機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

華亭煤業(yè)集團有限責任公司 趙 杏 高婭靜

截止至2019年末全國煤礦采煤機械化程度已達到78.5%，全國已建成200多個智能化采煤工作面；2020年全國煤礦采煤機械化程度達85%以上。機械化程度的提高對煤礦機電設(shè)備的智能化管理提出了更高要求。

1 智能化煤礦相關(guān)概念

1.1 定義及內(nèi)涵

智能化煤礦主要是指結(jié)合現(xiàn)代化的眾多先進技術(shù)結(jié)合，包括互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能以及自動控制等智能化的技術(shù)裝備等，結(jié)合現(xiàn)代化煤礦工程當中的開發(fā)技術(shù)，形成深度融合的高效作業(yè)形式。在煤礦當中形成全面自主感知、高效互聯(lián)、自主學習、智能化的分析決策等先進保障。在煤礦中的智能化技術(shù)設(shè)備應用能夠?qū)崿F(xiàn)對于各項技術(shù)信息的動態(tài)化檢測保障，協(xié)同作業(yè)環(huán)境構(gòu)成精細化的可控智能應用系統(tǒng)。

在智能化煤礦中實施的開采作業(yè)、巷道挖掘、運輸?shù)确矫嬉愿又悄芑募夹g(shù)實施管理，保障整體煤礦的作業(yè)安全基礎(chǔ)上實施有效的煤礦管理。并且針對于在煤礦中涉及到的通風、排水、供電等機電設(shè)備的使用等都能夠以智能化的技術(shù)保障形成高效的運行效果，促進煤礦高質(zhì)量生產(chǎn)，促進煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)代化進程，以先進技術(shù)保障促進各項設(shè)備以及作業(yè)環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出自動化表現(xiàn)，擺脫了以往需要人工進行數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)象[1]。

1.2 智能化煤礦的組成部分

在智能化煤礦當中，由于復雜的作業(yè)環(huán)境，需要更加安全的作業(yè)保障，因此結(jié)合現(xiàn)代化的眾多新進技術(shù)形成了良好的智能化管理效果，從而形成了智能化的煤礦形式。

基于基礎(chǔ)的智能化煤礦進行研究發(fā)現(xiàn)，在智能化生產(chǎn)系統(tǒng)以及智能化監(jiān)控系統(tǒng)的集中應用下構(gòu)成了智能化的煤礦，在生產(chǎn)過程當中結(jié)合智能遙感系統(tǒng)，對生產(chǎn)涉及到的地理環(huán)境信息以及供電、排水、運輸?shù)葘嵤┲悄芑男畔⒉杉⒔Y(jié)合煤礦實際情況制定智能化的作業(yè)方案，保障生產(chǎn)速率的同時，形成安全生產(chǎn)效果。同時在礦井作業(yè)環(huán)境當中借助智能化的紅外線傳感器對井下危險源進行識別，并配備智能防火裝置以及智能監(jiān)控裝置，及時對井下作業(yè)環(huán)境進行監(jiān)控，保障有序?qū)嵤┎傻V作業(yè)的基礎(chǔ)上遠程控制作業(yè)安全。

2 煤礦機電設(shè)備智能化管理關(guān)鍵技術(shù)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是通過傳感器嵌入到煤礦中的各個生產(chǎn)裝備中，然后將各部分整合起來實現(xiàn)人與物的充分整合。然后通過計算機技術(shù)對工作人員、裝備設(shè)施進行實時管理和調(diào)控，從而有效提高礦內(nèi)作業(yè)效率。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用能夠使煤礦內(nèi)生產(chǎn)信息實時完成交互傳輸，提高煤礦生產(chǎn)運行的穩(wěn)定性。工人在進行作業(yè)時能夠及時得知其他工人的具體情況和設(shè)備運行情況，方便其合理安排作業(yè)順序。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具備綜合協(xié)同的功能，可將各子系統(tǒng)的生產(chǎn)信息和數(shù)據(jù)匯總之后，協(xié)調(diào)礦內(nèi)生產(chǎn)工作，實時預測井下可能出現(xiàn)的危險按情況及時對作業(yè)人員發(fā)出撤離指令。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和技術(shù)經(jīng)過長時間的發(fā)展價格優(yōu)勢比較明顯，可在保留原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進行安裝，資金投入成本較低。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是煤礦機電設(shè)備智能化管理的關(guān)鍵性技術(shù)之一，目前發(fā)展情況比較成熟，但在實際運用過程中仍需注意傳感器的安裝情況。物聯(lián)網(wǎng)體系的建立需要煤礦企業(yè)招募精通相關(guān)專業(yè)的人才，保證技術(shù)的實際應用效果[2]。

2.2 大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)

煤礦開采過程有設(shè)備復雜、作業(yè)人員多、環(huán)境較為危險、作業(yè)空間范圍有限等特點，在煤礦開采作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)的分析處理工作帶來了難度。因此智能煤礦機電設(shè)備需要應用大數(shù)據(jù)手段對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)開展分析與處理，通過上述工作總結(jié)生產(chǎn)規(guī)律和經(jīng)驗更好的指導后續(xù)開采工作。例如在采煤工作中的傾斜角度、開采速度等；以及在原煤運輸時的膠帶輸送機運輸速度、放煤給煤重量、液壓支架支護阻力等。都可通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對其進行系統(tǒng)分析，找到最佳的工作方式，并將數(shù)據(jù)和結(jié)果傳輸給煤礦管理人員達到智能化開采的目的。

大數(shù)據(jù)技術(shù)具有多量、快速的優(yōu)勢，能夠?qū)γ旱V生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，相對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式具有很大的提升。通過大數(shù)據(jù)分析之后可運用人工智能技術(shù)分析數(shù)據(jù)結(jié)果然后快速給出科學的處理改進方案，與人工決策方式相比，運用人工智能技術(shù)具有節(jié)省時間、結(jié)果科學等諸多優(yōu)勢。

2.3 云計算云存儲技術(shù)

利用云計算技術(shù)能夠在煤礦生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)利用線上資源進行分析處理，并且不用投入資金用于計算設(shè)施建設(shè)和維護。在科學分析和處理數(shù)據(jù)的同時，還具有總體資金投入少、效率高等優(yōu)勢。對于煤礦生產(chǎn)和機電設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)能夠按照使用付費，減少了企業(yè)負擔。云計算技術(shù)能為煤礦機電設(shè)備中物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù)的應用提供更加強有力的保障。

云存儲技術(shù)是通過線上云端的方式對生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進行分類儲存，有利于煤礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)保存的完整性[3]。需要調(diào)取某項數(shù)據(jù)時操作難度低、數(shù)據(jù)保存非常準確完整。云存儲技術(shù)能夠與大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)協(xié)調(diào)運用，達到優(yōu)秀的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析處理效果，從而實現(xiàn)煤礦機電系統(tǒng)生產(chǎn)的健康智能化管理。

云計算技術(shù)在煤礦機電設(shè)備健康智能化領(lǐng)域中應用的特點、優(yōu)勢、劣勢分別為：超大規(guī)模。降低成本/安全威脅；通用性。更新快/知識產(chǎn)權(quán)；高擴展性。容量大/影響聲譽；準確性。性能增強/控制不足。

3 煤礦機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)

3.1 機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)的組成部分

在煤礦機電設(shè)備的智能化管理系統(tǒng)當中存在著多種部分組成，為了保障相關(guān)設(shè)備能夠處于智能化的應用效果，需要制定更為全面的智能化管理機制，才能夠有效保障各項機電設(shè)備的良好運行性能。結(jié)合實際來講，在一般情況下的煤礦機電設(shè)備當中主要是以采掘裝備、支護裝備以及運輸裝備等組成的，其中有關(guān)于液壓泵、液壓馬達、電機、減速箱以及傳感器等都歸納在全新的智能化管理系統(tǒng)管理范圍當中。對現(xiàn)階段的實際煤礦作業(yè)環(huán)境當中進行研究，智能化機電設(shè)備管理機制屬于初步引用階段，因此只能夠?qū)ζ渲械牟糠蛛姍C實施智能化管理。

具體來講，在煤礦機電設(shè)備的智能化管理系統(tǒng)當中實施管理的具體流程包括對于各項設(shè)備信息的采集，進而將眾多的設(shè)備資料以及運行數(shù)據(jù)等集中整合形成全面的管理檔案，最后結(jié)合完善的數(shù)據(jù)檔案等對機電設(shè)備實施管理以及維護。

在整體管理系統(tǒng)當中構(gòu)建的大數(shù)據(jù)中心能夠儲存大量的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于系統(tǒng)當中新增的傳感器能夠?qū)υO(shè)備實施實時動態(tài)監(jiān)測，提取所有設(shè)備的特征，并智能診斷其運行狀態(tài)，預測設(shè)備運行故障等問題，并及時發(fā)出警示提醒相關(guān)人員實施有效的監(jiān)管與維護。同時在該智能化管理系統(tǒng)當中存在著尤為重要的兩部分結(jié)構(gòu)，基于本地檢測終端以及井上調(diào)度中心的構(gòu)成，在現(xiàn)有感知系統(tǒng)以及新增傳感器的合力作用下，以可視化的監(jiān)測效果對各個機電設(shè)備實施動態(tài)監(jiān)測，通過本地終端監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄险{(diào)度中心后對各項設(shè)備存在的故障問題實施有效分析后，自動輸出設(shè)備故障評定，最終對設(shè)備形成智能化的管理維護建議。

煤礦機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)中心及井上控制中心的作用分別為：采掘設(shè)備。數(shù)據(jù)采集/故障診斷；支護設(shè)備。提取特征/信息統(tǒng)籌；傳感設(shè)備。狀態(tài)監(jiān)測/維修指導；運輸設(shè)備。智能診斷/總體評價。

3.2 煤礦機電設(shè)備智能化診斷系統(tǒng)

煤礦機電設(shè)備智能化診斷的基礎(chǔ)是信息采集和設(shè)備故障采集的完善，必須要求在關(guān)鍵點位的傳感器能夠正常發(fā)揮作用實時傳輸數(shù)據(jù)。之后通過建模的方式展開具體分析工作，準確識別系統(tǒng)運行故障。故障的診斷主要包括旋轉(zhuǎn)機械和控制系統(tǒng)兩個主要部分的診斷。

具體診斷方法需要分步驟進行，首先，要對傳感器進行布置并分析其性能、維修信息、使用壽命；第二，要分析故障特征，通過對傳感數(shù)據(jù)進行提取、分析故障機理、分析故障影響；第三，協(xié)同診斷，通過對關(guān)鍵部件的收集、分析故障產(chǎn)生緣由等展開分析等方式。診斷要有數(shù)據(jù)的支持和運用科學的分析技術(shù)，才能有效保障診斷系統(tǒng)的安全高效運行，對故障隱患問題的處理的處理準確科學。智能化診斷工作是對前期數(shù)據(jù)采集工作的匯總也是后續(xù)維修的基礎(chǔ)，智能化的診斷工作應由技術(shù)人員結(jié)合相關(guān)科學技術(shù)手段完成，積極發(fā)揮二者的工作優(yōu)勢。

3.3 煤礦機電設(shè)備智能化維修系統(tǒng)

根據(jù)煤礦機電設(shè)備智能化診斷的具體結(jié)果，對設(shè)備的表征和狀況進行詳細的劃分，以便后續(xù)維修工作的進行?？梢罁?jù)具體的設(shè)備故障和維修方案數(shù)據(jù)，建立煤礦機電設(shè)備智能化維修系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)細分故障類型并制定相應的維修方案。一旦發(fā)生機電設(shè)備故障能夠快速及時的開展維修工作，保障煤礦生產(chǎn)的安全。對固定的維修設(shè)備和區(qū)域，要規(guī)定具體工作人員定期完成相關(guān)檢修工作，對重點部位安排專人維護。對于設(shè)備調(diào)試工作，要出臺相應的技術(shù)規(guī)范指導規(guī)范，增強技術(shù)人員的操作規(guī)范性。建立專門的數(shù)據(jù)庫，錄入每次維修的原因、方法、維修效果等。建立數(shù)據(jù)庫能夠形成規(guī)范和準確的事故處理標準，為故障提供最佳處理方案。

在開展設(shè)備維修過程中，可尋求運用先進的科學技術(shù)手段為維修工作提供技術(shù)支持。例如利用大數(shù)據(jù)、人工智能手段，在故障發(fā)生后短時間內(nèi)設(shè)計出優(yōu)質(zhì)的解決方案。

由于人工智能技術(shù)是通過算法分析的方式解決故障的，需要經(jīng)過成千上萬次的計算才能夠得出結(jié)論，與傳統(tǒng)依靠技術(shù)人員經(jīng)驗判斷的維修方式相比具有可靠性高誤差更小等優(yōu)點。另外云計算技術(shù)能夠為煤礦機電設(shè)備健康智能化系統(tǒng)的建立提供算法支持，在維修之后可通過云計算創(chuàng)造虛擬模型的方式模擬預測設(shè)備運行狀態(tài)。通過引入新技術(shù)的方式能夠助力攻克維修工作難點和煤礦機電設(shè)備健康智能化管理系統(tǒng)的快速建立。

4 提升煤礦機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)的措施

要想提升煤礦機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)的重要一點就是提升專業(yè)職工的素質(zhì)和能力，智能化管理系統(tǒng)對職工的專業(yè)性要求和素質(zhì)要求更高，煤礦機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)的相關(guān)人才較少，所以要想提升智能化管理系統(tǒng)，最主要的就是做好人才培養(yǎng)。首先，可充分發(fā)揮網(wǎng)絡的優(yōu)勢，開展多種方式結(jié)合的培訓模式，可在工作期間組織職工參加集中培訓，以講座等形式對職工的知識技能進行培訓，在下班后可利用網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過建立智能化管理系統(tǒng)學習交流群或者推送公眾號等形式進行統(tǒng)一學習，借助網(wǎng)絡培訓還有助于資料的共享，職工之間還可更方便地互相交流。

在培訓期間，要鼓勵職工具有創(chuàng)新意識，定期召開專業(yè)人員的講座大會，或者專業(yè)職工培訓，在大會或培訓中如果有職工能夠提供出對智能化管理系統(tǒng)有創(chuàng)新作用的好點子，要進行大力的獎勵，并設(shè)置創(chuàng)新小組，將想法付諸行動，檢驗可行性。同時還要充分發(fā)揮高技術(shù)職工的帶頭作用，可根據(jù)實際情況設(shè)置一師帶一途，高技術(shù)的職工可幫助并帶領(lǐng)技術(shù)水平稍微薄弱但是潛力較大的職工進行學習和進步，在培訓學習期間，如果高技術(shù)的職工能夠充分發(fā)揮其作用，幫助到后進的職工，應當給予一定的獎勵，以激勵其繼續(xù)努力的熱情和積極性。在培訓期間還可適當舉辦比賽，在切磋中一起成長，讓職工能夠在比賽中發(fā)現(xiàn)自己的長處和不足，激發(fā)其斗志和繼續(xù)奮斗的動力。

綜上，本文基于我國目前煤礦機電設(shè)備發(fā)展狀況和現(xiàn)有科學及技術(shù)，為煤礦機電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)提供可行性設(shè)想。運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等技術(shù)為其提供技術(shù)支持，通過設(shè)計運行系統(tǒng)、智能化診斷、智能化維修管理的方式實現(xiàn)機電設(shè)備安全管理的目標。