以自动化信息化融合为基础的智慧矿山建设探析

＊李济军

（晋能控股集团和顺李阳煤业有限公司 山西 032700）

引言

目前矿井自动化智能化技术发展迅速，基于煤矿智能感知矿山的环、机、人状态与位置信息，通过对大数据与人工智能分析技术的利用，来促进重大隐患和设备故障的应急处置、主要预防、实时预警的实现，将安全智慧型矿山创建起来。山西某矿以建设智能矿山的应用与研究为基础，且智能矿山为自动化信息化融合的，满足国家有关要求，可以保证煤矿职工的安全，可以将矿井生产的稳定性、可靠性与安全性提高，值得在煤业与矿井中的应用。

1.建设综合自动化系统初期的状况

在综合自动化网络中，能够当做自动化、生产系统的网络传输平台的为千兆工业的以太网，将33台以太网交换机分别安装至井上与井下，促进了工业网络平台的建立，该平台可以覆盖该矿全部生产区域。将WinCC组态软件当做综合自动化系统平台，而且该组态软件是由西门子生产的，能够将集成平台提供给该矿的自动化系统，且集成平台为统一的。

2.建设万兆工业的以太环网平台

对煤矿的综合信息网而言，工业以太网平台是其业务的承载平台，且是最主要的平台，所建设、规划的网络平台会对网络之后的发展与运行质量有决定性作用，也为综合信息网络最关键的部分之一。

(1)布置节点

在山西某矿中，已对千兆以太环网进行了建立，为了使该矿每个子系统运行更加稳定，以及后续增加的自动化系统与摄像仪的需要，基于目前状况，对万兆工业以太环网的平台进行建立。山西某矿的兆工业以太环网包括了机房配套设施、网络管理终端、地面网络监控软件、本质安全型交换机、万兆节点与核心交换机等。并且核心交换机、地面与井下节点交换机数量分别为2台、4台、14台。

(2)具体功能

①在当主干网络传输的带宽总值在10G左右，就能够使矿井有关系统对传输带宽方面的需求得到满足，如高清摄像仪对传输带宽的需求。②就交换机而言，井下的交换机能够对管理电源的软件与功能进行了提供，可以促进远程在线控制、监测、放电试验的实现，并具有充电回路，且该充电回路比较有效与合理，充电回路在将电池充饱和之后就会被切断，且切断为自动的。

3.智能化工作面系统的构成

从图1得知，智能化工作面控制系统包括了采煤机、液压支架、刮板运输机、破碎机、转载机、胶带运输系统、供液、供电系统等。

图1 智能化工作面控制系统工作面部分

4.分析大数据与系统的调配

(1)系统的构成

依据设备的位置，来划分系统，可以划分成图2所示的4部分。

图2 系统结构

①井下的调度室。调度室可以对井下的所有运输车辆实时运行状态进行监测，还可以对系统内所有设备实时工作情况进行监视，并对运行方案进行编制，对有关指令进行发布，如追尾报警、闯红灯报警、超速报警等，调度室为车辆运行指挥的中心。调度室包括了UPS电源、显示屏、交换机、管理机、主控机等。将隔爆计算机配备给调度室，数量是2台，可以对该系统进行监控，在授权之后，还可以切换至地面的主控机，当做主控计算机来使用。

②井下的运输巷道内设置的稳压电源与通信基站。通信基站由于是智能设备，不但可以对宽带无线网进行组建，且该网可以全面覆盖，还可以利用RS485总线来对现场的执行设备与所有检测设备进行管理，确保其工作的可靠性，还要对调度室所发布的所有命令进行执行，并对所有监控信息进行汇报。

③轨道上安装的执行设备与检测设备。一些检测设备对车辆实时运行信息进行收集，如信标、读卡分站等；一些执行设备将道岔扳动并将行车信息发出，如信号机等；车载机主要作用为上传无线信号、声光报警发出及车况采集。

④无线网络、光缆、电源电缆。其中，电源电缆主要将工作电源提供给设备，通信光缆主要为通信，且通信是交换机和基站机基站与基站间的。而且无线网络将通道提供给车载机和基站间，主要用于二者间传输信息。

(2)系统的主要功能

①精准定位功能。在定位时，精准度要≤1m。

②可视化的监视功能。计算机通过一些形式来对车号信息、运行方向、机车位置、每个道岔到位的情况、机车询问进行显示，且这些形式包括动画、图形、表格、汉字等。能够将井下车场与轨道的模拟图进行缩放显示。

③电气、信号闭锁。道岔的电气闭锁既可以手动实现，也可以自动实现，这样可以防止别的车辆的进入。将命令发送给司机，使信号闭锁实现。

④调度智能信号的功能。车载机可以将司机的请求发出，在上位机接收到请求之后，按照全部机车的实际运行状况来调度机车，手动、半手动、自动均可。

⑤调度语音的功能。上位机与车载机当进行调度期间，能够利用语音来实施特定语音提示，比如机车在询问期间，上位机就会将机车询问对应的文本信息进行显示；在上位机将调度信息发送至某个机车时，该信息就会被车载机语音播放。

⑥遥控与车联网报警功能。在别的设备与车载机配合时，无需利用上位机就能使各类语音报警实现。比如，在车载机和本列车与别的列车的无线机尾灯、速度传感器、跟车工手持发射器等进行配合，就能使防丢车、防追尾、防超速、打点报警等功能的实现；在双驾驶室的机车中，各个驾驶室中均安装了车载机，数量分别为1台，车载机在与总线进行联网之后，双驾驶室中任意1个司机对任意车载机进行操作之后，均能促进车载机中的功能实现。

⑦后备电源的功能。在全系统中的设备中，其供电电压的功能为后备持续电源功能，在有断电出现全部或部分区域的交流中时，就会马上启动后备电源。后备电池要供电2h以上，电池在经过500次充放电之后，其容量依然在80%以上。

⑧故障维修和诊断功能。在现场的信号灯未与网络联接时，就显示闪烁，该信号灯是提醒司机要采取别的措施来运行。当司控道岔离线之后，就可以通过手动或遥控来将信号闭锁消除。全部联网的硬件设备所使用的接线措施为区域化的，某区域发生线路故障或断网，别的区域中设备的正常运行不受影响。

⑨其他。查询、报表、打印历史数据等，查询各个硬件设备、线路的自检功能等。1台以上联网的电脑能够在同一时间实施管理与联网监控。

5.主煤流节能智能控制系统

(1)规划整体结构

所设计的整体结构包括了带式输送机集控系统、数据传输网络、地面监控站这3部分。图3为系统整体结构图。

图3 系统整体结构规划

(2)设计上位机系统

①操控站的功能。将工控机安装到操控站，而且该工控机的性能较高，利用带式输送机监控系统来监控井下的带式输送机与其附属设备，及分析故障、显示报表。

②监控的功能。声音监听功能是监控画面的功能。在启动或有故障出现胶带中时，就将声音监听打开，对现场的声音进行播放；胶带区队的办公室与集控室分别配备了地面分控终端、主语音网关，能够喊话于胶带上的扩音电话，现场中的扩音电话能够和集控室中的工作人员对讲。

(3)设计胶带的控制系统

在胶带控制系统中，监控主机能够采集现场信息与发出控制指令，将该系统的控制与判断完成。

(4)系统功能所具有的特点

①显示功能的特点。对地面监控而言，能够对有关参数进行实时显示，如速度、滚筒温度、输送机的停机/开机状态等，还可以多画面进行切换，在所测参数限制之外、改变设备的运行状况及保护传感器做出动作后就会将告警提示发出，发出形式为文字或语音。而且，还能够对监控视频画面进行扩展，在进行操作时还能观看设备运转的实际视频画面。

②控制功能的特点。实现的功能为远程复位、停止与启动带式输送机与附属设备，及转换控制方式、故障屏障等。若模式为自动控制，基于带式输送机监控系统的所有设施与设备、保护信号均正常、别的有关信号符合启动需求，就可以让可编程控制器依据程序将启动命令发出。在有故障出现时，附属设备与保护动作就会延时或马上停车。

③打点功能的特点。将扩音电话系统配置打点功能，能够促进胶带之间、上胶带与下胶带之间的打点进行控制。

④联动与视频监控扩展的功能所具有的特点。将声音拾取与视频监控加入胶带机监控系统内，进而将每个厂家在建设胶带机监控系统时缺少声音的状况改变，还可以通过自由音视频监控技术来联动监控画面，且联动为内嵌式的，使无人值守得以实现。

⑤报警管理的特点。系统能够将现在与之前的报警进行显示，还能够对报警的解除状态进行明确，对历史报警可以打印与查看。分布式报警管理将报警过滤、报警优先级、以事件为基础的报警、报警区的无限管理功能进行了提供，使报警系统的扩展更加简单、可靠、灵活与方便，报警系统能够将系统隐藏的问题与系统活动进行报告，使系统运行更加安全。

6.结论

该研究将一些自动化信息化系统的综合分析、集成、数据接入提供给了矿井，其中自动化信息化系统包括了安全监测、排水、通风、运输、机电、掘进、采煤等方面，通过对现代化信息技术的利用来实施智能分析与数据融合。促进了煤矿生产期间的视频人工智能应用分析、联动预警、远程集中控制、数据与信息融合分析、智能感知的实现，并将决策支持进行提供，更深层次地将过程中的功能优化，进而将矿井的生产效益与管理水平提高。