再上臺階：千萬噸特大型煤礦成功實施一體化安全生產(chǎn)管控平臺

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。如何實現(xiàn)地質(zhì)透明化、裝備高端化、作業(yè)少人化、操作平臺化、管理信息化、隊伍職業(yè)化、運營協(xié)同化，成為煤炭企業(yè)搶占高質(zhì)量發(fā)展制高點的關(guān)鍵路徑。

二、項目簡介

該煤礦為設(shè)計生產(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，煤炭資源儲量將近7億噸；平臺建設(shè)遵循“整體規(guī)劃、分步實施”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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲和融合分析應(yīng)用。系統(tǒng)接入煤礦多個重要子系統(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)綜合智能管控平臺實現(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、運行控制三合一調(diào)度指揮中心建設(shè)，實現(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)動服務(wù)與應(yīng)用，實現(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)計和智能分析，進(jìn)而實現(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)的動態(tài)關(guān)聯(lián)、綜合化管理、自動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

1、一張圖全局展示

平臺基于 “一張圖”對煤礦全場景建模，利用三維可視化、增強現(xiàn)實等技術(shù)手段，對礦床地質(zhì)、運輸?shù)缆?、設(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)的實時三維展示，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)度和運營管控。

2、自動生成井下系統(tǒng)的孿生模型

平臺通過礦方提供的CAD格式的礦井工程平面圖，進(jìn)行巷道幾何特征（基準(zhǔn)點、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)定自動生成三維巷道圖，作為疊加運輸、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、運輸皮帶設(shè)施、變電所、煤倉、人員與車輛實時定位、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，巡航時間、視角、停留時間均可設(shè)定，巡航到重要設(shè)施就會自動語音介紹，協(xié)助管理員給領(lǐng)導(dǎo)做全面的工作匯報。

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，將井礦井動目標(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、準(zhǔn)確的將井下各個區(qū)域人員情況動態(tài)反映到地面計算機系統(tǒng)，使管理人員能夠隨時掌握井下人員和移動設(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、每個礦工入井、出井時間及運動軌跡，最終實現(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，也支持二維扁平化的UI設(shè)計，以專業(yè)的機電原理管理煤礦大型單體設(shè)備，包括采煤機、刮板機、通風(fēng)機、提升機、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），實現(xiàn)系統(tǒng)快速開發(fā)。

7、視頻聯(lián)動與監(jiān)控

系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)回溯查詢，對特定時間段某一件事進(jìn)行追溯和軌跡追蹤，同時聯(lián)動視頻融合技術(shù)，支持深度集成海康、大華、宇視、華為等主流視頻平臺，可在三維畫面上標(biāo)注攝像頭對象，通過在畫面上點擊、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)急電話三個系統(tǒng)報警聯(lián)合管理。井下只要涉及到高危報警如瓦斯/火災(zāi)/透水等事故，立即給附近人員發(fā)送撤離信號，廣播會通知，附近的電話將自動撥打。同時主管領(lǐng)導(dǎo)的移動APP彈出相關(guān)聯(lián)動信息，及時了解事故信息。

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、轉(zhuǎn)載機、破碎機、皮帶電機、機頭垂直電機，機尾平行電機等設(shè)備參數(shù)。同時對每個支架的推進(jìn)行程、支架高度和立柱壓力實時監(jiān)控并存儲歷史數(shù)據(jù)。三維視角即可以選擇跟隨采煤機的位置來自動移動也可以手動操作來旋轉(zhuǎn)視角。

2、 皮帶運輸系統(tǒng)

該煤礦礦井下原煤運輸系統(tǒng)采用變頻驅(qū)動裝置，膠帶機綜合保護(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)。皮帶運輸系統(tǒng)根據(jù)井下實際皮帶走向和長度進(jìn)行制作。每條皮帶切換到對應(yīng)視角時都會自動打開對應(yīng)攝像頭。同時打開皮帶的參數(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，自動統(tǒng)計運行站點數(shù)量/分站數(shù)量/工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，有異常情況實時進(jìn)行預(yù)警處理。監(jiān)測實時數(shù)據(jù)：模擬量（CH4、溫度、風(fēng)度、風(fēng)壓等）及開關(guān)量（風(fēng)機開停，風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)，地面壓風(fēng)機、扇風(fēng)機的開停等）的顯示，顯示任意選定測點的歷史數(shù)據(jù)，顯示任意選定測點的歷史曲線，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)機系統(tǒng)

系統(tǒng)現(xiàn)場部署5臺壓風(fēng)機，實時監(jiān)控壓風(fēng)機及關(guān)聯(lián)設(shè)備的運行狀態(tài)，系統(tǒng)提供對空壓機主要參數(shù)的實時監(jiān)測、顯示、存儲、管理的功能，提供監(jiān)測信息異常報警功能。包括電機開停狀態(tài)、出口壓力、電機溫度、內(nèi)部壓力、閥門開閉等參數(shù)。具備數(shù)據(jù)采集、報表展示、故障報警、壓風(fēng)機就地、遠(yuǎn)程等多種控制模式等。

5、 通風(fēng)機系統(tǒng)

通風(fēng)機系統(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)機的檢測。

綜合考慮各種安全信息，完成信號檢測和現(xiàn)場的操作。實現(xiàn)通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的報警，信息顯示，報表統(tǒng)計處理等功能。

6、提升機系統(tǒng)

提升機系統(tǒng)包括主井提升機和副井提升機，均采用三維化的場景監(jiān)測技術(shù)，實時查看提升機的運行狀態(tài)，提升機運行位置、速度、功率、油壓、電壓、電流狀態(tài)；同時監(jiān)測開閘信號、報警信號保持提升機穩(wěn)定運行。

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。包括水泵的自動化排水，排水管路的自動化倒換，排水管路檢修時的自動放水功能。采用液位計、壓力計、流量計、電控閥等，實現(xiàn)井下排水自動化，實現(xiàn)無人值守。實現(xiàn)主排水泵按水位自動啟停，按水位變化率增加排水泵的運行臺數(shù)。在控制室內(nèi)可實現(xiàn)對排水系統(tǒng)的運行監(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，并可實現(xiàn)實時事故報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、運行安全保護(hù)、用電計量管理等的系統(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)實時監(jiān)測、廠區(qū)能源消耗可視化、生產(chǎn)時長在線統(tǒng)計、報警信息統(tǒng)計、機電設(shè)備數(shù)據(jù)等功能。通過設(shè)備的三維建模，真實生動展示設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備實時狀態(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控制箱實現(xiàn)多臺壓風(fēng)/制氮機的聯(lián)動與輪詢、實時監(jiān)測排氣壓力、排氣溫度、電機溫度、冷卻水壓力等相關(guān)設(shè)備運行數(shù)據(jù)，并對設(shè)備的運行故障實現(xiàn)在線報警。

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、三維全場景生產(chǎn)與設(shè)備運維系統(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、儲運、醫(yī)藥等領(lǐng)域與合作伙伴成功實施了200多個數(shù)字化項目,分支機構(gòu)和業(yè)務(wù)遍布全國20多個省市區(qū)。

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