CN110568829B - 一种矿山全生产链智能管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿山生产技术领域，涉及智能管控系统，尤其涉及一种矿山全生产链智能管控系统，通过将智能化管理平台、智能化综采平台及智慧矿山平台相结合，基于集中控制、移动应用、物联网、云计算与大数据等技术，实现对矿山的生产、生产辅助自动化系统进行全体系的生产实时监测、远程控制、移动指挥和智能决策管理的一体化矿山全生产链智能管控系统；该系统能够实现管理者、技术工程师、多级调度并在保证全生产链的生产安全、网络安全、数据安全的前提下，随时随地在井下、地面PC端、网页及移动端对煤矿生产、辅助生产等各系统设备的工况实时监测，并进行高效地调度管理工作和决策指挥。
Description
技术领域
本发明属于矿山生产技术领域，涉及智能管控系统，尤其涉及一种矿山全生产链智能管控系统。
背景技术
矿山的安全监控是保障矿山安全生产、防止事故发生的关键。因此，将现代化的科学技术应用于矿山的安全监测监控系统，是矿山安全管理必不可少的基本手段，能够有效地保证矿山的安全生产。随着我国计算机技术和互联网技术的广泛开展和普及，越来越多的矿山企业对全生产链生产管控的智能化提出了更高的要求。
然而，目前，各系统尚处于分别管理的状态，并未出现能够集成各系统，实现全生产链的管控平台。矿山企业各个生产自动化系统分散独立，由于各种控制系统在接口、软件协议、冗余功能等方面存在各种各样的形式或版本，无法真正实现集中整合和实施集中控制功能，无法实现信息交互，更无法实现综合管控协调、配合。
具体来讲，现有技术中存在的问题如下：1、由于各生产、辅助生产自动化系统操作方式、通讯协议的数据结构存在一定的差异，使数据的采集和分析存在一定的难度；2、目前所使用的生产各自动化系统之间，数据无法实现连锁联控，无数据分析等功能，并存在数据存储、导出、提取、分析困难等问题且操作步骤繁琐；3、全生产各子系统的架构各异，界面展示风格不统一，对整体系统管理维护难度增大，严重影响整体形象展示；4、目前技术工程师无法对生产系统及各设备进行随时随地实时监测监控；5、目前各自动化系统不能有效地监测分析操作员的操作是否规范，无法识别哪些是违规的行为，哪些是规范操作，难免由于操作员的违规操作，使设备出现软硬故障，影响生产；6、目前依旧采用现场办公的形式，在出现软硬故障时，由于操作员的故障处理能力有限，在出现故障时，不能准确地向技术工程师描述故障信息，技术工程师需要第一时间到现场处理故障，导致故障处理延时、耽误生产，降低生产效率；7、技术工程师无法对各设备的服务年限、运行时长等各项数据进行实时监测、分析、记录，无法准确地分析设备的全生命周期管理。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种矿山全生产链智能管控系统，将“互联网+”+工业自动化组态+信息化管理相融合，能够实现多种系统平台之间数据和信息的无缝对接和管理，能够帮助数据通过驱动层、模型层、跨平台转换、多平台界面展现对数据进行标准化处理，实现统一数据标准、统一安全体系、统一模块化扩展和统一信息，完成对矿山全生产系统的实时监控和管理。
其中，驱动层的作用在于为上层程序提供外部接口，为下部硬件设备实现驱动的功能，且集成了现有的大多数硬件设备的驱动库，支持广泛，并且便于随时添加新的驱动库以满足项目需要。
模型层是数据模型部分，所述系统具有一套对于矿山的成熟的基本数据模型，复用于现有所有项目，并且可以根据项目不同，进行同步更改。
跨平台转换，所述系统是由多个子平台组成，其中数据模型可以进行跨平台转换。
多平台界面展现，所述系统是由多个子平台组成，多个子平台根据自己的特性，可以从不同的侧重点对项目进行展示或者控制；系统界面具备模块化开发的功能，通过组态的方式可以对界面进行快速的开发和修改。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种矿山全生产链智能管控系统，包括：智能化管理平台，与所述智能化管理平台通过网络互连的智能化综采平台、智慧矿山平台，所述智能化管理平台还通过网络与云服务平台互连，所述云服务平台通过网络与客户端连接；
所述智能化管理平台包括，监控平台，用于监控智能化综采平台、智慧矿山平台的工作情况；存储平台，用于存储智能化综采平台、智慧矿山平台的各项实时工作参数信息；分析平台，通过对存储平台存储的各项实时工作参数信息进行分析计算，实现整个智能管控系统的生产指导及安全指导，所述分析计算方法具体包括如下步骤：
1)对存储平台存储的各项实时工作参数信息进行标准化处理；
2)将标准化处理后的数据信息统一传输至云服务平台中的云数据库服务平台，并对存储的数据信息进行有效保护；
3)根据存储的数据信息，利用数据挖掘技术对全生产链智能管控系统进行智能决策；
4)利用数据仓库技术构建大数据分析体系化环境；
5)通过网络对客户端的实时数据和管理进行同步更新。
进一步地，所述智能化管理平台具有可扩展性，所智能化管理平台还包括供电系统、主运输系统、通风系统、供排水系统、有害气体监测系统、矿压分析系统、人员定位系统。
进一步地，所述智能化管理平台还包括智能联动系统、故障预警系统、智能决策系统、智能调度系统及智能紧急预案系统。
进一步地，所述智能化综采平台包括若干综采设备及用于采集各综采设备实时工作参数信息的采集装置，其采集到的实时工作参数信息通过网络传输至存储平台。
进一步地，所述采集装置包括：
摄像装置，用于采集井下的图像信息；
电力参数采集装置，用于采集井下变电所高压开关的相关电力参数；
瓦斯传感器，用于采集井下的瓦斯气体浓度；
压力传感器，用于采集工作面液压支架的压力；
流量计，用于采集井下排水系统中的管道水流量；
人员定位卡，根据下井人员佩戴的人员定位卡，对井下人员进行实时定位；
设备传感器，用于采集井下相对应的设备的状态信息。
进一步地，所述智慧矿山平台通过水、电、运输、通风、人员智能管控设备，实现对矿山生产、职业健康与安全、技术和后勤保障的主动感知、自动分析及快速处理。
进一步地，所述水智能管控设备包括井下水处理装置，所述井下水处理装置与工业水处理系统相连，所述工业水处理系统与地面水处理系统相连；所述井下水处理装置包括1#水仓泵房，用于过滤金属等磁性杂质的磁分离系统，2#水仓泵房，矿井强排泵房；待处理的井下水依次经过1#水仓泵房，磁分离系统，2#水仓泵房，矿井强排泵房的处理进入工业水处理系统；所述工业水处理系统包括用于处理工业水的一体化车间、过滤车间、超滤车间、综合泵房及纯水车间，经过纯水车间处理的工业水进入地面水处理系统完成井下水的处理。
进一步地，所述客户端使用浏览器作为访问智能管控系统的工具，浏览器可运行于手机终端、PC终端、矿用移动设备或数字电视。
进一步地，所述网络层包括有线网络或无线网络。
进一步地，所述有线网络为工业环网或管理环网，所述无线网络为2G或3G或4G或5G或WLAN网络。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过将智能化管理平台、智能化综采平台及智慧矿山平台相结合，基于集中控制、移动应用、物联网、云计算与大数据等技术，实现对矿山的生产、生产辅助自动化系统进行全体系的生产实时监测、远程控制、移动指挥和智能决策管理的一体化矿山全生产链智能管控系统；该系统能够实现管理者、技术工程师、多级调度并在保证全生产链的生产安全、网络安全、数据安全的前提下，随时随地在井下、地面PC端、网页及移动端对煤矿生产、辅助生产等各系统设备的工况实时监测，并进行高效地调度管理工作和决策指挥。
附图说明
图1为本发明提供的矿山全生产链智能管控系统的架构框图；
图2为本发明提供的矿山全生产链智能管控系统的分层模型图；
图3为本发明提供的矿山全生产链智能管控系统的实际应用示意图；
图4为本发明提供的井下水处理装置的连接框图；
图5为本发明实施例2提供的又一种矿山全生产链智能管控系统的架构框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
参见图1-3所示，本发明提供了一种矿山全生产链智能管控系统，包括：智能化管理平台，与智能化管理平台通过网络互连的智能化综采平台、智慧矿山平台，所述智能化管理平台还通过网络与云服务平台互连，所述云服务平台通过网络与客户端连接；
所述智能化管理平台包括，监控平台，用于监控智能化综采平台、智慧矿山平台的工作情况；存储平台，用于存储智能化综采平台、智慧矿山平台的各项实时工作参数信息；分析平台，通过对存储平台存储的各项实时工作参数信息进行分析计算，实现对整个智能管控系统的生产指导及安全指导，所述分析计算方法具体包括如下步骤：
1)对存储平台存储的各项实时工作参数信息进行标准化处理；
2)将标准化处理后的数据信息统一传输至云服务平台中的云数据库服务平台，并对存储的数据信息进行有效保护；
3)根据存储的数据信息，利用数据挖掘技术对全生产链智能管控系统进行智能决策；
4)利用数据仓库技术构建大数据分析体系化环境；
5)通过网络对客户端的实时数据和管理进行同步更新。
其中，综采工作面主要由大三机(采煤机、液压支架，泵站)，小三机(刮板运输机、破碎机、转载机)，组合开关，控制器等设备组成。主运输系统，一般主运输系统由工作面顺槽皮带，大巷皮带，主斜井皮带以及地面皮带组成，中间会附带有井下煤仓，给煤机，地面煤仓。该矿山全生产链智能管控系统，通过对主运输系统以及综采工作面系统的所有设备信息进行采集，将数据传输到云服务器，智能决策系统会对数据进行实时的分析、决策。可根据主运输系统中煤仓煤位的信息，决策出综采工作面采煤机割煤的数量，实现主运输系统跟综采工作面的智能联动。
进一步地，所述智能化管理平台具有可扩展性，所智能化管理平台还包括供电系统、主运输系统、通风系统、供排水系统、有害气体监测系统、矿压分析系统、人员定位系统；所述供电系统主要是对矿井的各个变电所设备进行远程监测监控，所述主运输系统主要用于对矿井皮带运输系统进行远程监测监控，所述通风系统主要用于对矿井主扇通风系统进行远程监测监控，所述供排水系统主要用于对井下排水系统进行远程监测监控，所述有害气体监测系统主要用于对矿井有害气体进行远程监测，所述矿压分析系统主要用于矿井工作面顶底板压力进行远程监测，所述人员定位系统主要用于对矿井下井人员进行实时定位，下井人数的统计。
进一步地，所述智能化管理平台还包括智能联动系统、故障预警系统、智能决策系统、智能调度系统及智能紧急预案系统。所述智能联动系统主要体现在井下环境与设备运行的智能联动，例如，瓦斯与供电系统的联动，井下变电所的高压开关都具备瓦斯断电的功能。所述故障预警系统主要用于设备故障的提前预警，防止出现设备故障，影响生产。所述智能决策系统主要用于当井下设备出现故障后，该系统通过对采集到的设备信息进行分析，提供合理的解决方案。所述智能调度系统主要用于对矿井各个系统进行合理的生产指挥调度，如下井人员，下井车辆，井下设备操作等。所述紧急预案系统主要用于当出现紧急情况(如瓦斯浓度增加，井下压风系统动力不足，井下风量过低等)可根据现场情况及时给与相应的解决方案，避免不必要的损失。
进一步地，所述智能化综采平台包括若干综采设备及用于采集各综采设备实时工作参数信息的采集装置，其采集到的实时工作参数信息通过网络传输至存储平台。
进一步地，所述采集装置包括：
摄像装置，用于采集井下的图像信息；
电力参数采集装置，用于采集井下变电所高压开关的相关电力参数；
瓦斯传感器，用于采集井下的瓦斯气体浓度；
压力传感器，用于采集工作面液压支架的压力；
流量计，用于采集井下排水系统中的管道水流量；
人员定位卡，根据下井人员佩戴的人员定位卡，对井下人员进行实时定位；
设备传感器，用于采集井下相对应的设备的状态信息。
进一步地，所述智慧矿山平台通过水、电、运输、通风、人员智能管控设备，实现对矿山生产、职业健康与安全、技术和后勤保障的主动感知、自动分析及快速处理。
具体地，智慧矿山平台包括自动化管控平台，智能化云服务平台及信息化平台，其具体的工作过程如下：
首先，自动化管控平台进行数据的采集、处理、展示，并且对生产过程进行直接控制，并将相关的数据传递到智能云服务平台和信息化平台。
然后，智能云服务平台即移动APP端，将对生产的相关数据进行展示，并提供生产任务分配，生产报告检修报告的功能，对生产的人员任务进行管理。
最后，信息化平台将获得的数据进行管理和MES、HIS等系统进行交互，完成企业级数据管理的过程，实现生产过程透明化、生产管控实时性及产品与设备全生命周期管理。
进一步地，所述水智能管控设备包括井下水处理装置，所述井下水处理装置与工业水处理系统相连，所述工业水处理系统与地面水处理系统相连。其中，参见图4所示，所述井下水处理装置包括设置于井下的1#水仓泵房，用于过滤金属等磁性杂质的磁分离系统，2#水仓泵房，矿井强排泵房，待处理井下水依次经过1#水仓泵房，磁分离系统，2#水仓泵房，矿井强排泵房的处理进入工业水处理系统；所述工业水处理系统包括用于处理工业水的一体化车间、过滤车间、超滤车间、综合泵房及纯水车间，经过纯水车间处理的工业水进入地面水处理系统完成井下水的处理。
进一步地，所述客户端使用浏览器作为访问智能管控系统的工具，浏览器可运行于手机终端、PC终端、矿用移动设备或数字电视。
进一步地，所述网络层包括有线网络或无线网络，并且能够实现移动网络和局域内网移动的实时通讯，具备井下移动终端设备和地面手机的实时数据和管理同步更新。
进一步地，所述有线网络为工业环网或管理环网，所述无线网络为2G或3G或4G或5G或WLAN网络。
该矿山全生产链智能管控系统，提供了一种基于“互联网+”+工业自动化组态+信息化管理相融合的矿山智能管控平台，可实现多种系统平台间数据和信息的无缝对接和管理，能够帮助数据通过驱动层、模型层、跨平台转换、多平台界面展现对数据进行标准化处理，实现统一数据标准，统一安全体系，统一模块化扩展和统一信息实时监控和管理。具有以下核心功能：
数据标准化：该智能管控系统，融合全生产链各自动化系统数据，建立统一数据标准、存储和安全保障体系，信息标准化大幅提高。
组态化开发：该智能管控系统，由于其可扩展性能够建立工业自动化组态的快速、灵活模块化开发，建立驱动通讯库、图形化组态界面订制。
该系统的扩展性在于，由于是组态化开发，界面部分可以组态为任意的工业自动化项目，由于系统数据模块化，可以快速组建数据模型，驱动库，也可以快速组态选择来适应项目需求。而且界面可组态、数据模型组态、驱动组态才使得系统的扩展性强，便于适应新项目。
多平台融合：该智能管控系统，架构统一化，多平台融合，在井下、地面和云服务端、移动端均能够实现多系统架构实时数据监测功能和实时调度管理工作。
智能管理：该智能管控系统通过工作协同模块，可以将全生产的工艺管控流程和信息管理中通用的组织架构、角色关系、权限分配，任务流程、工作流程等信息和功能融合，提供策略和流程的智能化管理平台。
移动管控：该智能管控系统通过移动网络和局域内网移动实时通讯，使技术工程师可以随时随地在移动端(手机、平板等)对各设备各生产系统进行实时监测。
大数据决策：该智能管控系统通过大数据平台，深入进行数据挖掘研究，为指导生产、管理层的宏观决策提供可靠的数据依据。
实现无缝高效的智能管控：该智能管控系统根据权限主动推送消息、短信、任务以及汇报内容等给各个不同用户，实现无缝高效的智能管控。
实施例2
参见图5所示，为本实施例提供的又一种矿山全生产链智能管控系统的架构框图，该系统包括通过网络互连的智能管理平台、智能运维服务云平台，所述智能运维服务平台分别连接有变电所系统、供排水泵房系统、主运输皮带系统、主通风机房系统、压风机房系统、智能化综采平台、固定瓦斯抽采泵房、局部通风机、架空乘人设备、选洗系统及井下水处理系统；其中，
所述变电所系统、供排水泵房系统、主通风机房系统、压风机房系统、智能化综采平台、固定瓦斯抽采泵房、局部通风机，均能够实现地面远程数据界面统一化，远程集中控制地面远程干预，达到无人值守、有人巡检的自动化、智能化系统升级；
所述主运输皮带系统，在原有功能基础上实现地面远程数据界面统一化，远程、联合控制一键顺煤流启动，达到自动化、智能化远程集中控制；
所述架空乘人设备，当智能化综采平台采集到井下的环境参数超出云平台存储的预设参数的数值范围时，通过服务器将所述参数信息及该作业人员的位置信息传输给智能管理平台，智能管理平台发出指令启动架空乘人设备，将作业人员迅速从井下撤离，保证作业人员的人身安全；
所述选洗系统是对该系统下的各个子系统如：原煤筛分破碎系统、原煤洗选系统、浮选系统、重介系统以及运输系统进行远程的监测监控，实现矿井洗选系统的有人巡检，无人值守的智能化目标。
所述井下水处理系统，包括设置于井下的1#水仓泵房，用于过滤金属等磁性杂质的磁分离系统，2#水仓泵房，矿井强排泵房，待处理井下水依次经过1#水仓泵房，磁分离系统，2#水仓泵房，矿井强排泵房的处理进入工业水处理系统；所述工业水处理系统包括用于处理工业水的一体化车间、过滤车间、超滤车间、综合泵房及纯水车间，经过纯水车间处理的工业水进入地面水处理系统完成井下水的处理。
该矿山全生产链智能管控系统，将生产所有环节关联系起来，围绕生产相关的自动化系统包括综采、电、水、运输、通风、人员等，统一数据标准和存储结构，建立标准化安全体系，实现分散数据集成管理。该智能管理平台包括多源异构数据融合、大数据内容挖掘以及关联分析建模等系统的扩展应用，打造了煤炭行业的全生产链平台体系。
综上，本发明提供的智能管控系统，具有以下优点：可快速开发、订制集成各生产链子系统，缩短开发周期，降低开发成本；通过统一架构体系，数据标准化，界面统一展示，操作统一方式，实现系统优化、稳定，操作易用，提高人员的培训质量、降低由于系统操作过程繁琐而额外增加的工作量；生产运维能力提升，减少维护工作量，减人增效，系统将现场故障自动推第一时间送至相关专业运维服务人员，将及时对“安全隐患”“设备故障”进行实时指导排查、处理。此外，该管控系统进行实际应用后，安全生产管控系统、集控分析系统、智能调度管理系统的上线，极大降低了“安全隐患”发生的概率，替代了以往对自动化系统管理的现场办公的方式，高效地提高了工作效率；真正实现了“机械化换人、自动化减人”的整体要求及目标。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，包括：智能化管理平台，与所述智能化管理平台通过网络互连的智能化综采平台、智慧矿山平台，所述智能化管理平台还通过网络与云服务平台互连，所述云服务平台通过网络与客户端连接；
所述智能化管理平台包括，监控平台，用于监控智能化综采平台、智慧矿山平台的工作情况；存储平台，用于存储智能化综采平台、智慧矿山平台的各项实时工作参数信息；分析平台，通过对存储平台存储的各项实时工作参数信息进行分析计算，实现整个智能管控系统的生产指导及安全指导，所述分析计算方法具体包括如下步骤：
1)对存储平台存储的各项实时工作参数信息进行标准化处理；
2)将标准化处理后的数据信息统一传输至云服务平台中的云数据库服务平台，并对存储的数据信息进行有效保护；
3)根据存储的数据信息，利用数据挖掘技术对全生产链智能管控系统进行智能决策；
4)利用数据仓库技术构建大数据分析体系化环境；
5)通过网络对客户端的实时数据和管理进行同步更新。
2.根据权利要求1所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述智能化管理平台具有可扩展性，所智能化管理平台还包括供电系统、主运输系统、通风系统、供排水系统、有害气体监测系统、矿压分析系统、人员定位系统。
3.根据权利要求1所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述智能化管理平台还包括智能联动系统、故障预警系统、智能决策系统、智能调度系统及智能紧急预案系统。
4.根据权利要求1所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述智能化综采平台包括若干综采设备及用于采集各综采设备实时工作参数信息的采集装置，其采集到的实时工作参数信息通过网络传输至存储平台。
5.根据权利要求4所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述采集装置包括：
摄像装置，用于采集井下的图像信息；
电力参数采集装置，用于采集井下变电所高压开关的相关电力参数；
瓦斯传感器，用于采集井下的瓦斯气体浓度；
压力传感器，用于采集工作面液压支架的压力；
流量计，用于采集井下排水系统中的管道水流量；
人员定位卡，根据下井人员佩戴的人员定位卡，对井下人员进行实时定位；
设备传感器，用于采集井下相对应的设备的状态信息。
6.根据权利要求1所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述智慧矿山平台通过水、电、运输、通风、人员智能管控设备，实现对矿山生产、职业健康与安全、技术和后勤保障的主动感知、自动分析及快速处理。
7.根据权利要求6所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，水智能管控设备包括井下水处理装置，所述井下水处理装置与工业水处理系统相连，所述工业水处理系统与地面水处理系统相连。
8.根据权利要求1-6任一项所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述客户端使用浏览器作为访问智能管控系统的工具，浏览器可运行于手机终端、PC终端、矿用移动设备或数字电视。
9.根据权利要求1-6任一项所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述网络包括有线网络或无线网络。
10.根据权利要求9所述的矿山全生产链智能管控系统，其特征在于，所述有线网络为工业环网或管理环网，所述无线网络为2G或3G或4G或5G或WLAN网络。
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Denomination of invention: An intelligent control system for the entire production chain of mines Effective date of registration: 20231229 Granted publication date: 20210319 Pledgee: Xi'an Caijin Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Xi'an hezhiyu Information Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980075621 |