浅析煤矿机电设备的智能化建设_冯佩华.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月煤炭在中国国民经济中占有非常重要的地位，中国的煤炭开采经历了漫长的发展。以前煤矿企业多为劳动密集型企业，煤炭产量和效益为企业的主要指标，企业在生产过程中忽视了对生产过程中人员安全和生态的保护，因此风险和污染并存。随着中国现代社会的发展和互联网技术的进步，煤炭的开采也迎来了产业技术的升级。一方面自动化技术在煤矿机电设备中的应用和推广很大程度上解放了人们的双手，节约了人力成本，提升了生产的安全性和可靠性；另一方面，通过引进先进的生产管理理念，借助现代化管理手段，可以实现对机电设备的高效管理和维护，保证煤矿生产安全高效地进行，为煤矿转型和智能化建设服务。1智能化管理平台的开发与建设机电设备自动化的实现促进了中国煤矿生产规模的扩大和生产能力的提升，使企业机电设备的操控步入信息化时代，与此同时，越来越多自动化机电设备的使用产生了大量的数据。此外，不同设备的数据各自独立，互不干涉，给企业设备的管理提出了新的要求。传统的人工单通道的数据处理和传输方式已经无法满足现代化管理的需求，结合企业用户的实际需要以及数据的多样化和高通量等特点，搭建一种集数据采集、转换、分布式存储、挖掘和分析于一体的智能化管理平台，实现机电管理系统设备信息共享、数据的高效利用，提高资源的利用率。图1为基于H a d o o p的大数据智能化管理设计平台图。由图1可知，该平台总共包含五层。资源层是整个平台的基石，是所有数据的来源层，由系统、硬件和人员三大部分组成1；数据存储层是通过结构化设计方法，采集资源层中各个要素信息并进一步储存在各自对应的服务器中，以备通过云端对数据进行进一步的分析；平台层能够对上一层数据进行提取和关联，通过机器学习算法，建立恰当的清洗模型，及时对设备运行状态数据进行分析和处理，了解设备故障模式与特征，实时监控设备的运行状态以及对故障进行预警；应用层是面向企业业务需求，实现设备的互联、优化运行以及企业的高效运维；服务层可分为设备监测服务、大数据分析服务和企业运维优化服务三部分，通过对前面的数据功能进行进一步的整合包装，进行个性化的设计，以满足实际用户的不同需求，实现系统标准化管理。收稿日期：2022-10-04作者简介：冯佩华，1987年生，女，山西大同人，助理工程师，主要从事与煤矿机电相关的工作。浅析煤矿机电设备的智能化建设冯佩华（晋能控股煤业集团煤峪口矿，山西 大同0 3 7 0 4 1）摘要：根据现代化技术发展的方向，可以预见在不久的将来煤矿开采和加工将彻底从劳动密集型产业向技术集约型产业转变。机电设备是煤矿企业生产中的重要组成部分，在煤矿生产、运输、加工等众多环节发挥着不可替代的作用。因此，有必要对煤矿机电设备进行改造升级和智能化建设。围绕煤矿机电设备的发展现状展开论述，分析和介绍了先进技术在煤矿机电设备中的应用情况，可为煤矿机电设备的管理和智能化建设提供有效的参考。关键词：机电设备；煤矿；智能化建设；物联网；状态监测系统中图分类号：T D 6 3文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 2 0 6-0 3Intelligent Construction of Electromechanical Equipment in Coal MinesFENG Peihua(Meiyukou Coal Mine,Jinneng Holding Coal Industry Group,Datong 037041,Shanxi,China)Abstract:According to the development direction of modern technology,it can be predicted that coal mining and processing willcompletely change from labor-intensive industry to technology-intensive industry in the near future.Electromechanical equipmentis an important part of coal mine production,playing an irreplaceable role in production,transportation,processing and other linksof coal mines.Therefore,it is necessary to upgrade and carry out intelligent construction of electromechanical equipment of coalmines.This paper discussed the development status of electromechanical equipment of coal mines,and mainly analyzed andintroduced the application of advanced technology in electromechanical equipment of coal mines,which can provide effectivereference for the management and intelligent construction of electromechanical equipment of coal mines.Key words:electromechanical equipment;coal mine;intelligent construction;Internet of Things;condition monitoring system（总第2 1 0期）实践运用2 0 6 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月表 1 煤矿生产中物联网技术的应用图 1 基于 Hadoop 的大数据智能化管理设计平台图设备车间维修记录2物联网在设备状态监测系统中的开发与应用煤矿机电设备的自动化技术使用对煤矿煤炭产量和效益的提升发挥了很大的作用，然而，煤矿中作业面环境十分复杂，矿井中存在大量的粉尘，温湿度变化也很大，因此很难保证机电设备稳定有效地运行。过去的人工拍照以及通过经验判断等手段难以对机电设备故障进行提前判断，因此，借助日益成熟的物联网技术来进行通信感知和处理，建立基于物联网的矿井设备状态监测和预测维护系统，可以有效地确定矿井设备故障并准确预测潜在威胁，确保煤矿机电设备的安全有效运行2。物联网技术这一概念早在2 0 0 5年就被提出，即通过利用各种传感器、数据采集设备，结合有线和无线传输手段，实现物体与网络的连接。在煤矿企业中，物联网技术的应用越来越普遍，表1给出了近年来一些应用实例。从表1中可以看出，物联网技术不仅在矿井电力系统监测平台中得到了开发和使用，还在矿井人员搜救、煤炭物流管理、井下有毒有害气体以及易燃易爆气体监测、环境监测方面也得到了运用3。煤矿井下机电设备的监测与诊断系统不仅可以对生产设备进行监测，还可以对井下技术人员进行监测，主要包括以下四个模块：a)安全监控模块。通过监测生产设备的运行状态，从而更加有效地把握井下作业的进程。分别采集、形成具有煤矿二维地理视图的传感节点，一旦设备在运行中发生意外情况，网络内的所有节点立刻向预警模式转变，发出警报，提醒作业人员有关设备的异常情况，通过系统服务器找到发生事故的具体位置，为及时解决问题赢得时间。b)设备控制模块。煤矿生产过程中，机电设备的各个参数是监测与诊断系统的可靠数据来源，如果井下机电设备的软硬件发生故障，一方面要及时变更监测网络中的节点信息，另一方面要变更矿井设备的生产信息。这样不仅能有效避免因设备功率不足导致生产进度停滞，还能提高监控系统的可靠性。c)记录检查模块。通过记录检查模块，生产技术人员不但能够实时观察设备的运行状态，而且通过传感技术能够有效地分析数据，提取出设备安全的基线。此外，故障的记录能够辅助技术人员做好预防备案。d)移动连接模块。采用4 G/卫星导航技术可以将故障设备的信息发送给终端，也可以在救援过程中使用互联网服务，以便为救援节省时间。3基于机电设备智能化检测仪器的开发与应用无论是在生产阶段，还是在使用维修阶段，都需要对煤矿机电设备性能进行检测。国家有关部门规定，煤矿中所使用的相关机械设备需由具有相关资质的检应用方面物联网技术环境监测传感技术、Wi-Fi 技术、互联网技术瓦斯等气体监控传感器技术、通信技术煤矿物流管理平台传感器技术、定位技术矿井救援系统定位无线通信技术矿井电力监控平台传感技术、Wi-Fi 技术、互联网技术冯佩华：浅析煤矿机电设备的智能化建设设备地理位置监控设备运行环境可视化设备运行状态监控井下设备实时监控在线设备数量监测设备故障模式识别设备健康指数预测设备故障自诊断设备运行状态评估设备维护决策优化设备全生产周期管理煤矿机电设备运行状态大数据处理中心数据采集数据预处理分布式存储数据挖掘数据可视化集成MMS 数据库集成中间数据库ERP 数据库PLM 数据库历史数据实时数据历史数据库分布式数据库同步云端数据库管理系统硬件设备人员物资管理系统（MMS）企业资源计划系统（ERP）设备全生命周期管理系统（PLM）区队员工部门职员领导设备监测服务大数据分析服务服务层应用层平台层数据存储层资源层企业运维优化服务2 0 7 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月图 3 煤矿机电设备安全检测集成虚拟仪器软件结构图主控程序层测试分析层驱动层外部仪器驱动实时数据NI 板卡驱动文件操作历史数据参数1参数2参数3参数n被测设备n被测设备2被测设备1煤矿机电设备测试主VI测部门进行检测鉴定，然而现在煤矿自动化程度很高，电子设备、仪器仪表以及监控设备的数量越来越多，检测的需求与日俱增。许多检测中心虽然技术水平很高，但大多只是进行实验室检测，且检测设备多以分离仪器和针对单个设备的综合检测仪器为主，仪器设备整体的检测水平不高，技术较落后，通用性差，智能化程度较低，检测方法不全面。为此，有必要开发智能化便携式检测仪器。针对煤矿机械及电子类设备性能检测的实际要求，运用先进的现代检测技术和计算机技术，构建一种煤矿机械设备及电子类设备性能测试仪器硬件和软件设计方法，从而对煤矿机电设备进行全面、快速的评估。相较于传统仪器，该检测仪器功能更强，信息化、智能化水平更高，能够大幅降低人员的工作强度4-5。基于便携式集成化仪器方案的构建，根据煤矿使用设备安全检测检验规范和实际生产需求，不同设备的检测参数如表2所示。表 2 不同机电设备需要检测的参数表将表2中不同设备检测参数进行归类，采用集成化、小型化设计思路，采用U S B（U n iv e rs a lS e ria lB u s，通用串行总线）结构模式，可将检测仪器硬件设计为传感器模块、信号调理模块和测试模块三大模块。图2为设计的集成虚拟检测仪器硬件组成图6。图 2 集成虚拟检测仪器硬件组成图在软件设计中，要考虑到机电设备种类各异，功能不同等要素，应选择合理的设计和程序架构，选用L a b V IE W 开发工具，能够在满足上述需求的同时提高软件的移植性和扩展性，开发周期短，开发过程简单易懂6。图3为煤矿机电设备安全检测集成虚拟仪器软件结构图。4结语现代化煤矿的建设不仅仅是以煤矿机电设备的大型化和智能一体化为代表的机械设备的升级，还体现在对这些先进设备的管理方法上。在引入自动化生产技术的基础上，还可以利用人工智能、物联网、数据建模、卫星导航等技术，实现对机电设备的监测和维护，通过开发便携式的检测仪器，实现对煤矿中通风设备、排水设备、提升设备、空压设备、传输设备的快速综合监测，有效降低人员成本，全面提升煤矿机电设备的稳定运行水平，可为未来煤矿智能化建设提供有价值的参考。参考文献：1 曹现刚，罗璇，张鑫媛，等.煤矿机电设备运行状态大数据管理平台设计