煤矿综合智能化平台开发与应用

一、项目背景

某煤矿通过建设煤矿综合智能化平台使矿井生产安全可靠,有效地预防和及时处理各种突发事故和自然灾害;使矿井各类自动化系统在异构条件下实现信息联通、共享和联动;实现全矿井的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的网络化、信息化、科学化。

系统建成后,在地面调度室实现对矿井主要生产环节如:煤流、采、运、主井提升等,集供电、通风、排水、压风、辅助运输、给排水等辅助生产环节的三维集中监控,实现可靠无人值守运行,有效提高矿井生产效率;另外可将环境监测、束管火灾监测、辅助运输信号、调度通信等系统的信息集中于统一的数据库管理、存档、检索。同时实现整个矿井的生产信息、管理信息的集成化管理,矿井调度人员、矿级领导和有关职能部门可以通过网络终端进行矿井生产实时监测、矿区调度和同步掌握生产设备运行状态、产量及质量的情况,快速做出反应,及时调度。

二、研究内容

1.技术路线
1)运用虚拟现实技术,实现对工业广场内建筑、井下巷道和各种设备设施进行三维展示。通过对重要建筑物和井下巷道建立三维模型,构建与矿区实景相对应的虚拟环境,使调度指挥人员能够不到现场就可以考察矿区及矿井地下情况。实现建筑物和矿井信息的多角度查看和虚拟巡游,同时将重要设备信息、人员位置等在虚拟三维环境中标识出来。虚拟环境将保持与现实环境的数据一致,特别是煤层开采状况、设备位置和状态、人员位置等信息,能够通过虚拟环境直接显示最新情况。
2)平台从其它各个子系统中采集和提取数据,并根据不同系统提供的信息实时标定各个实体的空间位置,如实现人员定位、轨迹显示、瓦斯监控等。
3)通过应用接口能提供各种统计数据的展现,如将各个子系统不同类型的统计数据,以柱状图、饼状图和曲线图等形式表现出来。
4)通过应用接口实现应急资源布局展现,如标定点位、查询该点位周边某一范围所有应急资源的布局和数量。
5)通过应用接口,可以将安全设备动态监测信息实时展现在地图上,如果设备或井下环境出现异常,及时在地图上报警,报警通过点的颜色、大小、闪烁、声音等各种方式实现。
2.具体内容
煤矿综合智能化平台主要设计内容有:三维综合自动化监控系统建设与综合集成子系统的建设。
采用集成SCADA(组态)、historian(企业级实时库)、GIS(地理信息系统)、3D(三维),移动访问于一体的第四代自动化和信息化组态平台,建立统一的数据集成平台,整合分散在各子系统中各种无序、多介质的信息和多种工业监控数据,同时构建数据共享与交换机制,既满足目前指挥调度工作的需要,又便于未来其它系统的整合。
选用基于专业实时数据库的面向综合自动化系统数据采集、实时数据管理和集成技术,应用关系型数据库进行面向业务管理和报表数据的管理,并实现实时数据和关系数据之间的有效整合。
综合智能化平台,运用直观的组态工具,提供高性能的生产过程监测窗口,动态展现监测画面。三维综合自动化监控系统功能包含:实时数据综合集成、煤矿生产过程实时监测、实时报警监测功能、平面及三维组态展示、主流移动客户端访问。
三、系统特点

1.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,整个数据采集系统中采用SCADA,配备独立的历史数据库,使三维自动化管理平台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。

2.三维自动化管理平台系统通过采用自动化与信息化平台技术,统一数据采集、监控、存储、发布设计,将整个煤矿的监测信息进行集成,存储于统一设计的调度指挥中心机房工业实时库中。

3.除调度指挥中心外,各专业部门可查看各自所需的实时监测信息。实时监测信息通过图表方式进行图文并茂的展示。系统监测信息通过WEB发布,供各科室通过浏览器访问。

四、实施效果
1.为精细化管理提供空间数据基础
建立目标细分、标准细分、任务细分、责任细分,实施精确计划、精确决策、精确控制、精确考核的一种科学管理模式。这种管理模式就是依靠现代信息化技术,实现生产上“精谋细划”,经营上“精打细算”,管理上“精雕细琢”,技术上“精益求精”。
通过三维可视化,实现更精细的对矿区内各类建筑、井下巷道、设备的空间位置分布状况进行描述,更精细的了解矿井地面及井下真实情况,从而实现更精细的管控。
2.提高安全管理的效率及应用层次
安全管理是煤矿企业持续、稳定、健康发展的根本,其目的是保障安全,核心是预防和控制事故。通过在系统中建立对象的空间数据库,并建立对象之间的联系,则可以方便的实现对安全相关信息,即人、巷道、物、安全隐患、责任与相关单位、责任人、物体、空间环境精细化管理,使安全隐患的位置、特征、措施与井下的地点、单位、人员联系在一起,实现真正意义上的安全隐患的全员,全方位、全过程管理,使安全管理明确、高效。
3.提高生产管理效率
通过对生产过程及要素的可视化呈现,数据的时效性大大提高。借助三维可视化,实时显示各生产环节的运行状态,如:工作、维修、空闲等,以便生产调度指挥生产。实时显示供电设备的运行状况,如:工作、维修等,辅之以该设备的其他信息的显示,包括开关状态及电流、电压、温度、功率、功率因数、电度等数据。当生产过程出现异常,或者供电设备运行出现异常波动时,应当与业务系统同步自动报警,弹出异常画面显示异常地点,同时对井下设备进行远方开停、远程控制。
4.提高应急救援系统应用层次,快速辅助决策
在三维可视化平台的支持下,可以提供第一人称视角,第三人称视角,二维、三维等多种空间的视角和视图,在应急救援领域有重要的应用。通过该系统,能够在很短的时间内分析出井下事故地点坐标和周围环境要素的动态变化,快速确定安全区域,可能的人员逃生区,迅速制定救生方案。该系统还可以根据事故发生的位置,迅速分析该事故的影响区域,指导井下人员选择正确的逃生路线和方案。

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