工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在煤炭行業(yè)應(yīng)用探索

楊傳印

（山東煤礦安全監(jiān)察局，山東 濟(jì)南 250000）

近年來，全國煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，為進(jìn)一步提高煤炭行業(yè)信息化、智能化水平，創(chuàng)新數(shù)據(jù)驅(qū)動煤礦安全生產(chǎn)和監(jiān)管監(jiān)察模式，作為煤炭工業(yè)信息數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)摹案咚俟贰焙椭匾A(chǔ)保障的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)完善和場景應(yīng)用顯得尤為重要，發(fā)展煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前景廣闊、恰逢其時。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在煤炭行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

煤炭行業(yè)積極響應(yīng)國家號召，緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行了積極探索。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新技術(shù)、新模式，與煤炭生產(chǎn)、建設(shè)、經(jīng)營的融合發(fā)展，使煤礦管理的水平大幅度提升。煤礦智能化建設(shè)快速發(fā)展，智能化開采、工業(yè)機(jī)器人等已通過多種形式融入到生產(chǎn)系統(tǒng)中，煤炭行業(yè)兩化深度融合已經(jīng)進(jìn)入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)建設(shè)與應(yīng)用的新階段。

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)為數(shù)據(jù)傳輸提供了通道，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集。大多數(shù)煤礦已建設(shè)有工業(yè)環(huán)網(wǎng)及通信系統(tǒng)，工業(yè)環(huán)網(wǎng)以千兆環(huán)網(wǎng)為主，中大型煤礦正在由千兆向萬兆環(huán)網(wǎng)升級。通信系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延伸，主要有WIFI和4G通信系統(tǒng)，國有大型煤礦正在積極試點5G通信系統(tǒng)的應(yīng)用。

1.1.2 設(shè)備控制系統(tǒng)建設(shè)

主要包括工作面采掘控制系統(tǒng)、膠帶運輸控制系統(tǒng)、地面生產(chǎn)控制系統(tǒng)、主扇、壓風(fēng)機(jī)、井下排水、污水處理、提升、猴車、瓦斯抽放、煤礦電力控制系統(tǒng)等。這些控制系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的采集及自動化控制，達(dá)到了減人提效的目的。

1.1.3 人員和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

主要包括煤礦的六大系統(tǒng)建設(shè)和工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，全國煤礦已全部建設(shè)完成。其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)和安全設(shè)備設(shè)施工業(yè)數(shù)據(jù)采集還未普及。

1.1.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)管理平臺建設(shè)

近幾年，兗礦集團(tuán)以“推進(jìn)數(shù)字轉(zhuǎn)型變革”為總體思路，深入實施“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略，啟動“三化”建設(shè)攻堅行動，加強(qiáng)與IBM、SAP合作，加快實施大數(shù)據(jù)工程總體規(guī)劃及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺研發(fā)。山東能源集團(tuán)融合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，在私有云部署構(gòu)建RPA機(jī)器人生產(chǎn)平臺，上線應(yīng)用以數(shù)據(jù)機(jī)器人應(yīng)用為代表的數(shù)字員工。

1.1.5 煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接的對象提供統(tǒng)一的身份標(biāo)識和解析服務(wù)。2019年底由大同市政府和同煤集團(tuán)共同建設(shè)的國家首個煤炭行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析二級節(jié)點正式上線運行，并與國家頂級節(jié)點對接。

1.2 行業(yè)需求

1.2.1 信息技術(shù)發(fā)展需求

隨著科技的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能、邊緣計算等新一代信息技術(shù)影響力不斷擴(kuò)大并深入多個領(lǐng)域，成為影響各行各業(yè)發(fā)展、提升競爭力的核心力量。以煤礦企業(yè)為例，所依賴的局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，由于服務(wù)器存儲和數(shù)據(jù)算法的局限性，不能夠被長期存儲和即時運用，制約了煤礦安全生產(chǎn)的可靠性和可控能力，事故風(fēng)險的預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)還沒有構(gòu)成，事故追溯和災(zāi)后評估的科學(xué)性和真實性得不到滿足，煤礦企業(yè)對數(shù)據(jù)傳遞、存儲、分析的需求日漸高漲。

此外，煤炭行業(yè)的各種資源數(shù)據(jù)量達(dá)到了海量級別，鑒于數(shù)據(jù)規(guī)模的龐大性，監(jiān)管監(jiān)察部門需借助煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和深度挖掘技術(shù)，通過對礦井生產(chǎn)海量數(shù)據(jù)的分析，準(zhǔn)確預(yù)測安全生產(chǎn)事故，從而滿足大幅度降低事故發(fā)生幾率的安全需求。

1.2.2 智慧煤礦發(fā)展需求

建設(shè)智慧煤礦已經(jīng)成為煤礦本質(zhì)安全的必由之路。目前，部分煤礦企業(yè)已開展智慧煤礦建設(shè)工作，但整體技術(shù)解決方案仍處于探索階段，從整體性和先進(jìn)性上與其他行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺標(biāo)準(zhǔn)仍存在一定差距，急需工業(yè)PaaS作為落地的有效支撐。

1.2.3 產(chǎn)業(yè)鏈信息共享需求

煤炭行業(yè)上游產(chǎn)業(yè)主要為煤炭勘探設(shè)計、煤礦設(shè)備、裝備制造企業(yè)、開采和洗選業(yè)，中游產(chǎn)業(yè)主要為煤炭貿(mào)易商、運銷企業(yè)等，下游產(chǎn)業(yè)主要集中在電力、鋼鐵、建材、化工四大領(lǐng)域，其余為民用煤、其他行業(yè)等。構(gòu)建長期穩(wěn)定、和諧共贏的產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系，是煤炭行業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)和前提，尤其是面對煤電聯(lián)動機(jī)制的蛻變和能源體制改革，煤炭行業(yè)上中下游信息共享需求日益明顯。

1.2.4 政府監(jiān)管監(jiān)察需求

我國煤礦分布較散，監(jiān)管監(jiān)察難度較大，政府部門對煤礦企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集困難，數(shù)據(jù)利用率較低，需要利用新一代信息技術(shù)，以大數(shù)據(jù)中心或云平臺為紐帶，結(jié)合政府業(yè)務(wù)需要，將企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有效融合在一起，通過數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新，為政府應(yīng)急管理與安全生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在煤炭行業(yè)應(yīng)用存在問題

2.1 缺少國家層面推動

工信部根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)＋先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，開展了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目推行工作。通過試點先行、示范引領(lǐng)，總結(jié)推廣可復(fù)制的經(jīng)驗、做法，推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。試點示范項目名單的公布也為整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)帶來了整體發(fā)展方向的信號。但是，工信部下發(fā)的2018、2019年互聯(lián)網(wǎng)示范項目未涉及能源行業(yè)，能源板塊缺乏煤炭試點、示范引領(lǐng)項目。

2.2 缺乏行業(yè)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的支撐引領(lǐng)

從標(biāo)準(zhǔn)制定層面來看，煤炭行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系制定滯后，尚未制定一個全面、科學(xué)、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。煤炭行業(yè)重點放在機(jī)械化向信息化發(fā)展上面，因此，無論是“煤礦安全規(guī)程”還是“智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范”都沒有詳細(xì)涉及“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的內(nèi)容及解釋。

2.3 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)體系尚不完善

現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施已不能滿足人工智能產(chǎn)品對高性能、高帶寬、高算力的迫切需求，亟待對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行升級改造，推動以5G為代表的新一代網(wǎng)絡(luò)的部署，補(bǔ)齊制約煤礦行業(yè)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。

2.4 煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)支撐能力不足

平臺發(fā)展所需的智能感知、自動控制、網(wǎng)絡(luò)連接、工業(yè)軟件等一系列產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，需充分借鑒互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)先進(jìn)思想、信息通信技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)煤炭行業(yè)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和廠商在新時期的思路轉(zhuǎn)變，改變行業(yè)科技研發(fā)、現(xiàn)場應(yīng)用的滯后現(xiàn)象，滿足煤礦在泛在感知、智能控制、可視化決策等方面的海量應(yīng)用需求。

2.5 井下互聯(lián)裝備升級改造進(jìn)展緩慢

由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的滯后、網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)技術(shù)的單一，主要生產(chǎn)裝備的數(shù)字化程度偏低，通信協(xié)議不規(guī)范，反映裝備健康狀況的數(shù)據(jù)采集困難，井下設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)接口的龐雜及功能簡單，從而形成各廠家同類產(chǎn)品不能建立數(shù)據(jù)通信，多系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法融合，以及系統(tǒng)間無法聯(lián)動，造成智能化升級的障礙。

3 煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭行業(yè)的未來發(fā)展中將扮演重要角色，通過新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動，將加快實現(xiàn)煤炭行業(yè)發(fā)展的新格局，實現(xiàn)煤炭工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

3.1 發(fā)展戰(zhàn)略

以新一代信息通信技術(shù)和智能開采技術(shù)、工業(yè)知識集成創(chuàng)新發(fā)展為重要載體，逐步打通煤礦企業(yè)內(nèi)外部的數(shù)據(jù)鏈與價值鏈，推動5G、人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度結(jié)合，夯實工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)。面向煤礦數(shù)字化、共享化、智能化需求，推動生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)能力、信息技術(shù)和人才等資源匯聚，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)企業(yè)、裝備生產(chǎn)制造企業(yè)、信息技術(shù)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等在云端集聚，構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系和數(shù)據(jù)科學(xué)、工業(yè)科學(xué)、ICT科學(xué)等多學(xué)科融合體系。

3.2 應(yīng)用場景

3.2.1 煤礦智能化開采賦能

煤礦智能化開采是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最主要組成部分，也是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要目標(biāo)。依托煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，加快煤炭生產(chǎn)設(shè)備的智能化改造，推進(jìn)井下適應(yīng)多種采煤環(huán)境的智能化采煤機(jī)械的開發(fā)研制，推廣煤礦智能機(jī)器人等小型化輕量化裝備的示范應(yīng)用和綜采成套裝置、協(xié)同控制系統(tǒng)升級改造。

3.2.2 井下精準(zhǔn)感知賦能

在現(xiàn)有煤礦安全生產(chǎn)“人-機(jī)-環(huán)”感知系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用低功耗、高靈敏度、寬量程、易維護(hù)傳感器技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)、5G、WiFi6、IPv6等新一代信息通信技術(shù)，實現(xiàn)井下生產(chǎn)者之間、井下生產(chǎn)設(shè)備與設(shè)備之間、井下設(shè)備與操作人員之間、井下設(shè)備與井上管理人員間的互聯(lián)互通和精準(zhǔn)感知，開創(chuàng)低成本、廣覆蓋、低時延的井下信息感知通信新模式。

3.2.3 故障預(yù)測診斷賦能

設(shè)備預(yù)測性維護(hù)是工業(yè)IoT的典型場景，主要面向高價值、高數(shù)據(jù)量、高故障損失、部署位置分布廣泛的工業(yè)設(shè)備。依托企業(yè)使能平臺提供的通用故障預(yù)測模型和云端機(jī)器學(xué)習(xí)成果，對分析出來的異常數(shù)據(jù)再次進(jìn)行分析，得出設(shè)備故障原因與嚴(yán)重程度，為應(yīng)急控制與維修管理提供準(zhǔn)確依據(jù)，節(jié)約維修費用，有效提高設(shè)備可靠性，避免重大事故發(fā)生。

3.2.4 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用賦能

推廣煤礦工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)的重要抓手，是煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)得以實現(xiàn)的重要途徑。煤礦工業(yè)機(jī)器人是徹底解放目前煤礦工人危險場所工作的終極利器，讓煤礦實現(xiàn)智能開采的主要手段。圍繞煤礦企業(yè)采、掘、機(jī)、運、通等核心業(yè)務(wù)，利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)提升和改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)，借助于自主定位、自動感知、自適運行的功能，推動煤礦工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用，逐步實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和生產(chǎn)現(xiàn)場的無人化，達(dá)到“有人巡視、無人值守”的常態(tài)化生產(chǎn)狀態(tài)，通過“機(jī)器換人”實現(xiàn)煤炭工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展與煤礦作業(yè)的“少人則安”和“無人則安”。

3.2.5 風(fēng)險預(yù)測預(yù)警賦能

依托煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺，形成多因素風(fēng)險分析能力，指導(dǎo)煤礦企業(yè)進(jìn)行重點防控。通過實時采集采掘工作面地質(zhì)條件、礦井水文、沖擊地壓、自然發(fā)火、瓦斯、設(shè)備等風(fēng)險信息，基于安全科學(xué)理論和引發(fā)煤礦安全風(fēng)險的主要因素，通過工業(yè)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對影響煤礦安全的風(fēng)險因素進(jìn)行歸類整理、分析建模，構(gòu)建煤礦安全風(fēng)險指標(biāo)體系，實現(xiàn)智能監(jiān)測預(yù)警。

3.2.6 煤礦應(yīng)急救援賦能

煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可融合企業(yè)應(yīng)急資源信息，建立應(yīng)急預(yù)案數(shù)字化模型，融合反災(zāi)害科學(xué)、安全生產(chǎn)、組織管理、救援技術(shù)等知識，提升應(yīng)急領(lǐng)域認(rèn)識和控制能力，面對各種復(fù)雜的非程序化問題時，能提取環(huán)境特征進(jìn)行分析推理，提供決策支持。

3.2.7 遠(yuǎn)程監(jiān)管監(jiān)察賦能

通過建設(shè)煤礦安全生產(chǎn)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，打通從企業(yè)向上至煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門的數(shù)據(jù)采集、傳輸、共享渠道，實現(xiàn)與基層煤礦安全管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、動態(tài)數(shù)據(jù)多級分析和風(fēng)險評估，為日常監(jiān)管監(jiān)察、遠(yuǎn)程巡察、執(zhí)法檢查和應(yīng)急救援等工作提供數(shù)據(jù)和技術(shù)手段，為精準(zhǔn)監(jiān)管監(jiān)察提供有力支撐，有效提高煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察效能。