機電設備智能化管理系統關鍵技術分析

華亭煤業集團有限責任公司 趙 杏 高婭靜

截止至2019年末全國煤礦采煤機械化程度已達到78.5%，全國已建成200多個智能化采煤工作面；2020年全國煤礦采煤機械化程度達85%以上。機械化程度的提高對煤礦機電設備的智能化管理提出了更高要求。

1 智能化煤礦相關概念

1.1 定義及內涵

智能化煤礦主要是指結合現代化的眾多先進技術結合，包括互聯網、云計算、人工智能以及自動控制等智能化的技術裝備等，結合現代化煤礦工程當中的開發技術，形成深度融合的高效作業形式。在煤礦當中形成全面自主感知、高效互聯、自主學習、智能化的分析決策等先進保障。在煤礦中的智能化技術設備應用能夠實現對于各項技術信息的動態化檢測保障，協同作業環境構成精細化的可控智能應用系統。

在智能化煤礦中實施的開采作業、巷道挖掘、運輸等方面以更加智能化的技術實施管理，保障整體煤礦的作業安全基礎上實施有效的煤礦管理。并且針對于在煤礦中涉及到的通風、排水、供電等機電設備的使用等都能夠以智能化的技術保障形成高效的運行效果，促進煤礦高質量生產，促進煤礦生產的現代化進程，以先進技術保障促進各項設備以及作業環節呈現出自動化表現，擺脫了以往需要人工進行數據采集的現象[1]。

1.2 智能化煤礦的組成部分

在智能化煤礦當中，由于復雜的作業環境，需要更加安全的作業保障，因此結合現代化的眾多新進技術形成了良好的智能化管理效果，從而形成了智能化的煤礦形式。

基于基礎的智能化煤礦進行研究發現，在智能化生產系統以及智能化監控系統的集中應用下構成了智能化的煤礦，在生產過程當中結合智能遙感系統，對生產涉及到的地理環境信息以及供電、排水、運輸等實施智能化的信息采集并結合煤礦實際情況制定智能化的作業方案，保障生產速率的同時，形成安全生產效果。同時在礦井作業環境當中借助智能化的紅外線傳感器對井下危險源進行識別，并配備智能防火裝置以及智能監控裝置，及時對井下作業環境進行監控，保障有序實施采礦作業的基礎上遠程控制作業安全。

2 煤礦機電設備智能化管理關鍵技術

2.1 物聯網技術

物聯網技術主要是通過傳感器嵌入到煤礦中的各個生產裝備中，然后將各部分整合起來實現人與物的充分整合。然后通過計算機技術對工作人員、裝備設施進行實時管理和調控，從而有效提高礦內作業效率。通過物聯網技術的應用能夠使煤礦內生產信息實時完成交互傳輸，提高煤礦生產運行的穩定性。工人在進行作業時能夠及時得知其他工人的具體情況和設備運行情況，方便其合理安排作業順序。

物聯網系統具備綜合協同的功能，可將各子系統的生產信息和數據匯總之后，協調礦內生產工作，實時預測井下可能出現的危險按情況及時對作業人員發出撤離指令。物聯網設備和技術經過長時間的發展價格優勢比較明顯，可在保留原有設備的基礎上進行安裝，資金投入成本較低。物聯網技術是煤礦機電設備智能化管理的關鍵性技術之一，目前發展情況比較成熟，但在實際運用過程中仍需注意傳感器的安裝情況。物聯網體系的建立需要煤礦企業招募精通相關專業的人才，保證技術的實際應用效果[2]。

2.2 大數據及人工智能技術

煤礦開采過程有設備復雜、作業人員多、環境較為危險、作業空間范圍有限等特點，在煤礦開采作業過程中會產生大量的相關數據，給數據的分析處理工作帶來了難度。因此智能煤礦機電設備需要應用大數據手段對生產過程中產生的數據開展分析與處理，通過上述工作總結生產規律和經驗更好的指導后續開采工作。例如在采煤工作中的傾斜角度、開采速度等；以及在原煤運輸時的膠帶輸送機運輸速度、放煤給煤重量、液壓支架支護阻力等。都可通過大數據技術對其進行系統分析，找到最佳的工作方式，并將數據和結果傳輸給煤礦管理人員達到智能化開采的目的。

大數據技術具有多量、快速的優勢，能夠對煤礦生產過程中產生的龐大數據進行系統分析，相對傳統數據收集方式具有很大的提升。通過大數據分析之后可運用人工智能技術分析數據結果然后快速給出科學的處理改進方案，與人工決策方式相比，運用人工智能技術具有節省時間、結果科學等諸多優勢。

2.3 云計算云存儲技術

利用云計算技術能夠在煤礦生產過程中所產生的數據利用線上資源進行分析處理，并且不用投入資金用于計算設施建設和維護。在科學分析和處理數據的同時，還具有總體資金投入少、效率高等優勢。對于煤礦生產和機電設備運行過程中產生的大量數據能夠按照使用付費，減少了企業負擔。云計算技術能為煤礦機電設備中物聯網、大數據、人工智能等先進技術的應用提供更加強有力的保障。

云存儲技術是通過線上云端的方式對生產中的數據進行分類儲存，有利于煤礦生產數據保存的完整性[3]。需要調取某項數據時操作難度低、數據保存非常準確完整。云存儲技術能夠與大數據、云計算等技術協調運用，達到優秀的生產數據分析處理效果，從而實現煤礦機電系統生產的健康智能化管理。

云計算技術在煤礦機電設備健康智能化領域中應用的特點、優勢、劣勢分別為：超大規模。降低成本/安全威脅；通用性。更新快/知識產權；高擴展性。容量大/影響聲譽；準確性。性能增強/控制不足。

3 煤礦機電設備智能化管理系統

3.1 機電設備智能化管理系統的組成部分

在煤礦機電設備的智能化管理系統當中存在著多種部分組成，為了保障相關設備能夠處于智能化的應用效果，需要制定更為全面的智能化管理機制，才能夠有效保障各項機電設備的良好運行性能。結合實際來講，在一般情況下的煤礦機電設備當中主要是以采掘裝備、支護裝備以及運輸裝備等組成的，其中有關于液壓泵、液壓馬達、電機、減速箱以及傳感器等都歸納在全新的智能化管理系統管理范圍當中。對現階段的實際煤礦作業環境當中進行研究，智能化機電設備管理機制屬于初步引用階段，因此只能夠對其中的部分電機實施智能化管理。

具體來講，在煤礦機電設備的智能化管理系統當中實施管理的具體流程包括對于各項設備信息的采集，進而將眾多的設備資料以及運行數據等集中整合形成全面的管理檔案，最后結合完善的數據檔案等對機電設備實施管理以及維護。

在整體管理系統當中構建的大數據中心能夠儲存大量的動態監測數據，基于系統當中新增的傳感器能夠對設備實施實時動態監測，提取所有設備的特征，并智能診斷其運行狀態，預測設備運行故障等問題，并及時發出警示提醒相關人員實施有效的監管與維護。同時在該智能化管理系統當中存在著尤為重要的兩部分結構，基于本地檢測終端以及井上調度中心的構成，在現有感知系統以及新增傳感器的合力作用下，以可視化的監測效果對各個機電設備實施動態監測，通過本地終端監測的數據傳輸到井上調度中心后對各項設備存在的故障問題實施有效分析后，自動輸出設備故障評定，最終對設備形成智能化的管理維護建議。

煤礦機電設備智能化管理系統中數據中心及井上控制中心的作用分別為：采掘設備。數據采集/故障診斷；支護設備。提取特征/信息統籌；傳感設備。狀態監測/維修指導；運輸設備。智能診斷/總體評價。

3.2 煤礦機電設備智能化診斷系統

煤礦機電設備智能化診斷的基礎是信息采集和設備故障采集的完善，必須要求在關鍵點位的傳感器能夠正常發揮作用實時傳輸數據。之后通過建模的方式展開具體分析工作，準確識別系統運行故障。故障的診斷主要包括旋轉機械和控制系統兩個主要部分的診斷。

具體診斷方法需要分步驟進行，首先，要對傳感器進行布置并分析其性能、維修信息、使用壽命；第二，要分析故障特征，通過對傳感數據進行提取、分析故障機理、分析故障影響；第三，協同診斷，通過對關鍵部件的收集、分析故障產生緣由等展開分析等方式。診斷要有數據的支持和運用科學的分析技術，才能有效保障診斷系統的安全高效運行，對故障隱患問題的處理的處理準確科學。智能化診斷工作是對前期數據采集工作的匯總也是后續維修的基礎，智能化的診斷工作應由技術人員結合相關科學技術手段完成，積極發揮二者的工作優勢。

3.3 煤礦機電設備智能化維修系統

根據煤礦機電設備智能化診斷的具體結果，對設備的表征和狀況進行詳細的劃分，以便后續維修工作的進行。可依據具體的設備故障和維修方案數據，建立煤礦機電設備智能化維修系統，通過該系統細分故障類型并制定相應的維修方案。一旦發生機電設備故障能夠快速及時的開展維修工作，保障煤礦生產的安全。對固定的維修設備和區域，要規定具體工作人員定期完成相關檢修工作，對重點部位安排專人維護。對于設備調試工作，要出臺相應的技術規范指導規范，增強技術人員的操作規范性。建立專門的數據庫，錄入每次維修的原因、方法、維修效果等。建立數據庫能夠形成規范和準確的事故處理標準，為故障提供最佳處理方案。

在開展設備維修過程中，可尋求運用先進的科學技術手段為維修工作提供技術支持。例如利用大數據、人工智能手段，在故障發生后短時間內設計出優質的解決方案。

由于人工智能技術是通過算法分析的方式解決故障的，需要經過成千上萬次的計算才能夠得出結論，與傳統依靠技術人員經驗判斷的維修方式相比具有可靠性高誤差更小等優點。另外云計算技術能夠為煤礦機電設備健康智能化系統的建立提供算法支持，在維修之后可通過云計算創造虛擬模型的方式模擬預測設備運行狀態。通過引入新技術的方式能夠助力攻克維修工作難點和煤礦機電設備健康智能化管理系統的快速建立。

4 提升煤礦機電設備智能化管理系統的措施

要想提升煤礦機電設備智能化管理系統的重要一點就是提升專業職工的素質和能力，智能化管理系統對職工的專業性要求和素質要求更高，煤礦機電設備智能化管理系統的相關人才較少，所以要想提升智能化管理系統，最主要的就是做好人才培養。首先，可充分發揮網絡的優勢，開展多種方式結合的培訓模式，可在工作期間組織職工參加集中培訓，以講座等形式對職工的知識技能進行培訓，在下班后可利用網絡系統，通過建立智能化管理系統學習交流群或者推送公眾號等形式進行統一學習，借助網絡培訓還有助于資料的共享，職工之間還可更方便地互相交流。

在培訓期間，要鼓勵職工具有創新意識，定期召開專業人員的講座大會，或者專業職工培訓，在大會或培訓中如果有職工能夠提供出對智能化管理系統有創新作用的好點子，要進行大力的獎勵，并設置創新小組，將想法付諸行動，檢驗可行性。同時還要充分發揮高技術職工的帶頭作用，可根據實際情況設置一師帶一途，高技術的職工可幫助并帶領技術水平稍微薄弱但是潛力較大的職工進行學習和進步，在培訓學習期間，如果高技術的職工能夠充分發揮其作用，幫助到后進的職工，應當給予一定的獎勵，以激勵其繼續努力的熱情和積極性。在培訓期間還可適當舉辦比賽，在切磋中一起成長，讓職工能夠在比賽中發現自己的長處和不足，激發其斗志和繼續奮斗的動力。

綜上，本文基于我國目前煤礦機電設備發展狀況和現有科學及技術，為煤礦機電設備智能化管理系統的建設提供可行性設想。運用物聯網、大數據、人工智能、云計算等技術為其提供技術支持，通過設計運行系統、智能化診斷、智能化維修管理的方式實現機電設備安全管理的目標。