王新華 王海君 許浩

（1.臨礦集團(tuán)郭屯煤礦，山東菏澤 274704； 2.華洋通信科技股份有限公司，江蘇徐州 221000）

0.引言

郭屯煤礦目前在建設(shè)的子系統(tǒng)有主副井提升系統(tǒng)、礦井水處理系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、凈水站系統(tǒng)、主通風(fēng)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、設(shè)備綜合管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，各個系統(tǒng)相對獨(dú)立自成一體，沒有在一個統(tǒng)一的平臺進(jìn)行管控，本項(xiàng)目以國際知名的IFIX組態(tài)軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)融合建設(shè)，并進(jìn)行智能分析和決策建設(shè)，很好地解決了煤礦。

1.項(xiàng)目實(shí)施

郭屯煤礦以iFIX組態(tài)軟件為統(tǒng)一平臺開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)，同步整合重構(gòu)多個系統(tǒng)，形成管控一體的綜合自動化系統(tǒng)，將該平臺包括主副井提升系統(tǒng)、礦井水處理系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、凈水站系統(tǒng)、主通風(fēng)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、設(shè)備綜合管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等多個層面，包括數(shù)據(jù)整合、軟件界面布局、功能完善升級、智能數(shù)據(jù)分析四個部分。

1.1 數(shù)據(jù)整合

主要包括：（1）數(shù)據(jù)分類：對各系統(tǒng)數(shù)據(jù)根據(jù)采集、監(jiān)測/控制、控制、分析、記錄（存儲）、輸出（上傳）進(jìn)行標(biāo)識分類和統(tǒng)計；優(yōu)化組態(tài)過程數(shù)據(jù)庫，包括標(biāo)簽名、中文注釋、數(shù)據(jù)上下限等；將上述數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的控制器設(shè)備相關(guān)信息根據(jù)實(shí)際情況和需求進(jìn)行增減、整理、匯總。（2）組態(tài)、功能等優(yōu)化：對整體風(fēng)格、組態(tài)控制、歷史查詢等界面、功能進(jìn)行優(yōu)化升級，完善數(shù)據(jù)展示及分類統(tǒng)計，建立綜合自動化專業(yè)控制平臺，提供數(shù)據(jù)的采集、存儲和輸出功能。

1.2 系統(tǒng)軟件界面布局

本部分主要是完善界面布局，重新設(shè)計整體頁面方案，優(yōu)化主導(dǎo)航頁面的系統(tǒng)排布方式，統(tǒng)一子系統(tǒng)的界面切換方式，使系統(tǒng)進(jìn)入的途徑和位置更合理；精簡子系統(tǒng)主界面，建立更多子窗口，將更多數(shù)據(jù)放置在子窗口；更換背景圖片，選擇時下更流行的風(fēng)格和顏色的背景；明確字體，根據(jù)大標(biāo)題、小標(biāo)題、數(shù)據(jù)名稱等分類方式統(tǒng)一整理字體；優(yōu)化鏈路結(jié)構(gòu)，使得包括界面切換在內(nèi)的各類轉(zhuǎn)換更合理，盡量減少用戶的操作難度；更換設(shè)備等的圖符，力求更簡潔形象的圖符使用；優(yōu)化登錄界面，根據(jù)甲方意見增加相應(yīng)的公司等說明；網(wǎng)頁類系統(tǒng)去除用戶輸入賬戶密碼登錄步驟。

1.3 功能完善升級

本部分內(nèi)容包括：對開停記錄查詢功能、報警記錄查詢功能及歷史數(shù)據(jù)查詢功能進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的完整性、正確性，讓數(shù)據(jù)查詢更快、更方便，顯示方式更直觀；根據(jù)各個系統(tǒng)情況增加相應(yīng)功能，為用戶定制實(shí)用易用的其他功能；各系統(tǒng)功能、測點(diǎn)滿足現(xiàn)場管理需要，功能完整、測點(diǎn)齊全，人機(jī)操作友好，不低于各子系統(tǒng)水平。

1.4 智能數(shù)據(jù)采集分析

隨著國家對煤礦智慧礦山的建設(shè)推進(jìn)，很多煤礦的綜合自動化平臺大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)也越來越具備了大數(shù)據(jù)的特征，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與煤礦安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)工作相結(jié)合，結(jié)合郭屯煤礦安全生產(chǎn)管理特點(diǎn)及安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析的實(shí)際需求，將線上數(shù)據(jù)和線下9個系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化采集、存儲、整合，利用大數(shù)據(jù)思維從不同角度和精度對安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度關(guān)聯(lián)分析以及可利用性分析，探索發(fā)現(xiàn)隱藏在大量繁雜數(shù)據(jù)中的模式和規(guī)律，構(gòu)建煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析方法的應(yīng)用模塊，設(shè)計出煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析與管理平臺的基本功能、框架及技術(shù)架構(gòu)，形成煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)挖掘分析方法體系，挖掘利用數(shù)據(jù)資源的價值，提升煤礦安全生產(chǎn)管理能力，為煤礦井下異構(gòu)信息化系統(tǒng)的共建共享工作提供技術(shù)手段和參考依據(jù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1數(shù)據(jù)設(shè)計架構(gòu)圖所示。

圖1 數(shù)據(jù)設(shè)計架構(gòu)圖

利用現(xiàn)有綜合自動化系統(tǒng)，獲取設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、產(chǎn)出等相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘分析結(jié)果，從定量分析的方法入手，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測分析。其中定量分析方法有：同類設(shè)備不同設(shè)備之間溫度對比分析；同類設(shè)備不同設(shè)備之間累積運(yùn)行時間對比分析；同一設(shè)備不同溫度傳感器溫度對比分析；在獲取9個子系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立設(shè)備故障診斷與分析決策模型，分析人員可以自己選擇異常檢測模型和調(diào)整模型參數(shù)，并對異常點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，輸入經(jīng)驗(yàn)知識構(gòu)建標(biāo)簽庫。依據(jù)歷史的設(shè)備異常標(biāo)簽庫，實(shí)時診斷設(shè)備的故障原因、故障類型、故障嚴(yán)重程度，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在故障，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的故障預(yù)警預(yù)判功能。

設(shè)備故障診斷分析利用時間統(tǒng)計算法、關(guān)聯(lián)分析等方法為維護(hù)人員提供豐富、專業(yè)的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測和設(shè)備管理、機(jī)電效能分析、評估預(yù)警等功能，相關(guān)人員通過相關(guān)的故障信息以及歷史的故障知識可以方便的掌握機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)。主要包含如下功能：機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時間及效能分析；機(jī)電設(shè)備故障統(tǒng)計分析，全方位支持故障分析決策；機(jī)電設(shè)備溫度異常診斷。

主要大型設(shè)備的數(shù)據(jù)可統(tǒng)一集中在可視化儀表盤中實(shí)時顯示，以實(shí)現(xiàn)對各系統(tǒng)安全生產(chǎn)工況的實(shí)時監(jiān)測與掌握，并根據(jù)預(yù)設(shè)的監(jiān)控指標(biāo)閾值，在可視化應(yīng)用門戶中進(jìn)行實(shí)時告警。

趨勢分析是對存儲在數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，采用趨勢曲線的方式進(jìn)行分析，趨勢分析的作用主要是觀察相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)在一定時間段內(nèi)，某一或多個數(shù)據(jù)的變化情況。趨勢分析可方便的設(shè)定需要分析的時間段，支持多條曲線的同畫面顯示，以方便對有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析[1]。不同曲線應(yīng)用不同的顏色加以區(qū)分。設(shè)備異常數(shù)據(jù)檢測利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法、時間統(tǒng)計等方法為維護(hù)人員提供豐富、專業(yè)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等功能，相關(guān)人員可以方便的掌握設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。

同時每臺設(shè)備的健康狀況受各種運(yùn)行參數(shù)影響，如通風(fēng)機(jī)的振動、風(fēng)量、壓差、負(fù)壓等監(jiān)測值能反應(yīng)通風(fēng)機(jī)的健康狀況。健康狀態(tài)分析模型用于描述設(shè)備及其各部件的運(yùn)行情況（包括健康、警告、注意等狀態(tài)）。設(shè)備健康狀況分析模型能夠根據(jù)傳感器的工作數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備具體部件的健康狀況。結(jié)合用戶給定的各部件工作權(quán)重，通過綜合分析，可以獲得設(shè)備整體的健康情況。結(jié)合預(yù)測的時序數(shù)據(jù)，還可以對設(shè)備及其各部件的健康情況進(jìn)行預(yù)測[2]。

利用健康狀態(tài)分析模型，可以向用戶輸出設(shè)備目前和未來一段時間的健康狀態(tài)，通過界面直觀地顯示通風(fēng)機(jī)的健康狀況，便于用戶開展針對性的檢查工作。

2.結(jié)語

郭屯煤礦基于組態(tài)布局的多系統(tǒng)同步整合重構(gòu)系統(tǒng)的建設(shè)為礦井多系統(tǒng)融合、智能化開采提供了一套更好的解決方案，該項(xiàng)目通過多系統(tǒng)的協(xié)作整合，達(dá)到對相關(guān)設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測，從而可以保障設(shè)備的安全運(yùn)行、減少突發(fā)情況對設(shè)備的損傷。該項(xiàng)目的完成使郭屯煤礦的礦山自動化、信息化、智能化程度更進(jìn)一步，值得全行業(yè)推廣。