邢呈呈

(中國煤炭科工集團 常州研究院有限公司， 江蘇 常州 213015)

0 引言

近些年，煤礦綜采工作面自動化控制技術(shù)有了一定的發(fā)展，其中德國MARCO、天地瑪珂等企業(yè)在工作面智能控制方面都取得了較大進步，在智能控制技術(shù)和成套裝備智能水平的帶動下，煤機裝備自動化、智能化方面的整體技術(shù)在進步，為建設(shè)大型現(xiàn)代化礦井提供了保障，有力地推動了我國煤炭工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級[1-3]。黃陵煤業(yè)集團開展的綜采工作面遠程自動化控制技術(shù)研究，已能實現(xiàn)較薄與中厚煤層智能化開采，實現(xiàn)了有人巡視無人作業(yè)、地面生產(chǎn)常態(tài)化的自動化安全高效生產(chǎn)綜采工作面。但由于綜采工作面生產(chǎn)過程對動作順序、精準性、敏捷性等要求相對較高，一方面現(xiàn)有針對生產(chǎn)過程監(jiān)控和管理又面臨著設(shè)備控制方式分散的問題，往往不能很好地實現(xiàn)設(shè)備間快速、準確的配合，不能充分發(fā)揮設(shè)備性能，造成生產(chǎn)效率不高[4-5];另一方面，現(xiàn)有的工作面綜合自動化系統(tǒng)是以過程化控制為核心，與生產(chǎn)過程脫節(jié)，沒有高效實時地實現(xiàn)信息集成和互通，無法為生產(chǎn)管理者提供決策依據(jù)和建議[6]?；诖耍疚睦眯畔⒓夹g(shù)手段，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”和智能化技術(shù)，提出了煤礦智能化綜采工作面管理平臺設(shè)計思路，旨在實現(xiàn)綜采工作面采煤信息共享化和移動實時高效化。

1 智能化綜采工作面管理平臺架構(gòu)設(shè)計

智能化綜采工作面管理平臺的設(shè)計主要為解決煤礦智能化管理平臺的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用3個主要需求[7]，平臺的設(shè)計主要遵循煤礦開采行業(yè)制定的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)范和標準，基于大數(shù)據(jù)信息模型，結(jié)合具體的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的分析處理需求，完成煤礦開采數(shù)據(jù)規(guī)范和數(shù)據(jù)標準設(shè)計，整合開采核心數(shù)據(jù)，構(gòu)建統(tǒng)一完整的大數(shù)據(jù)視圖，以此實現(xiàn)煤礦開采數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理和利用，為后期全生命周期的數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)資產(chǎn)流程管理和標準設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)?？傮w架構(gòu)設(shè)計分為數(shù)據(jù)源、智能化綜采管理平臺、云服務(wù)平臺以及移動應(yīng)用四個層次，總體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 智能化綜采工作面管理平臺總體架構(gòu)

如圖1的總體設(shè)計所示，智能化管理平臺將是一個開放的樞紐平臺和數(shù)據(jù)總線，可以為設(shè)計、開發(fā)和運行現(xiàn)有的和未來出現(xiàn)的各種開采應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范、數(shù)據(jù)存儲方式和訪問方式，以及統(tǒng)一的開采大數(shù)據(jù)計算分析功能和平臺支撐。通過智能化綜采管理平臺將礦井綜采信息整合到一起，礦井的信息化建設(shè)過渡到智慧應(yīng)用階段，可以實現(xiàn)更透徹的感知、全方位的聯(lián)通、高度智能化。

2 智能化綜采工作面管理平臺功能設(shè)計

智能化綜采工作面管理平臺需要具備4個主要功能,即:

1) 數(shù)據(jù)采集和存儲功能。智能化綜采平臺實現(xiàn)對信息化設(shè)備，通過自定義通訊實現(xiàn)對綜采自動化監(jiān)控系統(tǒng)、有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、本地存儲，并將數(shù)據(jù)過濾處理，多層加密后發(fā)布到云服務(wù)平臺。平臺需建立實時庫和工業(yè)庫本地存儲，以及云數(shù)據(jù)庫存儲功能，綜采數(shù)據(jù)通過智能化管理平臺處理、加工、過濾、整理，以統(tǒng)一的形式發(fā)送給云數(shù)據(jù)庫，云服務(wù)平臺對云數(shù)據(jù)庫進行主從分布式數(shù)據(jù)庫管理和負載平衡管理，使用分布式系統(tǒng)，可做到數(shù)據(jù)容災(zāi)保護，更為數(shù)據(jù)分析提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)。

2) 關(guān)鍵數(shù)據(jù)移動監(jiān)測功能。通過移動客戶端(手機、平板電腦、礦用移動終端)實現(xiàn)監(jiān)測綜合工況預(yù)覽、綜采工作面關(guān)鍵信息、一鍵啟動記錄、違規(guī)操作記錄、故障匯總、操作匯總和有害氣體監(jiān)測情況。在移動端即時反映自動化設(shè)備數(shù)據(jù)，通過動畫，圖表等形式對監(jiān)控數(shù)據(jù)展示，便于領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)管理人員、崗位職工進行實時監(jiān)控。

3) 平臺綜合管理功能。針對智能化綜采的生產(chǎn)工作進行管理，通過任務(wù)模板的制訂高效分配任務(wù)和任務(wù)推送機制，并通過班次模板快速反饋匯報工作內(nèi)容，實現(xiàn)技術(shù)管理人員、崗位職工及時反映工作情況，做到企業(yè)精細化管理。通過知識庫的分享，提高職工的綜合水平，從而更進一步地提高生產(chǎn)效率。平臺的系統(tǒng)管理宜通過移動端和Web端分權(quán)限進行管理操作，方便技術(shù)人員和管理人員集中高效地進行系統(tǒng)管理。

4) 數(shù)據(jù)分析功能。針對智能化綜采生產(chǎn)工作的設(shè)備運行工況，根據(jù)運行參數(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，實現(xiàn)在生產(chǎn)前預(yù)判設(shè)備狀態(tài)，生產(chǎn)中實時進行系統(tǒng)自診斷，檢查當(dāng)前各設(shè)備的控制狀態(tài)、傳感器、通訊狀態(tài)等是否正常，同時根據(jù)生產(chǎn)工藝對設(shè)備進行生命周期算法分析。通過研究工作面開采效能和安全指標評價體系，建立數(shù)據(jù)模型。開發(fā)智能開采高效連續(xù)推進決策系統(tǒng)和安全評估決策系統(tǒng)，最終構(gòu)建智能開采大數(shù)據(jù)采集分析處理平臺。

3 智能化綜采工作面管理平臺關(guān)鍵技術(shù)

智能化管理平臺基于工業(yè)化組態(tài)架構(gòu)，通過該平臺開發(fā)的綜采自動化、智慧礦山等信息項目的應(yīng)用，擔(dān)負著數(shù)據(jù)采集、通信、計算、存儲、顯示及監(jiān)控邏輯的定制、控制設(shè)備動作等重要任務(wù)，是系統(tǒng)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)云發(fā)布、云服務(wù)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換及存儲的中樞[8-9]。平臺設(shè)計和建設(shè)過程當(dāng)中，需重點解決以下3個關(guān)鍵技術(shù)。

1) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。實現(xiàn)從設(shè)備到生產(chǎn)、排查、應(yīng)急、預(yù)警、運維管理、運輸、用戶等生產(chǎn)全過程自動監(jiān)測與感知，對獲取的海量數(shù)據(jù)實時監(jiān)測并及時上傳，是實現(xiàn)智能化管理平臺的基礎(chǔ)。

2) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。包括關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)融合和集成技術(shù)、數(shù)據(jù)抽取技術(shù)、數(shù)據(jù)清洗和過濾技術(shù)，具體是指礦山數(shù)據(jù)ETL(Extract，Transfer和Load，即提取，轉(zhuǎn)換和裝載)、礦山數(shù)據(jù)統(tǒng)一公共模型等技術(shù)。系統(tǒng)內(nèi)置的ETL服務(wù)子系統(tǒng)與配置工具，支持從文件、DB、數(shù)據(jù)流中導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

3) 功能模塊化設(shè)計技術(shù)。針對現(xiàn)場多樣的需求變更，需要加強各種系統(tǒng)間的協(xié)作，必須能夠及時響應(yīng)功能需求的變更，在項目工程組態(tài)時，設(shè)計、實現(xiàn)組態(tài)圖形畫面、變量、設(shè)備和腳本等，是一項繁雜耗時的工作。所以通過提供豐富的模塊化功能，復(fù)用已有組態(tài)工程的內(nèi)容，將組態(tài)工程中經(jīng)常使用到的設(shè)備、變量、腳本、畫面等工程組態(tài)內(nèi)容，分別生成模板，生成模塊化組態(tài)單元，從而在構(gòu)建新項目時可以從模板快速生成設(shè)備、變量、腳本、圖形畫面等。在此過程中，用戶只需要按照向?qū)ё鲂┖唵闻渲煤妥兞?、字符串替換等工作，就可以快速創(chuàng)建工程組態(tài)，大大提高工作效率。

4 結(jié)論

通過從綜采工作面自動化控制技術(shù)發(fā)展的需求入手，分析了智能化開采的現(xiàn)狀，指出了現(xiàn)有綜采工作面設(shè)備間配合度較差，效率低的問題。分析認為，現(xiàn)有的工作面綜合自動化系統(tǒng)是以過程化控制為核心，與生產(chǎn)過程脫節(jié)，沒有高效實時地實現(xiàn)信息集成和互通，無法為提供決策依據(jù)的問題?；诖耍岢隽嗣旱V智能化綜采工作面管理平臺設(shè)計思路。

從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用3個主要需求入手，設(shè)計了智能化綜采工作面管理平臺架構(gòu)，提出了智能化綜采工作面管理平臺應(yīng)具備的4個主要功能。針對現(xiàn)有的系統(tǒng)的設(shè)計方案，提出了需要解決基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和功能模塊化設(shè)計3個關(guān)鍵技術(shù)。