＊李濟(jì)軍

（晉能控股集團(tuán)和順李陽(yáng)煤業(yè)有限公司 山西 032700）

引言

目前礦井自動(dòng)化智能化技術(shù)發(fā)展迅速，基于煤礦智能感知礦山的環(huán)、機(jī)、人狀態(tài)與位置信息，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)與人工智能分析技術(shù)的利用，來(lái)促進(jìn)重大隱患和設(shè)備故障的應(yīng)急處置、主要預(yù)防、實(shí)時(shí)預(yù)警的實(shí)現(xiàn)，將安全智慧型礦山創(chuàng)建起來(lái)。山西某礦以建設(shè)智能礦山的應(yīng)用與研究為基礎(chǔ)，且智能礦山為自動(dòng)化信息化融合的，滿(mǎn)足國(guó)家有關(guān)要求，可以保證煤礦職工的安全，可以將礦井生產(chǎn)的穩(wěn)定性、可靠性與安全性提高，值得在煤業(yè)與礦井中的應(yīng)用。

1.建設(shè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)初期的狀況

在綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中，能夠當(dāng)做自動(dòng)化、生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)的為千兆工業(yè)的以太網(wǎng)，將33臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)分別安裝至井上與井下，促進(jìn)了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立，該平臺(tái)可以覆蓋該礦全部生產(chǎn)區(qū)域。將WinCC組態(tài)軟件當(dāng)做綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，而且該組態(tài)軟件是由西門(mén)子生產(chǎn)的，能夠?qū)⒓善脚_(tái)提供給該礦的自動(dòng)化系統(tǒng)，且集成平臺(tái)為統(tǒng)一的。

2.建設(shè)萬(wàn)兆工業(yè)的以太環(huán)網(wǎng)平臺(tái)

對(duì)煤礦的綜合信息網(wǎng)而言，工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)是其業(yè)務(wù)的承載平臺(tái)，且是最主要的平臺(tái)，所建設(shè)、規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)之后的發(fā)展與運(yùn)行質(zhì)量有決定性作用，也為綜合信息網(wǎng)絡(luò)最關(guān)鍵的部分之一。

(1)布置節(jié)點(diǎn)

在山西某礦中，已對(duì)千兆以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行了建立，為了使該礦每個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，以及后續(xù)增加的自動(dòng)化系統(tǒng)與攝像儀的需要，基于目前狀況，對(duì)萬(wàn)兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的平臺(tái)進(jìn)行建立。山西某礦的兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)包括了機(jī)房配套設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)管理終端、地面網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件、本質(zhì)安全型交換機(jī)、萬(wàn)兆節(jié)點(diǎn)與核心交換機(jī)等。并且核心交換機(jī)、地面與井下節(jié)點(diǎn)交換機(jī)數(shù)量分別為2臺(tái)、4臺(tái)、14臺(tái)。

(2)具體功能

①在當(dāng)主干網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸捒傊翟?0G左右，就能夠使礦井有關(guān)系統(tǒng)對(duì)傳輸帶寬方面的需求得到滿(mǎn)足，如高清攝像儀對(duì)傳輸帶寬的需求。②就交換機(jī)而言，井下的交換機(jī)能夠?qū)芾黼娫吹能浖c功能進(jìn)行了提供，可以促進(jìn)遠(yuǎn)程在線(xiàn)控制、監(jiān)測(cè)、放電試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)，并具有充電回路，且該充電回路比較有效與合理，充電回路在將電池充飽和之后就會(huì)被切斷，且切斷為自動(dòng)的。

3.智能化工作面系統(tǒng)的構(gòu)成

從圖1得知，智能化工作面控制系統(tǒng)包括了采煤機(jī)、液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)、供液、供電系統(tǒng)等。

圖1 智能化工作面控制系統(tǒng)工作面部分

4.分析大數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的調(diào)配

(1)系統(tǒng)的構(gòu)成

依據(jù)設(shè)備的位置，來(lái)劃分系統(tǒng)，可以劃分成圖2所示的4部分。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

①井下的調(diào)度室。調(diào)度室可以對(duì)井下的所有運(yùn)輸車(chē)輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備實(shí)時(shí)工作情況進(jìn)行監(jiān)視，并對(duì)運(yùn)行方案進(jìn)行編制，對(duì)有關(guān)指令進(jìn)行發(fā)布，如追尾報(bào)警、闖紅燈報(bào)警、超速報(bào)警等，調(diào)度室為車(chē)輛運(yùn)行指揮的中心。調(diào)度室包括了UPS電源、顯示屏、交換機(jī)、管理機(jī)、主控機(jī)等。將隔爆計(jì)算機(jī)配備給調(diào)度室，數(shù)量是2臺(tái)，可以對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，在授權(quán)之后，還可以切換至地面的主控機(jī)，當(dāng)做主控計(jì)算機(jī)來(lái)使用。

②井下的運(yùn)輸巷道內(nèi)設(shè)置的穩(wěn)壓電源與通信基站。通信基站由于是智能設(shè)備，不但可以對(duì)寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行組建，且該網(wǎng)可以全面覆蓋，還可以利用RS485總線(xiàn)來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行設(shè)備與所有檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，確保其工作的可靠性，還要對(duì)調(diào)度室所發(fā)布的所有命令進(jìn)行執(zhí)行，并對(duì)所有監(jiān)控信息進(jìn)行匯報(bào)。

③軌道上安裝的執(zhí)行設(shè)備與檢測(cè)設(shè)備。一些檢測(cè)設(shè)備對(duì)車(chē)輛實(shí)時(shí)運(yùn)行信息進(jìn)行收集，如信標(biāo)、讀卡分站等；一些執(zhí)行設(shè)備將道岔扳動(dòng)并將行車(chē)信息發(fā)出，如信號(hào)機(jī)等；車(chē)載機(jī)主要作用為上傳無(wú)線(xiàn)信號(hào)、聲光報(bào)警發(fā)出及車(chē)況采集。

④無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、光纜、電源電纜。其中，電源電纜主要將工作電源提供給設(shè)備，通信光纜主要為通信，且通信是交換機(jī)和基站機(jī)基站與基站間的。而且無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將通道提供給車(chē)載機(jī)和基站間，主要用于二者間傳輸信息。

(2)系統(tǒng)的主要功能

①精準(zhǔn)定位功能。在定位時(shí)，精準(zhǔn)度要≤1m。

②可視化的監(jiān)視功能。計(jì)算機(jī)通過(guò)一些形式來(lái)對(duì)車(chē)號(hào)信息、運(yùn)行方向、機(jī)車(chē)位置、每個(gè)道岔到位的情況、機(jī)車(chē)詢(xún)問(wèn)進(jìn)行顯示，且這些形式包括動(dòng)畫(huà)、圖形、表格、漢字等。能夠?qū)⒕萝?chē)場(chǎng)與軌道的模擬圖進(jìn)行縮放顯示。

③電氣、信號(hào)閉鎖。道岔的電氣閉鎖既可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，這樣可以防止別的車(chē)輛的進(jìn)入。將命令發(fā)送給司機(jī)，使信號(hào)閉鎖實(shí)現(xiàn)。

④調(diào)度智能信號(hào)的功能。車(chē)載機(jī)可以將司機(jī)的請(qǐng)求發(fā)出，在上位機(jī)接收到請(qǐng)求之后，按照全部機(jī)車(chē)的實(shí)際運(yùn)行狀況來(lái)調(diào)度機(jī)車(chē)，手動(dòng)、半手動(dòng)、自動(dòng)均可。

⑤調(diào)度語(yǔ)音的功能。上位機(jī)與車(chē)載機(jī)當(dāng)進(jìn)行調(diào)度期間，能夠利用語(yǔ)音來(lái)實(shí)施特定語(yǔ)音提示，比如機(jī)車(chē)在詢(xún)問(wèn)期間，上位機(jī)就會(huì)將機(jī)車(chē)詢(xún)問(wèn)對(duì)應(yīng)的文本信息進(jìn)行顯示；在上位機(jī)將調(diào)度信息發(fā)送至某個(gè)機(jī)車(chē)時(shí)，該信息就會(huì)被車(chē)載機(jī)語(yǔ)音播放。

⑥遙控與車(chē)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警功能。在別的設(shè)備與車(chē)載機(jī)配合時(shí)，無(wú)需利用上位機(jī)就能使各類(lèi)語(yǔ)音報(bào)警實(shí)現(xiàn)。比如，在車(chē)載機(jī)和本列車(chē)與別的列車(chē)的無(wú)線(xiàn)機(jī)尾燈、速度傳感器、跟車(chē)工手持發(fā)射器等進(jìn)行配合，就能使防丟車(chē)、防追尾、防超速、打點(diǎn)報(bào)警等功能的實(shí)現(xiàn)；在雙駕駛室的機(jī)車(chē)中，各個(gè)駕駛室中均安裝了車(chē)載機(jī)，數(shù)量分別為1臺(tái)，車(chē)載機(jī)在與總線(xiàn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)之后，雙駕駛室中任意1個(gè)司機(jī)對(duì)任意車(chē)載機(jī)進(jìn)行操作之后，均能促進(jìn)車(chē)載機(jī)中的功能實(shí)現(xiàn)。

⑦后備電源的功能。在全系統(tǒng)中的設(shè)備中，其供電電壓的功能為后備持續(xù)電源功能，在有斷電出現(xiàn)全部或部分區(qū)域的交流中時(shí)，就會(huì)馬上啟動(dòng)后備電源。后備電池要供電2h以上，電池在經(jīng)過(guò)500次充放電之后，其容量依然在80%以上。

⑧故障維修和診斷功能。在現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)燈未與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接時(shí)，就顯示閃爍，該信號(hào)燈是提醒司機(jī)要采取別的措施來(lái)運(yùn)行。當(dāng)司控道岔離線(xiàn)之后，就可以通過(guò)手動(dòng)或遙控來(lái)將信號(hào)閉鎖消除。全部聯(lián)網(wǎng)的硬件設(shè)備所使用的接線(xiàn)措施為區(qū)域化的，某區(qū)域發(fā)生線(xiàn)路故障或斷網(wǎng)，別的區(qū)域中設(shè)備的正常運(yùn)行不受影響。

⑨其他。查詢(xún)、報(bào)表、打印歷史數(shù)據(jù)等，查詢(xún)各個(gè)硬件設(shè)備、線(xiàn)路的自檢功能等。1臺(tái)以上聯(lián)網(wǎng)的電腦能夠在同一時(shí)間實(shí)施管理與聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

5.主煤流節(jié)能智能控制系統(tǒng)

(1)規(guī)劃整體結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)包括了帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、地面監(jiān)控站這3部分。圖3為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

圖3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)規(guī)劃

(2)設(shè)計(jì)上位機(jī)系統(tǒng)

①操控站的功能。將工控機(jī)安裝到操控站，而且該工控機(jī)的性能較高，利用帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控井下的帶式輸送機(jī)與其附屬設(shè)備，及分析故障、顯示報(bào)表。

②監(jiān)控的功能。聲音監(jiān)聽(tīng)功能是監(jiān)控畫(huà)面的功能。在啟動(dòng)或有故障出現(xiàn)膠帶中時(shí)，就將聲音監(jiān)聽(tīng)打開(kāi)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的聲音進(jìn)行播放；膠帶區(qū)隊(duì)的辦公室與集控室分別配備了地面分控終端、主語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，能夠喊話(huà)于膠帶上的擴(kuò)音電話(huà)，現(xiàn)場(chǎng)中的擴(kuò)音電話(huà)能夠和集控室中的工作人員對(duì)講。

(3)設(shè)計(jì)膠帶的控制系統(tǒng)

在膠帶控制系統(tǒng)中，監(jiān)控主機(jī)能夠采集現(xiàn)場(chǎng)信息與發(fā)出控制指令，將該系統(tǒng)的控制與判斷完成。

(4)系統(tǒng)功能所具有的特點(diǎn)

①顯示功能的特點(diǎn)。對(duì)地面監(jiān)控而言，能夠?qū)τ嘘P(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，如速度、滾筒溫度、輸送機(jī)的停機(jī)/開(kāi)機(jī)狀態(tài)等，還可以多畫(huà)面進(jìn)行切換，在所測(cè)參數(shù)限制之外、改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀況及保護(hù)傳感器做出動(dòng)作后就會(huì)將告警提示發(fā)出，發(fā)出形式為文字或語(yǔ)音。而且，還能夠?qū)ΡO(jiān)控視頻畫(huà)面進(jìn)行擴(kuò)展，在進(jìn)行操作時(shí)還能觀看設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際視頻畫(huà)面。

②控制功能的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)的功能為遠(yuǎn)程復(fù)位、停止與啟動(dòng)帶式輸送機(jī)與附屬設(shè)備，及轉(zhuǎn)換控制方式、故障屏障等。若模式為自動(dòng)控制，基于帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的所有設(shè)施與設(shè)備、保護(hù)信號(hào)均正常、別的有關(guān)信號(hào)符合啟動(dòng)需求，就可以讓可編程控制器依據(jù)程序?qū)?dòng)命令發(fā)出。在有故障出現(xiàn)時(shí)，附屬設(shè)備與保護(hù)動(dòng)作就會(huì)延時(shí)或馬上停車(chē)。

③打點(diǎn)功能的特點(diǎn)。將擴(kuò)音電話(huà)系統(tǒng)配置打點(diǎn)功能，能夠促進(jìn)膠帶之間、上膠帶與下膠帶之間的打點(diǎn)進(jìn)行控制。

④聯(lián)動(dòng)與視頻監(jiān)控?cái)U(kuò)展的功能所具有的特點(diǎn)。將聲音拾取與視頻監(jiān)控加入膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)而將每個(gè)廠家在建設(shè)膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)缺少聲音的狀況改變，還可以通過(guò)自由音視頻監(jiān)控技術(shù)來(lái)聯(lián)動(dòng)監(jiān)控畫(huà)面，且聯(lián)動(dòng)為內(nèi)嵌式的，使無(wú)人值守得以實(shí)現(xiàn)。

⑤報(bào)警管理的特點(diǎn)。系統(tǒng)能夠?qū)F(xiàn)在與之前的報(bào)警進(jìn)行顯示，還能夠?qū)?bào)警的解除狀態(tài)進(jìn)行明確，對(duì)歷史報(bào)警可以打印與查看。分布式報(bào)警管理將報(bào)警過(guò)濾、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、以事件為基礎(chǔ)的報(bào)警、報(bào)警區(qū)的無(wú)限管理功能進(jìn)行了提供，使報(bào)警系統(tǒng)的擴(kuò)展更加簡(jiǎn)單、可靠、靈活與方便，報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)隱藏的問(wèn)題與系統(tǒng)活動(dòng)進(jìn)行報(bào)告，使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全。

6.結(jié)論

該研究將一些自動(dòng)化信息化系統(tǒng)的綜合分析、集成、數(shù)據(jù)接入提供給了礦井，其中自動(dòng)化信息化系統(tǒng)包括了安全監(jiān)測(cè)、排水、通風(fēng)、運(yùn)輸、機(jī)電、掘進(jìn)、采煤等方面，通過(guò)對(duì)現(xiàn)代化信息技術(shù)的利用來(lái)實(shí)施智能分析與數(shù)據(jù)融合。促進(jìn)了煤礦生產(chǎn)期間的視頻人工智能應(yīng)用分析、聯(lián)動(dòng)預(yù)警、遠(yuǎn)程集中控制、數(shù)據(jù)與信息融合分析、智能感知的實(shí)現(xiàn)，并將決策支持進(jìn)行提供，更深層次地將過(guò)程中的功能優(yōu)化，進(jìn)而將礦井的生產(chǎn)效益與管理水平提高。