馬龍

(開灤（集團）有限責任公司，河北唐山，063000)

0 引言

隨著煤礦井下巷道的不斷延伸，礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的生產(chǎn)系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和通風系統(tǒng)都越來越復雜，開采成本也越來越高，對煤礦的規(guī)劃設計、安全管理和生產(chǎn)管理工作都提出了更高的要求。在物聯(lián)網(wǎng)技術基礎上，實現(xiàn)礦山“人、機、環(huán)”數(shù)據(jù)智能化精準采集、網(wǎng)絡化傳輸、規(guī)范化集成[1]；建立統(tǒng)一的集成控制平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程一體化智能控制、經(jīng)營全流程一體化協(xié)同管理；建設基于大數(shù)據(jù)中心的安全生產(chǎn)信息云服務系統(tǒng)；實現(xiàn)煤炭無人（少人）開采與災害防控一體化的智能化采礦；實現(xiàn)原煤運輸、供電、排水、通風、壓風等環(huán)節(jié)遠程智能控制、無人值守。最終將煤礦建設為安全、高效、智能、綠色的世界一流礦山。

就我國煤礦行業(yè)整體而言，為了適應智能化礦山建設的要求，通過對現(xiàn)有的礦井三維展示系統(tǒng)、應急調度指揮系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)等的功能進行整合和深度開發(fā)，形成基于仿真模式的智能礦山管控系統(tǒng)[2]。通過使用該系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)以下目標：(1)建立三維礦山模型，使用戶能夠全方位、多角度的觀察礦山整體結構。(2)分圖層顯示礦區(qū)的人員、設備、環(huán)境、管理等信息，及時更新和同步各種數(shù)據(jù)，為不同專業(yè)人員的數(shù)據(jù)應用提供數(shù)據(jù)支持。(3)實現(xiàn)對礦井提升、皮帶運輸、纜車運輸、泵房排水、工作面采煤等生產(chǎn)過程等的3D動畫仿真和遠程控制。(4)實現(xiàn)定位軌跡回放、避災路線模擬等效果，當?shù)V井發(fā)生火災、大面積停電等事故時，啟動應急預案執(zhí)行程序，輔助調度指揮人員進行指揮決策，提高事故處理效率，降低事故影響時間。(5)實現(xiàn)過程報警，對發(fā)生的報警進行聲光提示。(6)建立可擴展的數(shù)據(jù)服務中心，存儲實時數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和報表模板生成各種生產(chǎn)報表和管理報表，為不同用戶開展各項業(yè)務提供參考。

1 總體設計

基于仿真模式的智能礦山管控系統(tǒng)集生產(chǎn)調度指揮、報警聯(lián)動應急救援、礦井綜合自動化平臺和通信聯(lián)絡等系統(tǒng)于一體的綜合管控系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場安全生產(chǎn)環(huán)境、人員、設備狀態(tài)實時監(jiān)測，運用基于OpenGL的三維可視化技術、OPC接口技術等，對皮帶、泵房、采掘工作面等生產(chǎn)部位實現(xiàn)進行基于3D仿真畫面的交互控制，具備故障聲光報警，發(fā)生事故自動響應智能調度功能。生產(chǎn)管控人員可方便快捷的通過三維動態(tài)仿真（3D GIS）查看礦井內各種狀態(tài)，提高調度指揮科學性，提高事故處理效率，保證礦井安全生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)構成

系統(tǒng)采用C/S結構，由服務端、客戶端、三維GIS編輯平臺和數(shù)據(jù)庫四部分組成，其中，服務端、客戶端和數(shù)據(jù)庫用于項目運行階段，三維GIS編輯平臺用于項目設計階段。

圖1 智能礦山管控一體化系統(tǒng)服務端功能結構圖

圖2 智能礦山管控一體化系統(tǒng)客戶端功能結構圖

服務端子系統(tǒng)為客戶端實現(xiàn)各種功能提供服務，主要有實時數(shù)據(jù)采集、報警分析、事件分析、數(shù)據(jù)服務、歷史數(shù)據(jù)保存、主備狀態(tài)切換、用戶管理等模塊，系統(tǒng)功能結構圖如圖1所示。

客戶端子系統(tǒng)主要實現(xiàn)三維場景展示、聲光報警、實時監(jiān)控、應急預案執(zhí)行、報表輸出、報表輸出、信息查詢、用戶登錄等功能，系統(tǒng)功能結構圖如圖2所示。

三維GIS編輯平臺集三維場景建模、監(jiān)控數(shù)據(jù)管理、報表管理、應急預案管理等功能于一體，系統(tǒng)功能結構圖如圖3所示。

圖3 三維GIS編輯器功能結構圖

系統(tǒng)的物理結構如圖4所示，系統(tǒng)的服務器和客戶端與安全監(jiān)控系統(tǒng)Web服務器、定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、自動化系統(tǒng)的OPC服務器、電力監(jiān)控系統(tǒng)分站、網(wǎng)絡高清攝像頭等都在同一個工業(yè)環(huán)網(wǎng)內，使得服務端能夠與這些服務器和網(wǎng)絡設備利用相應的協(xié)議進行直接通訊，進而獲取需要的數(shù)據(jù)。

3 應用效果及前景

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

基于動態(tài)仿真模式的智能礦山管控一體化系統(tǒng)實現(xiàn)了集日常生產(chǎn)調度指揮和應急救援，礦井綜合自動化系統(tǒng)和智能通信系統(tǒng)聯(lián)動報警于一體的綜合管控一體化管理系統(tǒng)，作為智能礦山建設的重要組成部分[3]。通過使用該平臺，能夠取得以下顯著的效益：(1)系統(tǒng)建立的大數(shù)據(jù)服務中心，不僅可以為基于動態(tài)仿真模式的智能礦山管控一體化系統(tǒng)本身提供數(shù)據(jù)服務，也可以為煤礦企業(yè)內部的其他應用提供數(shù)據(jù)服務，提高企業(yè)信息化水平。(2)系統(tǒng)具有遠程控制功能，能夠綜合 運 用 OPC、Modbus TCP、WebAPI、Socket、OLEDB等數(shù)據(jù)訪問技術，對PLC、電力監(jiān)控分站等多種設備進行遠程監(jiān)控，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場自動化設備的遠程集中控制，減少現(xiàn)場操作人員，提高礦井安全生產(chǎn)水平。(3)在礦山日常安全培訓中，本系統(tǒng)以三維仿真可視化的方式對礦山的建筑、礦井和各種設施，對各種設備的運行狀態(tài)進行3D GIS展示；能夠模擬避災路線，對人員軌跡進行回放，模擬事故現(xiàn)場等，能夠提高參培人員的學習熱情，加深印象，提高安全培訓效果。(4)系統(tǒng)以多源異構大數(shù)據(jù)應用為基礎，融合運用安全監(jiān)測、人員定位、工業(yè)視頻、綜合自動化、供電自動化等多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，把各系統(tǒng)有機整合在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的深入挖掘、綜合分析、分級報警，形成應急預案處理系統(tǒng)。通過提前編制應急預案，在發(fā)生事故時，能夠指導作業(yè)人員按照相應的事故處理流程進行搶險救災工作。總之，本系統(tǒng)構建與應用對智能化礦山建設方面工作在實踐中進行了卓有成效的探索，取得了成功經(jīng)驗和示范引領作用，對今后的工作具有建設性指導意義。