摘" 要：為幫助煤礦企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備的科學(xué)化、規(guī)范化、智能化管理，降低設(shè)備故障率，減少故障停運時間，提升煤礦效益，促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展。以設(shè)備全生命周期為主線、預(yù)防性維護(hù)為中心，對各個煤礦的井下狀況、瓦斯數(shù)據(jù)、設(shè)備運行參數(shù)等進(jìn)行綜合分析，建立數(shù)字模型，通過模型驅(qū)動的軟件平臺，將設(shè)備運維體系與精細(xì)化管理思想融合，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控與故障預(yù)警。結(jié)果表明，智能化運維平臺的構(gòu)建，可提高煤礦自動化、信息化和智能化水平，使生產(chǎn)過程自動化與生產(chǎn)調(diào)度管理信息化有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)管控一體化，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；工業(yè)智能化；數(shù)據(jù)分析；運維管理體系；煤礦智能化設(shè)計

中圖分類號：TD67" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0050-04

Abstract： In order to help coal mining enterprises achieve scientific， standardized and intelligent management of equipment， reduce equipment failure rate， reduce downtime， improve coal mine efficiency and promote high-quality development. Taking the whole life cycle of equipment as the main line and preventive maintenance as the center， the paper comprehensively analyzes the underground conditions， gas data， equipment operation parameters， etc. of each coal mine， establishes a digital model， integrates the equipment operation and maintenance system with the idea of refined management through the model driven software platform， introduces the Internet of Things technology， and realizes the real-time monitoring and fault early warning of equipment status. The underground condition， gas data and equipment operation parameters of each coal mine are comprehensively analyzed， and a digital model is established. Through the model-driven software platform， the equipment operation and maintenance system is integrated with the idea of fine management， and the Internet of Things technology is introduced to realize real-time monitoring and fault early warning of equipment status. The results show that the construction of intelligent operation and maintenance platform has improved the level of coal mine automation， informatization and intelligence， organically combined the automation of production process with the informatization of production scheduling management， realized the integration of management and control， and achieved good economic and safety benefits.

Keywords： network technology; industrial intelligence; data analysis; operation and maintenance management system; intelligent design of coal mine

目前煤礦綜合自動化、智能化平臺主要關(guān)注煤礦生產(chǎn)信息的集成、設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控、視頻信息的監(jiān)視與管理，但是對于生產(chǎn)設(shè)備的日常運維管理與生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的交換互聯(lián)、傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)和管理模式還不能完全勝任。

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展、云平臺技術(shù)的不斷深入，給企業(yè)帶來更廣泛的移動管理、設(shè)備運維管理、數(shù)據(jù)綜合交互管理和企業(yè)運維管理等創(chuàng)新管理模式。通過模型驅(qū)動的智能運維軟件平臺和先進(jìn)的移動互聯(lián)應(yīng)用，將設(shè)備運維體系與精細(xì)化管理思想融合，以“連接設(shè)備、賦能員工、解決業(yè)務(wù)痛點、發(fā)掘數(shù)據(jù)價值、精益管理、精智績效”為目標(biāo)，幫助企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備運維管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1" 煤礦智能化運維平臺的基本內(nèi)涵

建設(shè)煤礦智能化運維平臺是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，將對煤炭企業(yè)形成競爭優(yōu)勢、提高經(jīng)營管理水平起到積極的推動作用，是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。其基本內(nèi)涵是：以煤炭資源安全、綠色、低碳和智能開發(fā)為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)與煤礦開采技術(shù)深度融合為保障，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)裝備與現(xiàn)代管理理念，構(gòu)建全面感知、實時互聯(lián)、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、科學(xué)決策和協(xié)同控制的智能化系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦資源開采、運輸、安全保障及經(jīng)營管理等全流程的智能化運行。實現(xiàn)路徑：通過整合設(shè)備提供廠商技術(shù)服務(wù)力量，組建培養(yǎng)技術(shù)服務(wù)隊伍，搭建開發(fā)一套能夠滿足煤礦智能化建設(shè)的服務(wù)平臺，致力推動智能化煤礦建設(shè)及后續(xù)運維服務(wù)，最終形成智能化煤礦運維體系。

2" 煤礦智能化運維平臺現(xiàn)狀

2.1" 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，部分煤礦的輔助生產(chǎn)子系統(tǒng)的信息化升級改造，都存在系統(tǒng)功能不完善、設(shè)備選型不統(tǒng)一等情況，不少由設(shè)備廠家提供的自動化信息化改造都站在各自產(chǎn)品的角度提供方案，沒有統(tǒng)籌考慮與其他設(shè)備、系統(tǒng)的融合互聯(lián)；部分在建的智能化升級改造項目還沒建成驗收就面臨二次改造，同時也增加了后續(xù)運維難度。

2.2" 技術(shù)人員儲備不足

煤礦企業(yè)基層從業(yè)人員普遍呈現(xiàn)年齡偏高、文化水平較低的特點，在各類自動化、智能化系統(tǒng)應(yīng)用與掌握方面有一定困難，企業(yè)的年輕技術(shù)人員儲備有較大缺口，擔(dān)心新建設(shè)的各類自動化、智能化系統(tǒng)成為雞肋，不能完全發(fā)揮作用。

2.3" 現(xiàn)有系統(tǒng)缺乏運維保障

由于相關(guān)運維人員較少，部分煤礦已經(jīng)建成的自動化、智能化系統(tǒng)缺乏必要維護(hù)，沒達(dá)到應(yīng)有的效果。現(xiàn)有運維體系基本依靠設(shè)備廠商提供技術(shù)服務(wù)，時效性很差，甚至一定年限后不再提供現(xiàn)場服務(wù)。另外，設(shè)備廠商在當(dāng)?shù)貨]有足夠的用戶數(shù)量，不愿意設(shè)置長期本地服務(wù)網(wǎng)點，進(jìn)一步加劇煤礦企業(yè)對煤礦智能化建設(shè)效果的擔(dān)憂，對后續(xù)運維缺乏信心。

因此，在煤礦智能化建設(shè)規(guī)劃之初，就要充分考慮采用通用控制設(shè)備與開放控制軟件，盡量避免受制于設(shè)備廠商。組建運維保障和技術(shù)監(jiān)督平臺，形成統(tǒng)一的運維保障體系，為煤礦提供必要的遠(yuǎn)程、現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)，保障智能化系統(tǒng)充分發(fā)揮其作用。

3" 煤礦智能化運維平臺構(gòu)建

煤礦智能化運維平臺分為硬件與軟件建設(shè)，硬件主要包括展示中心、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和操作站等；軟件主要包括平臺軟件、分析模型、業(yè)務(wù)流軟件等。煤礦智能化運維平臺對各類關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保證設(shè)備正常運行，促進(jìn)企業(yè)不斷完善設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)項目和周期，逐步建立良好的設(shè)備預(yù)防維修機(jī)制，提高設(shè)備保障能力和維修水平；同時，利用數(shù)據(jù)加強對設(shè)備的充分研究，實現(xiàn)有計劃、有目的的巡檢與維護(hù)保養(yǎng)，保證設(shè)備可靠、健康、高效地完成相應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)，進(jìn)一步提高設(shè)備自動化水平。

3.1" 煤礦智能化服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建

通過綜合自動化、智能化平臺采集煤礦生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，實時傳送到運維平臺（云平臺數(shù)據(jù)中心），經(jīng)過軟件分析、數(shù)字孿生模型運行分析后，對煤礦設(shè)備維護(hù)、庫存、安全危險源作出預(yù)警及提示，并通過云端傳送至煤礦用戶。

3.2" 運維平臺架構(gòu)

礦山智能化運營平臺涵蓋實體對象層、工業(yè)大數(shù)據(jù)層、模型對象層和業(yè)務(wù)服務(wù)層。同時，應(yīng)用于工作流平臺、集成平臺、安全平臺和云計算平臺，其結(jié)構(gòu)框架為四橫四縱。

3.2.1" 四個橫向

實體對象層：設(shè)備運維體系的管理對象，涵蓋多種分類的設(shè)備、運維人員和備件資源。

工業(yè)大數(shù)據(jù)層：涵蓋物聯(lián)網(wǎng)采集、傳輸，并對多維數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

模型對象層：采用三維可視化技術(shù)構(gòu)建設(shè)備對象。

業(yè)務(wù)服務(wù)層：包括運營管理、精益執(zhí)行管理、現(xiàn)場工作管理、績效管理和資源管理5個支撐管理。

3.2.2" 四個縱向

工作流平臺：支撐工作規(guī)范化體系，包括工作審批、工單流轉(zhuǎn)。

集成平臺：支撐智慧工廠其他應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息交換。

安全平臺：支撐數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)安全。

云計算平臺：整個信息化系統(tǒng)的運行環(huán)境。

3.3" 實時數(shù)據(jù)庫

實時數(shù)據(jù)庫是設(shè)備管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)底座，為軟件系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，支持實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查詢，提供可視化的數(shù)據(jù)分析，還能將煤礦發(fā)生生產(chǎn)安全事故時的相關(guān)數(shù)據(jù)再現(xiàn)，主要功能：提供統(tǒng)一的基于Web的配置管理頁面；提供數(shù)據(jù)的實時存儲、時序存儲；提供歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問接口，支持第三方調(diào)用和二次開發(fā)；提供對設(shè)備的管理，包括添加、刪除、修改、設(shè)備建模；提供支持多種設(shè)備協(xié)議；提供物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件，對接入設(shè)備的數(shù)據(jù)做安全性驗證，支持集群化部署。

3.4" 功能設(shè)計

3.4.1" 駕駛艙/大屏顯示

1）監(jiān)控大屏，通過大型顯示屏展示所有接入煤礦的設(shè)備狀態(tài)及故障提醒情況等現(xiàn)場實時信息，包括管轄區(qū)域平面圖或立體圖、健康設(shè)備統(tǒng)計、報警和故障信息、停機(jī)和離線設(shè)備及設(shè)備運行數(shù)據(jù)差異等。通過平臺的信息反饋，對煤礦現(xiàn)場事務(wù)進(jìn)行決策，現(xiàn)場人員可通過反饋調(diào)度指揮現(xiàn)場工作。

2）在線設(shè)備總覽，是在線數(shù)據(jù)采集的主監(jiān)控界面，用于呈現(xiàn)受監(jiān)控的設(shè)備、運行狀態(tài)值及當(dāng)前的實時數(shù)據(jù)值。傳感器數(shù)據(jù)采集并上傳至服務(wù)器后，系統(tǒng)后臺自動根據(jù)預(yù)設(shè)的報警閾值、變化趨勢來識別該數(shù)據(jù)代表的設(shè)備狀態(tài)，并自動進(jìn)行正常、預(yù)警、警告、報警和危險的等級劃分。對于報警數(shù)據(jù)，后臺服務(wù)還將調(diào)用短信接口，根據(jù)規(guī)則發(fā)送提醒短信至設(shè)備運維人員。

3）設(shè)備視圖及實時監(jiān)控，用戶可選擇重點關(guān)注的設(shè)備設(shè)定標(biāo)記，在關(guān)注設(shè)備中重點呈現(xiàn)實時設(shè)備運行狀態(tài)及各項參數(shù)。其中包括設(shè)備實時監(jiān)測值、設(shè)備平均故障間隔、設(shè)備平均修復(fù)時間、設(shè)備利用率、設(shè)備故障率和設(shè)備運行數(shù)據(jù)趨勢圖等信息。

4）通過結(jié)構(gòu)樹的形式建立設(shè)備實時檔案信息，包括設(shè)備基本信息、平均故障記錄、平均維修記錄、故障率和利用率等。

3.4.2" 設(shè)備信息管理

設(shè)備信息管理，是設(shè)備邁向信息化及自動化的基礎(chǔ)，設(shè)備信息管理能高效記錄設(shè)備在設(shè)計階段、建設(shè)安裝階段、運行維護(hù)過程中的檔案管理。設(shè)備信息包括臺賬、設(shè)備變更記錄、設(shè)備技術(shù)資料等。通過設(shè)備信息管理系統(tǒng)，對設(shè)備全生命周期中發(fā)生的各種紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲分類、統(tǒng)計分析，并對信息進(jìn)行有計劃的系統(tǒng)處理，為企業(yè)高層和設(shè)備管理人員進(jìn)行設(shè)備規(guī)劃和決策提供依據(jù)，從而使設(shè)備運行處于有效控制中。

3.4.3" 設(shè)備在線監(jiān)控

1）設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測。針對從煤礦生產(chǎn)控制系統(tǒng)中獲得的設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供了2個階段的設(shè)備在線監(jiān)測。第一階段為數(shù)據(jù)判斷階段，主要以獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行信號分析處理，比如變化率的計算、累計變化率的計算、有效值的計算等，并根據(jù)獲得的經(jīng)驗設(shè)定對應(yīng)數(shù)據(jù)的閾值，通過實時比較后產(chǎn)生預(yù)警。第二階段為故障診斷階段，能夠進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理并綜合分析，基于數(shù)據(jù)趨勢的分析再根據(jù)相應(yīng)的復(fù)雜邏輯進(jìn)行故障預(yù)警，可以盡早發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異動規(guī)律，從而在沒有觸動閾值時產(chǎn)生一個報警。這有別于第一階段的傳統(tǒng)的設(shè)定閾值的報警方法。

2）基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備狀態(tài)預(yù)測。設(shè)備的預(yù)測性智能維護(hù)和效能動態(tài)優(yōu)化是工業(yè)大數(shù)據(jù)的核心應(yīng)用場景之一，也是實現(xiàn)智能化工業(yè)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的核心技術(shù)之一。對設(shè)備性能的預(yù)測分析和對故障的精準(zhǔn)估計，將會量化管理設(shè)備運行中的不確定性，并降低設(shè)備運行中的非預(yù)期停機(jī)損失和事故風(fēng)險。同時，根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)、外部環(huán)境和生產(chǎn)目標(biāo)等多位信息，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的預(yù)測性模型對生產(chǎn)線整體的效能進(jìn)行優(yōu)化決策支持，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)成本和效益的深度管理，提升企業(yè)效益。

3）設(shè)備運行管理。設(shè)備運行管理能夠確保設(shè)備無故障或少故障運行，減少設(shè)備的損耗。設(shè)備運行情況直接反映了煤礦生產(chǎn)工藝過程，通過在三維場景中選取設(shè)備模型，不僅可以查看該設(shè)備的電壓、電流、功率、溫度、壓力、液位和振動等運行數(shù)據(jù)、設(shè)計參數(shù)、趨勢圖，也可以利用設(shè)計參數(shù)與實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的比對直觀展現(xiàn)報警信息。運維人員不僅可以標(biāo)識監(jiān)控設(shè)備，也可以通過“視頻監(jiān)控調(diào)用”快速調(diào)取一個或多個監(jiān)控視頻，采用浮動窗口的方式，展現(xiàn)監(jiān)控畫面。

4）設(shè)備健康維護(hù)管理。設(shè)備的健康維護(hù)及維修保養(yǎng)工作是設(shè)備管理的重要組成部分，也是提高設(shè)備使用壽命、提高使用效率的重點工作。煤礦運維人員可以在系統(tǒng)中定義特定時間到期，或長期滾動執(zhí)行的維修保養(yǎng)計劃，系統(tǒng)將在定期提醒管理員安排即將到期的維修保養(yǎng)計劃，保證維修保養(yǎng)計劃的準(zhǔn)確安排與執(zhí)行。還可以根據(jù)生產(chǎn)計劃、設(shè)備狀況，制訂設(shè)備的維修保養(yǎng)計劃，按照計劃執(zhí)行時間自動提醒相關(guān)的設(shè)備管理員、維修保養(yǎng)員，準(zhǔn)確掌握設(shè)備故障率、故障原因、維修保養(yǎng)工作的執(zhí)行情況等，為改進(jìn)、改造、購置設(shè)備提供決策依據(jù)。

5）設(shè)備故障管理。為提升管理效率，解決生產(chǎn)實際中存在的設(shè)備管理問題，規(guī)范設(shè)備故障管理，以減少故障直至消除故障為目的，從執(zhí)行層、基礎(chǔ)管理層、監(jiān)督層對設(shè)備故障管理流程進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到有效執(zhí)行、及時管理、實時監(jiān)督的管理循環(huán)，逐步達(dá)到規(guī)范化、秩序化管理的效果，提升設(shè)備管理水平，從而實現(xiàn)智能化改造、達(dá)到精益生產(chǎn)的最終目標(biāo)。

6）設(shè)備缺陷管理。缺陷記錄管理流程用于管理并跟蹤設(shè)備已發(fā)生的各類缺陷及其處理過程。缺陷記錄處理流程以煤礦企業(yè)實際工作流程為參照，按照處理過程和數(shù)據(jù)分析要求設(shè)計模塊功能。記錄的數(shù)據(jù)包括：涉及設(shè)備、所屬煤礦、發(fā)現(xiàn)人、發(fā)現(xiàn)日期、 缺陷等級、截止日期和缺陷內(nèi)容等。

7）設(shè)備運行統(tǒng)計分析。統(tǒng)計分析功能中，包含了對歷史數(shù)據(jù)的查詢和管理，并且能對單個的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，進(jìn)一步判斷故障的可能原因。包括趨勢分析、歷史數(shù)據(jù)分析、報警記錄查詢等功能。

3.5" 系統(tǒng)功能

3.5.1" 操作員站系統(tǒng)

運維平臺擬定配置2臺操作員站，一臺用于大屏系統(tǒng)顯示控制操作，另一臺用于運維平臺日常維護(hù)操作，2臺配置相同可互為備用。

3.5.2" 數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)

運維平臺未來預(yù)計將接入幾十個煤礦，每個煤礦都至少有數(shù)百個運行參數(shù)。煤礦現(xiàn)場數(shù)據(jù)具有頻率快、數(shù)據(jù)量大和時效性需求，對于異構(gòu)數(shù)據(jù)存入支持及查詢效率要求很高。因此，采用專業(yè)工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫來滿足工業(yè)數(shù)據(jù)的海量存儲，支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮和高效查詢，為平臺應(yīng)用提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)存儲。

3.5.3" 運維平臺服務(wù)器

主要分為2類，一類是數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，另一類是應(yīng)用服務(wù)器，同時可以滿足遠(yuǎn)程視頻會議使用需求，并配置網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備及可靠電源保障。

4" 煤礦智能化運維平臺構(gòu)建后達(dá)到效果

通過智能化運維平臺的構(gòu)建，提高了煤礦自動化、信息化和智能化水平，使生產(chǎn)過程自動化與生產(chǎn)調(diào)度管理信息化進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)管控一體化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益。

1）安全可靠性及生產(chǎn)效率提高。通過在地面集中監(jiān)測監(jiān)控，不但實現(xiàn)井下減員、減少井下人員傷亡的可能性，而且改善了工作環(huán)境，提高了安全系數(shù)，保障井下人身安全。另外，通過數(shù)據(jù)共享，報警聯(lián)動，減少礦井發(fā)生災(zāi)難時造成的損失。

2）通過構(gòu)建智能化運維平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺和傳輸平臺，不但節(jié)省了傳輸通道（光纖、通信設(shè)備等）的重復(fù)投資和維護(hù)費用，還節(jié)省了數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件、軟件開發(fā)等重復(fù)投資費用，做到一次投資，長期受益。

3）通過監(jiān)控平臺，設(shè)備工況得到嚴(yán)密管控，減少人工操作失誤，實現(xiàn)設(shè)備自動控制，延長設(shè)備使用壽命，提高對設(shè)備的故障分析和判斷能力，減少停機(jī)事故，加強對井下設(shè)備的調(diào)度和管理，達(dá)到高產(chǎn)、高效目的。

4）逐步實現(xiàn)無人值守和定期巡檢，可以有效降低工人勞動強度，降低人員成本，減少井下用工人數(shù)，提高人員效益。同時，也促進(jìn)了煤礦管理人員技術(shù)素質(zhì)、管理素質(zhì)的提高。

5" 結(jié)束語

構(gòu)建煤礦智能化運維平臺，發(fā)揮專業(yè)技術(shù)人員在安全、生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析的能力，整合上游設(shè)備廠家和下游煤礦企業(yè)的資源，發(fā)揮各方在智能化煤礦建設(shè)中的技術(shù)優(yōu)勢，較好地填補現(xiàn)有智能化改造建設(shè)中的運維需求，助推智能化礦山建設(shè)及后續(xù)運維服務(wù)，為煤礦提供一個高速、安全、可靠的管理平臺，實現(xiàn)管控一體化，提高煤礦的安全生產(chǎn)管理水平，提升管理效益，最終實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

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