再上臺(tái)階：千萬噸特大型煤礦成功實(shí)施一體化安全生產(chǎn)管控平臺(tái)

一、行業(yè)背景

煤炭作為我國重要的基礎(chǔ)能源，在我國能源供給中發(fā)揮著穩(wěn)定器和壓艙石的作用，煤炭安全依然是重中之重。近年來，隨著煤炭行業(yè)智慧礦山建設(shè)以及各種新興技術(shù)應(yīng)用到安全生產(chǎn)中，減員、高效、安全、綠色的智能化煤礦建設(shè)正成為政府和企業(yè)的共同訴求。如何實(shí)現(xiàn)地質(zhì)透明化、裝備高端化、作業(yè)少人化、操作平臺(tái)化、管理信息化、隊(duì)伍職業(yè)化、運(yùn)營協(xié)同化，成為煤炭企業(yè)搶占高質(zhì)量發(fā)展制高點(diǎn)的關(guān)鍵路徑。

二、項(xiàng)目簡介

該煤礦為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力超過1000萬噸/年的特大型礦井，井田面積接近50平方公里，煤炭資源儲(chǔ)量將近7億噸；平臺(tái)建設(shè)遵循“整體規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，以萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)+5G網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)傳輸通道，系統(tǒng)技術(shù)手段，建立工業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和融合分析應(yīng)用。系統(tǒng)接入煤礦多個(gè)重要子系統(tǒng)包括安全監(jiān)測、通風(fēng)、人員定位、應(yīng)急廣播、提升系統(tǒng)、皮帶系統(tǒng)等，通過建立安全生產(chǎn)綜合智能管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)煤礦安全、生產(chǎn)、人員、設(shè)備綜合智能管控；推進(jìn)生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)測監(jiān)控、運(yùn)行控制三合一調(diào)度指揮中心建設(shè)，實(shí)現(xiàn)集中控制、集中調(diào)度和應(yīng)急指揮一體化。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

平臺(tái)采用多種技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和展示，提供人員管理、安全監(jiān)控、生產(chǎn)過程監(jiān)控等位置化聯(lián)動(dòng)服務(wù)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)二維以及三維下礦井場景的瀏覽以及生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和智能分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)信息與采掘工程、地質(zhì)環(huán)境、采掘狀態(tài)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)、綜合化管理、自動(dòng)化管理與智能化管理，直接服務(wù)于礦山安全生產(chǎn)指揮與決策。

四、主要功能設(shè)計(jì)

1、一張圖全局展示

平臺(tái)基于 “一張圖”對煤礦全場景建模，利用三維可視化、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段，對礦床地質(zhì)、運(yùn)輸?shù)缆贰⒃O(shè)備等環(huán)境對象及生產(chǎn)工序進(jìn)行三維數(shù)字化建模，實(shí)現(xiàn)對礦山生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)狀況、安全監(jiān)測、視頻監(jiān)控、人員定位和關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)三維展示，建立起地上地下一體的三維智能礦山系統(tǒng)，支撐企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度和運(yùn)營管控。

2、自動(dòng)生成井下系統(tǒng)的孿生模型

平臺(tái)通過礦方提供的CAD格式的礦井工程平面圖，進(jìn)行巷道幾何特征（基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線）提取，對巷道的屬性信息進(jìn)行標(biāo)記，建立巷道孿生模型，通過參數(shù)化設(shè)定自動(dòng)生成三維巷道圖，作為疊加運(yùn)輸、人員定位、通風(fēng)、安全監(jiān)測等系統(tǒng)的底圖；大大降低里三維建模的工作量，提高了建模的精度；方便后期運(yùn)維針對三維巷道的快速更新。

3、構(gòu)建三維化業(yè)務(wù)應(yīng)用場景

礦井的孿生模型1:1比例復(fù)原了井下復(fù)雜的巷道走向，并加入了中央水泵房、綜采工作面、運(yùn)輸皮帶設(shè)施、變電所、煤倉、人員與車輛實(shí)時(shí)定位、避難硐室等應(yīng)用場景。

4、自定巡航義路線與語音講解

系統(tǒng)內(nèi)置巡航與講解功能，可識(shí)別文本進(jìn)行語音轉(zhuǎn)換。用戶根據(jù)需要可自定義語音講解內(nèi)容和巡航路線，巡航時(shí)間、視角、停留時(shí)間均可設(shè)定，巡航到重要設(shè)施就會(huì)自動(dòng)語音介紹，協(xié)助管理員給領(lǐng)導(dǎo)做全面的工作匯報(bào)。

5、人員定位與調(diào)度管理

通過井上下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)平臺(tái)，將井礦井動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)(人員）的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度指揮中心，且在調(diào)度指揮中心全部顯示，及時(shí)、準(zhǔn)確的將井下各個(gè)區(qū)域人員情況動(dòng)態(tài)反映到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時(shí)掌握井下人員和移動(dòng)設(shè)備的總數(shù)及分布狀況；系統(tǒng)能跟蹤干部跟班下井情況、每個(gè)礦工入井、出井時(shí)間及運(yùn)動(dòng)軌跡，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化、科學(xué)化。

6、扁平化風(fēng)格系統(tǒng)監(jiān)控

系統(tǒng)在支持三維可視化的同時(shí)，也支持二維扁平化的UI設(shè)計(jì)，以專業(yè)的機(jī)電原理管理煤礦大型單體設(shè)備，包括采煤機(jī)、刮板機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、大型水泵等，通過內(nèi)置多種控制命令（啟停操控、參數(shù)調(diào)整、趨勢查詢、狀態(tài)監(jiān)測等），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速開發(fā)。

7、視頻聯(lián)動(dòng)與監(jiān)控

系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)回溯查詢，對特定時(shí)間段某一件事進(jìn)行追溯和軌跡追蹤，同時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻融合技術(shù)，支持深度集成海康、大華、宇視、華為等主流視頻平臺(tái)，可在三維畫面上標(biāo)注攝像頭對象，通過在畫面上點(diǎn)擊、圈選等多種交互方式，調(diào)取相應(yīng)監(jiān)控視頻。將 2D 視頻圖像融合至場景的 3D 模型中，為用戶提供直觀的視頻圖像和視圖控制，如同身臨其境查看現(xiàn)場情況。

8、三網(wǎng)聯(lián)動(dòng)救援應(yīng)用

礦方為立體化管理救援應(yīng)用，將安全監(jiān)測、應(yīng)急廣播、應(yīng)急電話三個(gè)系統(tǒng)報(bào)警聯(lián)合管理。井下只要涉及到高危報(bào)警如瓦斯/火災(zāi)/透水等事故，立即給附近人員發(fā)送撤離信號(hào)，廣播會(huì)通知，附近的電話將自動(dòng)撥打。同時(shí)主管領(lǐng)導(dǎo)的移動(dòng)APP彈出相關(guān)聯(lián)動(dòng)信息，及時(shí)了解事故信息。

五、主要子系統(tǒng)集成

1、 綜采工作面系統(tǒng)集成

綜采工作面集成了礦上關(guān)注的采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶電機(jī)、機(jī)頭垂直電機(jī)，機(jī)尾平行電機(jī)等設(shè)備參數(shù)。同時(shí)對每個(gè)支架的推進(jìn)行程、支架高度和立柱壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控并存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)。三維視角即可以選擇跟隨采煤機(jī)的位置來自動(dòng)移動(dòng)也可以手動(dòng)操作來旋轉(zhuǎn)視角。

2、 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)

該煤礦礦井下原煤運(yùn)輸系統(tǒng)采用變頻驅(qū)動(dòng)裝置，膠帶機(jī)綜合保護(hù)裝置與集中控制系統(tǒng)采用KTC101膠帶綜合保護(hù)控制系統(tǒng)。皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)根據(jù)井下實(shí)際皮帶走向和長度進(jìn)行制作。每條皮帶切換到對應(yīng)視角時(shí)都會(huì)自動(dòng)打開對應(yīng)攝像頭。同時(shí)打開皮帶的參數(shù)和控制界面。

3、 安全監(jiān)測系統(tǒng)

安全監(jiān)測系統(tǒng)三維化展示礦井內(nèi)部各重要位置的數(shù)據(jù)監(jiān)測情況，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)運(yùn)行站點(diǎn)數(shù)量/分站數(shù)量/工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，有異常情況實(shí)時(shí)進(jìn)行預(yù)警處理。監(jiān)測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：模擬量（CH4、溫度、風(fēng)度、風(fēng)壓等）及開關(guān)量（風(fēng)機(jī)開停，風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)，地面壓風(fēng)機(jī)、扇風(fēng)機(jī)的開停等）的顯示，顯示任意選定測點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)，顯示任意選定測點(diǎn)的歷史曲線，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。

4、 壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

系統(tǒng)現(xiàn)場部署5臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)及關(guān)聯(lián)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)提供對空壓機(jī)主要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、顯示、存儲(chǔ)、管理的功能，提供監(jiān)測信息異常報(bào)警功能。包括電機(jī)開停狀態(tài)、出口壓力、電機(jī)溫度、內(nèi)部壓力、閥門開閉等參數(shù)。具備數(shù)據(jù)采集、報(bào)表展示、故障報(bào)警、壓風(fēng)機(jī)就地、遠(yuǎn)程等多種控制模式等。

5、 通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)有相應(yīng)的控制器、傳輸接口、配電柜、電流變送器、紅外溫度傳感器、瓦斯傳感器、負(fù)壓傳感器、風(fēng)速傳感器等和真空開關(guān)柜等動(dòng)力、測量設(shè)備組成。監(jiān)測系統(tǒng)分為兩部分，一是配電監(jiān)測部分，主要實(shí)現(xiàn)高低配電系統(tǒng)的參數(shù)及狀態(tài)監(jiān)測。二是通風(fēng)機(jī)的檢測。

綜合考慮各種安全信息，完成信號(hào)檢測和現(xiàn)場的操作。實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警，信息顯示，報(bào)表統(tǒng)計(jì)處理等功能。

6、提升機(jī)系統(tǒng)

提升機(jī)系統(tǒng)包括主井提升機(jī)和副井提升機(jī)，均采用三維化的場景監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時(shí)查看提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，提升機(jī)運(yùn)行位置、速度、功率、油壓、電壓、電流狀態(tài)；同時(shí)監(jiān)測開閘信號(hào)、報(bào)警信號(hào)保持提升機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

7、排水泵站系統(tǒng)

礦井主排水監(jiān)控系統(tǒng)按照礦井排水泵房無人值守設(shè)計(jì)。包括水泵的自動(dòng)化排水，排水管路的自動(dòng)化倒換，排水管路檢修時(shí)的自動(dòng)放水功能。采用液位計(jì)、壓力計(jì)、流量計(jì)、電控閥等，實(shí)現(xiàn)井下排水自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)無人值守。實(shí)現(xiàn)主排水泵按水位自動(dòng)啟停，按水位變化率增加排水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。在控制室內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對排水系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測與遠(yuǎn)程控制。

8、變電站系統(tǒng)

變電站系統(tǒng)用于井上35KV變電所，井下變電所、采區(qū)變電所及移動(dòng)變電站系統(tǒng)和設(shè)備的在線參數(shù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程操作控制，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)事故報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)行安全保護(hù)、用電計(jì)量管理等的系統(tǒng)。供電監(jiān)控系統(tǒng)包括地面變電站（所）、中央變電所、主水平變電所和含有綜采、綜掘工作面的采區(qū)變電所等。

9、選煤廠系統(tǒng)

洗煤廠系統(tǒng)主要完成生產(chǎn)過程可視化、產(chǎn)存數(shù)據(jù)可視化、安全數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、廠區(qū)能源消耗可視化、生產(chǎn)時(shí)長在線統(tǒng)計(jì)、報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)、機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)等功能。通過設(shè)備的三維建模，真實(shí)生動(dòng)展示設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，展示設(shè)備易損件使用壽命、待檢修周期，指導(dǎo)設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)、檢修等。

10、制氮系統(tǒng)

礦方礦用制氮系統(tǒng)是基于遠(yuǎn)程PLC控制系統(tǒng)，通過PLC控制箱實(shí)現(xiàn)多臺(tái)壓風(fēng)/制氮機(jī)的聯(lián)動(dòng)與輪詢、實(shí)時(shí)監(jiān)測排氣壓力、排氣溫度、電機(jī)溫度、冷卻水壓力等相關(guān)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對設(shè)備的運(yùn)行故障實(shí)現(xiàn)在線報(bào)警。

六、標(biāo)志卓信科技

北京標(biāo)志卓信科技有限公司成立于2010年，公司定位為能源資源開發(fā)、生產(chǎn)制造、城市設(shè)施運(yùn)營三大領(lǐng)域提供全景式可視化與分析解決方案，助力用戶建立OT與IT融合的一體化監(jiān)控與管理平臺(tái)、三維全場景生產(chǎn)與設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)、工藝與裝備的全息化培訓(xùn)系統(tǒng)。公司在智能制造、礦產(chǎn)開采、加工、儲(chǔ)運(yùn)、醫(yī)藥等領(lǐng)域與合作伙伴成功實(shí)施了200多個(gè)數(shù)字化項(xiàng)目,分支機(jī)構(gòu)和業(yè)務(wù)遍布全國20多個(gè)省市區(qū)。

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