原長(zhǎng)東， 徐志強(qiáng)

(1.山西晉煤集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006； 2.山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006)

隨著煤礦機(jī)械化程度、自動(dòng)化水平越來越高，集約化生產(chǎn)模式成為煤礦安全高效生產(chǎn)的主要方式。這種生產(chǎn)模式對(duì)機(jī)電設(shè)備的依賴程度高，設(shè)備的質(zhì)量、穩(wěn)定性、完好性、開機(jī)率對(duì)煤礦安全生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理起著決定性作用，主要通風(fēng)機(jī)、膠帶輸送機(jī)、主要排水泵、空氣壓縮機(jī)等大型固定機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理。因此，通過建設(shè)煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，規(guī)范煤礦重大設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，采集企業(yè)設(shè)備重要信息，利用可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、智能振動(dòng)分析等技術(shù)手段，綜合分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在線實(shí)時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別故障部位與原因，及時(shí)預(yù)警重大設(shè)備潛在隱患等，提高設(shè)備智能化維護(hù)管理水平，保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，在國(guó)家提倡的“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”大背景下具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 建設(shè)原則

(1)先進(jìn)性。煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、智能振動(dòng)分析等技術(shù)手段將設(shè)備靜態(tài)數(shù)據(jù)跟運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)智能關(guān)聯(lián)；保證就地和遠(yuǎn)程均能夠及時(shí)向用戶提供設(shè)備故障的早期預(yù)警或運(yùn)行狀態(tài)異常情況，采取有針對(duì)性的預(yù)防措施，防止發(fā)生重大事故，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行工作全程追蹤。

(2)可擴(kuò)展兼容性?，F(xiàn)有的重大設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及不同廠家，煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過不同的數(shù)據(jù)協(xié)議接口實(shí)現(xiàn)采集處理各類重大設(shè)備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。遵循標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和開放性原則，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)升級(jí)、擴(kuò)充、數(shù)據(jù)處理能力滿足煤礦企業(yè)發(fā)展的需要；避免重復(fù)性投資。

(3)合理性。在功能實(shí)現(xiàn)上以煤礦重大設(shè)備的綜合應(yīng)用為主線，同時(shí)考慮不同層次用戶的需求，實(shí)現(xiàn)了各用戶層功能對(duì)安全生產(chǎn)的需求的合理配置。

2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 整體組成架構(gòu)

煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)：基于煤礦主要通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)、主要排水系統(tǒng)、立井提升系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、綜采工作面系統(tǒng)、掘進(jìn)工作面系統(tǒng)為核心業(yè)務(wù)，并結(jié)合煤礦安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等信息，以數(shù)據(jù)集成、融合、共享為原則，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的角色權(quán)限查看相應(yīng)的重大設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)全礦安全生產(chǎn)的信息化管理、數(shù)據(jù)挖掘和決策支持。

煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成架構(gòu)如圖1所示。

圖1 煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成架構(gòu)

實(shí)現(xiàn)煤礦重大設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：將煤礦各重大設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過建設(shè)膠帶運(yùn)輸機(jī)、主排水系統(tǒng)、瓦斯抽放、供電、空氣壓縮機(jī)、主要通風(fēng)機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或集控系統(tǒng)進(jìn)行采集。

數(shù)據(jù)分析功能：利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息平臺(tái)對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)、主排水系統(tǒng)、瓦斯抽放、供電、空氣壓縮機(jī)、主要通風(fēng)機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到大數(shù)據(jù)中心，設(shè)計(jì)智能化的數(shù)據(jù)分析模塊，通過該模塊對(duì)采集匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，做出專家決策結(jié)論，為煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理提供決策性依據(jù)。

數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計(jì)：根據(jù)煤礦重大設(shè)備的數(shù)據(jù)接口現(xiàn)狀，結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)理念，設(shè)計(jì)開發(fā)具有智能化數(shù)據(jù)分析判斷的數(shù)據(jù)模塊。通過數(shù)據(jù)分析模塊智能化分析各煤礦重大設(shè)備的數(shù)據(jù)，做出可靠的實(shí)時(shí)決策結(jié)論，有利于煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理。

2.2 整體技術(shù)架構(gòu)

煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)部署架構(gòu)

煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)部署架構(gòu)如圖3所示。

圖3 煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)部署架構(gòu)

3 子系統(tǒng)對(duì)接方式

煤炭行業(yè)重大設(shè)備在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)當(dāng)前主要采用的數(shù)據(jù)接口協(xié)議有：OPC接口、TCP/IP接口、ODBC接口、CAN、WinCC、基于共享數(shù)據(jù)庫(kù)、485總線的采集、串口通訊的非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等。

由于各重大設(shè)備廠家軟件的數(shù)據(jù)協(xié)議不同，新建設(shè)的數(shù)據(jù)信息平臺(tái)應(yīng)該具備對(duì)不同數(shù)據(jù)通信協(xié)議支持，所以必須設(shè)計(jì)兼容性的數(shù)據(jù)接口，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集。

3.1 數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)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(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)范了應(yīng)用程序的屬性，用于控制系統(tǒng)軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的接口規(guī)范，是基于微軟的OLE(現(xiàn)在的Active X)、COM (部件對(duì)象模型)和DCOM (分布式部件對(duì)象模型)技術(shù)設(shè)計(jì)，采用客戶/服務(wù)器體系架構(gòu)。OPC包含一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，主要用于過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。OPC接口能存取本地或環(huán)網(wǎng)中異地OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，具有穩(wěn)定安全的兼容性。

3.1.2 TCP/IP接口

TCP/IP是Internet Protocol Suite互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的核心技術(shù)，能夠擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模并實(shí)現(xiàn)資源共享，為每種網(wǎng)絡(luò)提供通信機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)化抽象。TCP/IP具有四個(gè)協(xié)議層和四個(gè)體系結(jié)構(gòu)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈接機(jī)制，將數(shù)據(jù)的封裝、定址、傳輸、路由以及在目的地如何接收加以標(biāo)準(zhǔn)化。TCP/IP的應(yīng)用層協(xié)議既可以采用用戶編寫的應(yīng)用，還可以是TCP/IP產(chǎn)品自身的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，采用UDP或者TCP作為傳輸機(jī)制，借助Client/Server交互模式，實(shí)現(xiàn)各種通信協(xié)議。TCP/IP接口具有及時(shí)性、開放性和公平性。

3.1.3 ODBC接口

帶有數(shù)據(jù)庫(kù)支持的部分控制系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)，定期地把生成的數(shù)據(jù)放到共享數(shù)據(jù)庫(kù)中(如MS Access或SQL Server等)，數(shù)據(jù)集成平臺(tái)利用ODBC接口可以讀取有效數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能化分析判斷。ODBC接口讀取的數(shù)據(jù)具有一定的滯后性。

3.2 硬件接入方式

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的重大設(shè)備有上位機(jī)，但不存在數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。

3.3 平臺(tái)對(duì)接

主要通風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)、主排水子系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)子系統(tǒng)、供電子系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)、瓦斯抽放子系統(tǒng)、提升機(jī)子系統(tǒng)、掘進(jìn)工作面子系統(tǒng)、綜采工作面子系統(tǒng)九個(gè)子系統(tǒng)接入重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)后，根據(jù)《煤礦安全生產(chǎn)在線監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)備查系統(tǒng)通用技術(shù)要求和數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(安監(jiān)總廳規(guī)劃【2016】138號(hào))的數(shù)據(jù)規(guī)范要求，將數(shù)據(jù)對(duì)接到煤礦信息化綜合系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)。

4 結(jié)論

煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過管理設(shè)備詳細(xì)信息，采集監(jiān)測(cè)重大設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)流程及重大設(shè)備的集中顯示。根據(jù)不同角色、權(quán)限一鍵生成報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行工作全程追蹤，解決煤礦一線機(jī)電設(shè)備負(fù)責(zé)人、機(jī)電科長(zhǎng)、礦領(lǐng)導(dǎo)等角色對(duì)安全生產(chǎn)的需求，發(fā)現(xiàn)影響煤礦安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，保障生產(chǎn)安全；提高煤礦企業(yè)各級(jí)管理部門對(duì)重大設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)診斷分析、告警等管理；提高煤礦重大設(shè)備事故風(fēng)險(xiǎn)分析能力。

煤礦重大設(shè)備監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要對(duì)重大設(shè)備運(yùn)行工作全程追蹤，通過對(duì)主要通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、膠帶輸送機(jī)、排水泵、壓風(fēng)機(jī)、瓦斯抽放泵等大型機(jī)電設(shè)備關(guān)鍵易損傳動(dòng)部件的溫度、振動(dòng)以及電氣參數(shù)信號(hào)的綜合采集與實(shí)時(shí)診斷分析處理，智能地分析診斷出各重大設(shè)備存在的可能由于疲勞損傷、安裝不當(dāng)以及配合松動(dòng)等潛在故障，能夠正確有效地預(yù)警潛在故障由量的變化到質(zhì)的變化，智能地分析診斷出各重大設(shè)備出現(xiàn)的故障原因以及嚴(yán)重程度，為煤礦安全生產(chǎn)提供應(yīng)急決策和經(jīng)營(yíng)管理提供精準(zhǔn)維修依據(jù)，有效預(yù)防發(fā)生重大事故，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降本增效的革命性降成本目標(biāo)。