中出現(xiàn)的大量的實際需求，設(shè)計研制及自行開發(fā)了煤礦信息的集成管理平臺。該系統(tǒng)將各種生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的大量的空間數(shù)據(jù)、煤炭監(jiān)測和自動控制系統(tǒng)中的各種設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)變化狀況、人員位移和軌道等數(shù)據(jù)匯集在一起，通過自主設(shè)計和研發(fā)形成各種數(shù)據(jù)管理存儲模塊和數(shù)據(jù)報表分析計算模塊，可自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲運算處理和數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用處理，建立了煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，并建立了各類煤炭監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，從而為全面挖掘及應(yīng)用煤炭數(shù)據(jù)價值提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)資源，為我國廣大煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)質(zhì)量及企業(yè)管理者水平的提升等工作，提供了一個全方位立體的大數(shù)據(jù)信息資源展示共享空間和專業(yè)的決策數(shù)據(jù)服務(wù)支持。

3 系統(tǒng)建設(shè)

針對煤炭實際的應(yīng)用特征及技術(shù)發(fā)展的方向，考慮到技術(shù)更新的特征，提出了基于數(shù)據(jù)組織、存儲和管理的多系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要包括成果信息發(fā)布、信息瀏覽及檢索、系統(tǒng)維護(hù)三個層次，根據(jù)信息化系統(tǒng)的先進(jìn)性、實用性和可靠性、安全性高等技術(shù)要求，對煤炭信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的建設(shè)，使項目管理規(guī)范化、業(yè)務(wù)數(shù)字化、數(shù)據(jù)智能化管理，確保了我國數(shù)字煤礦企業(yè)生產(chǎn)輔助系統(tǒng)智能化、信息化得以順利建設(shè)實施[6]。

3.1 堅持先進(jìn)性原則

基于對大局的把握遵循“人無我有，人有我先，人先我優(yōu)，人優(yōu)我特”的標(biāo)準(zhǔn)，充分落實煤礦相關(guān)部門管理需求，把這個體系作為一個簡單、易于使用的軟件，通過對企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同和共享，充分利用系統(tǒng)對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營和決策進(jìn)行有效的分析。該軟件采用了一個完整的軟件平臺，利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)平臺和云平臺技術(shù)，對大量的計算、網(wǎng)絡(luò)以及所有的存儲器和其他的硬件都用于建立一個虛擬的資源庫，并在網(wǎng)絡(luò)上完成，提高了整個虛擬化系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息大量使用時可能造成的資源存儲不足無法使用的故障情況，以確保系統(tǒng)在三至五年內(nèi)不發(fā)生技術(shù)上的重大變化，從而達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和前瞻性[7]。

3.2 堅持實用可靠性原則

為實現(xiàn)生產(chǎn)過程中各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和重點安全管理區(qū)域的實時可視化，必須在生產(chǎn)過程中安裝監(jiān)控系統(tǒng)。該軟件能夠?qū)⒌乇砗偷叵轮匾恢玫挠跋窦磿r傳輸至煤礦調(diào)度室，使得調(diào)度人員和生產(chǎn)指揮員能夠直觀、準(zhǔn)確地掌握各個生產(chǎn)過程中的具體狀況，方便調(diào)度和指揮；該系統(tǒng)能夠?qū)λO(jiān)測地區(qū)的影像資料進(jìn)行錄影、記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為處理突發(fā)事件提供實際的基礎(chǔ)，并能更好地指揮生產(chǎn)、處理和解決生產(chǎn)過程中的各類問題和意外。而在監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控是降低生產(chǎn)效率、減少人員投入的重要一環(huán)[8]。針對目前煤礦生產(chǎn)中存在的問題，提出了一種基于視頻技術(shù)的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)電視方案。

3.3 堅持安全性原則

系統(tǒng)應(yīng)用層相對獨立，降低了體系間的相互纏繞；該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)具備抗黑客攻擊的能力，虛擬資源池中的虛擬云桌面系統(tǒng)的安全，不會受到病毒和黑客的攻擊，并且可以阻止未經(jīng)過系統(tǒng)許可的使用者進(jìn)行的非法侵入和被許可的使用者的越權(quán)行為；可設(shè)定權(quán)限控制審核，操作日志等多種安全性等級；在數(shù)據(jù)的傳送中，使用特殊的密碼技術(shù)來防止非法泄漏、攔截和破壞；采用防火墻技術(shù)，建立起一種可信賴的邊界，僅對滿足規(guī)范的業(yè)務(wù)進(jìn)行安全保護(hù)，保證了內(nèi)部網(wǎng)的存取和內(nèi)部網(wǎng)的安全性；構(gòu)建統(tǒng)一的用戶資料庫和數(shù)據(jù)資料庫，對使用者進(jìn)行統(tǒng)一的身份驗證，以達(dá)到單一的登陸；根據(jù)級別、功能對用戶的業(yè)務(wù)權(quán)限進(jìn)行了歸類和操作授權(quán)的匹配；在此基礎(chǔ)上，采用DES或3 DES加密技術(shù)對密鑰進(jìn)行加密和存儲，并利用用戶私有的密碼進(jìn)行存儲，并實現(xiàn)了對密碼的獨特性；將將操作狀況、運行狀態(tài)等信息以一種統(tǒng)一在的方式存儲在后臺記錄中，并且需要由管理員許可方可存取等多種方式來保障數(shù)據(jù)的安全性。

3.4 堅持標(biāo)準(zhǔn)性及擴(kuò)展性原則

本系統(tǒng)的設(shè)計是以開放的體系結(jié)構(gòu)和各種規(guī)范的界面，軟件兼容和可擴(kuò)充性較強(qiáng)；采用“一張圖”的平臺設(shè)計與開發(fā)思路，完成了整個系統(tǒng)的軟體設(shè)計，在該平臺應(yīng)用中客戶可以任意通過按鈕操作或者使用熱鍵功能切換應(yīng)用至任一子系統(tǒng)的運行管理界面中查詢該設(shè)備當(dāng)前運行系統(tǒng)狀態(tài)、工況參數(shù)、報警系統(tǒng)信息、故障狀態(tài)統(tǒng)計數(shù)據(jù)等有關(guān)信息[9]。系統(tǒng)平臺設(shè)計采用了模塊化設(shè)計，采用 B/S及 C/S架構(gòu)，便于擴(kuò)充各功能模塊；根據(jù)當(dāng)前的國際產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)范，根據(jù)項目、場地技術(shù)需求以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的最新動態(tài)，為企業(yè)的生產(chǎn)能力提供了更大的發(fā)展余地。

4 智能化及信息化建設(shè)成效

智能輔助生產(chǎn)管理體系的推行，從而大大地提高了我國煤礦的自動化水平和信息化水平，從而提高了煤炭的生產(chǎn)率和產(chǎn)量，生產(chǎn)效益得到了顯著的提高，并可預(yù)防和降低了重大的事故，為煤炭的安全管理和應(yīng)急管理工作起到了重要作用。系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時地反映現(xiàn)場的工作狀況，對員工、裝備、安全狀況進(jìn)行跟蹤分析，掌握現(xiàn)場的安全狀況。調(diào)度集中控制系統(tǒng)軟件和軟件的設(shè)置有助于企業(yè)把握企業(yè)的安全生產(chǎn)，增強(qiáng)企業(yè)對突發(fā)事件的處置和應(yīng)急響應(yīng)。

煤炭監(jiān)控及自動化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)完成后，對煤炭皮帶運輸、通風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房、排水泵房、井上下變配電室等設(shè)備的監(jiān)控、監(jiān)控和監(jiān)控，可實現(xiàn)無人值守。在智能控制后，該系統(tǒng)達(dá)到了節(jié)能減排的目的，并采用了中央遙控方式，縮短了設(shè)備的運行周期，降低了電力和機(jī)械的損耗，從而達(dá)到了既節(jié)省了費用又節(jié)省了經(jīng)濟(jì)效益的目的。

5 結(jié)束語

近幾年來，國家安監(jiān)總局、各地煤炭公司、煤炭局相繼推出了有關(guān)鼓勵措施，全力推進(jìn)煤炭輔助設(shè)備的智能化改造，本文所介紹的系統(tǒng)，始終重視自身的優(yōu)化、完善和改進(jìn)，目前已完成了實時在線監(jiān)測、在線專家診斷、實時異常報警、實時發(fā)布運行狀態(tài)指令等多項技術(shù)。實現(xiàn)了系統(tǒng)高品質(zhì)穩(wěn)定的串行通訊數(shù)據(jù)快速傳輸、精密精確的邏輯控制程式，將電腦技術(shù)的先進(jìn)與應(yīng)用，充分體現(xiàn)出來。其應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)性工作已經(jīng)不再限于綜合應(yīng)用于煤炭的獨立系統(tǒng)，并在全國縣、市、省地方三級煤炭安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)和全國能源局煤炭行業(yè)調(diào)度救援指揮中心數(shù)據(jù)綜合處理平臺，將相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中共享處理并予以長期和有效安全保存，為各級煤礦做好安全大生產(chǎn)綜合調(diào)度、應(yīng)急處置救援以及對事故的源頭追蹤和處置，將會更加強(qiáng)有力的支持和保證，為中國煤炭行業(yè)大力發(fā)展綠色礦山、實現(xiàn)國內(nèi)煤炭經(jīng)濟(jì)環(huán)境的綠色可持續(xù)快速發(fā)展戰(zhàn)略提供積極助力。