煤礦重大設備監控聯網系統技術方案研究

原長東， 徐志強

(1.山西晉煤集團晉圣億欣煤業有限公司， 山西 晉城 048006； 2.山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西 晉城 048006)

隨著煤礦機械化程度、自動化水平越來越高，集約化生產模式成為煤礦安全高效生產的主要方式。這種生產模式對機電設備的依賴程度高，設備的質量、穩定性、完好性、開機率對煤礦安全生產經營管理起著決定性作用，主要通風機、膠帶輸送機、主要排水泵、空氣壓縮機等大型固定機電設備運行狀態的好壞直接影響煤礦的安全生產和經營管理。因此，通過建設煤礦重大設備監控聯網系統，規范煤礦重大設備在線監測數據傳輸標準，采集企業設備重要信息，利用可擴展的數據融合、數據挖掘、智能振動分析等技術手段，綜合分析設備運行狀態，在線實時準確識別故障部位與原因，及時預警重大設備潛在隱患等，提高設備智能化維護管理水平，保障設備穩定運行，在國家提倡的“機械化換人、自動化減人”大背景下具有重要的現實意義。

1 建設原則

(1)先進性。煤礦重大設備監控聯網系統通過可擴展的數據融合、數據挖掘、智能振動分析等技術手段將設備靜態數據跟運行狀態數據智能關聯；保證就地和遠程均能夠及時向用戶提供設備故障的早期預警或運行狀態異常情況，采取有針對性的預防措施，防止發生重大事故，實現設備運行工作全程追蹤。

(2)可擴展兼容性。現有的重大設備在線監測系統涉及不同廠家，煤礦重大設備監控聯網系統通過不同的數據協議接口實現采集處理各類重大設備的監測監控數據。遵循標準化、規范化和開放性原則，實現系統平臺升級、擴充、數據處理能力滿足煤礦企業發展的需要；避免重復性投資。

(3)合理性。在功能實現上以煤礦重大設備的綜合應用為主線，同時考慮不同層次用戶的需求，實現了各用戶層功能對安全生產的需求的合理配置。

2 總體架構設計

2.1 整體組成架構

煤礦重大設備監控聯網系統：基于煤礦主要通風機系統、空氣壓縮機系統、主要排水系統、立井提升系統、瓦斯抽放系統、帶式輸送機系統、供電系統、綜采工作面系統、掘進工作面系統為核心業務，并結合煤礦安全、生產、經營等信息，以數據集成、融合、共享為原則，實現根據不同的角色權限查看相應的重大設備信息，實現全礦安全生產的信息化管理、數據挖掘和決策支持。

煤礦重大設備監控聯網系統組成架構如圖1所示。

圖1 煤礦重大設備監控聯網系統組成架構

實現煤礦重大設備實時數據采集：將煤礦各重大設備在運行過程中產生的實時數據通過建設膠帶運輸機、主排水系統、瓦斯抽放、供電、空氣壓縮機、主要通風機、采煤機、掘進機在線監測系統或集控系統進行采集。

數據分析功能：利用基礎數據信息平臺對膠帶運輸機、主排水系統、瓦斯抽放、供電、空氣壓縮機、主要通風機、采煤機、掘進機等各個子系統的數據進行采集，并將采集到的數據發送到大數據中心，設計智能化的數據分析模塊，通過該模塊對采集匯總的數據進行分析研究，做出專家決策結論，為煤礦安全生產和經營管理提供決策性依據。

數據分析模塊設計：根據煤礦重大設備的數據接口現狀，結合煤礦安全生產和經營理念，設計開發具有智能化數據分析判斷的數據模塊。通過數據分析模塊智能化分析各煤礦重大設備的數據，做出可靠的實時決策結論，有利于煤礦的安全生產和經營管理。

2.2 整體技術架構

煤礦重大設備監控聯網系統技術架構如圖2所示。

圖2 煤礦重大設備監控聯網系統技術架構

2.3 系統部署架構

煤礦重大設備監控聯網系統部署架構如圖3所示。

圖3 煤礦重大設備監控聯網系統部署架構

3 子系統對接方式

煤炭行業重大設備在線監測子系統當前主要采用的數據接口協議有：OPC接口、TCP/IP接口、ODBC接口、CAN、WinCC、基于共享數據庫、485總線的采集、串口通訊的非標準協議等。

由于各重大設備廠家軟件的數據協議不同，新建設的數據信息平臺應該具備對不同數據通信協議支持，所以必須設計兼容性的數據接口，以便實現對各個子系統的數據進行有效采集。

3.1 數據采集標準接口

3.1.1 OPC接口

OPC是OLE for Process Contro1用于過程控制的OLE是一個工業標準。它規范了應用程序的屬性，用于控制系統軟件之間進行數據通訊的接口規范，是基于微軟的OLE(現在的Active X)、COM (部件對象模型)和DCOM (分布式部件對象模型)技術設計，采用客戶/服務器體系架構。OPC包含一整套接口、屬性和方法的標準集，主要用于過程控制和制造業自動化系統。OPC接口能存取本地或環網中異地OPC服務器中的數據，具有穩定安全的兼容性。

3.1.2 TCP/IP接口

TCP/IP是Internet Protocol Suite互聯網通信協議的核心技術，能夠擴展網絡的規模并實現資源共享，為每種網絡提供通信機制的標準化抽象。TCP/IP具有四個協議層和四個體系結構模型，能夠實現點對點的鏈接機制，將數據的封裝、定址、傳輸、路由以及在目的地如何接收加以標準化。TCP/IP的應用層協議既可以采用用戶編寫的應用，還可以是TCP/IP產品自身的標準應用，采用UDP或者TCP作為傳輸機制，借助Client/Server交互模式，實現各種通信協議。TCP/IP接口具有及時性、開放性和公平性。

3.1.3 ODBC接口

帶有數據庫支持的部分控制系統的上位機系統，定期地把生成的數據放到共享數據庫中(如MS Access或SQL Server等)，數據集成平臺利用ODBC接口可以讀取有效數據，進行智能化分析判斷。ODBC接口讀取的數據具有一定的滯后性。

3.2 硬件接入方式

系統結構簡單的重大設備有上位機，但不存在數據接口的可以通過增加通訊模塊和硬件物理防火墻，利用物理上的網絡連接實現與網絡交換機的數據傳輸。

3.3 平臺對接

主要通風機子系統、主排水子系統、空氣壓縮機子系統、供電子系統、帶式輸送機子系統、瓦斯抽放子系統、提升機子系統、掘進工作面子系統、綜采工作面子系統九個子系統接入重大設備監控聯網系統平臺后，根據《煤礦安全生產在線監測聯網備查系統通用技術要求和數據采集標準(試行)》(安監總廳規劃【2016】138號)的數據規范要求，將數據對接到煤礦信息化綜合系統監控平臺。

4 結論

煤礦重大設備監控聯網系統通過管理設備詳細信息，采集監測重大設備的運行參數，實現礦井生產流程及重大設備的集中顯示。根據不同角色、權限一鍵生成報表，實現對設備運行工作全程追蹤，解決煤礦一線機電設備負責人、機電科長、礦領導等角色對安全生產的需求，發現影響煤礦安全生產和生產效率的關鍵因素，保障生產安全；提高煤礦企業各級管理部門對重大設備狀態的在線監測、實時診斷分析、告警等管理；提高煤礦重大設備事故風險分析能力。

煤礦重大設備監控聯網系統主要對重大設備運行工作全程追蹤，通過對主要通風機、提升機、膠帶輸送機、排水泵、壓風機、瓦斯抽放泵等大型機電設備關鍵易損傳動部件的溫度、振動以及電氣參數信號的綜合采集與實時診斷分析處理，智能地分析診斷出各重大設備存在的可能由于疲勞損傷、安裝不當以及配合松動等潛在故障，能夠正確有效地預警潛在故障由量的變化到質的變化，智能地分析診斷出各重大設備出現的故障原因以及嚴重程度，為煤礦安全生產提供應急決策和經營管理提供精準維修依據，有效預防發生重大事故，進而實現降本增效的革命性降成本目標。