天瑪智控李丹寧工程師：煤礦智能化綜采遠程運維共享平臺

煤礦智能化建設是煤炭工業集成新一代信息技術，實現煤礦生產、運營、管理全流程自動化水平的體現，也是煤炭行業高質量發展升級的關鍵。借助人工智能、大數據、物聯網等新一代信息技術，將其充分融入到煤炭勘探、開采、運輸、洗選、安全監控、經營管理等環節，形成全面感知、實時互聯、自主學習、動態預測、分析決策、協同控制的多智能系統，讓裝備、系統、廠區等相關信息數據實現信息的實時收集與共享，并進行信息深度挖掘，以此為決策者判斷設備故障、預測未來來壓、決定開采周期等提供參考依據，進一步提升煤礦安全生產水平，保障煤炭穩定供應。

隨著煤礦數字化轉型、網絡化協同、智能化變革的進程不斷加快和深入，構建融合一體化感知、大數據分析、設備自主管理的智能化運維模式，能夠為煤礦一線員工、設備運維人員、生產管理人員進一步提供戰略性業務服務。同時，煤礦企業多層次管理架構具有不同需求，以網絡化、數字化、智能化為方向，布局遠程運維智能化綜采共享平臺（簡稱遠程運維共享平臺），同步推進網絡安全和煤礦智能化發展。借助遠程運維共享平臺，煤礦用戶不僅能夠提升煤礦中的設備管理效率，也可使礦井之間的業務聯動變得更加全面和系統。因此，以“信息采集全覆蓋、數據資源全共享、統計分析全自動、業務管理全透明、人機狀態全監控、生產過程全記錄”為目標，基于現有工作面級數據平臺匯集礦業公司級的上層協同管理平臺，建設集團公司級的遠程運維智能化綜采共享平臺，形成跨地區、跨礦井、跨系統的多維度實時數據監測分析，打造“工作面—礦業公司—集團公司”多級遠程運維智能化綜采共享平臺，已逐漸成為煤礦智能化發展的新目標。

文章來源： 《智能礦山》2023年第12期“智能監控”專欄

作者簡介： 李丹寧，碩士，北京天瑪智控科技股份有限公司系統軟件工程師，主要從事煤礦綜采數據分析與遠程運維技術方面的研究和應用工作

作者單位： 北京天瑪智控科技股份有限公司

引用格式 ： 李丹寧.煤礦智能化綜采遠程運維共享平臺[J].智能 礦山，2023，4 （12）：78-85.

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遠程運維共享平臺基于云平臺計算中心，通過以太網傳輸工作面實時生產設備的姿態數據，利用數據驅動診斷分析方法對海量、多源、高維數據進行信息提取，并針對不同管理層級進行信息統計分析和特征挖掘，得到各種與生產息息相關的指標數據，從而提供相應的決策支持信息。因此，遠程運維共享平臺能夠充分發揮煤礦綜采裝備運行特點，提升礦山開采過程的綜合管理水平，推動礦山智能化的發展。

圖1　遠程運維共享平臺架構

遠程運維共享平臺架構（圖1），分為以下4層：

（1）基礎層。承載系統運行、數據分析及數據存儲的基礎應用。

（2）數據層。作為生產數據、傳輸數據基礎應用，是系統獲取數據的重要途徑。

（3）業務層。系統對數據收集、整理、加工的重要環節。數據層的原始數據通過業務層處理和分析，存儲到分布式數據庫中，方便在展示層存取。

（4）展示層。直接面向用戶的重要窗口，根據不同管理層級，以多種形式展示給用戶，作為指導用戶生產的重要依據。

遠程運維共享平臺旨在融合“云大物移智”等新技術，提升智能化生產效率和生產安全。為保障實施效果，實現從工作面級到集團公司級的跨地區、跨礦井、跨系統的多維度數據共享與分析，以不同層級對象為主體，從對智能化工作面運行數據實時采集與基礎分析，到開展基于機器學習等技術的智能分析，再到針對不同用戶角色推送不同的報表，以此來分階段地進行遠程運維共享平臺建設（圖2）。

圖2　遠程運維智能化綜采共享平臺建設

具體建設階段如下：

第一階段：以工作面自動化集成界面為基礎，利用北京天瑪智控科技股份有限公司（簡稱天瑪智控）自研LongWallMind集控平臺建設工作面綜合監控系統，實現工作面數據集成；通過網絡鏡像和Web服務發布與共享，將礦井各個工作面數據進行集成，通過頁面進行訪問；利用工作面級互聯網平臺將各礦數據集成上傳，可在公司專用網上進行有權限的訪問和調用，實現了數據集成與共享。

第二階段：在第一階段基礎上通過對數據的清洗、分類與分析，實現不同層級對智能化工作面運行數據統計分析并自動生成統計報表。統計報表主要內容包括工作面自動化開機率、記憶截割率、礦壓數據等。隨著數據不斷的增多，共享平臺逐步加入新的統計，實現工作面級礦壓預測預報、設備運行統計、故障預判分析、支護質量分析等，依托LongWallMind集控平臺深度集成井上井下各系統和設備的關鍵點位，實現礦井級高效協同，逐班、逐天、逐月割煤刀數統計、產量統計、進尺統計等。

最終以集團公司為整體，統籌各煤礦不同特點，實現跨地區、跨礦井、跨系統的多維度實時數據監測分析，實現能夠查看整個礦區各個工作面的刀數統計、產量統計、進尺統計及對比分析等目標。

第三階段：在第二階段基礎上運用技術原理、行業知識、基礎工藝、算法模型規則化、軟件化、模塊化，將共享平臺封裝為通用組件，實現工業知識的固化封裝和復用。同時，實現對海量工業機理模型和微服務的編排、管理和治理，方便開發者的調用和使用者的管理?？蔀槊總€設備進行數據歷史回溯，通過數據回溯分析設備在工作時的規律或異常信息，為故障診斷、統計分析、機器學習做鋪墊。遠程運維共享平臺通過5G和工業互聯網大數據模塊，實現數據云端上傳與訪問，使用者可通過PC端和手機端隨時查詢設備的運行和統計數據。同時，建設了雙向通信通道，地面各端口可直接與井下實時語音、視頻，方便對井下突發情況進行調度指揮。

云盤的特性是可伸縮、高可用，不會因為磁盤損壞造成數據丟失，能夠滿足數據存儲的可伸縮性和可靠性要求。因此，為實現數據的高效存儲，采用PgSQL中間件技術實現數據集群配置和讀寫分離；將PgSQL業務接入Atlas智能計算平臺，以Atlas平臺作為服務端，通過PgSQL客戶端和服務端通信，由此數據庫每天承載讀寫請求數可達幾十億條。由于，上述機制對應用程序屏蔽了數據庫的細節，同時為了降低PgSQL負擔，Atlas平臺通過維護連接池，增加了數據庫的可用性；數據共享方面，通過云盤服務形式，增加了數據可靠性，減少了數據丟失等異常的情況發生。

目前，隨著井下5G和WiFi6等通信技術的成熟應用，手持終端APP應用逐漸成為井下監測的補充手段。通過開發手持終端APP應用軟件，支持鴻蒙、IOS、安卓3大主流移動平臺，并基于國產鴻蒙系統深入研發煤炭行業的“礦鴻”應用，利用現階段“礦鴻”應用研發成果，完成與其所有應用對接集成，形成完整的煤炭行業移動APP應用。移動應用軟件可與天瑪智控自研的LongWallMind集控平臺通信，進而統一遠程運維平臺移動APP應用和LongWallMind集控平臺的數據中心移動APP應用，實現在不同網絡中對接遠程運維共享平臺監控功能和LongWallMind集控平臺環網的數據中心功能，用戶可以無感知自動切換系統數據平臺。遠程運維共享平臺數據架構如圖3所示。

圖3　遠程運維共享平臺數據架構

在工作面生產過程中，裝備及系統會不定時產生大量報警、故障、預警、數據分析指標以及部分通知消息，客戶可能無法及時收到工作面設備運行的相關消息通知。為解決這個痛點，在移動APP終端集成消息推送功能，可及時將各種關于工作面的消息推送到客戶手機中。針對部分煤礦已有企業微信，為了本土化展示信息，在移動APP終端推送消息功能基礎之上，增加了企業微信推送功能。在礦方條件允許的情況下，遠程運維共享平臺可接入本地化的企業微信消息推送功能，實現人性化地適配礦方現有系統。

工作面的關鍵指標數據均與生產密切相關，同時也是煤礦在生產過程中的重要考核指標。對于與客戶密切關系的數據指標，遠程運維共享平臺能夠實現以下功能：

（1）設備啟停機分析。分析設備啟、停、運行時間、耗電量、負荷量等。

（2）采煤機割煤階段分析。分析采煤機的割煤循環、截割效率、自動化率、干預率、割煤刀數、啟停機次數及運行狀態等數據。

（3）液壓支架工藝階段分析。分析液壓支架狀態信息、支架自動化信息，計算支架自動化率、干預率等，識別支架降移升推姿態。

（4）頂板來壓分析。分析工作面液壓支架壓力隨時間和推進度變化情況，計算每個支架壓力隨推進度的循環末阻力變化情況，生成二維礦壓熱力圖，分析工作面來壓情況。

（5）報表生成與查詢。包含支架自動化報表、采煤機自動化報表、工作面自動化報表、設備運行狀態報表、工作面壓力報表、供電系統報表和生產運行報表。

（6）報警分析?；贚ongWallMind集控平臺進行報警分析。

工作面視頻監控系統是智能化采煤工作面的重要組成部分。利用視頻監控系統，地面監控人員可以直接對井下情況進行實時監控，也能直觀地記錄井下工作面現場的安全生產情況。

工作面視頻監控系統由攝像、傳輸、控制、顯示、記錄、登記6部分組成。工作面視頻監控系統僅可查看監控畫面，無法進行視頻監控數據采集和管理?；跀祿寗拥倪h程運維共享平臺能夠建立視頻監控管理模塊，視頻數據通過井上的流媒體服務器，利用LongWallMind集控平臺上傳到綜采工作面數據中心系統平臺中存儲，并按照視頻訪問頻率和時間進行整理分類、壓縮保存到云端存儲中，也可在線提供視頻管理功能，通過RTMP、RTSP、HTTP視頻協議，提供視頻數據管理頁面，方便客戶查看回放視頻數據。

建立了工作面知識庫，對原有信息和知識進行大規模收集和整理，按照一定規則進行分類和保存，并提供相應的檢索手段。經過處理后，大量隱含知識被編碼化和數字化，信息和知識便從原來混亂的狀態變得有序化，方便了信息和知識的檢索。在知識庫中預存部分設備故障解決方案，用戶可以在實際生產過程中不斷地完善知識庫的內容，使知識庫成為生產中不可缺少的一部分。移動APP也提供了方便用戶查詢知識庫的入口，可隨時隨地查詢生產知識。知識庫中存在被稱作“典型方法庫”的特殊部分，該方法庫積累了設備常見故障的產生原因和解決方法，以便用戶調用和學習。

設備管理是對設備壽命周期全過程的管理，包括選擇、正確使用、維護修理，以及更新改造設備全過程的管理工作?，F有工作面集控系統以集中控制為主，缺乏設備的運維管理功能，無法將用戶的檢修、運維、手動操作記錄進行有效記錄。為了滿足工作面設備的日常運維需求，遠程運維共享平臺提供了設備管理的相關設備訓練模型，為集控系統的過程監測數據提供標簽數據支撐，能夠解決樣本數據的有效性和真實性，提升訓練模型的精度，以此實現設備的使用、維護、修理、更新、改造直至報廢退出生產領域的全生命周期監控。

權限管理是遠程運維共享平臺的重要組成部分，其目的是針對不同操作人員的訪問資源進行權限控制，從而使用戶避免因權限控制缺失或操作不當引起的風險問題，如隱私數據泄露。

權限設計采用RBAC模型，即基于角色的訪問控制。遠程運維共享平臺采用的是RBAC0模型（圖4），模型展示了權限最基礎和核心的模型，包括用戶/角色/權限，以多對多關系形成用戶、角色和權限之間的維護。

圖4 RBAC0模型

用戶是發起操作的主體，按類型可分為ToB和ToC用戶，可以是后臺管理系統的用戶，可以是OA系統的內部員工，也可以是面向C端的用戶，如阿里云用戶。

角色起到了橋梁的作用，連接了用戶和權限的關系，每個角色可以關聯多個權限，同時1個用戶可關聯多個角色，因此，1個用戶可以擁有多個角色的多個權限。

權限是用戶可以訪問的資源，包括頁面權限、操作權限、數據權限等。

根據上述規則，煤礦員工用戶角色可分為煤礦安全監控中心人員、煤礦設備維護人員、煤礦生產集控操作員、煤礦普通用戶。角色的權限關系介紹如圖5所示。

圖5　角色的權限關系介紹

煤礦安全監控中心人員具有知識庫管理權限，負責工作面安全規程的錄入、修改及刪除功能，可以在地面調度中心對煤礦安全生產事故進行隱患排查和安全事故分析預警。

煤礦設備維護人員具有故障知識輸入、查詢的責任，可以增、刪、改、查故障知識庫。用戶能夠通過搜索引擎快速查詢設備相關的知識，以輔助快速進行設備的故障診斷及根本原因分析，同時具有維護故障知識庫的功能。

煤礦生產集控操作員不僅能夠對設備進行遠程控制，同時其操作日志將被記錄到遠程運維共享平臺中，并且能夠根據專家經驗自定義規則，對數據采集系統采集得到的數據通過可視化的方式進行復雜故障規則條件的設置，使觸發的故障告警及時推送給遠程運維共享平臺。

煤礦普通用戶能夠查看工作面的實時工況、采煤機自動化、礦壓分析等歷史數據分析結果，同時提供打印報表等功能。

智能工作面數據展板主要用于企業對煤礦開采設備和生產數據進行信息化與數字化管理，以及對礦壓和開采設備故障進行智能化分析，可實現對多個礦區的多個采煤工作面進行統籌管理。該數據展板目前部署在各個礦區不同工作面井上集控中心、礦區調度中心，也可以根據實際需求部署于井下運輸巷控制中心和礦業公司統籌管控中心。數據展板主要包括分析總覽、實時監測、統計分析、礦壓分析4個功能頁面。

（1）分析功能界面詳細匯總了工作面的生產工況所有數據，實現對工作面的數據集成展示，智能工作面數據展板數據總覽功能界面如圖6所示。

圖6　智能工作面數據展板數據總覽功能界面

（2）實時監測功能界面（圖7）詳細展示了綜采工作面所有設備生產過程的姿態數據。

圖7　實時監測功能界面

（3）統計分析功能界面（圖8）詳細展示了綜采工作面歷史生產的工況，還可以瀏覽以往生產工況、報警信息、采煤機狀態、支架狀態、運輸系統狀態及泵站狀態統計信息。

圖8　統計分析功能界面

（4）礦壓分析功能界面（圖9）詳細展示了綜采工作面歷史礦壓分析結果，還可以瀏覽過往的壓力分布、三維礦壓、壓力隨時間變化、液壓支架壓力以及周期來壓的分析信息。

圖9　礦壓分析功能界面

手持終端礦鴻APP應用除了集成PC端重要的數據展板內容，還增加了更多的集控、告警、專家庫等功能，如液壓支架遠程控制功能，該功能可將井下多名支架工人從危險的支架操作環境中解放出來，與人工操作支架相比效率也得到大幅提高。手持終端礦鴻APP應用界面如圖10所示。

圖10　手持終端礦鴻APP應用界面

依托遠程運維共享平臺建設了公司級的大數據集成可視化系統，集成了滿足跨系統、跨平臺的通信協議，可將多個煤礦開采重要子系統上位機所采集的數據融合管理，從而構建數據倉庫，并提供云計算、數據分析、自定義云組態和低代碼高效開發工具等服務。該系統可供多個研發單位進行統一開發，集中管理與調度，大數據集成可視化系統如圖11所示。

圖11　大數據集成可視化系統

由于大數據集成可視化系統涉及的多個應用系統需要根據不同礦區的每個開采工作面進行特定的配置才能投入正常使用，系統投入應用后的運維服務也需統一管理，這些工作往往較為繁瑣，人工通過文檔進行配置和現場運維時容易遺漏配置項，導致部分功能的缺失，以及時間和人力的大量損耗。為此，筆者開發了后臺配置管理系統（圖12）進行統一配置，提高了各應用系統在實地部署時的工作效率。

圖12　后臺配置管理系統界面

筆者介紹了面向煤礦的遠程運維共享平臺建設方案，包括遠程運維服務管理體系及應用的搭建，實現了設備故障診斷、礦壓分析、關鍵指標分析、多工作面設備姿態數據實時監測、專家知識庫、采煤工藝指導及設備健康度評價等功能，形成了工作面到集團公司的多級開采智能化集成共享分析系統，不僅能夠為煤礦用戶提供遠程運維增值服務，還對提升智能化開采建設水平，指導智能化煤礦建設落地提供了技術支持。