煤礦智能化綜采工作面管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

邢呈呈

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 常州研究院有限公司， 江蘇 常州 213015)

0 引言

近些年，煤礦綜采工作面自動(dòng)化控制技術(shù)有了一定的發(fā)展，其中德國(guó)MARCO、天地瑪珂等企業(yè)在工作面智能控制方面都取得了較大進(jìn)步，在智能控制技術(shù)和成套裝備智能水平的帶動(dòng)下，煤機(jī)裝備自動(dòng)化、智能化方面的整體技術(shù)在進(jìn)步，為建設(shè)大型現(xiàn)代化礦井提供了保障，有力地推動(dòng)了我國(guó)煤炭工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)[1-3]。黃陵煤業(yè)集團(tuán)開(kāi)展的綜采工作面遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)研究，已能實(shí)現(xiàn)較薄與中厚煤層智能化開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)了有人巡視無(wú)人作業(yè)、地面生產(chǎn)常態(tài)化的自動(dòng)化安全高效生產(chǎn)綜采工作面。但由于綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程對(duì)動(dòng)作順序、精準(zhǔn)性、敏捷性等要求相對(duì)較高，一方面現(xiàn)有針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和管理又面臨著設(shè)備控制方式分散的問(wèn)題，往往不能很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)備間快速、準(zhǔn)確的配合，不能充分發(fā)揮設(shè)備性能，造成生產(chǎn)效率不高[4-5];另一方面，現(xiàn)有的工作面綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是以過(guò)程化控制為核心，與生產(chǎn)過(guò)程脫節(jié)，沒(méi)有高效實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)信息集成和互通，無(wú)法為生產(chǎn)管理者提供決策依據(jù)和建議[6]。基于此，本文利用信息技術(shù)手段，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”和智能化技術(shù)，提出了煤礦智能化綜采工作面管理平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，旨在實(shí)現(xiàn)綜采工作面采煤信息共享化和移動(dòng)實(shí)時(shí)高效化。

1 智能化綜采工作面管理平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能化綜采工作面管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要為解決煤礦智能化管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用3個(gè)主要需求[7]，平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要遵循煤礦開(kāi)采行業(yè)制定的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，基于大數(shù)據(jù)信息模型，結(jié)合具體的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的分析處理需求，完成煤礦開(kāi)采數(shù)據(jù)規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，整合開(kāi)采核心數(shù)據(jù)，構(gòu)建統(tǒng)一完整的大數(shù)據(jù)視圖，以此實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理和利用，為后期全生命周期的數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)資產(chǎn)流程管理和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。總體架構(gòu)設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)源、智能化綜采管理平臺(tái)、云服務(wù)平臺(tái)以及移動(dòng)應(yīng)用四個(gè)層次，總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 智能化綜采工作面管理平臺(tái)總體架構(gòu)

如圖1的總體設(shè)計(jì)所示，智能化管理平臺(tái)將是一個(gè)開(kāi)放的樞紐平臺(tái)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，可以為設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和運(yùn)行現(xiàn)有的和未來(lái)出現(xiàn)的各種開(kāi)采應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和訪(fǎng)問(wèn)方式，以及統(tǒng)一的開(kāi)采大數(shù)據(jù)計(jì)算分析功能和平臺(tái)支撐。通過(guò)智能化綜采管理平臺(tái)將礦井綜采信息整合到一起，礦井的信息化建設(shè)過(guò)渡到智慧應(yīng)用階段，可以實(shí)現(xiàn)更透徹的感知、全方位的聯(lián)通、高度智能化。

2 智能化綜采工作面管理平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

智能化綜采工作面管理平臺(tái)需要具備4個(gè)主要功能,即:

1) 數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能。智能化綜采平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息化設(shè)備，通過(guò)自定義通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、本地存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)過(guò)濾處理，多層加密后發(fā)布到云服務(wù)平臺(tái)。平臺(tái)需建立實(shí)時(shí)庫(kù)和工業(yè)庫(kù)本地存儲(chǔ)，以及云數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)功能，綜采數(shù)據(jù)通過(guò)智能化管理平臺(tái)處理、加工、過(guò)濾、整理，以統(tǒng)一的形式發(fā)送給云數(shù)據(jù)庫(kù)，云服務(wù)平臺(tái)對(duì)云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行主從分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理和負(fù)載平衡管理，使用分布式系統(tǒng)，可做到數(shù)據(jù)容災(zāi)保護(hù)，更為數(shù)據(jù)分析提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)。

2) 關(guān)鍵數(shù)據(jù)移動(dòng)監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)移動(dòng)客戶(hù)端(手機(jī)、平板電腦、礦用移動(dòng)終端)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)綜合工況預(yù)覽、綜采工作面關(guān)鍵信息、一鍵啟動(dòng)記錄、違規(guī)操作記錄、故障匯總、操作匯總和有害氣體監(jiān)測(cè)情況。在移動(dòng)端即時(shí)反映自動(dòng)化設(shè)備數(shù)據(jù)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)，圖表等形式對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)展示，便于領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)管理人員、崗位職工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3) 平臺(tái)綜合管理功能。針對(duì)智能化綜采的生產(chǎn)工作進(jìn)行管理，通過(guò)任務(wù)模板的制訂高效分配任務(wù)和任務(wù)推送機(jī)制，并通過(guò)班次模板快速反饋匯報(bào)工作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)技術(shù)管理人員、崗位職工及時(shí)反映工作情況，做到企業(yè)精細(xì)化管理。通過(guò)知識(shí)庫(kù)的分享，提高職工的綜合水平，從而更進(jìn)一步地提高生產(chǎn)效率。平臺(tái)的系統(tǒng)管理宜通過(guò)移動(dòng)端和Web端分權(quán)限進(jìn)行管理操作，方便技術(shù)人員和管理人員集中高效地進(jìn)行系統(tǒng)管理。

4) 數(shù)據(jù)分析功能。針對(duì)智能化綜采生產(chǎn)工作的設(shè)備運(yùn)行工況，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)前預(yù)判設(shè)備狀態(tài)，生產(chǎn)中實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)自診斷，檢查當(dāng)前各設(shè)備的控制狀態(tài)、傳感器、通訊狀態(tài)等是否正常，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備進(jìn)行生命周期算法分析。通過(guò)研究工作面開(kāi)采效能和安全指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，建立數(shù)據(jù)模型。開(kāi)發(fā)智能開(kāi)采高效連續(xù)推進(jìn)決策系統(tǒng)和安全評(píng)估決策系統(tǒng)，最終構(gòu)建智能開(kāi)采大數(shù)據(jù)采集分析處理平臺(tái)。

3 智能化綜采工作面管理平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

智能化管理平臺(tái)基于工業(yè)化組態(tài)架構(gòu)，通過(guò)該平臺(tái)開(kāi)發(fā)的綜采自動(dòng)化、智慧礦山等信息項(xiàng)目的應(yīng)用，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)采集、通信、計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示及監(jiān)控邏輯的定制、控制設(shè)備動(dòng)作等重要任務(wù)，是系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)云發(fā)布、云服務(wù)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)的中樞[8-9]。平臺(tái)設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，需重點(diǎn)解決以下3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

1) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。實(shí)現(xiàn)從設(shè)備到生產(chǎn)、排查、應(yīng)急、預(yù)警、運(yùn)維管理、運(yùn)輸、用戶(hù)等生產(chǎn)全過(guò)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)與感知，對(duì)獲取的海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并及時(shí)上傳，是實(shí)現(xiàn)智能化管理平臺(tái)的基礎(chǔ)。

2) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。包括關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)融合和集成技術(shù)、數(shù)據(jù)抽取技術(shù)、數(shù)據(jù)清洗和過(guò)濾技術(shù)，具體是指礦山數(shù)據(jù)ETL(Extract，Transfer和Load，即提取，轉(zhuǎn)換和裝載)、礦山數(shù)據(jù)統(tǒng)一公共模型等技術(shù)。系統(tǒng)內(nèi)置的ETL服務(wù)子系統(tǒng)與配置工具，支持從文件、DB、數(shù)據(jù)流中導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

3) 功能模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多樣的需求變更，需要加強(qiáng)各種系統(tǒng)間的協(xié)作，必須能夠及時(shí)響應(yīng)功能需求的變更，在項(xiàng)目工程組態(tài)時(shí)，設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)組態(tài)圖形畫(huà)面、變量、設(shè)備和腳本等，是一項(xiàng)繁雜耗時(shí)的工作。所以通過(guò)提供豐富的模塊化功能，復(fù)用已有組態(tài)工程的內(nèi)容，將組態(tài)工程中經(jīng)常使用到的設(shè)備、變量、腳本、畫(huà)面等工程組態(tài)內(nèi)容，分別生成模板，生成模塊化組態(tài)單元，從而在構(gòu)建新項(xiàng)目時(shí)可以從模板快速生成設(shè)備、變量、腳本、圖形畫(huà)面等。在此過(guò)程中，用戶(hù)只需要按照向?qū)ё鲂┖?jiǎn)單配置和變量、字符串替換等工作，就可以快速創(chuàng)建工程組態(tài)，大大提高工作效率。

4 結(jié)論

通過(guò)從綜采工作面自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的需求入手，分析了智能化開(kāi)采的現(xiàn)狀，指出了現(xiàn)有綜采工作面設(shè)備間配合度較差，效率低的問(wèn)題。分析認(rèn)為，現(xiàn)有的工作面綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是以過(guò)程化控制為核心，與生產(chǎn)過(guò)程脫節(jié)，沒(méi)有高效實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)信息集成和互通，無(wú)法為提供決策依據(jù)的問(wèn)題。基于此，提出了煤礦智能化綜采工作面管理平臺(tái)設(shè)計(jì)思路。

從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用3個(gè)主要需求入手，設(shè)計(jì)了智能化綜采工作面管理平臺(tái)架構(gòu)，提出了智能化綜采工作面管理平臺(tái)應(yīng)具備的4個(gè)主要功能。針對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，提出了需要解決基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和功能模塊化設(shè)計(jì)3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。