煤矿井下手持式智能监控系统开发与应用

任文清，高小强，王 飞，王立强

(神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 神木 719315)

0 引言

无线网络技术的应用在煤炭安全生产中起着重要作用。紧跟国家“十三五”发展总体规划，打造新一代数字化、信息化矿山已是煤矿发展的必然需求，也是煤炭领域安全生产的必要手段[1-2]。伴随着全球互联网技术的不断发展，移动互联网技术也在不断革新着各项技术。移动手持式App打开了智能时代，给人们的生活、工作、生产带来了极大便利，手机App也逐步超越网站，成为企业的标配。大批移动互联网公司，本身就是一款App。近年来，煤炭行业也在不断加大信息化建设的投入，已经先后建成了完善的通讯网络，综合自动化生产系统、生产调度系统、人员定位系统、视频监控系统等各种信息管理系统，大柳塔煤矿将这些系统高度集成，形成区域煤矿集中控制系统。当前这些系统运行稳定可靠，为矿井安全生产和管理提供了有力的技术保障。

矿井手持式智能监控系统的应运而生，为矿井生产管理提供了更加便捷、灵活的方式，领导管理层、各生产环节相关人员均可以通过手机App随时随地掌握设备运行情况，及时了解生产统计数据以及各系统故障信息等。为此，结合大柳塔煤矿生产实际，不断地引进新技术，探索新思想，建设一套技术先进、稳定可靠、系统实用的手持式智能监控终端，并通过该系统进一步提升综合自动化系统的效率、技术、安全、稳定运行水平。

1 手持式智能监控系统概述

1.1 定义及原理

无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式[3]。手持式智能监控系统是指煤矿井下借助无线通信，利用智能手机、平板电脑等移动智能设备，实现对矿井生产调度系统、安全监测系统、人员定位系统、视频监控系统和综合自动化系统的实时有效的远程监控，以达到保证矿井安全生产的目的。

1.2 设计原则

人机交互界面可视化设计：手持式智能监控系统设计简单可靠，人机交互界面要贴近用户办公和使用习惯，各系统功能模块和操作按钮命名直观、定义清晰、简单易用，方便人员操作使用，从而达到提高工作效率的目的。

系统的可扩充性：随着现代信息技术的飞速发展，新技术、新产品也在不断升级[4-5]。采用适应国际发展潮流和符合国际标准的移动化信息系统技术、模块化的应用软件结构、开放式的系统软件平台、可平滑扩展的系统硬件体系结构，确保系统在业务功能和处理能力方面可灵活扩充，并可与其它系统进行无缝集成[6-7]。

使用的安全性：实现井下信息化、自动化、智能化建设的目的是为更好地服务于矿井的安全生产。手持式智能监控系统应能具备完善的身份认证、访问控制、日志管理、数据加密等安全保密机制，能提供有效的安全保障，保证主机系统、网络系统和应用系统的安全，为移动端后台提供完整的安全机制。

技术的先进性:在保证方案技术成熟性和可靠性的基础上，采用先进的手机应用软件开发设计思想、先进的系统软硬件平台、先进的系统体系结构和实现技术，确保本系统技术领先、起点高，能代表行业发展潮流，为移动监控系统的实现提供最佳的技术平台支持。

2 手持式智能监控终端方案设计

2.1 方案设计

2.1.1 系统架构

根据现场的调研情况，深入地了解煤矿用户对手持式移动终端的需求，建设矿井手持式智能监控系统实现对矿煤仓料位、通风安全、综合自动化系统和工业视频等多个系统监测。方案选择分布式系统架构，在矿调度机房配置一台数据库服务器，服务器内安装数据采集软件，分别读取矿井综合自动化各系统PLC、安全监测、人员定位等各服务器的数据，并安装移动终端监控平台软件，完成实时、历史数据的存储、统计分析、消息推送的功能配置，如图1所示。

图1 分布式系统架构

2.1.2 系统架构

手持式智能监控终端应具备对人员定位、视频监控系统、安全监测和综合自动化系统实时监控，监测数据信息与大柳塔煤矿区域煤矿集中自动化控制系统同步。手持式智能监控系统支持视频监控功能，通过矿内局域网访问视频监控系统视频服务器、硬盘录像机或直接访问IP摄像头，监控系统须提供访问路径、摄像头通道号、登录名及访问密码等信息，可实时查看现场摄像头视频信号，并通过智能摄像仪实现设备运行异常声音监听和远程对讲功能。手持式智能监控系统设计定制化消息推送，系统可根据用户需求，按照不同部门、不同职务和不同岗位划分用户，针对不同用户推送异常或报警消息，达到提醒用户的目的。

2.2 系统功能及画面设计

手持式智能监控终端为煤矿生产系统工业设备提供实时监控、故障预警、统计分析、维修决策4大功能模块，将数据价值渗透到设备运维的各个方面。

2.2.1 实时监控

采集设备实时运行数据，如电流、速度、温度、振动频率等变量来实现对设备的重点监控，利用现有的综合自动化网络将数据传输至数据平台，更精准地掌握故障细节；用户可以通过手持式智能监控客户端直观了解设备运行参数，从而针对不同的设备进行优化。

2.2.2 故障预警

手持式智能监控客户端提供从传感器到数据平台的整套方案，通过后台算法使得传感器采集到的数据，传输到数据平台后进行数据挖掘及数据分析，实现预知性报警，例如：风机振动/超温预警、水仓液位预警、皮带超负荷运行预警等；并通过消息推送模块将预警信息发给相关工作人员，达到风险预控功能。将系统运行、停机、故障、检修、能耗及生产信息展现给管理层，为管理者提供科学的预防性检修计划[8-10]。

2.2.3 统计分析

深度洞察用户数据，帮企业用数据改进生产方式及运营监控，可实现精细化、多维度的统计分析。可对记录数据分类统计，自动生成开机率、故障率、生产能力利用率、性能开动率等运行报表。系统对各设备累计故障时间和故障次数统计，反映了矿故障主要集中在哪个设备及哪些部位上，以便后期有针对性地安排日常检修。

2.2.4 维修决策

通过相关数据能够帮助管理者掌握设备的运行状态，为进一步决策提供有力参考依据。完全可以按需维护，无需付出额外成本，改善维修人员产生的“过维修”即过度维修，以及“欠维修”。切实帮助煤炭企业了解各设备运转的实际运营情况，为后续运营提供决策基础。利用手持式智能监控系统，方便机电管理人员井上井下随时关注井下现场控制系统状态，指导设备检修及故障处理。

3 手持式智能监控系统应用

3.1 系统应用

大柳塔煤矿变电所、水泵房已全部实现无人值守，主运输胶带机、主通风机、压风机逐步实现无人值守。手持式智能监控系统的应用，根据不同职位、不同岗位设置各自不同的浏览权限，可分别为领导层、职能科室层和区队跟班队干、岗位巡视工开放不同的适合各自岗位的系统与功能。领导层可查阅煤仓仓位、产量、井下人数、车辆及通风安全等数据；科室层可查阅各系统总体运行水平，可监控采、掘、机、运、通各系统运行情况；区队跟班队干、岗位工可监控各自管辖的系统和设备。从而有效解决变电所、水泵房、胶带机和风机房实现无人值守后数据监控不可靠、故障处理不及时的问题。同时也方便系统巡检人员实时了解设备运行状态，接到故障报警推送后，能及时前往现场查看解决，有效保障安全生产，为我矿逐步实现主运胶带机、主通风机“无人值守”奠定了基础[11-14]。

3.2 未来系统开发需求

目前，矿井利用手持式智能监控系统只是停留在在线监测阶段，尚未开通远程控制井下设备功能。但当前针对井下掘进工作面移动设备较多、工作面自动化网络无法保障，导致在生产过程中时常出现掘进小皮带无法启停、配电点设备跳电后无法送电、风机故障停机后无法启动等问题，迫切需要开发掘进系统手持式智能监控系统，并实现远程控制功能。当工作面网络故障无法控制设备时，工作人员可行走至附近无线网络区域，或通过固定电话指挥值班队干登陆系统控制，从而有效缩短故障影响时间，提高工作效率。因此，针对上述应用需求，未来系统开发的方向必然是在不断完善智能在线监控的同时，开发手持式远程控制功能，方便井下工作人员及时控制各自管辖的设备。

4 结语

煤矿井下手持式智能监控系统作为矿调度室集中控制的延伸领域，将各个建设独立、运行相关的系统进行集成和整合，实现了移动端对安全、人员定位、主运输、辅助运输、供排水、供电、通风和综采等系统完全的数据监控，并提供设备能效管理、设备运行管理、风险与报警管理等功能，最终达到提高人员工作效率，降低劳动强度的目的。随着科技的不断进步，矿井智能化水平不断提高，未来对于手持式移动监控终端设备将会有更深入地开发与应用。