以自動化信息化融合為基礎的智慧礦山建設探析

＊李濟軍

（晉能控股集團和順李陽煤業(yè)有限公司 山西 032700）

引言

目前礦井自動化智能化技術發(fā)展迅速，基于煤礦智能感知礦山的環(huán)、機、人狀態(tài)與位置信息，通過對大數據與人工智能分析技術的利用，來促進重大隱患和設備故障的應急處置、主要預防、實時預警的實現(xiàn)，將安全智慧型礦山創(chuàng)建起來。山西某礦以建設智能礦山的應用與研究為基礎，且智能礦山為自動化信息化融合的，滿足國家有關要求，可以保證煤礦職工的安全，可以將礦井生產的穩(wěn)定性、可靠性與安全性提高，值得在煤業(yè)與礦井中的應用。

1.建設綜合自動化系統(tǒng)初期的狀況

在綜合自動化網絡中，能夠當做自動化、生產系統(tǒng)的網絡傳輸平臺的為千兆工業(yè)的以太網，將33臺以太網交換機分別安裝至井上與井下，促進了工業(yè)網絡平臺的建立，該平臺可以覆蓋該礦全部生產區(qū)域。將WinCC組態(tài)軟件當做綜合自動化系統(tǒng)平臺，而且該組態(tài)軟件是由西門子生產的，能夠將集成平臺提供給該礦的自動化系統(tǒng)，且集成平臺為統(tǒng)一的。

2.建設萬兆工業(yè)的以太環(huán)網平臺

對煤礦的綜合信息網而言，工業(yè)以太網平臺是其業(yè)務的承載平臺，且是最主要的平臺，所建設、規(guī)劃的網絡平臺會對網絡之后的發(fā)展與運行質量有決定性作用，也為綜合信息網絡最關鍵的部分之一。

(1)布置節(jié)點

在山西某礦中，已對千兆以太環(huán)網進行了建立，為了使該礦每個子系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，以及后續(xù)增加的自動化系統(tǒng)與攝像儀的需要，基于目前狀況，對萬兆工業(yè)以太環(huán)網的平臺進行建立。山西某礦的兆工業(yè)以太環(huán)網包括了機房配套設施、網絡管理終端、地面網絡監(jiān)控軟件、本質安全型交換機、萬兆節(jié)點與核心交換機等。并且核心交換機、地面與井下節(jié)點交換機數量分別為2臺、4臺、14臺。

(2)具體功能

①在當主干網絡傳輸的帶寬總值在10G左右，就能夠使礦井有關系統(tǒng)對傳輸帶寬方面的需求得到滿足，如高清攝像儀對傳輸帶寬的需求。②就交換機而言，井下的交換機能夠對管理電源的軟件與功能進行了提供，可以促進遠程在線控制、監(jiān)測、放電試驗的實現(xiàn)，并具有充電回路，且該充電回路比較有效與合理，充電回路在將電池充飽和之后就會被切斷，且切斷為自動的。

3.智能化工作面系統(tǒng)的構成

從圖1得知，智能化工作面控制系統(tǒng)包括了采煤機、液壓支架、刮板運輸機、破碎機、轉載機、膠帶運輸系統(tǒng)、供液、供電系統(tǒng)等。

圖1 智能化工作面控制系統(tǒng)工作面部分

4.分析大數據與系統(tǒng)的調配

(1)系統(tǒng)的構成

依據設備的位置，來劃分系統(tǒng)，可以劃分成圖2所示的4部分。

圖2 系統(tǒng)結構

①井下的調度室。調度室可以對井下的所有運輸車輛實時運行狀態(tài)進行監(jiān)測，還可以對系統(tǒng)內所有設備實時工作情況進行監(jiān)視，并對運行方案進行編制，對有關指令進行發(fā)布，如追尾報警、闖紅燈報警、超速報警等，調度室為車輛運行指揮的中心。調度室包括了UPS電源、顯示屏、交換機、管理機、主控機等。將隔爆計算機配備給調度室，數量是2臺，可以對該系統(tǒng)進行監(jiān)控，在授權之后，還可以切換至地面的主控機，當做主控計算機來使用。

②井下的運輸巷道內設置的穩(wěn)壓電源與通信基站。通信基站由于是智能設備，不但可以對寬帶無線網進行組建，且該網可以全面覆蓋，還可以利用RS485總線來對現(xiàn)場的執(zhí)行設備與所有檢測設備進行管理，確保其工作的可靠性，還要對調度室所發(fā)布的所有命令進行執(zhí)行，并對所有監(jiān)控信息進行匯報。

③軌道上安裝的執(zhí)行設備與檢測設備。一些檢測設備對車輛實時運行信息進行收集，如信標、讀卡分站等；一些執(zhí)行設備將道岔扳動并將行車信息發(fā)出，如信號機等；車載機主要作用為上傳無線信號、聲光報警發(fā)出及車況采集。

④無線網絡、光纜、電源電纜。其中，電源電纜主要將工作電源提供給設備，通信光纜主要為通信，且通信是交換機和基站機基站與基站間的。而且無線網絡將通道提供給車載機和基站間，主要用于二者間傳輸信息。

(2)系統(tǒng)的主要功能

①精準定位功能。在定位時，精準度要≤1m。

②可視化的監(jiān)視功能。計算機通過一些形式來對車號信息、運行方向、機車位置、每個道岔到位的情況、機車詢問進行顯示，且這些形式包括動畫、圖形、表格、漢字等。能夠將井下車場與軌道的模擬圖進行縮放顯示。

③電氣、信號閉鎖。道岔的電氣閉鎖既可以手動實現(xiàn)，也可以自動實現(xiàn)，這樣可以防止別的車輛的進入。將命令發(fā)送給司機，使信號閉鎖實現(xiàn)。

④調度智能信號的功能。車載機可以將司機的請求發(fā)出，在上位機接收到請求之后，按照全部機車的實際運行狀況來調度機車，手動、半手動、自動均可。

⑤調度語音的功能。上位機與車載機當進行調度期間，能夠利用語音來實施特定語音提示，比如機車在詢問期間，上位機就會將機車詢問對應的文本信息進行顯示；在上位機將調度信息發(fā)送至某個機車時，該信息就會被車載機語音播放。

⑥遙控與車聯(lián)網報警功能。在別的設備與車載機配合時，無需利用上位機就能使各類語音報警實現(xiàn)。比如，在車載機和本列車與別的列車的無線機尾燈、速度傳感器、跟車工手持發(fā)射器等進行配合，就能使防丟車、防追尾、防超速、打點報警等功能的實現(xiàn)；在雙駕駛室的機車中，各個駕駛室中均安裝了車載機，數量分別為1臺，車載機在與總線進行聯(lián)網之后，雙駕駛室中任意1個司機對任意車載機進行操作之后，均能促進車載機中的功能實現(xiàn)。

⑦后備電源的功能。在全系統(tǒng)中的設備中，其供電電壓的功能為后備持續(xù)電源功能，在有斷電出現(xiàn)全部或部分區(qū)域的交流中時，就會馬上啟動后備電源。后備電池要供電2h以上，電池在經過500次充放電之后，其容量依然在80%以上。

⑧故障維修和診斷功能。在現(xiàn)場的信號燈未與網絡聯(lián)接時，就顯示閃爍，該信號燈是提醒司機要采取別的措施來運行。當司控道岔離線之后，就可以通過手動或遙控來將信號閉鎖消除。全部聯(lián)網的硬件設備所使用的接線措施為區(qū)域化的，某區(qū)域發(fā)生線路故障或斷網，別的區(qū)域中設備的正常運行不受影響。

⑨其他。查詢、報表、打印歷史數據等，查詢各個硬件設備、線路的自檢功能等。1臺以上聯(lián)網的電腦能夠在同一時間實施管理與聯(lián)網監(jiān)控。

5.主煤流節(jié)能智能控制系統(tǒng)

(1)規(guī)劃整體結構

所設計的整體結構包括了帶式輸送機集控系統(tǒng)、數據傳輸網絡、地面監(jiān)控站這3部分。圖3為系統(tǒng)整體結構圖。

圖3 系統(tǒng)整體結構規(guī)劃

(2)設計上位機系統(tǒng)

①操控站的功能。將工控機安裝到操控站，而且該工控機的性能較高，利用帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控井下的帶式輸送機與其附屬設備，及分析故障、顯示報表。

②監(jiān)控的功能。聲音監(jiān)聽功能是監(jiān)控畫面的功能。在啟動或有故障出現(xiàn)膠帶中時，就將聲音監(jiān)聽打開，對現(xiàn)場的聲音進行播放；膠帶區(qū)隊的辦公室與集控室分別配備了地面分控終端、主語音網關，能夠喊話于膠帶上的擴音電話，現(xiàn)場中的擴音電話能夠和集控室中的工作人員對講。

(3)設計膠帶的控制系統(tǒng)

在膠帶控制系統(tǒng)中，監(jiān)控主機能夠采集現(xiàn)場信息與發(fā)出控制指令，將該系統(tǒng)的控制與判斷完成。

(4)系統(tǒng)功能所具有的特點

①顯示功能的特點。對地面監(jiān)控而言，能夠對有關參數進行實時顯示，如速度、滾筒溫度、輸送機的停機/開機狀態(tài)等，還可以多畫面進行切換，在所測參數限制之外、改變設備的運行狀況及保護傳感器做出動作后就會將告警提示發(fā)出，發(fā)出形式為文字或語音。而且，還能夠對監(jiān)控視頻畫面進行擴展，在進行操作時還能觀看設備運轉的實際視頻畫面。

②控制功能的特點。實現(xiàn)的功能為遠程復位、停止與啟動帶式輸送機與附屬設備，及轉換控制方式、故障屏障等。若模式為自動控制，基于帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)的所有設施與設備、保護信號均正常、別的有關信號符合啟動需求，就可以讓可編程控制器依據程序將啟動命令發(fā)出。在有故障出現(xiàn)時，附屬設備與保護動作就會延時或馬上停車。

③打點功能的特點。將擴音電話系統(tǒng)配置打點功能，能夠促進膠帶之間、上膠帶與下膠帶之間的打點進行控制。

④聯(lián)動與視頻監(jiān)控擴展的功能所具有的特點。將聲音拾取與視頻監(jiān)控加入膠帶機監(jiān)控系統(tǒng)內，進而將每個廠家在建設膠帶機監(jiān)控系統(tǒng)時缺少聲音的狀況改變，還可以通過自由音視頻監(jiān)控技術來聯(lián)動監(jiān)控畫面，且聯(lián)動為內嵌式的，使無人值守得以實現(xiàn)。

⑤報警管理的特點。系統(tǒng)能夠將現(xiàn)在與之前的報警進行顯示，還能夠對報警的解除狀態(tài)進行明確，對歷史報警可以打印與查看。分布式報警管理將報警過濾、報警優(yōu)先級、以事件為基礎的報警、報警區(qū)的無限管理功能進行了提供，使報警系統(tǒng)的擴展更加簡單、可靠、靈活與方便，報警系統(tǒng)能夠將系統(tǒng)隱藏的問題與系統(tǒng)活動進行報告，使系統(tǒng)運行更加安全。

6.結論

該研究將一些自動化信息化系統(tǒng)的綜合分析、集成、數據接入提供給了礦井，其中自動化信息化系統(tǒng)包括了安全監(jiān)測、排水、通風、運輸、機電、掘進、采煤等方面，通過對現(xiàn)代化信息技術的利用來實施智能分析與數據融合。促進了煤礦生產期間的視頻人工智能應用分析、聯(lián)動預警、遠程集中控制、數據與信息融合分析、智能感知的實現(xiàn)，并將決策支持進行提供，更深層次地將過程中的功能優(yōu)化，進而將礦井的生產效益與管理水平提高。