煤矿智能管控平台业务流程建设及其监控平台设计

　　摘要:为了打造车集煤矿智能矿山建设，提高车集煤矿安全生产运营水平，对煤矿智能管控平台业务流程建设及其监控平台进行了设计研究，管控平台核心业务架构主要分为设备层、控制层、生产执行层、经营管理层与决策层5个层次，重点分析了安全风险分级管控、隐患排查治理、掘进等智能管控平台业务流程建设;设计了其监控平台，主要智能监控平台主要功能、智能联动平台设计等。研究把安全生产相关子系统集成到一个平台，使生产信息业务部门横向到边，可为智能矿山建设提供安全生产的基础数据源。

　　关键词:智能管控平台;业务流程;安全风险分级管控;隐患排查治理;监控平台

　　“智能矿山安全生产管控平台”是车集煤矿安全生产管控平台各业务板块生产运营管理信息化建设的规划设计及总体指导框架，是生产运营管理相关子系统及其内部各要素之间有效组合运行的动力机制、建设机制和发展机制的模型化设定，以保证平台及系统功能统一规划、相互协调、结构一致、资源共享、标准规范。

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　　平台提供生产、经营、管理、模块化分析的整体框架，对内提供统一、面向应用的总线接口以及面向第三方应用的控件调用接口，实现子系统应用的统一数据调用和服务;对外提供基于插件式的子系统功能模块集成，能够实现子系统的统一集成和发布、展示;平台框架的核心模块可结合车集煤矿的管理需求，定制各子系统共享的基本业务模块，降低子系统集成的复杂程度。管控平台结合生产、管理的模式，在子系统应用层面划分为智能管调中心、矿山安全中心、运营管理中心、自动化控制中心等应用中心，实现相关联子系统间的数据深层分析和综合利用。平台决策分析模块可根据管理需要，定制分析模式，提供基于各生产中心以及全矿井数据的综合分析利用，为决策提供参考依据[1-4]。

　　1管控平台业务流程建设

　　1.1核心业务架构

　　智能矿山业务架构是在统一的标准与规范及安全运维保障体系下，按分层设计模式，分为设备层、控制层、生产执行层、经营管理层与决策层5个层次。设备层、控制层、生产执行层是智能化矿井建设的主要内容。智能管控平台由生产执行及生产管理、调度管理、机电管理、“一通三防”、综合分析、应急救援等业务模块构成，系统涵盖了煤炭采、掘、机、运、通各个环节，是一体化管理信息系统，并实现了和经营管理、控制监测等信息系统的数据互联。

　　1.2业务网流程建设针对煤矿运营主业务流程开展梳理与建设工作，煤矿智能管控平台业务流程建设包括安全风险分级管控、隐患排查治理、采煤、掘进、机电运输、地测防治水、“一通三防”、职业病危害防治、应急管理、调度、环境保护等。本文重点分析安全风险分级管控、隐患排查治理业务流程建设。

　　1.2.1安全风险分级管控安全风险分级管控需要对矿井单位风险辨识管控情况进行汇总监管，把控各单位各类风险点和管控情况，重点针对矿井重大风险管控落实情况进行定期检查，预防重大事故发生。对安全风险评估报告、制度文件进行系统管理，在线查看，方便用户;对风险进行分专业统计，对红橙黄蓝四色等级在饼状图中统计，查看各级别风险比例;在一张图中对所有风险进行四色标定，方便用户查看风险位置以及风险详情;重大风险划定风险区域，设置区域人数上限，关联人员定位系统，区域人员超限报警;跟踪检查风险管控措施落实情况，在系统中进行更新。

　　1.2.2隐患排查治理隐患排查流程主要是对隐患排查治理工作的描述，其内容包括各部门对隐患的排查“五定”，系统分级管理，对隐患整改检查落实，对责任人进行考核等。井上下发现隐患需要手动记录，升井或检查结束后录入系统。现场排查出来的隐患可直接使用移动终端智能巡检系统实时录入，并进行“五定”，方便隐患信息的及时传递。隐患整改落实情况同样可以在井下上传到系统中，提高隐患排查治理效率;隐患信息在系统中进行分类统计，用户可以随时查看隐患排查治理情况，解决了书面文件统计、查询的困难;隐患分级管理，重大隐患A类、重大隐患B类、一般隐患C类、一般隐患D类，一般隐患中可现场整改的当班整改，登录系统记录，不可现场整改的指定整改人限期整改;在一张图标定隐患位置，并展示隐患详细信息。

　　1.2.3掘进掘进专业主要负责巷道开掘业务，包含对掘进作业规程及技术措施的编制、巷道变形量观测、月度的技术例会、掘进专业隐患排查及安全生产标准化检查等内容，对其进行周期检查、自动预警报警。可直接登录安全生产运营管理平台查看地质说明书、通风系统图及供电系统图等相关资料，更方便进行资料查看，提高资料查找搜集的效率。进行设计时，可使用龙软GIS软件，自动生成巷道断面图、交叉点及车场、煤仓等图形，提高设计效率;设计图修改确定后上传至安全生产运营管理平台，共享给各使用单位，减少图纸打印及晒图等工作。

　　2智能监控平台设计

　　2.1主要特性

　　系统利用工业数据集成平台整合供电、胶带系统、水泵系统等全矿所有安全生产相关子系统的数据。经整合后数据可直接在可视化应用门户中进行实时显示与报警，以实现对全矿安全生产工况的实时监控与掌握;同时还可将安全生产相关数据存储在实时数据库及关系型数据库中，建设全矿统一的安全生产综合数据库，以实现对全矿安全生产历史状况的查询与分析[5-7]。

　　智能监控平台以“安全监控实时化，过程控制自动化”为目标，基于“工业以太环网+现场总线+无线”技术，利用多种软硬件接口(OPCUA、驱动、数据库、平面文件、DDE/NETDDE、PLC、子网等)，构建全矿井统一、稳定、高效的集控平台，以原煤生产为主线，对“采、掘、机、运、通、洗”等主要安全生产环节，进行多要素全流程的集中、协同、优化控制与智能运行，主要功能包括安全监测、目标定位、融合通信、生产过程自动控制等。

　　智能监控选用国际知名大型组态软件与定制开发相结合模式进行建设，数据采集原则上从井下PLC、分站、读卡器、智能仪表等硬件设备统一采集，数据统一存储，多系统协同控制，界面按需组态。平台软件功能应符合相关国家标准与行业规范。应根据行业实际情况结合行业发展趋势，提出一套科学、先进、可靠、实用的解决方案。

　　2.2平台组态软件配置

　　此次组态软件平台设计使用的数据采集服务器基于冗余架构，数据采集服务器软件完全支持冗余架构体系。数据采集的实时I/O点数按照无限点配置。数据采集系统完成对煤矿各生产和安全系统实现原始数据的采集，同时构架数据存储与支撑平台，由实时、历史数据库存储煤矿各生产和安全系统过程数据;建立关系数据库，关系数据库的数据来源有实时、历史数据库(数据经过精度降低、过滤)与煤矿各生产和安全系统一些设备初始资料数据。

　　系统架构考虑了系统的先进性、良好的扩展性、监控系统的可实施性，在整个数据采集系统中采用GEIFIX，并配备独立的ProficyHistorian为历史数据库，使车集煤矿综合自动化系统从开工开始就具备海量历史数据存储和查询分析的能力，并为日后信息管理和调度系统的建设提供完整的数据系统。实现系统的无缝集成，以减少接口数量，解决数据传递瓶颈，降低系统集成成本、升级成本、维护成本等。

　　3智能监控平台主要功能

　　(1)信息的综合功能。将需接入的各子系统信息通过标准的数据交换方式与智能监控中心进行数据存取，并将各子系统的信息进行综合处理。矿井智能监控平台负责将实时、历史及综合分析后的信息提供给系统中的用户。要求网络功能满足矿井需求，具有良好的可靠性、兼容性、扩容性，支持C/S、B/S模式。

　　(2)Web浏览功能。可将各子系统显示的各类实时动态图形(符合要求的)转换为HTML或XML，供用户通过IE浏览。(3)数据系统分级管理。设定不同权限，实现安全监测信息、设备运行信息及其他信息分类显示。(4)实时报警、故障记录。为用户提供各类监测系统的实时报警信息，包括超限报警、开关报警、系统设备的故障记录。(5)完整的事件记录。对涉及系统配置操作、 对子系统实施控制的操作及其他重要操作都进行记录，包括操作时间、操作者、操作码及描述、节点名等，为系统的事故追查及重演提供重要信息。

　　(6)扩展功能。采用标准的数据接口采集各子系统数据，保证采集数据的准确性，接口数据具有实时性与可扩展性。选用硬件设备和软件留有一定的容量，方便扩展满足将来矿井的需求。系统平台建设成为开放式平台，以便将来其他管理系统接入。(7)系统安全性。系统抗干扰能力强、容错性好，具有优良的安全验证体系，支持数据备份，保证系统安全可靠。网页的访问必须通过口令，没有授权的用户不能查阅。(8)故障报警分析统计。系统自动统计出昨日、当日、当前的报警故障个数，并可点击查看相应信息，可按子系统、类别、等级、日期段等条件查询和统计历史报警或故障信息。

　　(9)综合查询。系统可以查询任何系统中设备的开停情况，如开启时间、次数等，可查看累计量的信息及统计图表，还可查看系统的网络故障信息，方便用户管理。(10)历史曲线。选择日期查看某测点历史数据的曲线，在曲线的值坐标上可以自定义刻度。(11)故障报警分析。当系统出现故障和报警时会自动弹出窗口或报警条，根据用户自定义的等级严重性排序，并提供报警。(12)融合功能。实现多系统融合信息集成联动功能，实现多系统联动控制。

　　4智能监控平台接入系统

　　5智能联动平台

　　5.1总体设计

　　系统间联动包括人员位置监测系统、安全监测监控系统、生产自动化子系统、通风系统、压风系统、排水系统、通信系统、视频监控系统、大屏幕显示系统、电力监控系统等。

　　(1)跨业务联动。智能联动平台系统集成了井上下所有的安全、生产、通信、动态目标类系统，实现了数据融合，同时向数据中心发送所有数据。该联动设计打破了子系统之间的壁垒，实现了关联系统的联动与协同。

　　(2)超限值联动。以安全监测监控系统数据为核心，实现电力监控系统、巷道胶带、采煤机、主胶带系统、视频监控系统、应急广播、调度通信以及人员位置监测等系统间的联动。当工作面、掘进面等环境监测数据超限时，系统依据设定的阈值对相应区域的馈电开关进行远程分闸或合闸，对区域内人员进行短信、广播等通知。同时系统能够自动弹出相关超限地点视频画面。

　　(3)自动与手动。系统应能提供自动与手动联动的设置。在联动流程中，系统能根据联动条件自动联动，也可以进行人为的系统联动干预(手动联动)。如在环境监测系统的数据有超限或设备故障时，操作员可根据各种系统数据所反映的现场情况，进行人为的系统控制干预(手动控制)。

　　6结语

　　在智能矿山建设的整体框架下，采用国内一流和世界先进的技术和装备，建成一个能用、实用、管用、高效运行的智能化矿井，实现矿井“管、控、营”一体化，实现矿井安全可靠化、管理高效化、成本最小化、效益最大化。车集矿安全生产智能管控平台建设按照“总体规划、分步实施、因地制宜、效益优先”的总体要求，坚持“前瞻性、先进性、可靠性、实用性、开放性”的设计原则，吸收国内外成熟、先进的智能化技术，并进行应用创新，建设成一个国内领先的安全、高效、绿色、智能的矿山。

　　参考文献(References):

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　　[2]任永强.智能矿井综合自动化系统研究[J].能源与环保，2019，41(5):115-120.RenYongqiang.Researchonintegratedautomationsystemofintelligentmine[J].ChinaEnergyandEnvironmentalProtection，2019，41(5):115-120.

　　[3]刘常昊，郑万波，杨志全，等.区域煤矿智慧应急管理信息平台的多层次数字预案信息系统[J].能源与环保，2020，42(12):129-134.

　　作者：李进，高琪