數字化礦山系統及智能化在礦井中的應用

天地（常州）自動化股份有限公司 薛曉炎

數字化礦山系統及智能化在礦井中的應用

天地（常州）自動化股份有限公司 薛曉炎

本文介紹數字化礦山的硬件架構與軟件架構，并對軟件的模塊功能作了詳細的分析，移動app的應用。該系統在煤礦中的應用，可以對礦井生產、安全、通風、瓦斯、生產調度、煤礦地測防治水、供電、機電設備等二十余個管理子系統進行無縫接入，從而達到減員增效化管理。

數字化；礦山；工業以太環網；智能化

隨著當前煤礦對安全生產的日夜重視,煤礦的自動化與智能化越來越高。當前科學技術也是日新月異。煤礦企業對礦井的日常管理和生產管理也提到了一個新的高度。在過去的十幾年里,煤礦經過自身的自動化發展,已取得一定發展,自動化程度也上升了一定的高度。現在煤礦井下的人員定位系統、安全監測系統、調度通信系統、皮帶控制系統等都實現了一定程度自動化,而且煤礦的基礎網絡建設也基本形成,那么如何在現有的基礎上,更上一層樓,將煤礦的智能化程度上升到新的高度,實現真正意義上的數字化礦山,app的應用,高度融合通信、監測、生產、管理。使之實現一體化生產與管理。這也是今后煤礦數字化礦山的一個發展方向。

1 數字化礦山整體結構

建設數字化礦山的主要目的就是為了在保證煤礦安全生產管理的同時,實現減員增效。這個過程可以通過兩個方面來實現,煤礦井下的各個系統已經建設完成。這為我們提供了硬件接入,我們還應該建設一個高速網絡平臺,平臺要求有足夠的帶寬。能夠為現有的的系統提供流暢的通道。并且要預留一定的帶寬為今后的未知系統留足帶寬。在軟件(應用層)方面首先要實現系統的數據采集,將各個系統的數據采集到服務器上,形成數據倉庫,通過數據倉庫能夠實現數據挖掘,有了數據挖掘,進而實現數據分析,為我們日常的生產控制和安全監控提供必要的支持。最后通過數據反饋達到我們對煤礦井下的數據控制。最終實現數據化礦山減員增效的目的。

2 數據化礦山的基本構造

數字化礦山的硬件基本結構有物理層、數據鏈路層、網絡應用層構成。

2.1 物理層

物理層即設備接入層、主要由路由器、交換機(井下防爆型交換機和地面機房核心交換機)、井下輸采集設備和設備通道、地面機房服務器組成。目前煤礦該層的建設已基本完成。煤礦井下的基礎層建設包括有線和無線兩種方式:這兩種方式可以單一的選擇有線環網作為物理層建設、也可采用無線WIFI的方式建設無線平臺部分。還可以通過有線和無線的混合建設實現物理層的建設。同時井下的數據接入方式多種多樣、一般常見的數據接入方式為RS485和TCP/IP方式。這些可通過接口的標準化的方式,實現數據的無縫接入,有了物理層的建設就為數字化礦山的實現提供了物質基礎。

2.2 數據鏈路層

數字化礦山的一個重要過程就是數據的接入,要實現數據的接入首先是需要有原始的數據信息,這個過程可以通過已有的煤礦基礎建設來完成,就目前來說,煤礦的基礎系統已經完成,包括了“六大系統”、視頻監控系統等。通過這些系統提供了數據源,當這些數據通過物理層的通道到達服務器之后,就完成了數據鏈路層實現的數據采集與應用。

2.3 網絡應用層

在該層包括了網絡層和應用層。網絡層為數據化礦山實現的關鍵在于主要平臺的建設,包括有線環網平臺和無線網絡平臺,其傳輸的方式為建設主干環網在井下大巷和井下作業環境比較好地方,對于井下工作面環境惡劣的情況下,通過無線網絡覆蓋的方式實現信號的傳輸。在地面機房采用服務器統一管理,通過硬件防火墻與以后建立的礦企業網隔離。工業環網與企業信息網間采用雙網卡信息發布服務器+防火墻技術。同時礦上的數字化應用也是在網絡應用層。

3 應用層及其架構實現功能

3.1 數字化礦山應用層的基本架構

數字化礦山的應用層主要包括了系統數據的收集、數據挖掘、數據決策、數據處理與決策發揮,在這個過程中系統采用的構架有兩種模式:B/S模式、C/S模式。

B/S模式通過WEB瀏覽服務器的模式建立網絡架設三層體系結構。實現數據的瀏覽、應用程序的實現。

C/S模式通過客戶端的建立。連接到數據庫服務器實現上述功能。

3.2 應用層實現功能

3.2.1 井下特定區域數據反饋

對于井下作業環境的特殊要求。需要對井下的特定環境進行相應的監測,如瓦斯上限、人員上限。通過設定的數據上限,如果該區域發生了超限情況將進行數據反饋,自動開啟相應的救援系統,實施控制。

3.2.2 歷史數據分析實現產能智能化

主要通過對礦井的總產量和日產量,以及設備的運行參數,以及煤礦井下的安全生產環境數據分析出煤礦出煤的最佳日產量、在最佳日產量的時刻可以保證人員最少,效率最高,安全系數最高。為礦井安全生產管理提供決策依據。

3.2.3 系統深度融合與聯合機制

將煤礦的各個系統融合起來,達到通過某一參數的分析與反饋,可實現多系統聯動。起到在最短時間管理的高效化。例如通過將安全監測和煤礦調度通信系統、廣播系統的融合。可以實現煤礦的安全告警。當瓦斯超過一定的限度之后實現調度通信系統和廣播系統的自動通知,在最快的時間保證生命財產安全。

3.2.4 數字化礦山移動智能化

隨著移動通信技術發展,井下的也將實現數字化礦山的移動智能化,通過在礦用本安型智能手機上裝載相應的app,可以實現礦井的管理人員和相關人員在井下和地面實時地對設備狀態的查看、對瓦斯數據的查看。對井下設備的開停控制等功能。

總之,隨著技術的日新月異,數字化礦山將為煤礦減員增效、安全管理帶來很大的變革。

［1］劉瑞生.屯留煤礦綜合自動化及數字化礦井建設模式研究,2006.

［2］霍驥川.數字化礦山的建設與實施［J］.河北煤礦,2011.