煤矿重大设备监控联网系统技术方案研究

原长东， 徐志强

(1.山西晋煤集团晋圣亿欣煤业有限公司， 山西 晋城 048006； 2.山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西 晋城 048006)

随着煤矿机械化程度、自动化水平越来越高，集约化生产模式成为煤矿安全高效生产的主要方式。这种生产模式对机电设备的依赖程度高，设备的质量、稳定性、完好性、开机率对煤矿安全生产经营管理起着决定性作用，主要通风机、胶带输送机、主要排水泵、空气压缩机等大型固定机电设备运行状态的好坏直接影响煤矿的安全生产和经营管理。因此，通过建设煤矿重大设备监控联网系统，规范煤矿重大设备在线监测数据传输标准，采集企业设备重要信息，利用可扩展的数据融合、数据挖掘、智能振动分析等技术手段，综合分析设备运行状态，在线实时准确识别故障部位与原因，及时预警重大设备潜在隐患等，提高设备智能化维护管理水平，保障设备稳定运行，在国家提倡的“机械化换人、自动化减人”大背景下具有重要的现实意义。

1 建设原则

(1)先进性。煤矿重大设备监控联网系统通过可扩展的数据融合、数据挖掘、智能振动分析等技术手段将设备静态数据跟运行状态数据智能关联；保证就地和远程均能够及时向用户提供设备故障的早期预警或运行状态异常情况，采取有针对性的预防措施，防止发生重大事故，实现设备运行工作全程追踪。

(2)可扩展兼容性。现有的重大设备在线监测系统涉及不同厂家，煤矿重大设备监控联网系统通过不同的数据协议接口实现采集处理各类重大设备的监测监控数据。遵循标准化、规范化和开放性原则，实现系统平台升级、扩充、数据处理能力满足煤矿企业发展的需要；避免重复性投资。

(3)合理性。在功能实现上以煤矿重大设备的综合应用为主线，同时考虑不同层次用户的需求，实现了各用户层功能对安全生产的需求的合理配置。

2 总体架构设计

2.1 整体组成架构

煤矿重大设备监控联网系统：基于煤矿主要通风机系统、空气压缩机系统、主要排水系统、立井提升系统、瓦斯抽放系统、带式输送机系统、供电系统、综采工作面系统、掘进工作面系统为核心业务，并结合煤矿安全、生产、经营等信息，以数据集成、融合、共享为原则，实现根据不同的角色权限查看相应的重大设备信息，实现全矿安全生产的信息化管理、数据挖掘和决策支持。

煤矿重大设备监控联网系统组成架构如图1所示。

图1 煤矿重大设备监控联网系统组成架构

实现煤矿重大设备实时数据采集：将煤矿各重大设备在运行过程中产生的实时数据通过建设胶带运输机、主排水系统、瓦斯抽放、供电、空气压缩机、主要通风机、采煤机、掘进机在线监测系统或集控系统进行采集。

数据分析功能：利用基础数据信息平台对胶带运输机、主排水系统、瓦斯抽放、供电、空气压缩机、主要通风机、采煤机、掘进机等各个子系统的数据进行采集，并将采集到的数据发送到大数据中心，设计智能化的数据分析模块，通过该模块对采集汇总的数据进行分析研究，做出专家决策结论，为煤矿安全生产和经营管理提供决策性依据。

数据分析模块设计：根据煤矿重大设备的数据接口现状，结合煤矿安全生产和经营理念，设计开发具有智能化数据分析判断的数据模块。通过数据分析模块智能化分析各煤矿重大设备的数据，做出可靠的实时决策结论，有利于煤矿的安全生产和经营管理。

2.2 整体技术架构

煤矿重大设备监控联网系统技术架构如图2所示。

图2 煤矿重大设备监控联网系统技术架构

2.3 系统部署架构

煤矿重大设备监控联网系统部署架构如图3所示。

图3 煤矿重大设备监控联网系统部署架构

3 子系统对接方式

煤炭行业重大设备在线监测子系统当前主要采用的数据接口协议有：OPC接口、TCP/IP接口、ODBC接口、CAN、WinCC、基于共享数据库、485总线的采集、串口通讯的非标准协议等。

由于各重大设备厂家软件的数据协议不同，新建设的数据信息平台应该具备对不同数据通信协议支持，所以必须设计兼容性的数据接口，以便实现对各个子系统的数据进行有效采集。

3.1 数据采集标准接口

3.1.1 OPC接口

OPC是OLE for Process Contro1用于过程控制的OLE是一个工业标准。它规范了应用程序的属性，用于控制系统软件之间进行数据通讯的接口规范，是基于微软的OLE(现在的Active X)、COM (部件对象模型)和DCOM (分布式部件对象模型)技术设计，采用客户/服务器体系架构。OPC包含一整套接口、属性和方法的标准集，主要用于过程控制和制造业自动化系统。OPC接口能存取本地或环网中异地OPC服务器中的数据，具有稳定安全的兼容性。

3.1.2 TCP/IP接口

TCP/IP是Internet Protocol Suite互联网通信协议的核心技术，能够扩展网络的规模并实现资源共享，为每种网络提供通信机制的标准化抽象。TCP/IP具有四个协议层和四个体系结构模型，能够实现点对点的链接机制，将数据的封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收加以标准化。TCP/IP的应用层协议既可以采用用户编写的应用，还可以是TCP/IP产品自身的标准应用，采用UDP或者TCP作为传输机制，借助Client/Server交互模式，实现各种通信协议。TCP/IP接口具有及时性、开放性和公平性。

3.1.3 ODBC接口

带有数据库支持的部分控制系统的上位机系统，定期地把生成的数据放到共享数据库中(如MS Access或SQL Server等)，数据集成平台利用ODBC接口可以读取有效数据，进行智能化分析判断。ODBC接口读取的数据具有一定的滞后性。

3.2 硬件接入方式

系统结构简单的重大设备有上位机，但不存在数据接口的可以通过增加通讯模块和硬件物理防火墙，利用物理上的网络连接实现与网络交换机的数据传输。

3.3 平台对接

主要通风机子系统、主排水子系统、空气压缩机子系统、供电子系统、带式输送机子系统、瓦斯抽放子系统、提升机子系统、掘进工作面子系统、综采工作面子系统九个子系统接入重大设备监控联网系统平台后，根据《煤矿安全生产在线监测联网备查系统通用技术要求和数据采集标准(试行)》(安监总厅规划【2016】138号)的数据规范要求，将数据对接到煤矿信息化综合系统监控平台。

4 结论

煤矿重大设备监控联网系统通过管理设备详细信息，采集监测重大设备的运行参数，实现矿井生产流程及重大设备的集中显示。根据不同角色、权限一键生成报表，实现对设备运行工作全程追踪，解决煤矿一线机电设备负责人、机电科长、矿领导等角色对安全生产的需求，发现影响煤矿安全生产和生产效率的关键因素，保障生产安全；提高煤矿企业各级管理部门对重大设备状态的在线监测、实时诊断分析、告警等管理；提高煤矿重大设备事故风险分析能力。

煤矿重大设备监控联网系统主要对重大设备运行工作全程追踪，通过对主要通风机、提升机、胶带输送机、排水泵、压风机、瓦斯抽放泵等大型机电设备关键易损传动部件的温度、振动以及电气参数信号的综合采集与实时诊断分析处理，智能地分析诊断出各重大设备存在的可能由于疲劳损伤、安装不当以及配合松动等潜在故障，能够正确有效地预警潜在故障由量的变化到质的变化，智能地分析诊断出各重大设备出现的故障原因以及严重程度，为煤矿安全生产提供应急决策和经营管理提供精准维修依据，有效预防发生重大事故，进而实现降本增效的革命性降成本目标。