寺河煤礦風(fēng)井場(chǎng)地生產(chǎn)系統(tǒng)智能化改造實(shí)踐

田 敏

(晉能控股裝備制造集團(tuán)有限公司寺河煤礦，山西省晉城市，048200)

0 引言

隨著“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略的不斷實(shí)施和煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的不斷推進(jìn)，發(fā)展智慧煤礦已成為煤炭工業(yè)發(fā)展的必由之路，是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。加快推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，是深入貫徹習(xí)近平總書(shū)記能源安全新戰(zhàn)略和視察山西重要講話重要指示精神的重要舉措，是實(shí)現(xiàn)煤礦減員增效、提高煤礦本質(zhì)安全的有效手段[1-2]。

煤礦智能化是將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開(kāi)發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)拓、采掘(剝)、運(yùn)輸、通風(fēng)、選煤、安全保障、經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程的智能化運(yùn)行，對(duì)提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義[3]。

根據(jù)生產(chǎn)需要，煤礦建設(shè)有多種生產(chǎn)系統(tǒng)，為了服務(wù)井下生產(chǎn)需要，一般布置有通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、空壓機(jī)房、空壓機(jī)余熱交換站、燃?xì)忮仩t房、深井水處理站、水源井、污水處理廠等生產(chǎn)系統(tǒng)。各系統(tǒng)既是礦井生產(chǎn)的重要組成部分，也是礦井安全的根本保障。由于各風(fēng)井場(chǎng)地地理位置分散、交通不便、距離煤礦主辦公區(qū)距離較遠(yuǎn)，依靠傳統(tǒng)人工就地控制和巡檢方式存在人員配備多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題。因此，各風(fēng)井場(chǎng)地生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化改造既是煤礦智能化建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是礦井全面提升智能化水平并實(shí)現(xiàn)減員增效和本質(zhì)安全的關(guān)鍵舉措。

考慮到寺河煤礦三水溝風(fēng)井場(chǎng)地的生產(chǎn)系統(tǒng)齊全、生產(chǎn)設(shè)備具有普遍性和典型性，建成的風(fēng)井場(chǎng)地智能化系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可復(fù)制性，因此，決定以三水溝風(fēng)井場(chǎng)地為試點(diǎn)，啟動(dòng)風(fēng)井場(chǎng)地生產(chǎn)系統(tǒng)智能化改造工作。

1 三水溝風(fēng)井場(chǎng)地概況

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地位于寺河煤礦西北5 km處，包含有深井水處理站、水源井、空壓機(jī)房、空壓機(jī)余熱交換站、燃?xì)忮仩t房、生活污水處理廠、主通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)共8個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，由于各系統(tǒng)地點(diǎn)分布分散，各系統(tǒng)均配有值班室，每班至少安排1人負(fù)責(zé)系統(tǒng)值守與巡檢。

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地目前部分系統(tǒng)由值守人員本地控制，設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和安全生產(chǎn)會(huì)受到工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)、熟練程度、責(zé)任心、工作狀態(tài)等因素的制約和影響。由于各泵房、水源井及蓄水池地點(diǎn)分散，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)需要靠電話聯(lián)系，存在因現(xiàn)場(chǎng)溝通不及時(shí)、不準(zhǔn)確而引發(fā)事故的風(fēng)險(xiǎn)。此外，采用值班日志、巡檢記錄等紙質(zhì)方式來(lái)記錄系統(tǒng)運(yùn)行情況，不利于對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和利用，極大制約了數(shù)據(jù)利用、性能優(yōu)化和故障預(yù)測(cè)等工作。

因此，采用人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制等智能技術(shù)，全面改造三水溝風(fēng)井場(chǎng)地各生產(chǎn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制和智能運(yùn)行。

2 智能化改造內(nèi)容及效果

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化改造主要是建設(shè)風(fēng)井場(chǎng)地集控中心，對(duì)風(fēng)井場(chǎng)地所有運(yùn)行的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、集中控制和視頻監(jiān)控等功能。解決風(fēng)井場(chǎng)地各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行管理效率低、所需人員多等問(wèn)題。鑒于我國(guó)煤礦智能化發(fā)展還處于初級(jí)階段，參考一些學(xué)者從智慧礦山定義、框架、關(guān)鍵技術(shù)、信息化標(biāo)準(zhǔn)等方面的研究成果[4-8]，對(duì)三水溝風(fēng)井場(chǎng)地所有運(yùn)行的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化改造，實(shí)現(xiàn)礦井減員提效、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)在線維護(hù)等功能。

2.1 智能化集控平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家和山西省煤礦智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)指南，結(jié)合三水溝風(fēng)井場(chǎng)地自身特點(diǎn)，構(gòu)建三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化集控中心和集控平臺(tái)，接入智能化改造后的自動(dòng)控制子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集并圖形化展示各系統(tǒng)的液位、電流、電壓、流量、壓力、溫度、啟停狀態(tài)、視頻等運(yùn)行信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各系統(tǒng)運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視。通過(guò)與各系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)各系統(tǒng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)視、集中控制、智能運(yùn)行、異常報(bào)警、視頻聯(lián)動(dòng)等功能。三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化集控系統(tǒng)的主要功能有遠(yuǎn)程監(jiān)視、集中控制、智能運(yùn)行、異常報(bào)警、視頻聯(lián)動(dòng)、趨勢(shì)分析、運(yùn)行報(bào)表等。三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化集控平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化集控平臺(tái)架構(gòu)

(1)遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。通過(guò)智能化集控平臺(tái)，將各子系統(tǒng)的液位、壓力、流量、電流、電壓、開(kāi)關(guān)量等數(shù)據(jù)與創(chuàng)建的圖形相關(guān)聯(lián)，使操作人員可以直觀通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，如各個(gè)電機(jī)的啟停狀態(tài)和電壓、電流的實(shí)時(shí)值，各條管道的瞬時(shí)流量和壓力實(shí)時(shí)值。三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化集控平臺(tái)界面如圖2所示。

圖2 三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化平臺(tái)界面

(2)集中控制功能。通過(guò)智能化集控平臺(tái)，對(duì)各子系統(tǒng)的主要設(shè)備設(shè)立遠(yuǎn)程集控畫(huà)面，操作人員通過(guò)鼠標(biāo)操作監(jiān)控畫(huà)面上的控制按鈕，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。例如，通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面啟動(dòng)深井水監(jiān)控系統(tǒng)的提升泵、反滲透裝置、濃水泵、消防泵、日用泵、反滲透裝置以及電動(dòng)閥門等設(shè)備。

(3)智能運(yùn)行。通過(guò)智能化集控平臺(tái)以及各系統(tǒng)改造后的PLC，實(shí)現(xiàn)部分系統(tǒng)的智能化自動(dòng)運(yùn)行控制。例如：深井水處理系統(tǒng)中清水池的水位到達(dá)下限，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)水源井監(jiān)控系統(tǒng)中某個(gè)水源井水泵為深井水處理系統(tǒng)供水，以保證廠區(qū)的正常用水。

(4)異常報(bào)警功能。通過(guò)智能化集控平臺(tái)，可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有異常時(shí)，監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)顯示異常報(bào)警，并根據(jù)報(bào)警指示操作人員進(jìn)行相應(yīng)操作。

(5)視頻聯(lián)動(dòng)功能。通過(guò)智能化集控平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)要求高的報(bào)警點(diǎn)設(shè)置視頻聯(lián)動(dòng)功能，當(dāng)該報(bào)警信息產(chǎn)生時(shí)，會(huì)自動(dòng)彈出相對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)控畫(huà)面，便于操作員及時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)情況。

(6)報(bào)表功能。通過(guò)智能化集控平臺(tái)，可以開(kāi)發(fā)各類運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表，提供表格展示、圖表展示、報(bào)表打印輸出等功能。

(7)趨勢(shì)分析。通過(guò)智能化集控平臺(tái)，可以分析模擬量的運(yùn)行變化，形成各種趨勢(shì)分析。

2.2 深井水處理系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地深井水處理站有高山水池、清水池、調(diào)節(jié)池、曝氣池、沉淀池、加藥裝置、加壓泵、消防泵、日用泵、積水排水泵、反滲透裝置、多介質(zhì)過(guò)濾器、低壓配電柜。改造前，深井水處理站沒(méi)有自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員只能到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)才能查看運(yùn)行情況并進(jìn)行設(shè)備的啟停操作。

根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，為深井水處理站配置PLC控制柜，將各管道更換電動(dòng)閥門，安裝流量計(jì)、壓力傳感器、液位傳感器、電流變送器等傳感器實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化改造。構(gòu)建深井水處理監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將改造后的深井水處理監(jiān)控系統(tǒng)接入三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能集控平臺(tái)。

根據(jù)深井水處理站的設(shè)備配置、生產(chǎn)工藝等要求，開(kāi)發(fā)深井水處理PLC控制系統(tǒng)和智能化集控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集水池液位、電機(jī)的電流和電壓、水管的流量和壓力等信號(hào)并上傳至智能化集控平臺(tái)。通過(guò)智能化集控平臺(tái)與深井水處理PLC控制系統(tǒng)的互聯(lián)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)深井水處理生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程集中控制、智能運(yùn)行控制、故障預(yù)警、視頻聯(lián)動(dòng)。深井水處理站智能化主監(jiān)控界面如圖3所示。

圖3 深井水處理站智能化主監(jiān)控界面

2.3 水源井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地有3口水源井，每口井均配有深水泵。改造前，所有操作均需人工到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，未能實(shí)現(xiàn)電壓、電流、流量、壓力等運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，為水源井配置1套PLC控制柜，在每口井的出水管上安裝壓力傳感器，在電氣柜中安裝電流變送器、出水管上安裝電磁流量計(jì)。構(gòu)建水源井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將改造后的水源井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接入三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能集控平臺(tái)。

開(kāi)發(fā)水源井PLC控制系統(tǒng)和智能化集控系統(tǒng)，將深井泵的電力參數(shù)、管道壓力、流量等運(yùn)行參數(shù)上傳到智能化集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在集控中心對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視、對(duì)水泵的遠(yuǎn)程啟停、智能運(yùn)行控制、故障預(yù)警、視頻監(jiān)控等功能。水源井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化主監(jiān)控界面如圖4所示。

圖4 水源井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化主監(jiān)控界面

2.4 空壓機(jī)控制系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地空壓機(jī)房有4臺(tái)空壓機(jī)，改造前沒(méi)有實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控、一鍵啟停、單控、聯(lián)控等功能。根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，在壓風(fēng)機(jī)房配置1臺(tái)PLC控制柜，在每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)管道上安裝壓力變送器和溫度變送器，在出風(fēng)總管道上安裝壓力變送器，在4個(gè)儲(chǔ)氣罐上安裝壓力變送器和溫度變送器。通過(guò)空壓機(jī)的485通訊接口，采用Modbus協(xié)議將空壓機(jī)控制面板接入PLC控制柜。構(gòu)建空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將空壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)、6 kV供電系統(tǒng)接入智能化集控平臺(tái)。

開(kāi)發(fā)空壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)以及智能化集控平臺(tái)的相應(yīng)控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電壓、電流、管道壓力、流量、溫度等運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)上傳和遠(yuǎn)程監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程一鍵啟停、單控、聯(lián)控，其中聯(lián)控包括根據(jù)時(shí)間交替運(yùn)行，并根據(jù)總管壓力自動(dòng)啟停?？諌簷C(jī)智能化控制系統(tǒng)主監(jiān)控界面如圖5所示。

圖5 空壓機(jī)智能化控制系統(tǒng)主監(jiān)控界面

2.5 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地空壓機(jī)配套建設(shè)有余熱回收系統(tǒng)。改造前，余熱回收系統(tǒng)有1套PLC控制柜，通過(guò)控制柜的觸摸屏可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控，但未能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。

根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，改造空壓機(jī)余熱回收的PLC控制系統(tǒng)并接入智能化集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視、集中控制、故障預(yù)警和視頻監(jiān)控。遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的主要功能包括：補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)定壓自動(dòng)補(bǔ)水功能，循環(huán)泵和補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟?？刂?，實(shí)現(xiàn)溫度與啟停泵的聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)洗浴回水閥門和水箱進(jìn)水閥門的遠(yuǎn)程控制。空壓機(jī)余熱回收智能化系統(tǒng)主監(jiān)控界面如圖6所示。

圖6 空壓機(jī)余熱回收智能化系統(tǒng)主監(jiān)控界面

2.6 燃?xì)忮仩t房控制系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地燃?xì)忮仩t房現(xiàn)有2臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t、3臺(tái)燃?xì)鉄犸L(fēng)爐，負(fù)責(zé)三水溝風(fēng)井場(chǎng)地區(qū)域和井口的冬季供暖，目前鍋爐配有1套PLC控制系統(tǒng)，安排崗位人員值班負(fù)責(zé)鍋爐和熱風(fēng)爐的運(yùn)行監(jiān)控。

根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，在鍋爐房安裝甲烷傳感器、CO傳感器，熱風(fēng)爐出口安裝壓力變送器、溫度變送器，在配電柜上安裝電流變送器。改造現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)并接入智能化集控平臺(tái)，使值班人員在集控中心可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視并集中控制燃?xì)忮仩t和熱風(fēng)爐的運(yùn)行情況。鍋爐智能化控制系統(tǒng)主監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 鍋爐智能化控制系統(tǒng)主監(jiān)控界面

2.7 污水處理控制系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地污水廠現(xiàn)有1套PLC控制系統(tǒng)，在污水廠排有值班人員，在值班室可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)備控制。需要將現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)接入新建的智能化集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在集控中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)過(guò)程。

根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，改造現(xiàn)有PLC系統(tǒng)并與智能化集控平臺(tái)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)曝氣水泵及提升泵的遠(yuǎn)程啟?？刂?，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)池、中間水池、 污泥池、清水池、回用水池的水位監(jiān)測(cè)。污水處理智能化系統(tǒng)主監(jiān)控界面如圖8所示。

圖8 污水處理智能化系統(tǒng)主監(jiān)控界面

2.8 通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地通風(fēng)機(jī)房現(xiàn)有1套基于組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在通風(fēng)機(jī)房值班室可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)備控制。需要將現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接入新建的智能化集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在集控中心的集中監(jiān)測(cè)。

根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，在通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)啟用OPC Server，發(fā)布所有測(cè)控點(diǎn)?；贠PC協(xié)議實(shí)現(xiàn)智能化集控平臺(tái)與通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)縫集成，一方面在智能化集控平臺(tái)中直觀展示通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)視要求，另一方面在智能化集控平臺(tái)提供通風(fēng)機(jī)控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制功能。

2.9 提升機(jī)控制系統(tǒng)改造

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地提升機(jī)房現(xiàn)有1套基于WinCC軟件開(kāi)發(fā)的提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在提升機(jī)房監(jiān)控室可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)備控制。需要將現(xiàn)有提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接入新建的智能化集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在集控中心的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)。

根據(jù)智能化集控平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)，在提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)啟用OPC Server，發(fā)布所有測(cè)控點(diǎn)。基于OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)智能化集控平臺(tái)與提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)縫集成，一方面在智能化集控平臺(tái)中直觀展示提升機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)視要求；同時(shí)，在智能化集控平臺(tái)提供提升機(jī)控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的遠(yuǎn)程控制功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

(1)采用先進(jìn)的OPC UA(OLE for Process Control Unified Architecture)統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建了安全、可靠、跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)服務(wù)總線(Enterprise Service Bus，ESB) ，作為各系統(tǒng)的溝通橋梁和集成調(diào)度中樞，在ESB的統(tǒng)一調(diào)度管理下，本系統(tǒng)與外部系統(tǒng)、本系統(tǒng)與外部設(shè)備、本系統(tǒng)內(nèi)部各組件之間都可以通過(guò)OPC UA標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，極大方便了外部系統(tǒng)和智能設(shè)備的靈活接入，大幅度降低了系統(tǒng)集成的難度和成本，全面滿足礦井智能化建設(shè)對(duì)系統(tǒng)提出的無(wú)縫集成、數(shù)據(jù)交換和聯(lián)動(dòng)控制等要求。

(2)采用分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，支持在線完成數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展和數(shù)據(jù)遷移，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存和高效訪問(wèn)提供了技術(shù)保障，為故障預(yù)測(cè)、運(yùn)行優(yōu)化等深化應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)保證。

(3)采用分屏顯示技術(shù)，集控人員根據(jù)工作需要可以將同一個(gè)操作員站上的不同監(jiān)控畫(huà)面拖拽到不同顯示器上同步監(jiān)視，可以將某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的故障報(bào)警、趨勢(shì)分析、運(yùn)行日志等信息拖拽到另一顯示器上同步顯示，全面滿足了集控平臺(tái)同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的需要，以及對(duì)某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)的重點(diǎn)觀察和對(duì)比分析要求。

(4)采用報(bào)警與視頻聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)各種故障報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)立即推送報(bào)警信息并彈出故障點(diǎn)附件的視頻監(jiān)控畫(huà)面，為集控人員準(zhǔn)確診斷故障原因并科學(xué)調(diào)度、高效處置提供技術(shù)支撐。

(5)以流量平衡和負(fù)壓波法為理論基礎(chǔ)，采用信號(hào)處理技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析管道兩端的壓力和流量信號(hào)。當(dāng)管網(wǎng)出現(xiàn)泄露或斷水故障信息特征后，其壓力和流量信號(hào)隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變化，集控平臺(tái)實(shí)時(shí)分析并報(bào)警，以通知現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員迅速做出反應(yīng)，進(jìn)行故障恢復(fù)，保證供排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(6)采用單點(diǎn)控制、模式控制、程序控制、時(shí)間表控制、聯(lián)動(dòng)控制等技術(shù)，打通了各系統(tǒng)之間的協(xié)同壁壘,實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)之間信息互通和控制聯(lián)動(dòng)，減少手工操作、避免人為誤操作、提高操作的速度和準(zhǔn)確率。智能聯(lián)動(dòng)控制包括水位與啟停泵的聯(lián)動(dòng)控制、空壓機(jī)的定時(shí)啟停和恒壓運(yùn)行控制、補(bǔ)水泵的定壓自動(dòng)補(bǔ)水控制、瓦斯超限與排風(fēng)扇連鎖控制等。

4 智能化改造效益分析

通過(guò)對(duì)三水溝風(fēng)井場(chǎng)地各生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施智能化改造，構(gòu)建了風(fēng)井場(chǎng)地智能化集控平臺(tái)，取得的主要效果如下所述。

(1)實(shí)現(xiàn)減員提效。智能化改造前，三水溝風(fēng)井場(chǎng)地配有深井水處理站、鍋爐房、污水處理廠、通風(fēng)機(jī)房、提升機(jī)房共5個(gè)值班控制室，每班出勤10人；智能化改造后，每班僅在集控中心、提升機(jī)控制室安排4人值班，另安排2人進(jìn)行巡檢，整個(gè)風(fēng)井場(chǎng)地每班運(yùn)行人員由10人減少至6人，每班減少4人。

(2)對(duì)區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確掌控。三水溝風(fēng)井場(chǎng)地智能化集控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集各系統(tǒng)的液位、壓力、流量、電壓、電流、溫度、設(shè)備啟停等信號(hào)，再通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至智能化集控中心。通過(guò)智能化集控平臺(tái)圖形化直觀展示各系統(tǒng)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，可對(duì)各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確掌握，降低巡檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且能夠更加及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，增強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管控能力。

(3)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。智能化改造后，在智能化集控中心能夠遠(yuǎn)程控制各類設(shè)備設(shè)施，提高系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性，避免人員不斷進(jìn)入設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作的工作強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行和無(wú)人值守。根據(jù)生產(chǎn)工藝和控制要求，為部分系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了自動(dòng)啟?？刂坪吐?lián)動(dòng)控制程序，使得相關(guān)設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)工藝和運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)啟停，部分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)運(yùn)行控制，達(dá)到了減員增效和無(wú)人值守的要求。

(5)促進(jìn)煤礦智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立與完善。目前煤礦智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)較少[9-10]。國(guó)內(nèi)各煤礦認(rèn)識(shí)水平參差不齊，根據(jù)自身理解探索推進(jìn)智能化建設(shè)，研究和建設(shè)成果總結(jié)與復(fù)用有待進(jìn)一步提升[11]，而本次實(shí)踐所形成的研究成果，為建立并完善煤礦智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系提供了真實(shí)的數(shù)據(jù)支撐和良好的促進(jìn)作用。

(6)實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)場(chǎng)所的視頻監(jiān)控。構(gòu)建了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要生產(chǎn)場(chǎng)所的遠(yuǎn)程、集中視頻監(jiān)控，減輕了對(duì)巡檢工的依賴，在降低人工成本的同時(shí)大大增加了現(xiàn)場(chǎng)的指揮效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)場(chǎng)所少人化[12-13]。通過(guò)智能化集控平臺(tái)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的有機(jī)集成，當(dāng)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)自動(dòng)調(diào)用相關(guān)場(chǎng)所的視頻監(jiān)控信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警與監(jiān)控視頻聯(lián)動(dòng)。

(7)為礦井培養(yǎng)智能化建設(shè)復(fù)合型人才。目前，國(guó)內(nèi)大部分煤礦缺乏煤礦智能化專職技術(shù)人員，既懂煤礦業(yè)務(wù)又精通智能化技術(shù)的復(fù)合型人才嚴(yán)重不足[14]。通過(guò)本次智能化改造，鍛煉并培養(yǎng)了智能化建設(shè)復(fù)合型人才，為寺河煤礦全面建成智能煤礦提供了人才保證。

5 結(jié)語(yǔ)

三水溝風(fēng)井場(chǎng)地生產(chǎn)系統(tǒng)智能化改造的順利實(shí)施和智能化集控平臺(tái)的成功運(yùn)用，標(biāo)志著煤礦地面輔助系統(tǒng)智能化發(fā)展取得顯著成效，為寺河煤礦其他風(fēng)井場(chǎng)地的智能化改造提供了成熟的技術(shù)方案，為推動(dòng)礦井實(shí)現(xiàn)全面智能化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

煤礦智能化是涉及多學(xué)科、多專業(yè)、多領(lǐng)域高度融合的不斷更新迭代的復(fù)雜系統(tǒng)工程，當(dāng)前煤礦智能化建設(shè)處于初級(jí)階段[15]，煤礦行業(yè)智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在逐步完善，寺河煤礦本次風(fēng)井場(chǎng)地生產(chǎn)系統(tǒng)智能化改造中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和積累的成功經(jīng)驗(yàn)，必將為其他煤礦的地面輔助系統(tǒng)智能化改造提供有益借鑒。