晉紀(jì)巖

（冀中能源峰峰集團(tuán) 新屯礦，河北 邯鄲 056201）

0 引 言

多數(shù)煤礦由于受初期設(shè)計(jì)影響，一般情況下井下范圍比較大，尤其是冀中能源下屬的礦井。隨著礦井?dāng)U大區(qū)的不斷延伸，通風(fēng)系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)逐漸暴露出運(yùn)送距離過(guò)長(zhǎng)，致使效率低的難題。多數(shù)礦井在外埠建立獨(dú)立的風(fēng)井區(qū)對(duì)礦井?dāng)U大區(qū)進(jìn)行高效、短距離供風(fēng)、壓風(fēng)、瓦斯抽采等，來(lái)解決距離長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題，但這也形成了多數(shù)風(fēng)井區(qū)具有多機(jī)房、遠(yuǎn)離礦井的管理模式。風(fēng)井區(qū)具有機(jī)房多，人員多的特點(diǎn)，是礦井安監(jiān)部門(mén)疏于管理的區(qū)域。其中峰峰集團(tuán)新屯礦東風(fēng)井廠區(qū)位于工業(yè)廣場(chǎng)東部2 公里，西古佛村西北處，廠區(qū)機(jī)房主要有主通風(fēng)機(jī)、變電所等設(shè)備，是機(jī)電專(zhuān)業(yè)管理的重點(diǎn)之一。為響應(yīng)峰峰集團(tuán)公司減人提效的方針，根據(jù)東風(fēng)井實(shí)際情況，獨(dú)創(chuàng)性的提出將瓦斯電廠、抽放泵等操作、監(jiān)控及視頻系統(tǒng)整合到新的集控室，建立東風(fēng)井智能化集中控制云平臺(tái)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)崗位互換，達(dá)到減人提效之目的。

1 改造必要性

隨著現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)迅速發(fā)展及人工智能技術(shù)的日趨成熟，現(xiàn)代礦井綜合自動(dòng)化、安全監(jiān)控及綜合信息化各方面的發(fā)展，做到礦井資源共享和有效利用，并逐步采用專(zhuān)家決策系統(tǒng)對(duì)工藝流程和經(jīng)營(yíng)管理作出快速響應(yīng)。東風(fēng)井機(jī)房建立全區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制、管理一體化和人工巡檢新的運(yùn)行模式，以取代傳統(tǒng)的煤礦生產(chǎn)運(yùn)行方式，逐步形成全礦井各環(huán)節(jié)的過(guò)程控制自動(dòng)化，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的目的。

2 云平臺(tái)技術(shù)模塊化支持

2.1 智能化云平臺(tái)

隨著自動(dòng)化和信息化技術(shù)在煤礦企業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，提出了建設(shè)“多機(jī)房監(jiān)控平臺(tái)”的設(shè)想，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合性動(dòng)態(tài)分析和數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、綜合查詢(xún)和統(tǒng)一管理等功能?；谠频男乱淮鷶?shù)據(jù)套件VMwarev Sphere 和以Wonder ware 軟件平臺(tái)為核心的SCADA 解決方案來(lái)構(gòu)筑整個(gè)集控值守集控平臺(tái)的軟件架構(gòu)和應(yīng)用。如圖1 所示。

圖1 智能化云平臺(tái)云系統(tǒng)物理架構(gòu)Fig.1 Physical architecture of intelligent cloud platform cloud system

虛擬云SCADA 服務(wù)架構(gòu)機(jī)房將完全采用最先進(jìn)的云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)房硬件由管理服務(wù)器、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、備份服務(wù)器、虛擬化服務(wù)器、高性能存儲(chǔ)單元組成的虛擬化系統(tǒng)群，使得系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)物理計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的限制，為“無(wú)人值守集控平臺(tái)”提供強(qiáng)大可靠的后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬化是云服務(wù)的基礎(chǔ)，整個(gè)集控平臺(tái)所有計(jì)算機(jī)均采用虛擬化應(yīng)用，采用集中存儲(chǔ)來(lái)管理所有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，極大地提高硬件利用率。

云客戶端統(tǒng)一簡(jiǎn)單的云服務(wù)端接入方式，所有后端服務(wù)器應(yīng)用均由虛擬化集群承載，不獨(dú)立屬于任何一個(gè)物理服務(wù)器。任意一臺(tái)物理服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的故障退出運(yùn)行，均不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用的中斷，應(yīng)用會(huì)自動(dòng)平滑遷移至另一正常工作的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)中繼續(xù)運(yùn)行。故障切換透明，無(wú)需在操作系統(tǒng)中做任何設(shè)置，從而依托平臺(tái)的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有上位機(jī)應(yīng)用的冗余保護(hù)。

軟件平臺(tái)完全基于組件對(duì)象模型，可以把各種設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)通訊、畫(huà)面顯示、歷史曲線等功能全部封裝在模型內(nèi)部。無(wú)人值守集控平臺(tái)為統(tǒng)一的、具有分布式架構(gòu)的高性能遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，平臺(tái)遵循“數(shù)據(jù)與顯示分離”原則，檢測(cè)設(shè)備的主要作用是對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行全面的檢測(cè)，實(shí)時(shí)掌握各設(shè)備參數(shù)運(yùn)行的參數(shù)。為了提升控制效果，技術(shù)人員對(duì)全區(qū)域設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)多機(jī)房的智能化控制。

2.2 數(shù)字化巡檢平臺(tái)

機(jī)房設(shè)備數(shù)字化“三定”安全巡檢工作是基于礦井機(jī)房多，管理難度大，尤其是由人員被動(dòng)管理變?yōu)榱鞒袒芾淼囊淮筮M(jìn)步。針對(duì)司機(jī)落實(shí)崗位責(zé)任制不明確，責(zé)任心不強(qiáng)的問(wèn)題，提出了進(jìn)行數(shù)字化巡檢工作法，用工作法和內(nèi)容來(lái)約束職工的行為，從而提前發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行處理。另外，司機(jī)在巡檢時(shí)有應(yīng)付的思想，不認(rèn)真，責(zé)任心不強(qiáng)等實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，提出了機(jī)房設(shè)備數(shù)字化“三定”安全巡檢。

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)

按照“統(tǒng)一平臺(tái)、集中監(jiān)控”原則，在原有的自動(dòng)化機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)其視頻進(jìn)行季總監(jiān)控。視頻監(jiān)控信息采集，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行信息采集，采集到的圖像信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至專(zhuān)用的視頻服務(wù)器，由視頻服務(wù)器提供視頻圖像預(yù)覽、硬盤(pán)錄像存儲(chǔ)的功能。通過(guò)監(jiān)視工作站對(duì)機(jī)房各區(qū)域的實(shí)時(shí)畫(huà)面進(jìn)行瀏覽，同時(shí)，系統(tǒng)提供常規(guī)錄像和異常情況自動(dòng)錄像功能。當(dāng)有外來(lái)人員進(jìn)入機(jī)房的關(guān)鍵區(qū)域時(shí)，錄像程序可以自動(dòng)啟動(dòng)并鎖定人員對(duì)其活動(dòng)進(jìn)行全程錄像。

3 方案改造及設(shè)計(jì)

3.1 改造實(shí)現(xiàn)功能

（1） 對(duì)各機(jī)房的操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，功能進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)界面上開(kāi)停機(jī)及保護(hù)查閱等自動(dòng)化技術(shù)。

（2） 對(duì)重點(diǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及油位等部位進(jìn)行視頻采集，通過(guò)視頻墻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，提供視頻實(shí)時(shí)查看功能。

（3） 4 個(gè)機(jī)房的主要數(shù)據(jù)，均以顯示器的形式顯示在大屏幕上。對(duì)設(shè)備畫(huà)面及運(yùn)行情況在線觀察，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)派人到現(xiàn)場(chǎng)處理。各小組組員配有手持對(duì)講機(jī)，以便于動(dòng)態(tài)聯(lián)系，縮短了處理事故的時(shí)間。

（4） 專(zhuān)職人員巡檢，最大程度上對(duì)設(shè)備進(jìn)行全方位、多角度巡檢，保證巡檢質(zhì)量，提高對(duì)設(shè)備預(yù)知、預(yù)判能力。

（5） 實(shí)現(xiàn)人員的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)化管理，實(shí)現(xiàn)一崗多職，聯(lián)動(dòng)配合處理事故及突發(fā)情況，提高用工效率。

3.2 平臺(tái)運(yùn)行結(jié)構(gòu)模式

系統(tǒng)改造合并前，瓦斯抽放泵每班設(shè)有1 名司機(jī)和每天1 名修理工。瓦斯電廠每班設(shè)有2 名司機(jī)和每天2 名修理工。壓風(fēng)機(jī)房每班設(shè)有1 名司機(jī)，每天1 名修理工。中央變電所每天有1 名修理工，共計(jì)出勤19 人。通過(guò)集控合并后，將各機(jī)房人員并在一處，整理司機(jī)崗位，每班設(shè)3 人，每天設(shè)2名修理工，共計(jì)11 人，可減少8 名崗位人員。

將東風(fēng)井院內(nèi)的壓風(fēng)機(jī)、抽風(fēng)機(jī)等監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化，逐步形成東風(fēng)井全院內(nèi)的過(guò)程控制自動(dòng)化、生產(chǎn)綜合調(diào)度指揮和業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)化。如圖2 所示。

圖2 東風(fēng)井智能化平臺(tái)組織框架Fig.2 Organization framework of eart air shaft intelligent platform

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

（1） 將瓦斯發(fā)電廠、抽風(fēng)機(jī)、瓦斯泵、壓風(fēng)機(jī)四個(gè)機(jī)房集中合建在抽風(fēng)機(jī)監(jiān)控室，組建控制平臺(tái)。利用數(shù)據(jù)交換模式，參數(shù)顯示在大屏幕上。

（2） 每套系統(tǒng)之間可以通過(guò)通訊協(xié)議，自由傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行查閱、檢測(cè)數(shù)據(jù)。其中主機(jī)具有查詢(xún)、操作、修改的功能，輔機(jī)只有查詢(xún)、檢測(cè)數(shù)據(jù)的功能。

（3） 云平臺(tái)操作和監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)有3 個(gè)崗位：巡檢司機(jī)，工作內(nèi)容為正常巡回檢查；抽風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)主司機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)抽風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)；瓦斯抽風(fēng)泵、瓦斯電廠主司機(jī)。

此次東風(fēng)井院內(nèi)集控系統(tǒng)改造，從全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)高度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保改造建成的集控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的可靠性、實(shí)時(shí)性和多方位無(wú)死角視頻安全運(yùn)行，形成在抽風(fēng)機(jī)房的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和綜合管理的可視化平臺(tái)，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)擴(kuò)展改造為骨干，構(gòu)建組態(tài)軟件集中監(jiān)控平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)信息資源共享和協(xié)同運(yùn)作。

4 結(jié) 語(yǔ)

東風(fēng)井機(jī)房局域網(wǎng)集中群控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行動(dòng)態(tài)化管理，實(shí)現(xiàn)東風(fēng)井“四位一體”集中監(jiān)控，能夠?qū)|風(fēng)井廠區(qū)所有在用設(shè)備的統(tǒng)一管控，降低了事故發(fā)生的概率。此外也達(dá)到了多崗位兼職、減少了崗位人員的目的。