煤矿智能化运维平台构建及效果分析

刘照辉石磊 秦林庆

平煤股份二矿综采准备队  河南平顶山  467000

摘要：煤矿智能化运维平台是一个复杂的系统工程，对煤炭企业形成竞争优势、提高经营管理水平起到积极的推动作用，是实现高质量发展的必由之路。煤矿智能化运维平台是以煤炭资源安全、绿色、低碳和智能开发为基础，以信息技术与煤矿开采技术深度融合为保障，采用先进的科学技术装备与现代管理理念，构建全面感知、实时互联、自主学习、动态预测、科学决策和协同控制的智能化系统，实现煤矿资源开采、运输、安全保障及经营管理等全流程的智能化运行。基于这种背景下，本文就煤矿智能化运维平台构建及效果展开了分析探讨，以供参考。

关键词：煤矿智能化；数据分析；运维平台；构建

引言

煤矿智能化运维平台分为硬件与软件建设，硬件主要包括展示中心、服务器、数据库和操作站等；软件主要包括平台软件、分析模型、业务流软件等。煤矿智能化运维平台对各类关键设备的运行状态进行监控，保证设备正常运行，促进企业不断完善设备维护保养项目和周期，逐步建立良好的设备预防维修机制，提高设备保障能力和维修水平；同时，利用数据加强对设备的充分研究，实现有计划、有目的的巡检与维护保养，保证设备可靠、健康、高效地完成相应生产任务，进一步提高设备自动化水平。

1 煤矿智能化运维平台构建

1.1 煤矿智能化服务系统构建

通过综合自动化、智能化平台采集煤矿生产的实时数据、视频数据，实时传送到运维平台（云平台数据中心），经过软件分析、数字孪生模型运行分析后，对煤矿设备维护、库存、安全危险源作出预警及提示，并通过云端传送至煤矿用户。

1.2 运维平台架构

矿山智能化运营平台涵盖实体对象层、工业大数据层、模型对象层和业务服务层。同时，应用于工作流平台、集成平台、安全平台和云计算平台，其结构框架为四横四纵。

1.2.1 四个横向

实体对象层：设备运维体系的管理对象，涵盖多种分类的设备、运维人员和备件资源。工业大数据层：涵盖物联网采集、传输，并对多维数据进行管理。模型对象层：采用三维可视化技术构建设备对象。业务服务层：包括运营管理、精益执行管理、现场工作管理、绩效管理和资源管理5 个支撑管理。

1.2.2 四个纵向

工作流平台：支撑工作规范化体系，包括工作审批、工单流转。集成平台：支撑智慧工厂其他应用系统之间的信息交换。安全平台：支撑数据安全和系统安全。云计算平台：整个信息化系统的运行环境。

1.3 实时数据库

实时数据库是设备管理系统的数据底座，为软件系统提供数据支撑，支持实时数据、历史数据的远程查询，提供可视化的数据分析，还能将煤矿发生生产安全事故时的相关数据再现，主要功能：提供统一的基于Web 的配置管理页面；提供数据的实时存储、时序存储；提供历史数据的统一访问接口，支持第三方调用和二次开发；提供对设备的管理，包括添加、删除、修改、设备建模；提供支持多种设备协议；提供物联网网关软件，对接入设备的数据做安全性验证，支持集群化部署。

1.4 功能设计

1.4.1 驾驶舱/大屏显示

1）监控大屏，通过大型显示屏展示所有接入煤矿的设备状态及故障提醒情况等现场实时信息，包括管辖区域平面图或立体图、健康设备统计、报警和故障信息、停机和离线设备及设备运行数据差异等。通过平台的信息反馈，对煤矿现场事务进行决策，现场人员可通过反馈调度指挥现场工作。2）在线设备总览，是在线数据采集的主监控界面，用于呈现受监控的设备、运行状态值及当前的实时数据值。传感器数据采集并上传至服务器后，系统后台自动根据预设的报警阈值、变化趋势来识别该数据代表的设备状态，并自动进行正常、预警、警告、报警和危险的等级划分。对于报警数据，后台服务还将调用短信接口，根据规则发送提醒短信至设备运维人员。3）设备视图及实时监控，用户可选择重点关注的设备设定标记，在关注设备中重点呈现实时设备运行状态及各项参数。其中包括设备实时监测值、设备平均故障间隔、设备平均修复时间、设备利用率、设备故障率和设备运行数据趋势图等信息。4）通过结构树的形式建立设备实时档案信息，包括设备基本信息、平均故障记录、平均维修记录、故障率和利用率等。

1.4.2 设备信息管理

设备信息管理，是设备迈向信息化及自动化的基础，设备信息管理能高效记录设备在设计阶段、建设安装阶段、运行维护过程中的档案管理。设备信息包括台账、设备变更记录、设备技术资料等。通过设备信息管理系统，对设备全生命周期中发生的各种纷繁复杂的数据进行存储分类、统计分析，并对信息进行有计划地系统处理，为企业高层和设备管理人员进行设备规划和决策提供依据，从而使设备运行处于有效控制中。

1.4.3 设备在线监控

1）设备在线状态监测。针对从煤矿生产控制系统中获得的设备运行实时数据，系统提供了2 个阶段的设备在线监测。第一阶段为数据判断阶段，主要以获得的数据为基础进行信号分析处理，比如变化率的计算、累计变化率的计算、有效值的计算等，并根据获得的经验设定对应数据的阈值，通过实时比较后产生预警。第二阶段为故障诊断阶段，能够进行简单的数据处理并综合分析，基于数据趋势的分析再根据相应的复杂逻辑进行故障预警，可以尽早发现数据的异动规律，从而在没有触动阈值时产生一个报警。这有别于第一阶段的传统的设定阈值的报警方法。2）基于大数据的设备状态预测。设备的预测性智能维护和效能动态优化是工业大数据的核心应用场景之一，也是实现智能化工业系统最为关键的核心技术之一。对设备性能的预测分析和对故障的精准估计，将会量化管理设备运行中的不确定性，并降低设备运行中的非预期停机损失和事故风险。同时，根据设备的健康状态、外部环境和生产目标等多维信息，基于工业大数据的预测性模型对生产线整体的效能进行优化决策支持，从而实现对生产系统成本和效益的深度管理，提升企业效益。3）设备运行管理。设备运行管理能够确保设备无故障或少故障运行，减少设备的损耗。设备运行情况直接反映了煤矿生产工艺过程，通过在三维场景中选取设备模型，不仅可以查看该设备的电压、电流、功率、温度、压力、液位和振动等运行数据、设计参数、趋势图，也可以利用设计参数与实时监控数据的比对直观展现报警信息。运维人员不仅可以标识监控设备，也可以通过“视频监控调用”快速调取一个或多个监控视频，采用浮动窗口的方式，展现监控画面。4）设备健康维护管理。设备的健康维护及维修保养工作是设备管理的重要组成部分，也是提高设备使用寿命、提高使用效率的重点工作。煤矿运维人员可以在系统中定义特定时间到期，或长期滚动执行的维修保养计划，系统将在定期提醒管理员安排即将到期的维修保养计划，保证维修保养计划的准确安排与执行。还可以根据生产计划、设备状况，制定设备的维修保养计划，按照计划执行时间自动提醒相关的设备管理员、维修保养员，准确掌握设备故障率、故障原因、维修保养工作的执行情况等，为改进、改造、购置设备提供决策依据。5）设备故障管理。为提升管理效率，解决生产实际中存在的设备管理问题，规范设备故障管理，以减少故障直至消除故障为目的，从执行层、基础管理层、监督层对设备故障管理流程进行优化，从而达到有效执行、及时管理、实时监督的管理循环，逐步达到规范化、秩序化管理的效果，提升设备管理水平，从而实现智能化改造、达到精益生产的最终目标。6）设备缺陷管理。缺陷记录管理流程用于管理并跟踪设备已发生的各类缺陷及其处理过程。缺陷记录处理流程以煤矿企业实际工作流程为参照，按照处理过程和数据分析要求设计模块功能。记录的数据包括：涉及设备、所属煤矿、发现人、发现日期、缺陷等级、截止日期和缺陷内容等。7）设备运行统计分析。统计分析功能中，包含了对历史数据的查询和管理，并且能对单个的历史数据进行频谱分析，进一步判断故障的可能原因。包括趋势分析、历史数据分析、报警记录查询等功能。

1.5 系统功能

1.5.1 操作员站系统

运维平台拟定配置2 台操作员站，一台用于大屏系统显示控制操作，另一台用于运维平台日常维护操作，2 台配置相同可互为备用。

1.5.2 数据存储系统

运维平台未来预计将接入几十个煤矿，每个煤矿都至少有数百个运行参数。煤矿现场数据具有频率快、数据量大和时效性需求，对于异构数据存入支持及查询效率要求很高。因此，采用专业工业实时数据库来满足工业数据的海量存储，支持数据压缩和高效查询，为平台应用提供稳定可靠的数据存储。

1.5.3 运维平台服务器

主要分为2 类，一类是数据存储服务器，另一类是应用服务器，同时可以满足远程视频会议使用需求，并配置网络安全设备及可靠电源保障。

2 煤矿智能化运维平台构建后达到效果

通过智能化运维平台的构建，提高了煤矿自动化、信息化和智能化水平，使生产过程自动化与生产调度管理信息化进行有机结合，实现管控一体化，取得了良好的经济效益、安全效益。

2.1 安全可靠性及生产效率提高

通过在地面集中监测监控，不但实现井下减员、减少井下人员伤亡的可能性，而且改善了工作环境，提高了安全系数，保障井下人身安全。另外，通过数据共享，报警联动，减少矿井发生灾难时造成的损失。通过构建智能化运维平台，统一数据平台和传输平台，不但节省了传输通道（光纤、通信设备等）的重复投资和维护费用，还节省了数据库、组态软件、软件开发等重复投资费用，做到一次投资，长期受益。

2.2 设备工况得到严密管控

通过监控平台，设备工况得到严密管控，减少人工操作失误，实现设备自动控制，延长设备使用寿命，提高对设备的故障分析和判断能力，减少停机事故，加强对井下设备的调度和管理，达到高产、高效目的。逐步实现无人值守和定期巡检，可以有效降低工人劳动强度，降低人员成本，减少井下用工人数，提高人员效益。同时，也促进了煤矿管理人员技术素质、管理素质的提高。

3 结语

总之，构建煤矿智能化运维平台，发挥专业技术人员在安全、生产环节提供数据并进行分析的能力，整合上游设备厂家和下游煤矿企业的资源，发挥各方在智能化煤矿建设中的技术优势，较好地填补现有智能化改造建设中的运维需求，助推智能化矿山建设及后续运维服务，为煤矿提供一个高速、安全、可靠的管理平台，实现管控一体化，提高煤矿的安全生产管理水平，提升管理效益，最终实现高质量发展。

参考文献：

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