煤矿生产指挥中心升级改造信息化设计

孙 军

(国能鄂尔多斯市工程设计有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

0 引言

煤炭生产结构层级多，生产工艺复杂，与其他行业不同。因此，煤矿生产指挥中心就成为了整个矿井的信息汇合点，是集通信、指挥和监控调度于一体，高度智能化的信息枢纽。生产指挥中心对于保障整个煤矿生产和各种设备、系统的正常运行起着至关重要的作用。生产指挥中心把煤矿井上下各个部门、各个生产环节组织和协调起来，综合平衡，及时地反映生产中的矛盾和环节，使生产能力得到充分发挥，使整个生产过程均衡有效地进行；当发生紧急情况时，启动应急预案，又成为应急处置中心。因此，生产指挥中心的建设，需要充分考虑到调度室功能需求，使生产指挥中心能够集成众多系统数据、融合各种通信方式并能提供快速直观的信息展现，协助调度员完成指挥协调、监控督查、应急处置等工作任务。

1 总体架构

1.1 需求分析

生产指挥中心应满足煤矿生产调度与应急指挥调度的需要，本项目煤矿生产指挥中心升级改造就是完善矿端设备层、控制层的一级应用，更好地实现矿端生产调度指挥、远程监控及视频监控等功能，更好地实现矿井安全生产、调度管理等信息的综合显示、报警、记录等功能，提升乌海能源公司的智能化水平。

1.2 框架设计

智能矿山总体架构应用架构模型采用5层的信息化架构模型。其中L4、L5由上级部门统一规划，L3为本项目公司统一规划建设，L2、L1为矿端建设，就地部署。

乌海能源公司矿端的生产指挥中心按需求分析确定为4部分设计内容：①生产指挥中心大厅；②矿级数据中心；③应急救援指挥会议室兼调度视频会议室；④应急救援指挥系统建设。

2 生产指挥中心大厅

2.1 建设目标

指挥中心大厅主要用于煤矿各系统运行集中监控和管理，主要包括大屏幕、信息屏、辅助显示设备、调度监控工作台、监控工作站、打印机等设备。指挥中心大厅的建设应满足煤矿生产调度与应急指挥调度的共同需要。

2.2 设计内容

2.2.1 工位设计

工位分区：按照工作环境独立、业务互不干扰、人员精干专业的目标和原则，煤矿生产指挥大厅设计10个调度操作工位。分为3个区域设置，分别是调度监测区域、生产环节集控区域、辅助生产环节集控区域。调度监测区域布置工位4个，分别为调度主、调度副、监测(人员定位、安全监测、束管、水文、地质等)、选煤调度。生产环节集控区域布置工位3个，分别为综采工作面集控、掘进工作面集控、值班主任岗。辅助生产环节集控区域布置工位3个，分别为集控1(通风、压风、排水、供电)、集控2(主运输)、备用岗位。

智能调度工作台：本项目选用台体深度尺寸为1 000 mm，台面高度尺寸为750～1 150 mm升降调节，每席位宽度根据客户进行定制，工作台具有可拆分、移动、组合等功能，充分满足每席位设备及相关使用及日后扩展的需求，同时符合整体大厅环境的装修效果。

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工作台人机分离：为了减少调度指挥大厅内设备，将工作台工作站布置于数据中心内，更有利于统一管理。数据中心内供电可靠，制冷效率高。减少了指挥大厅内设备噪声，降低指挥大厅内发热量，为工作人员提供良好的工作环境。

本项目采用光端收发机作为工作台监视器与工作站之间的通信方式，具有可靠性高、稳定性好、响应速度快的优点。

2.2.2 信息展示设计

指挥大厅内信息展示系统能够通过选择切换的形式将视频图像或计算机画面和网上信息显示出来，在投影墙上任意位置、任意大小以窗口形式开窗缩放、漫游及叠加显示，或者放大至全屏显示。将诸多内容以合理的编排同时显示在投影墙上，为监控人员全面监控设备及现场的实时情况、现场领导应急决策提供既全面又具体的信息显示支持。本项目设计3种信息显示设备。

液晶拼接屏：安装在调度工位的正面，液晶屏尺寸为55寸。主要划分为2个显示区域，分别为安全生产相关监控与视频监视区和矿井GIS概览主要显示区。

LED条形显示屏：安装于拼接屏上方，屏幕高度为600 mm。可根据需要显示欢迎词、值班领导等其他信息。

辅助显示屏：安装于调度大厅侧壁，靠墙挂装或落地支架安装。显示屏选用86寸高清液晶显示屏。可根据需要显示人员、车辆位置信息、安全监测系统信息、常用图纸资料等。

本次调度指挥中心改造拟在原有安全生产实时监控平台基础上全面集成新增自动化系统和其他智能化系统数据，以Web三维形式实现各生产数据和设备运行状态生动展现，从庞大复杂的生产信息和安全数据中抽取分析关键信息，高效辅助调度管理人员和各级领导快速、准确地做出各种指挥和决策。

智能调度系统总体架构：智能调度系统平台实现基于一张图的综合监控，集中统一报警，并能对信息进行一站式的联动联查，快速高效地利用信息。并在设备集中监测、数据统一存储、信息一图呈现的基础上，实现综合的数据统计分析和预警功能。平台采用的数据依然利用矿井已有各系统数据，采集数据部分并不需要进行重复建设，但平台可对调度指挥工作提供便捷支持。

智能调度系统主要功能：①数据接入和数据服务。在原有生产综合监控调度指挥平台的基础上新增接入矿井的主运输系统、智能综采工作面、掘进工作面、主排水系统、主通风、主提升、皮带秤等矿井具备接入条件的全部数据，暂不具备接入条件的系统后续接入。②矿井三维展示功能。通过三维巷道图的形式全面展示矿井各设备、传感器等实时监测信息。界面直观方便，有助于工作人员快速决策。③设备状态统计功能。自动统计主要设备的空载、重载、停机等设备运行工况数据，从而分析设备开机率、设备空载率、设备符合率等多项设备运行指标，改进生产计划安排和开机率考核，起到节能、降耗、增效的目的。④警告信息筛选统计功能。通过对各类告警的整理分类，集中显示重要的告警信息，重要告警信息以醒目颜色展示。避免数量庞大的非紧急告警淹没重要告警信息。⑤三维空间管理和分析功能。从管理和应用层面应具有三维空间管理功能和三维空间分析功能，系统可以根据现有地质测量管理系统数据和地测数据，自动绘制矿井巷道图，并能按照三维空间关系对各传感器等进行管理，融合到统一的三维场景中，系统中所有对象都是按空间关系去存储、组织，使得调度指挥工作更快速、准确。⑥视频监视管理功能。采用动态连接的方式实现视频的不限路数连接，视频能动态加载视频源，可有效利用网络带宽和服务器资源，提供更多视频源供用户实时调用；视频除视频列表查询外，也可通过接口灵活调用，为系统联动提供支持。⑦智能预警。通过大数据分析，积累设备运行历史数据，通过建立相应的统计和预测模型实现设备的健康诊断和智能预警。实现主要设备如主通风机轴温、胶带机轴温、瓦斯浓度突变的智能预警。⑧曲线查询。设备运行历史曲线查询功能，查询时段可自由选择，曲线支持平移、缩放；点击图上的任何数字注记，可以打开数据曲线，查看过去一段时间数据的变化趋势。

3 矿级数据中心

3.1 建设目标

矿级数据中心建设应遵循“统一规划、分级管理、协同维护”的指导原则，本项目公司负责各矿级单位机房建设的管理和指导工作，各矿级单位负责本单位及下属单位机房建设和管理工作。矿级数据中心建设同时应遵循近期建设规模与远期发展规划协调一致的原则。

3.2 建设规划

数据中心设计规划：①本项目设计安装双排微模块数据中心1套，共16台可用服务器机柜；②双排微模块数据中心设置配电列头柜，含市电输入、UPS系统输入及输出连接，为机柜、空调、动环、消防、照明等提供供电；③双排微模块数据中心风冷行间空调设计冷量40 kW/台，共配置2台，总制冷量30×2=60 kW运行；④空间范围—产品实际尺寸6 000 mm×3 600 mm×2 300 mm(长×宽×高)；水平方向维护空间，建议前后左右均为1 000 mm(至少800 mm)，建议垂直方向维护空间>300 mm。

数据中心设计架构：微模块数据中心监控子系统架构图,如图1所示。

4 应急救援指挥会议室兼调度视频会议室

4.1 建设目标

矿调度视频会议室建设项目，按照“需求牵引、瞄准前沿、确保可行、利于发展”的思路，建设一套集日常会议、视频会议、多功能会议为一体的会议室，确保会议室设计理念先进、系统稳定、功能完善、指挥高效。实现以下目标：①系统要做到可方便快捷地管理所有视频、音频系统；②满足会议室各路信号源任意切换到各个高清显示设备播放需求；③保证音频扩音系统易操作、功能灵活，满足会议的不同功能要求；④设计集中控制系统，使整套系统能够方便快捷的管理；⑤满足召开视频会议、日常会议、多功能会议等要求；⑥满足会议录制存储需求。

4.2 设计内容

会议显示系统：根据会场实际使用环境设计86寸交互式智能平板，既可以当作高清显示器使用，又可以当作触摸电脑使用。该类设备主要应用于中小型会议室、培训室等场所。主要设备组成为交互式智能平板，交互式平板智能笔，无线同屏发射器。

会议扩声系统：参考国家厅堂扩声设计标准一级进行设计，语言扩声系统一级标准要≥98 dB，声场不均匀度要做到1 kHz和4 kHz时测量≤8 dB；传声增益在125～4 kHz的平均值要≥-8 dB。本项目，设计2台120 W/8 Ω主音箱(由1台2×200 W/8 Ω功放驱动)音箱安装在会场对角。

视频会议系统：在会议室设置一套远程视频会议系统，实现与其它会议室的音视频互联互通，达到提高效率、降低成本的目的，在会议室配置1台高清视频终端。

电子桌签系统：可升降电子桌签主要显示会议室内参会人员的名称和职务等信息。不使用时可隐藏于桌面下，保持桌面整洁美观。

图1 数据中心监控系统架构Fig.1 Monitoring system framework of data center

5 应急救援指挥系统建设

5.1 建设目标

目前，国家能源集团公司正在积极推进生产执行系统的建设，应急救援指挥系统应基于该平台模块建设。应急救援指挥平台主要由服务器、矿端应急救援指挥平台软件、增强现实(AR)双眼智能眼镜等组成。

5.2 设计内容

应急救援指挥平台：煤矿端的应急指挥系统全面集成矿井的安全数据、生产数据和设备运行状态数据，煤矿端应急指挥平台充分利用现有的各矿安全生产实时监控平台已建设内容。并结合公司级应急指挥系统中已建设的物资类、救援方案类、专家库类数据。煤矿端的应急指挥系统为公司级应急系统提供基础数据支撑，具备向公司应急系统提供数据的接口，除具备公司级应急救援指挥系统已经建设的应生产系统监控模块、安全监测系统数据展示模块、人员定位系统数据展示模块、工业和安防视频展示模块、图文库管理模块、通信系统模块、应急物资管理模块、生产运行状态模块、视频会议系统模块、应急指挥专家库、应急预案管理、一键录播、矿井快照等功能模块。

增强现实(AR)双眼智能眼镜：增强现实(AR)双眼智能眼镜是配套专家系统设置，专家可以远程对应急事故现场进行分析诊断。

IP语音指挥对讲系统：应急会议室与指挥大厅之间设置一套IP语音指挥对讲系统，应急指挥管理人员可直接免提对大厅调度人员进行指令传达，调度人员可对应急指挥管理人员进行实时汇报。IP语音指挥对讲系统由中心主机、终端设备、网络交换机、语音耳麦、系统管理软件组成。

6 结语

本项目通过重新规划设计生产指挥中心的各功能区，满足了调度人员对煤矿安全生产的全天候实时监控和运营指挥。结合生产综合监控平台实现了各个监测、监控系统的监控和显示。结合生产综合监控调度指挥平台，实现了从庞大复杂的生产信息和安全数据中抽取分析关键信息，高效辅助调度管理人员和各级领导快速、准确做出各种指挥和决策。会议系统的设计既充分考虑了使用功能，又符合科学规律和先进的系统设计思想，满足了实际使用需要。应急指挥系统与煤矿安全生产监控、调度指挥系统在架构上进行了整体考虑。通过本项目的设计及运行中发现的问题，为后续煤矿调度室升级改造提供了参考依据，有序地推进矿山信息化建设。同时建议在调度室改造过程中进一步研究各个设备的通用性，为后续功能的定制和扩展提供方便。