煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)信息化建設(shè)探索與研究

趙俊澤

摘 ?要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化已經(jīng)滲透到社會的各個(gè)方面，成為指導(dǎo)社會各個(gè)領(lǐng)域改革的主流。在工業(yè)領(lǐng)域，信息化已迅速滲透到安全生產(chǎn)、過程控制、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，形成了集約化、集成化的綜合應(yīng)用體系。由于煤礦開采環(huán)境惡劣多變，系統(tǒng)龐大，工藝流程復(fù)雜，人員素質(zhì)參差不齊，現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理對信息化建設(shè)的要求尤為重要。從設(shè)備多樣性、環(huán)節(jié)滲透性、系統(tǒng)覆蓋性和復(fù)雜性等方面來看，機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)過程的核心。煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，一直貫穿于煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備分布在各個(gè)房間和崗位，形成了極其復(fù)雜的機(jī)電運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：煤礦;機(jī)電運(yùn)輸;信息化;以太網(wǎng);組態(tài);

一、煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的特征

1.變得越來越復(fù)雜。煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)蓋面廣。與此同時(shí)，煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)包含許多地下設(shè)備，相互作用，十分復(fù)雜。此外，煤礦對外運(yùn)輸系統(tǒng)的工作環(huán)境非常惡劣，容易受到多種因素的影響，也容易發(fā)生變化隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，運(yùn)輸設(shè)備向大規(guī)模方向發(fā)展，主要運(yùn)輸系統(tǒng)中也有自己的次級系統(tǒng)，這些系統(tǒng)相互依存和相互作用?？偟膩碚f，主網(wǎng)絡(luò)由四個(gè)鏈接組成：挖掘、停止、運(yùn)輸和提升。煤礦也可以分為許多礦區(qū)。每個(gè)礦區(qū)之間的排水、通風(fēng)、運(yùn)輸和供電系統(tǒng)由許多子系統(tǒng)組成。不同的系統(tǒng)相互作用，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種復(fù)雜的煤礦系統(tǒng)具有全球聯(lián)系的特點(diǎn)，因此改變一部分可能導(dǎo)致全球變化。

2.許多潛在的安全威脅。煤礦的采礦環(huán)境復(fù)雜，尤其是在存在大型機(jī)械和電氣設(shè)備的情況下，使用大型機(jī)械和電氣設(shè)備是危險(xiǎn)的，更不用說煤礦下這樣復(fù)雜的環(huán)境了。在煤礦開采過程中，如果煤和煤氣的粉塵含量達(dá)到一定的價(jià)值，電氣設(shè)備就會受到影響，引發(fā)火災(zāi)，對工人的人身健康和安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

二、總體的方案

1.構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。在道路和地下主臥室實(shí)現(xiàn)5G （4G）網(wǎng)絡(luò)的全面復(fù)蓋，并在地下和地面設(shè)備安裝區(qū)具有集中控制要求的采礦業(yè)局域網(wǎng)接口。同時(shí)實(shí)現(xiàn)5G （4G）礦山網(wǎng)絡(luò)與局域網(wǎng)的整合，這是信息化建設(shè)的基本條件。

2.設(shè)備建設(shè).集中控制平臺。通過TCP / IP協(xié)議，將礦井、主通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)、主排水泵、絞車、客運(yùn)飛機(jī)和其他設(shè)備的集中控制裝置連接到采礦業(yè)局域網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)和數(shù)據(jù)的發(fā)布設(shè)備對象平臺由工業(yè)配置軟件開發(fā)，用于讀取設(shè)備控制參數(shù)，從而對設(shè)備進(jìn)行集中遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作和故障診斷。

3.執(zhí)行設(shè)備信息管理。開發(fā)一個(gè)設(shè)備信息管理平臺，通過外地移動終端和后臺服務(wù)器支持外地設(shè)備的精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)字化、信息管理和維護(hù)。

4.對井筒、斜巷、煤層等盲區(qū)進(jìn)行可視化動態(tài)監(jiān)控，并對輔助運(yùn)輸線、輸煤線、供配電網(wǎng)等所有工藝信息進(jìn)行管理。，并利用信息指南幫助地下機(jī)電運(yùn)營商安全運(yùn)行，全面提高電子運(yùn)輸系統(tǒng)的信息水平。

三、具體的內(nèi)容

1.系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。目前，煤礦地面固定設(shè)備站、變電所基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)覆蓋。為了保證移動終端的發(fā)展和應(yīng)用，有必要在固定電話中實(shí)現(xiàn)無線覆蓋和安裝無線路由設(shè)備。連接礦井局域網(wǎng)，確保需要物聯(lián)網(wǎng)的工作站能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)Wi-Fi接入。為了實(shí)現(xiàn)井下視頻監(jiān)控和設(shè)備遠(yuǎn)程控制的功能，現(xiàn)代礦井采用光纜實(shí)現(xiàn)井下與地面的遠(yuǎn)程通信。然而，工業(yè)以太網(wǎng)在地下室和設(shè)備點(diǎn)的普及程度并不高。地下工業(yè)以太網(wǎng)的建設(shè)是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分。開關(guān)安裝在變電站、機(jī)電設(shè)備室和設(shè)備集中區(qū)。所有設(shè)備，如交換機(jī)、光纖cat和光纖電纜，都連接到LAN。最后，利用地下光纜實(shí)現(xiàn)地下與地面的網(wǎng)絡(luò)連接，確保需要物聯(lián)網(wǎng)的地下車站具有接入礦井局域網(wǎng)的接口。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)帶寬的配置應(yīng)充分滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求。隨著一些信息礦山5g（4G）地下網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，許多礦山的地下物聯(lián)網(wǎng)仍處于3G甚至無線水平。配電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，無線網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)、無序。因此，建設(shè)5g（4G）地下無線通信系統(tǒng)是信息化的基礎(chǔ)工作。地下5g（4G）無線通信系統(tǒng)用于高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，以滿足地下無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和大數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆９歉删W(wǎng)建設(shè)完成后，將5g（4G）網(wǎng)絡(luò)接入礦井局域網(wǎng)，礦井局域網(wǎng)通過VPN技術(shù)接入廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)零門限、低延時(shí)、地下、地上、有線、無線。廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)快速、安全地相互作用，與機(jī)電設(shè)備形成網(wǎng)絡(luò)接口。機(jī)電人員可以接入接入的網(wǎng)絡(luò)，各級網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

2.建造中央設(shè)備控制平臺。目前，隨著工業(yè)自動化水平的提高和PLC控制器的普及，煤礦大部分集中控制系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)、主排水泵、絞車、客機(jī)等設(shè)備都以PLC控制器為基礎(chǔ)，有些自動化只要工業(yè)局域網(wǎng)接口在現(xiàn)場可用，就可以在網(wǎng)關(guān)和IP合并后將控制器連接到工業(yè)局域網(wǎng)。個(gè)體API采用非TCP/IP協(xié)議，其主機(jī)通信模式需要擴(kuò)展（例如，MPI/DP接口S7-300 API只需添加CP343模塊），以便連接到本地采礦業(yè)網(wǎng)絡(luò);不帶擴(kuò)展條件的控制器不能直接連接到本地網(wǎng)絡(luò)，但可以使用其自己的配置軟件中的OPC發(fā)布功能來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享。 IOT平臺實(shí)現(xiàn)映像管理，并擴(kuò)展設(shè)備工作畫面、調(diào)整畫面、控制畫面、曲線監(jiān)控畫面、視頻監(jiān)控畫面、故障顯示畫面等。，以滿足設(shè)備的多方向監(jiān)控要求。平臺存儲通過后臺數(shù)據(jù)庫（后臺數(shù)據(jù)庫）收集的設(shè)備操作數(shù)據(jù)，并將其打開給其他平臺（管理平臺）進(jìn)行調(diào)用。為了進(jìn)一步拓寬平臺的應(yīng)用渠道，開發(fā)了一個(gè)移動終端進(jìn)行集中設(shè)備控制。該終端基于Android系統(tǒng)，通過5G （4G）或Wi-Fi連接到平臺服務(wù)器。使用特殊版本的配置軟件（如Android Force Control），實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行配置和控制功能，其功能與平臺的工業(yè)計(jì)算機(jī)相同，便于安全管理人員和維護(hù)人員對井下和井下進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。移動終端成熟時(shí)，可擴(kuò)展到手機(jī)配置，平臺可推至三網(wǎng)民用手機(jī)，便于管理人員外出時(shí)監(jiān)控設(shè)備。由于該礦局域網(wǎng)通過VPN連接到WAN，除了中央控制室的監(jiān)測人員可以通過終端訪問和操作該平臺外，該礦外的工程師或技術(shù)人員還可以在獲得許可后訪問和操作連接到WAN的機(jī)器上的該平臺。

3.全面建設(shè)資產(chǎn)管理信息。資產(chǎn)管理可以從兩個(gè)方面開始：管理資產(chǎn)的規(guī)劃、采購、庫存和分配;以及管理資產(chǎn)的運(yùn)行、維護(hù)和壽命審查。近年來，各公司都有完善的設(shè)備信息管理系統(tǒng)（如ERP），因此這種信息化建設(shè)的方向主要是面向企業(yè)。配置平臺的設(shè)備信息管理平臺，平臺服務(wù)器位于礦山資產(chǎn)管理處該平臺具有以下功能：（1）輸入各種礦山設(shè)備的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)和技術(shù)規(guī)格。系統(tǒng)和設(shè)備之間的從屬關(guān)系可以用直觀的模型和圖形來表示。（2）輸入設(shè)備備件和材料的使用壽命、使用周期和庫存。根據(jù)設(shè)備附件的情況，可以自動提供維修和更換方案，并及時(shí)推回。（3）共享和使用平臺數(shù)據(jù)——集中控制設(shè)備和對象，記錄和分析運(yùn)行狀況和缺陷，利用科學(xué)算法根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算和評價(jià)關(guān)鍵設(shè)備或部件。（4）開發(fā)移動終端管理設(shè)備（終端具有視頻和音頻收集功能），構(gòu)建基于Android的移動終端，并通過5G （4G）或Wi-Fi連接到平臺服務(wù)器。終端的主要功能：第一，具有上述平臺上位機(jī)的三個(gè)功能;其次，它增加了輔助維護(hù)功能。輔助維護(hù)和檢查功能以計(jì)算機(jī)化為基礎(chǔ)，以移動終端為支撐。結(jié)合設(shè)備抽查和巡檢系統(tǒng)，在巡檢或巡檢過程中，巡檢人員自動推進(jìn)巡檢和巡檢的內(nèi)容，維護(hù)人員維護(hù)巡檢終端，根據(jù)推進(jìn)的內(nèi)容對設(shè)備進(jìn)行抽查，并使用巡檢終端輸入?yún)?shù)修改和下載單個(gè)內(nèi)容后，終端將自動推送下一個(gè)內(nèi)容。 終端輸入的所有數(shù)據(jù)都通過網(wǎng)絡(luò)上傳到管理平臺，該平臺收集、歸納并匯編成報(bào)告，供管理人員實(shí)時(shí)檢索;維護(hù)數(shù)據(jù)也用作設(shè)備管理和評估的重要參考。技術(shù)人員可以通過平臺維護(hù)和更新終端驅(qū)動的內(nèi)容和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

4.關(guān)于機(jī)電運(yùn)輸過程的信息建設(shè)。以工藝管理信息化建設(shè)優(yōu)勢為基礎(chǔ)，構(gòu)建礦車循環(huán)系統(tǒng)、煤炭循環(huán)系統(tǒng)、多層供配電系統(tǒng)等重要工藝信息化。（1）礦山車輛流通系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)化建設(shè)。采用無線探測網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，結(jié)合地下5G（4G）井網(wǎng)構(gòu)建井下礦車定位管理系統(tǒng)。為每輛礦車安裝井下定位卡，作為每輛礦車的唯一標(biāo)識。定位卡向接收機(jī)發(fā)送信號，使接收機(jī)實(shí)時(shí)獲得礦井位置。位置信息傳輸?shù)蕉ㄎ幌到y(tǒng)的工控機(jī)，以便利用軟件進(jìn)行位置、運(yùn)行路徑和實(shí)時(shí)停留時(shí)間的查詢。利用礦山局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通用設(shè)備控制平臺與位置管理系統(tǒng)的透明接口，實(shí)現(xiàn)礦車狀態(tài)與各類改進(jìn)型運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行相結(jié)合的輔助運(yùn)輸?shù)募锌茖W(xué)管理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的位置定位 并有效防止站姿、壓力、交通堵塞和發(fā)送不良狀況，提高運(yùn)輸效率。 （2）煤炭流動系統(tǒng)信息化建設(shè)。整合所有帶式機(jī)械集中控制運(yùn)行狀態(tài)、煤倉儲煤狀態(tài)、主井稱重系統(tǒng)、電梯運(yùn)行狀態(tài)和上部倉庫運(yùn)行狀態(tài)，形成煤流量信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)型煤狀態(tài)和皮帶傳動量對各型煤量進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化;根據(jù)皮帶上的煤流量，能夠調(diào)節(jié)主井的固定負(fù)荷，確保主井電梯以最高效率運(yùn)行;調(diào)度室可通過煤流信息平臺檢查各封頭出煤量、主井裝載量增加量和煤流系統(tǒng)故障部分，便于所有生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)劃。

四、結(jié)語

總之，煤礦信息化建設(shè)可以促進(jìn)自動化和智能化建設(shè)電子運(yùn)輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全過程、設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)和更新的網(wǎng)絡(luò)和平臺管理，有效提高運(yùn)輸系統(tǒng)安全生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王萍.淺談煤礦信息化與自動化發(fā)展趨勢.2020.

[2]高正華.關(guān)于煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)信息化建設(shè)探索與研究.2020.