孫 軍

(國能鄂爾多斯市工程設(shè)計(jì)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

煤炭生產(chǎn)結(jié)構(gòu)層級多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，與其他行業(yè)不同。因此，煤礦生產(chǎn)指揮中心就成為了整個礦井的信息匯合點(diǎn)，是集通信、指揮和監(jiān)控調(diào)度于一體，高度智能化的信息樞紐。生產(chǎn)指揮中心對于保障整個煤礦生產(chǎn)和各種設(shè)備、系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。生產(chǎn)指揮中心把煤礦井上下各個部門、各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)組織和協(xié)調(diào)起來，綜合平衡，及時地反映生產(chǎn)中的矛盾和環(huán)節(jié)，使生產(chǎn)能力得到充分發(fā)揮，使整個生產(chǎn)過程均衡有效地進(jìn)行；當(dāng)發(fā)生緊急情況時，啟動應(yīng)急預(yù)案，又成為應(yīng)急處置中心。因此，生產(chǎn)指揮中心的建設(shè)，需要充分考慮到調(diào)度室功能需求，使生產(chǎn)指揮中心能夠集成眾多系統(tǒng)數(shù)據(jù)、融合各種通信方式并能提供快速直觀的信息展現(xiàn)，協(xié)助調(diào)度員完成指揮協(xié)調(diào)、監(jiān)控督查、應(yīng)急處置等工作任務(wù)。

1 總體架構(gòu)

1.1 需求分析

生產(chǎn)指揮中心應(yīng)滿足煤礦生產(chǎn)調(diào)度與應(yīng)急指揮調(diào)度的需要，本項(xiàng)目煤礦生產(chǎn)指揮中心升級改造就是完善礦端設(shè)備層、控制層的一級應(yīng)用，更好地實(shí)現(xiàn)礦端生產(chǎn)調(diào)度指揮、遠(yuǎn)程監(jiān)控及視頻監(jiān)控等功能，更好地實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)、調(diào)度管理等信息的綜合顯示、報(bào)警、記錄等功能，提升烏海能源公司的智能化水平。

1.2 框架設(shè)計(jì)

智能礦山總體架構(gòu)應(yīng)用架構(gòu)模型采用5層的信息化架構(gòu)模型。其中L4、L5由上級部門統(tǒng)一規(guī)劃，L3為本項(xiàng)目公司統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，L2、L1為礦端建設(shè)，就地部署。

烏海能源公司礦端的生產(chǎn)指揮中心按需求分析確定為4部分設(shè)計(jì)內(nèi)容：①生產(chǎn)指揮中心大廳；②礦級數(shù)據(jù)中心；③應(yīng)急救援指揮會議室兼調(diào)度視頻會議室；④應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)建設(shè)。

2 生產(chǎn)指揮中心大廳

2.1 建設(shè)目標(biāo)

指揮中心大廳主要用于煤礦各系統(tǒng)運(yùn)行集中監(jiān)控和管理，主要包括大屏幕、信息屏、輔助顯示設(shè)備、調(diào)度監(jiān)控工作臺、監(jiān)控工作站、打印機(jī)等設(shè)備。指揮中心大廳的建設(shè)應(yīng)滿足煤礦生產(chǎn)調(diào)度與應(yīng)急指揮調(diào)度的共同需要。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.2.1 工位設(shè)計(jì)

工位分區(qū)：按照工作環(huán)境獨(dú)立、業(yè)務(wù)互不干擾、人員精干專業(yè)的目標(biāo)和原則，煤礦生產(chǎn)指揮大廳設(shè)計(jì)10個調(diào)度操作工位。分為3個區(qū)域設(shè)置，分別是調(diào)度監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)環(huán)節(jié)集控區(qū)域、輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)集控區(qū)域。調(diào)度監(jiān)測區(qū)域布置工位4個，分別為調(diào)度主、調(diào)度副、監(jiān)測(人員定位、安全監(jiān)測、束管、水文、地質(zhì)等)、選煤調(diào)度。生產(chǎn)環(huán)節(jié)集控區(qū)域布置工位3個，分別為綜采工作面集控、掘進(jìn)工作面集控、值班主任崗。輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)集控區(qū)域布置工位3個，分別為集控1(通風(fēng)、壓風(fēng)、排水、供電)、集控2(主運(yùn)輸)、備用崗位。

智能調(diào)度工作臺：本項(xiàng)目選用臺體深度尺寸為1 000 mm，臺面高度尺寸為750～1 150 mm升降調(diào)節(jié)，每席位寬度根據(jù)客戶進(jìn)行定制，工作臺具有可拆分、移動、組合等功能，充分滿足每席位設(shè)備及相關(guān)使用及日后擴(kuò)展的需求，同時符合整體大廳環(huán)境的裝修效果。

5G時代是信息化的時代，是大數(shù)據(jù)的時代。高速度、大寬帶、低延時、廣連接，“所向披靡、無所不能”的5G，增加了社區(qū)數(shù)據(jù)收集、處理、存儲的效率，讓數(shù)據(jù)直接處理成為可能，為社區(qū)

工作臺人機(jī)分離：為了減少調(diào)度指揮大廳內(nèi)設(shè)備，將工作臺工作站布置于數(shù)據(jù)中心內(nèi)，更有利于統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)中心內(nèi)供電可靠，制冷效率高。減少了指揮大廳內(nèi)設(shè)備噪聲，降低指揮大廳內(nèi)發(fā)熱量，為工作人員提供良好的工作環(huán)境。

本項(xiàng)目采用光端收發(fā)機(jī)作為工作臺監(jiān)視器與工作站之間的通信方式，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 信息展示設(shè)計(jì)

指揮大廳內(nèi)信息展示系統(tǒng)能夠通過選擇切換的形式將視頻圖像或計(jì)算機(jī)畫面和網(wǎng)上信息顯示出來，在投影墻上任意位置、任意大小以窗口形式開窗縮放、漫游及疊加顯示，或者放大至全屏顯示。將諸多內(nèi)容以合理的編排同時顯示在投影墻上，為監(jiān)控人員全面監(jiān)控設(shè)備及現(xiàn)場的實(shí)時情況、現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)急決策提供既全面又具體的信息顯示支持。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)3種信息顯示設(shè)備。

液晶拼接屏：安裝在調(diào)度工位的正面，液晶屏尺寸為55寸。主要劃分為2個顯示區(qū)域，分別為安全生產(chǎn)相關(guān)監(jiān)控與視頻監(jiān)視區(qū)和礦井GIS概覽主要顯示區(qū)。

LED條形顯示屏：安裝于拼接屏上方，屏幕高度為600 mm。可根據(jù)需要顯示歡迎詞、值班領(lǐng)導(dǎo)等其他信息。

輔助顯示屏：安裝于調(diào)度大廳側(cè)壁，靠墻掛裝或落地支架安裝。顯示屏選用86寸高清液晶顯示屏?？筛鶕?jù)需要顯示人員、車輛位置信息、安全監(jiān)測系統(tǒng)信息、常用圖紙資料等。

本次調(diào)度指揮中心改造擬在原有安全生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控平臺基礎(chǔ)上全面集成新增自動化系統(tǒng)和其他智能化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以Web三維形式實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)生動展現(xiàn)，從龐大復(fù)雜的生產(chǎn)信息和安全數(shù)據(jù)中抽取分析關(guān)鍵信息，高效輔助調(diào)度管理人員和各級領(lǐng)導(dǎo)快速、準(zhǔn)確地做出各種指揮和決策。

智能調(diào)度系統(tǒng)總體架構(gòu)：智能調(diào)度系統(tǒng)平臺實(shí)現(xiàn)基于一張圖的綜合監(jiān)控，集中統(tǒng)一報(bào)警，并能對信息進(jìn)行一站式的聯(lián)動聯(lián)查，快速高效地利用信息。并在設(shè)備集中監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、信息一圖呈現(xiàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)綜合的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警功能。平臺采用的數(shù)據(jù)依然利用礦井已有各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)部分并不需要進(jìn)行重復(fù)建設(shè)，但平臺可對調(diào)度指揮工作提供便捷支持。

智能調(diào)度系統(tǒng)主要功能：①數(shù)據(jù)接入和數(shù)據(jù)服務(wù)。在原有生產(chǎn)綜合監(jiān)控調(diào)度指揮平臺的基礎(chǔ)上新增接入礦井的主運(yùn)輸系統(tǒng)、智能綜采工作面、掘進(jìn)工作面、主排水系統(tǒng)、主通風(fēng)、主提升、皮帶秤等礦井具備接入條件的全部數(shù)據(jù)，暫不具備接入條件的系統(tǒng)后續(xù)接入。②礦井三維展示功能。通過三維巷道圖的形式全面展示礦井各設(shè)備、傳感器等實(shí)時監(jiān)測信息。界面直觀方便，有助于工作人員快速決策。③設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)功能。自動統(tǒng)計(jì)主要設(shè)備的空載、重載、停機(jī)等設(shè)備運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，從而分析設(shè)備開機(jī)率、設(shè)備空載率、設(shè)備符合率等多項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)，改進(jìn)生產(chǎn)計(jì)劃安排和開機(jī)率考核，起到節(jié)能、降耗、增效的目的。④警告信息篩選統(tǒng)計(jì)功能。通過對各類告警的整理分類，集中顯示重要的告警信息，重要告警信息以醒目顏色展示。避免數(shù)量龐大的非緊急告警淹沒重要告警信息。⑤三維空間管理和分析功能。從管理和應(yīng)用層面應(yīng)具有三維空間管理功能和三維空間分析功能，系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)測量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和地測數(shù)據(jù)，自動繪制礦井巷道圖，并能按照三維空間關(guān)系對各傳感器等進(jìn)行管理，融合到統(tǒng)一的三維場景中，系統(tǒng)中所有對象都是按空間關(guān)系去存儲、組織，使得調(diào)度指揮工作更快速、準(zhǔn)確。⑥視頻監(jiān)視管理功能。采用動態(tài)連接的方式實(shí)現(xiàn)視頻的不限路數(shù)連接，視頻能動態(tài)加載視頻源，可有效利用網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器資源，提供更多視頻源供用戶實(shí)時調(diào)用；視頻除視頻列表查詢外，也可通過接口靈活調(diào)用，為系統(tǒng)聯(lián)動提供支持。⑦智能預(yù)警。通過大數(shù)據(jù)分析，積累設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，通過建立相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測模型實(shí)現(xiàn)設(shè)備的健康診斷和智能預(yù)警。實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備如主通風(fēng)機(jī)軸溫、膠帶機(jī)軸溫、瓦斯?jié)舛韧蛔兊闹悄茴A(yù)警。⑧曲線查詢。設(shè)備運(yùn)行歷史曲線查詢功能，查詢時段可自由選擇，曲線支持平移、縮放；點(diǎn)擊圖上的任何數(shù)字注記，可以打開數(shù)據(jù)曲線，查看過去一段時間數(shù)據(jù)的變化趨勢。

3 礦級數(shù)據(jù)中心

3.1 建設(shè)目標(biāo)

礦級數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分級管理、協(xié)同維護(hù)”的指導(dǎo)原則，本項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)各礦級單位機(jī)房建設(shè)的管理和指導(dǎo)工作，各礦級單位負(fù)責(zé)本單位及下屬單位機(jī)房建設(shè)和管理工作。礦級數(shù)據(jù)中心建設(shè)同時應(yīng)遵循近期建設(shè)規(guī)模與遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)一致的原則。

3.2 建設(shè)規(guī)劃

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)劃：①本項(xiàng)目設(shè)計(jì)安裝雙排微模塊數(shù)據(jù)中心1套，共16臺可用服務(wù)器機(jī)柜；②雙排微模塊數(shù)據(jù)中心設(shè)置配電列頭柜，含市電輸入、UPS系統(tǒng)輸入及輸出連接，為機(jī)柜、空調(diào)、動環(huán)、消防、照明等提供供電；③雙排微模塊數(shù)據(jù)中心風(fēng)冷行間空調(diào)設(shè)計(jì)冷量40 kW/臺，共配置2臺，總制冷量30×2=60 kW運(yùn)行；④空間范圍—產(chǎn)品實(shí)際尺寸6 000 mm×3 600 mm×2 300 mm(長×寬×高)；水平方向維護(hù)空間，建議前后左右均為1 000 mm(至少800 mm)，建議垂直方向維護(hù)空間>300 mm。

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)架構(gòu)：微模塊數(shù)據(jù)中心監(jiān)控子系統(tǒng)架構(gòu)圖,如圖1所示。

4 應(yīng)急救援指揮會議室兼調(diào)度視頻會議室

4.1 建設(shè)目標(biāo)

礦調(diào)度視頻會議室建設(shè)項(xiàng)目，按照“需求牽引、瞄準(zhǔn)前沿、確保可行、利于發(fā)展”的思路，建設(shè)一套集日常會議、視頻會議、多功能會議為一體的會議室，確保會議室設(shè)計(jì)理念先進(jìn)、系統(tǒng)穩(wěn)定、功能完善、指揮高效。實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：①系統(tǒng)要做到可方便快捷地管理所有視頻、音頻系統(tǒng)；②滿足會議室各路信號源任意切換到各個高清顯示設(shè)備播放需求；③保證音頻擴(kuò)音系統(tǒng)易操作、功能靈活，滿足會議的不同功能要求；④設(shè)計(jì)集中控制系統(tǒng)，使整套系統(tǒng)能夠方便快捷的管理；⑤滿足召開視頻會議、日常會議、多功能會議等要求；⑥滿足會議錄制存儲需求。

4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

會議顯示系統(tǒng)：根據(jù)會場實(shí)際使用環(huán)境設(shè)計(jì)86寸交互式智能平板，既可以當(dāng)作高清顯示器使用，又可以當(dāng)作觸摸電腦使用。該類設(shè)備主要應(yīng)用于中小型會議室、培訓(xùn)室等場所。主要設(shè)備組成為交互式智能平板，交互式平板智能筆，無線同屏發(fā)射器。

會議擴(kuò)聲系統(tǒng)：參考國家廳堂擴(kuò)聲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一級進(jìn)行設(shè)計(jì)，語言擴(kuò)聲系統(tǒng)一級標(biāo)準(zhǔn)要≥98 dB，聲場不均勻度要做到1 kHz和4 kHz時測量≤8 dB；傳聲增益在125～4 kHz的平均值要≥-8 dB。本項(xiàng)目，設(shè)計(jì)2臺120 W/8 Ω主音箱(由1臺2×200 W/8 Ω功放驅(qū)動)音箱安裝在會場對角。

視頻會議系統(tǒng)：在會議室設(shè)置一套遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與其它會議室的音視頻互聯(lián)互通，達(dá)到提高效率、降低成本的目的，在會議室配置1臺高清視頻終端。

電子桌簽系統(tǒng)：可升降電子桌簽主要顯示會議室內(nèi)參會人員的名稱和職務(wù)等信息。不使用時可隱藏于桌面下，保持桌面整潔美觀。

圖1 數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Monitoring system framework of data center

5 應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)建設(shè)

5.1 建設(shè)目標(biāo)

目前，國家能源集團(tuán)公司正在積極推進(jìn)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)應(yīng)基于該平臺模塊建設(shè)。應(yīng)急救援指揮平臺主要由服務(wù)器、礦端應(yīng)急救援指揮平臺軟件、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)雙眼智能眼鏡等組成。

5.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

應(yīng)急救援指揮平臺：煤礦端的應(yīng)急指揮系統(tǒng)全面集成礦井的安全數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，煤礦端應(yīng)急指揮平臺充分利用現(xiàn)有的各礦安全生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控平臺已建設(shè)內(nèi)容。并結(jié)合公司級應(yīng)急指揮系統(tǒng)中已建設(shè)的物資類、救援方案類、專家?guī)祛悢?shù)據(jù)。煤礦端的應(yīng)急指揮系統(tǒng)為公司級應(yīng)急系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，具備向公司應(yīng)急系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的接口，除具備公司級應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)的應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控模塊、安全監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示模塊、人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示模塊、工業(yè)和安防視頻展示模塊、圖文庫管理模塊、通信系統(tǒng)模塊、應(yīng)急物資管理模塊、生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)模塊、視頻會議系統(tǒng)模塊、應(yīng)急指揮專家?guī)?、?yīng)急預(yù)案管理、一鍵錄播、礦井快照等功能模塊。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)雙眼智能眼鏡：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)雙眼智能眼鏡是配套專家系統(tǒng)設(shè)置，專家可以遠(yuǎn)程對應(yīng)急事故現(xiàn)場進(jìn)行分析診斷。

IP語音指揮對講系統(tǒng)：應(yīng)急會議室與指揮大廳之間設(shè)置一套IP語音指揮對講系統(tǒng)，應(yīng)急指揮管理人員可直接免提對大廳調(diào)度人員進(jìn)行指令傳達(dá)，調(diào)度人員可對應(yīng)急指揮管理人員進(jìn)行實(shí)時匯報(bào)。IP語音指揮對講系統(tǒng)由中心主機(jī)、終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、語音耳麥、系統(tǒng)管理軟件組成。

6 結(jié)語

本項(xiàng)目通過重新規(guī)劃設(shè)計(jì)生產(chǎn)指揮中心的各功能區(qū)，滿足了調(diào)度人員對煤礦安全生產(chǎn)的全天候?qū)崟r監(jiān)控和運(yùn)營指揮。結(jié)合生產(chǎn)綜合監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)了各個監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控和顯示。結(jié)合生產(chǎn)綜合監(jiān)控調(diào)度指揮平臺，實(shí)現(xiàn)了從龐大復(fù)雜的生產(chǎn)信息和安全數(shù)據(jù)中抽取分析關(guān)鍵信息，高效輔助調(diào)度管理人員和各級領(lǐng)導(dǎo)快速、準(zhǔn)確做出各種指揮和決策。會議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既充分考慮了使用功能，又符合科學(xué)規(guī)律和先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，滿足了實(shí)際使用需要。應(yīng)急指揮系統(tǒng)與煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控、調(diào)度指揮系統(tǒng)在架構(gòu)上進(jìn)行了整體考慮。通過本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題，為后續(xù)煤礦調(diào)度室升級改造提供了參考依據(jù)，有序地推進(jìn)礦山信息化建設(shè)。同時建議在調(diào)度室改造過程中進(jìn)一步研究各個設(shè)備的通用性，為后續(xù)功能的定制和擴(kuò)展提供方便。