赵国清峰峰集团梧桐庄煤矿综合自动化系统建设_建峰集团庄其铮家族
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峰峰集团梧桐庄矿数字矿山工程关键技术集成研究与应用
肖雅静1,孟国营1,任江霞1
（1.中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京 100083）
摘要：本文阐述了梧桐庄矿数字矿山工程的先进性，主要研究了煤矿企业数字矿山系统的架构、软硬件以及网络建设、并详细阐述了子系统的接入原则及方式。自动化控制网采用千兆工业以太网，为”视频、语音、数据”实现三网合一提供很好的借鉴模式。系统建成后，各自动化子系统数据在异构条件下可进行有效集成和有机整合，集控中心人员通过相应的权限对安全和生产的主要环节设备实时监测和进行必要的控制，实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化，为矿井预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段。梧桐庄矿综合自动化矿山的研究与应用，对我国煤炭企业在今后现代化建设方面具有很好的推广意义。关键词：综合自动化、以太网、监测控制
The building of Synthesized Automation System in FengFeng Group WuTongZhuang Coal Mine XiaoYa-jing1, Meng Guo-ying1 R,en Jiang-xia1
(1.School of Mechanical Electronic and Information Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China;)Abstract: This paper expounds the building content of synthesized automation system and the advancement of the system, mainly researches the system architecture and construct of software, hardware and network of synthesized automation in coal mine enterprise, as well as elaborates the acce principle and methods of subsystem.Gigabit Industry Ethernet is employed in synthesized control network, which is good reference model for realizing the integration of three networks, the video network, voice network and data network, on one platform.As the system build up, the data of automation subsystems would be effective and organic integrated.Personnel in centralized control center through appropriate permiions can realize real-time monitoring and the neceary control on the key safety and production equipment, achieving dada acquisition, production scheduling and information of decision-making command of whole coal mine, providing effective methods for mine prevention and handling all types of emergency and natural disasters.The research and application of synthesized automation in WuTongZhuang coal mine has significance promotion for modernization of coal enterprises in the future in China.Keywords: Synthesized Automation, Gigabit Ethernet, Monitor and Control
国家提出“发展现代产业体系，大力推进信息化与工业化融合”的新科学发展观念。两化融合是煤炭工业转型升级和结构调整的内在要求。如何实现两化深度融合，实现煤矿管理、装备、培训三位一体有机结合，实现安全高效标准化矿井建设，是摆在我们面前的重大课题。梧桐庄矿属多水
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平开采矿井，地质结构复杂，井下及地面生产系统繁多。其井型在全国具有广泛的代表性。如何建好数字矿山以及建成怎样的模式，当时在全国仍处于探索阶段。因此建好梧桐庄矿数字矿山工程在全国具有典型的示范作用。结合矿井生产实际，确定立项“梧桐庄矿数字矿山工程关键技术集成研究与应用”，建设以数据中心为核心，集安全生产过程控制、三维 GIS、虚拟现实生产与安全培训多元化的数字矿山工程，形成管理、装备、培训三位一体的综合管控体系。
1.1 项目研究的关键技术
项目研究的关键技术主要包含三大方面：安全生产过程控制技术、三维GIS自动更新技术、虚拟现实生产与安全培训技术。
采用千兆工业以太环网，以iFIX自动控制软件为基础平台，采用软交换技术及数据集成技术进行二次开发，实现矿井各个系统数据的综合集成，为数字矿山工程提供一体化的监、管、控基础数据。安全生产过程控制系统建设需要统筹规划原有的和新建的系统，涉及到十几个系统的集成整合和改造。原有系统需要通过软、硬件的升级改造，适配相应的通讯接口转换形式，以标准化的通讯协议，汇入安全生产过程控制系统平台。采用双环网冗余技术，地面环网和井下环网通过核心交换机的环间耦合技术和聚合技术，双链路冗余连接，互为备份。多环网通信故障切换时间得以保证。采用虚拟局域网技术，划分独立子网，避免网络风暴，保障数据可靠传输。多种传感技术进行现场数据采集，井下子系统通过数据交换技术（如OPC方式等）进行通信，实现远程监测与控制。
以数据中心为核心，通过三维GIS与组态软件的交互融合，研究开发以现场数据采集和采掘工程平面图为基础，自动生成三维可视化图像的空间信息展示平台。以数据中心为核心，实时提取安全管理、生产运行控制以及采掘工程平面图数据，自动生成三维可视化图像，构建安全生产、运行管理空间信息展示平台。对三维场景内任意对象进行选择、剖切、抽取、旋转等动作，实现对三维平台所对应的真实生产安全相关数据的查询、分析、模拟推演等功能，实时动态更新三维数据。
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以数据中心为核心，集安全生产过程控制和三维GIS为一体，结合梧桐庄矿实际情况，开发了虚拟现实生产与安全培训平台。开发以数据中心为核心，集安全生产过程控制和三维GIS为一体的虚拟现实生产与安全培训平台。系统采用世界领先的设计软件3d Max和Maya进行矿井模型建模工作。
应用3D VC软件对模型轻量化处理及相关模型(如采煤机或其它设备)拆装动画分析与制作。
基于矿井多协议转换（CMPT）技术，研发矿井通用数据集成接口。通过集成接口集成全矿井大量多源异构生产安全软硬件数据，经数据中心规划管理，提供生产与安全培训所需的信息支持。
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1.2 项目的创新点
主要创新点一 关键技术集成研究与应用
开发以数据中心为纽带，集安全生产过程控制、三维GIS、虚拟现实生产与安全培训为一体的数字矿山工程。集成、融合原有和新建的子系统，提高了矿井的综合现代化精细管控能力，创建集设备管控、生产与安全培训为一体的空间信息管理平台。
为基础复杂的生产矿井数字矿山建设，提供了新的思路和模式。
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数据中心对安全生产过程控制系统、三维GIS系统、虚拟现实生产与安全培训系统的数据进行存储、综合管理和应用。数据中心构建了一套矿井标准编码管理系统。该系统是数据中心异构数据交换的核心。三维GIS系统通过数据中心的数据交换平台，共享安全生产过程控制系统的监控数据，实时更新相关数据。虚拟现实生产与安全培训系统通过数据中心，调用安全生产过程控制系统和三维GIS系统的数据，实现对学员的仿真培训。
主要创新点二 ——小场景三维可视化自动生成
实现煤矿生产工作面小场景自动生成，真实反映井上下场景变化。根据生产进尺数据，动态更新展示平台，确保系统所展示的三维场景与实际情况相符。采集关于矿山企业不断发生的地质、测量等空间数据，同时从不同的源文件中获取各类监控及业务数据。通过规则引擎，对数据进行校验、整理、分类及管理。自动生成空间物理模型，并自动组织和构建空间模型与业务属性的对应关系。信息模型的分发与共享，并实现信息即时的交换，达到前后数据之间、不同业务数据之间的协同应用。
动态更新： 解决矿井环境、采掘工程信息的跟踪模拟。周期性更新巷道掘进、工作面推进状况、机电设备部署情况。
动态更新包括：位置坐标的提取、数据更新、巷道和工作面更新、地层模型、煤
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层模型、曲面模型的更新等。
主要创新点三
——虚拟现实生产与安全培训
开发了集安全生产过程控制、三维GIS为一体的虚拟现实生产与安全培训平台，实现多场景多功能多任务的培训、演练、考核。
虚拟再现矿井安全管理、生产运行实际情况。
矿井仿真条件下的设备运行操作、井下事故模拟、应急救援等培训。
建成安全培训示范中心，实现从现实到虚拟，再从虚拟到现实的生产与安全培训模式。使用先进的3D投影设备，搭建跨度6.5米的双通道120°弧幕。学员佩戴立体眼镜后，可体验三维立体的井下环境。
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培训主要内容：
煤矿安全技术可视化仿真培训
煤矿特种作业实操仿真模拟培训
井下避灾应急救援仿真培训
3D事故案例
生产运行操控演练培训
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模拟采煤实际操作过程。
井下避灾应急救援模拟
任意设置水、火、爆炸等灾害事故，设定好学员的位置后，系统自动生成一条最佳避灾路线，提示学员按照路线规避，同时采取相应的应急措施。可以通过系统
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提供的测试功能，查看危险源发生的位置与学员的逃生路线。通过学习和反复演练，可快速、准确的掌握井下应急避灾及救援知识。
以梧桐庄矿为模型，三维再现煤矿地面与井下真实场景，提供生产系统运行操作、矿井环境认知、安全事故预防与处理等模拟演练与培训。
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1.3 总结：
目前，数字矿山逐步完善和成熟。以数据中心为核心，集安全生产过程控制、三维GIS、虚拟现实生产与安全培训为一体的数字矿山工程在国内尚属首例。三维GIS技术在煤矿不断应用，但随煤矿生产现场变化，可自动进行三维GIS场景更新的技术在国内未见应用。虚拟现实技术在生产安全培训中虽有应用，但利用煤矿实景进行虚拟现实生产与安全培训属首次应用。
该项目改变了传统数字矿山模式, 以数据中心为核心，把虚拟现实生产与安全培训、矿井安全生产过程控制、三维GIS融合集成为一体，构建了集矿井三维可视化、设备管控、技术培训为一体的空间信息管理平台，消除了信息孤岛，提高了矿井的综合现代化管控能力。项目建成以来接待了上百个前来考察学习的单位，为国内同类矿井数字矿山工程建设，提供了新的模式和思路。安全培训示范中心 2012年承办冀中能源煤矿班组长培训班 10 期，共 3725 人；2013 年承办冀中能源煤矿矿长资格培训班 4 期，共 412 人；冀中能源煤矿区队长培训班 10 期，共1938 人。2012 年 12 月被国家安监局和煤监局授予“全国煤矿安全培训示范基地”称号。
数字矿山工程关键技术集成研究与应用，促进了梧桐庄矿安全高效矿井建设，为峰峰集团效益的提高做出了突出贡献。
数字矿山工程关键技术集成研究与应用，促进了梧桐庄矿安全高效矿井建设，为峰峰集团效益的提高做出了突出贡献。
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该成果提高了现代化矿井精细化管控水平，对全国同类矿井数字矿山建设起到了典型示范作用。获得了煤炭工业协会2014科技进步一等奖。
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参考文献
1、李白萍，赵安新，卢建军．数字化矿山体系结构模型[J]．辽宁工程技术大学学报，2008（27）
2、吴立新,殷作如,钟亚平;再论数字矿山:特征、框架与关键技术[J];煤炭学报;2003年01期
3、王李管，曾庆田，贾明涛．数字矿山整体实施方案及其关键技术[J]．采矿技术，2006（6）
4、张瑞新，梅晓仁，胡彪，李新旺，张小兵．数字矿山关键技术与实施对策[J]．东北大学学报：自然科学版，20045、何晓群．全矿井综合自动化平台的研究[J]．工矿自动化，2005 作者简介：
肖雅静，女，1983年10月，工程师，中国矿业大学（北京）在读博士生，专业：机械电子工程
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