數(shù)字化礦山系統(tǒng)及智能化在礦井中的應(yīng)用

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 薛曉炎

數(shù)字化礦山系統(tǒng)及智能化在礦井中的應(yīng)用

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 薛曉炎

本文介紹數(shù)字化礦山的硬件架構(gòu)與軟件架構(gòu)，并對(duì)軟件的模塊功能作了詳細(xì)的分析，移動(dòng)app的應(yīng)用。該系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用，可以對(duì)礦井生產(chǎn)、安全、通風(fēng)、瓦斯、生產(chǎn)調(diào)度、煤礦地測(cè)防治水、供電、機(jī)電設(shè)備等二十余個(gè)管理子系統(tǒng)進(jìn)行無縫接入，從而達(dá)到減員增效化管理。

數(shù)字化；礦山；工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；智能化

隨著當(dāng)前煤礦對(duì)安全生產(chǎn)的日夜重視,煤礦的自動(dòng)化與智能化越來越高。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)也是日新月異。煤礦企業(yè)對(duì)礦井的日常管理和生產(chǎn)管理也提到了一個(gè)新的高度。在過去的十幾年里,煤礦經(jīng)過自身的自動(dòng)化發(fā)展,已取得一定發(fā)展,自動(dòng)化程度也上升了一定的高度。現(xiàn)在煤礦井下的人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、皮帶控制系統(tǒng)等都實(shí)現(xiàn)了一定程度自動(dòng)化,而且煤礦的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也基本形成,那么如何在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上,更上一層樓,將煤礦的智能化程度上升到新的高度,實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化礦山,app的應(yīng)用,高度融合通信、監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)、管理。使之實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)與管理。這也是今后煤礦數(shù)字化礦山的一個(gè)發(fā)展方向。

1 數(shù)字化礦山整體結(jié)構(gòu)

建設(shè)數(shù)字化礦山的主要目的就是為了在保證煤礦安全生產(chǎn)管理的同時(shí),實(shí)現(xiàn)減員增效。這個(gè)過程可以通過兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn),煤礦井下的各個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)完成。這為我們提供了硬件接入,我們還應(yīng)該建設(shè)一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),平臺(tái)要求有足夠的帶寬。能夠?yàn)楝F(xiàn)有的的系統(tǒng)提供流暢的通道。并且要預(yù)留一定的帶寬為今后的未知系統(tǒng)留足帶寬。在軟件(應(yīng)用層)方面首先要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集,將各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集到服務(wù)器上,形成數(shù)據(jù)倉庫,通過數(shù)據(jù)倉庫能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘,有了數(shù)據(jù)挖掘,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析,為我們?nèi)粘５纳a(chǎn)控制和安全監(jiān)控提供必要的支持。最后通過數(shù)據(jù)反饋達(dá)到我們對(duì)煤礦井下的數(shù)據(jù)控制。最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化礦山減員增效的目的。

2 數(shù)據(jù)化礦山的基本構(gòu)造

數(shù)字化礦山的硬件基本結(jié)構(gòu)有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層構(gòu)成。

2.1 物理層

物理層即設(shè)備接入層、主要由路由器、交換機(jī)(井下防爆型交換機(jī)和地面機(jī)房核心交換機(jī))、井下輸采集設(shè)備和設(shè)備通道、地面機(jī)房服務(wù)器組成。目前煤礦該層的建設(shè)已基本完成。煤礦井下的基礎(chǔ)層建設(shè)包括有線和無線兩種方式:這兩種方式可以單一的選擇有線環(huán)網(wǎng)作為物理層建設(shè)、也可采用無線WIFI的方式建設(shè)無線平臺(tái)部分。還可以通過有線和無線的混合建設(shè)實(shí)現(xiàn)物理層的建設(shè)。同時(shí)井下的數(shù)據(jù)接入方式多種多樣、一般常見的數(shù)據(jù)接入方式為RS485和TCP/IP方式。這些可通過接口的標(biāo)準(zhǔn)化的方式,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫接入,有了物理層的建設(shè)就為數(shù)字化礦山的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)字化礦山的一個(gè)重要過程就是數(shù)據(jù)的接入,要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入首先是需要有原始的數(shù)據(jù)信息,這個(gè)過程可以通過已有的煤礦基礎(chǔ)建設(shè)來完成,就目前來說,煤礦的基礎(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)完成,包括了“六大系統(tǒng)”、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。通過這些系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)源,當(dāng)這些數(shù)據(jù)通過物理層的通道到達(dá)服務(wù)器之后,就完成了數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用。

2.3 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層

在該層包括了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層為數(shù)據(jù)化礦山實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于主要平臺(tái)的建設(shè),包括有線環(huán)網(wǎng)平臺(tái)和無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),其傳輸?shù)姆绞綖榻ㄔO(shè)主干環(huán)網(wǎng)在井下大巷和井下作業(yè)環(huán)境比較好地方,對(duì)于井下工作面環(huán)境惡劣的情況下,通過無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。在地面機(jī)房采用服務(wù)器統(tǒng)一管理,通過硬件防火墻與以后建立的礦企業(yè)網(wǎng)隔離。工業(yè)環(huán)網(wǎng)與企業(yè)信息網(wǎng)間采用雙網(wǎng)卡信息發(fā)布服務(wù)器+防火墻技術(shù)。同時(shí)礦上的數(shù)字化應(yīng)用也是在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層。

3 應(yīng)用層及其架構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能

3.1 數(shù)字化礦山應(yīng)用層的基本架構(gòu)

數(shù)字化礦山的應(yīng)用層主要包括了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)處理與決策發(fā)揮,在這個(gè)過程中系統(tǒng)采用的構(gòu)架有兩種模式:B/S模式、C/S模式。

B/S模式通過WEB瀏覽服務(wù)器的模式建立網(wǎng)絡(luò)架設(shè)三層體系結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的瀏覽、應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)。

C/S模式通過客戶端的建立。連接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)上述功能。

3.2 應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)功能

3.2.1 井下特定區(qū)域數(shù)據(jù)反饋

對(duì)于井下作業(yè)環(huán)境的特殊要求。需要對(duì)井下的特定環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè),如瓦斯上限、人員上限。通過設(shè)定的數(shù)據(jù)上限,如果該區(qū)域發(fā)生了超限情況將進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋,自動(dòng)開啟相應(yīng)的救援系統(tǒng),實(shí)施控制。

3.2.2 歷史數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能智能化

主要通過對(duì)礦井的總產(chǎn)量和日產(chǎn)量,以及設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),以及煤礦井下的安全生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)分析出煤礦出煤的最佳日產(chǎn)量、在最佳日產(chǎn)量的時(shí)刻可以保證人員最少,效率最高,安全系數(shù)最高。為礦井安全生產(chǎn)管理提供決策依據(jù)。

3.2.3 系統(tǒng)深度融合與聯(lián)合機(jī)制

將煤礦的各個(gè)系統(tǒng)融合起來,達(dá)到通過某一參數(shù)的分析與反饋,可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。起到在最短時(shí)間管理的高效化。例如通過將安全監(jiān)測(cè)和煤礦調(diào)度通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)的融合?？梢詫?shí)現(xiàn)煤礦的安全告警。當(dāng)瓦斯超過一定的限度之后實(shí)現(xiàn)調(diào)度通信系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)的自動(dòng)通知,在最快的時(shí)間保證生命財(cái)產(chǎn)安全。

3.2.4 數(shù)字化礦山移動(dòng)智能化

隨著移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展,井下的也將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山的移動(dòng)智能化,通過在礦用本安型智能手機(jī)上裝載相應(yīng)的app,可以實(shí)現(xiàn)礦井的管理人員和相關(guān)人員在井下和地面實(shí)時(shí)地對(duì)設(shè)備狀態(tài)的查看、對(duì)瓦斯數(shù)據(jù)的查看。對(duì)井下設(shè)備的開?？刂频裙δ堋?/p>

總之,隨著技術(shù)的日新月異,數(shù)字化礦山將為煤礦減員增效、安全管理帶來很大的變革。

［1］劉瑞生.屯留煤礦綜合自動(dòng)化及數(shù)字化礦井建設(shè)模式研究,2006.

［2］霍驥川.數(shù)字化礦山的建設(shè)與實(shí)施［J］.河北煤礦,2011.