智能管控平臺在煤礦的成功應(yīng)用

孫嘉龍

(潞安化工集團 能源事業(yè)部通風(fēng)部，山西 長治 046204)

山西某煤礦以采礦、洗選為主，核定生產(chǎn)能力為400萬t/a，附設(shè)1座300萬t/a的選煤廠。礦井井田開拓方式為斜井開拓，主采煤層為3號煤層，煤種具有低硫、低灰、低磷、高熱值的“三低一高”特性。隨著國家“十三五”規(guī)劃的逐步推進，煤礦領(lǐng)域開始逐步實施工業(yè)機器人替代人工生產(chǎn)。在這種形勢下，該煤礦結(jié)合自身智慧礦山智能管控平臺采集的大量數(shù)據(jù)，針對機電設(shè)備故障診斷、能耗分析、安全生產(chǎn)動態(tài)診斷等實際需求，利用大數(shù)據(jù)手段與地理信息位置服務(wù)對礦井安全生產(chǎn)進行了智能化提升改造。

1 智能管控平臺概述

智能管控平臺已實現(xiàn)了對山西煤礦的井下安全監(jiān)測系統(tǒng)、井下電力監(jiān)測系統(tǒng)、主井1號提升系統(tǒng)、主井2號提升系統(tǒng)、主通風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)等的綜合集成和系統(tǒng)融合，共接入各類系統(tǒng)23個。通過動態(tài)可配置的組態(tài)畫面，全面動態(tài)顯示礦井主要生產(chǎn)工藝、重點監(jiān)控環(huán)境參數(shù)、關(guān)鍵設(shè)備運行工況等數(shù)據(jù)[1]。

1.1 智能管控平臺目標(biāo)

智慧礦山智能管控平臺建設(shè)的初衷是在建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系與智能管控體系的基礎(chǔ)上，在不同層面上實現(xiàn)對人、機、環(huán)的各子系統(tǒng)的綜合集成、縱向貫通、橫向關(guān)聯(lián)、融合創(chuàng)新[2]。在智能網(wǎng)關(guān)的支持下，實現(xiàn)人、機、環(huán)的智能物聯(lián)，基于時空一張圖實現(xiàn)井下人員與設(shè)備的位置服務(wù)、數(shù)據(jù)共享、智能控制與應(yīng)急聯(lián)動，最終通過AI大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)礦井的危險源預(yù)警、大型設(shè)備故障診斷、智能化開采控制服務(wù)與安全隱患感知預(yù)警。

1.2 智能管控平臺整體架構(gòu)設(shè)計

該煤礦智慧礦山智能管控平臺主要由感知執(zhí)行層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、智慧礦山操作系統(tǒng)平臺層(MOS)和智能應(yīng)用APP層(AppStore)組成，如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)設(shè)計圖

感知執(zhí)行層主要包括各類控制系統(tǒng)、人員與設(shè)備精確定位系統(tǒng)、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及智能傳動設(shè)備等，其核心是數(shù)據(jù)的采集與獲取，平臺建立智能網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)各類子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范接入。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要包括工業(yè)控制環(huán)網(wǎng)、管理環(huán)網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)和4G、5G與WIFI的無線網(wǎng)絡(luò)，其核心是保障數(shù)據(jù)的高效、安全傳輸與有效控制[3-4]。

操作系統(tǒng)平臺(MOS)層通過MOS服務(wù)以接口的形式對內(nèi)對外提供標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，前端業(yè)務(wù)功能可通過配置實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)的展示、聯(lián)動、控制。MOS平臺能提供對底層硬件設(shè)備的適配和對上層應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯的軟件模塊支撐。其作為整合礦山底層硬件設(shè)備和上層業(yè)務(wù)邏輯的開放數(shù)據(jù)平臺，通過開放數(shù)據(jù)接口(Restful 接口、RPC 接口、SocketIO 接口等)使得礦山應(yīng)用(安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)急救援系統(tǒng)等)開發(fā)者快速簡便地獲得礦山系統(tǒng)中各個設(shè)備、人員、多種環(huán)境的實時運行監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)[5]。在RED-MOS的分層設(shè)計架構(gòu)中，分別集成了RED-DDS技術(shù)、RED-SDN技術(shù)、RED-GIS技術(shù)、資源虛擬化技術(shù)等先進技術(shù)。通過統(tǒng)一管理礦山信息化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、存儲、計算資源(包括運行環(huán)境管理，安全管理，系統(tǒng)及設(shè)備集成管理，數(shù)據(jù)庫資源，緩存資源，CPU及GPU資源等)，將煤礦中的設(shè)備、傳感器、數(shù)據(jù)、人員和其他資產(chǎn)連接起來，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的報表生成功能、預(yù)警顯示功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能以及各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)之間用戶數(shù)據(jù)訪問的權(quán)限管理。最終完成在一個平臺中對多個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的集成和融合。

智能應(yīng)用APP層主要基于平臺，結(jié)合業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)智慧安全、智慧生產(chǎn)、生產(chǎn)執(zhí)行、經(jīng)營管理、決策分析等應(yīng)用。

2 主要功能與優(yōu)勢

2.1 主要功能

1) 智能網(wǎng)關(guān)：各類子系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進行解析推送，用于數(shù)據(jù)規(guī)范管理，包括子系統(tǒng)、設(shè)備組、設(shè)備、屬性、單位、報警類型、接入配置等。通過數(shù)據(jù)接入，可使測點具備完整的信息及模型歸屬[6]。

2) MOS助手：用于二維底圖更新及三維巷道更新，此外MOS助手還具有協(xié)同設(shè)計、圖紙管理、符號庫、坐標(biāo)校正、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、圖形裁剪等多種實用功能。

3) 三維編輯器：用于三維場景模型編輯，可實現(xiàn)地表工業(yè)廣場、設(shè)備模型的導(dǎo)入、位置編輯、實時數(shù)據(jù)配置、文字標(biāo)注、巷道名稱顯示等功能，為3D提供三維仿真環(huán)境。

4) 拓撲編輯：用于自動化系統(tǒng)流程編輯及發(fā)布，包括設(shè)備圖片庫、組件庫、畫布和屬性設(shè)置界面，其中設(shè)備圖片庫可自定義分類擴展，組件庫中包括文字、膠帶、矩形、高壓開關(guān)、低壓開關(guān)、視頻、表格、提升、圖表、采煤機支架、采煤機搖臂、報表、掘進軌跡等組件并在繼續(xù)擴展中，目前這些組件已經(jīng)可以實現(xiàn)包括智能工作面、智能掘進面等復(fù)雜流程的界面。

5) 2D/3D GIS：基于GIS數(shù)據(jù)的展示包括各類檢測系統(tǒng)的點位、實時值、狀態(tài)、避災(zāi)路線、風(fēng)流路線、數(shù)據(jù)分析展示、圖形工具等內(nèi)容[7]。

6) 拓撲管理：基于拓撲流程的各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合展示、設(shè)備控制，包括設(shè)備監(jiān)測參數(shù)、周邊視頻、設(shè)備的一鍵啟停、設(shè)備間一鍵切換、設(shè)備屬性設(shè)置等內(nèi)容。

7) 數(shù)據(jù)應(yīng)用：用于各類子系統(tǒng)的實時、歷史、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的查詢、報表導(dǎo)出，對比分析趨勢圖的展示。

8) 報警故障：用于實時報警查看和聯(lián)動處置，歷史報警記錄的搜索查看。

9) 后臺管理：包括用戶權(quán)限管理、系統(tǒng)配置管理、業(yè)務(wù)信息、設(shè)備配置、空間信息、圖層配置。

2.2 平臺優(yōu)勢

該煤礦智能管控平臺基于RED-MOS操作系統(tǒng)平臺實現(xiàn)。該平臺通過集成的RED-SDN、RED-Cloud、RED-DDS以及RED-GIS等技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合分布式計算、大數(shù)據(jù)分析、資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理和未來網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，為礦山企業(yè)提供大量能夠幫助企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低企業(yè)運營成本的工業(yè)微服務(wù)(靈活的礦山服務(wù)APP)。主要優(yōu)勢如下：

1) 易于實現(xiàn)多級礦山系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、匯總處理，展示和智能分析等[8]。

2) 最小化應(yīng)用開發(fā)人員管理系統(tǒng)擴展性和硬件配置的時間和成本。

3) 可實現(xiàn)智慧礦山應(yīng)用程序的快速開發(fā)，實時響應(yīng)客戶需求。

4) 為礦山企業(yè)實現(xiàn)資產(chǎn)的多點維護，安全管理和統(tǒng)一調(diào)配。

5) 提供礦山生產(chǎn)安全大數(shù)據(jù)分析和挖掘功能，同時開放脫敏數(shù)據(jù)平臺給第三方科學(xué)家或者研究機構(gòu)，采用眾包模式，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析能力的最大化配置。

6) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與接口協(xié)議的規(guī)范化，降低煤礦企業(yè)升級改造成本，降低對供應(yīng)商的依賴性。

7) 可用作礦山企業(yè)和礦山應(yīng)用開發(fā)人員生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為智慧礦山系統(tǒng)提供支持。

8) 從根本上解決多系統(tǒng)跨網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)的融合問題，解決系統(tǒng)升級換代、維護成本高、風(fēng)險大等問題。

3 應(yīng)用效果

該煤礦智能管控平臺是基于RED-MOS操作系統(tǒng)針對礦山具體需求定制開發(fā)的智能工業(yè)應(yīng)用(APP)，主要包括智慧礦山操作系統(tǒng)平臺、智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧安監(jiān)系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)和智慧決策系統(tǒng)。通過對安全監(jiān)控、移動目標(biāo)、生產(chǎn)過程控制等子系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)了調(diào)度指揮應(yīng)用，獲得了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。基于視頻的AI分析技術(shù)也逐漸成熟，將其應(yīng)用于礦井安全隱患預(yù)警分析，不但可以減人提效，還將大大降低人、機、環(huán)的不安全因素，提升了礦山安全水平。