基于物联网的矿山供电防误识别管理系统的应用

2021-03-19龙大鹏

河北能源职业技术学院学报 2021年1期

龙大鹏

（开滦（集团）有限责任公司，河北唐山 063018）

1 概述

随着现代信息技术的高速发展，以物联网+、云服务、云计算、人工智能等前沿技术，结合 “以人为本”的理念，为保证煤矿企业电力系统中人、机、物、法、环进行安全、可靠、经济和稳定运行，研发了一套基于物联网的矿山供电防误识别智能管理系统。它主要基于物联网技术、云计算技术，利用最先进的防误识别智能管控理念，针对矿山供配电系统工作，实现操作过程可追溯，流程再造、细化操作流程、杜绝步骤丢失、防误拒动、高压近电预警、防触电语音报警、故障诊断与应急处理等功能。有效的规范管控企业员工工作流程，防止误操作引起的电力事故发生，给企业在供电安全生产上保驾护航。

系统由参与活动的设备、识别码标签、手持终端、电脑服务器、防误识别跟踪智能管理软件组成。将“互联网+” 首次应用到传统系统中，通过对人、机、物、环、管理，针对影响现场安全的“人的不安全行为、物的不安全状态、机电设备隐患、周边安全环境和管理”五要素进行实质化、可操作的管理平台，实现人与人、人与物、人与管理、人与环境的有机结合。

2 项目实施背景

在煤矿电力行业里，高压供配电系统的主要作用是负责输送电能、转换电压等级、转换运行方式、投切负荷等，它是电力系统的重要设备之一。高压开关柜的可靠稳定运行直接关系着电网的安全，高压开关柜内有着大量可操作设备，如断路器、隔离开关和接地刀闸等，大型高压开关柜主接线和二次接线非常复杂，如果高压开关柜的安全管理不到位，很容易就会造成误操作事故。一旦对高压开关柜发生电气误操作，往往会造成电网大范围停电、设备损毁、人身伤亡等，严重的甚至会导致电网振荡解列，社会影响也不容忽视。

这二十多年来，我国煤矿电力工业一直处于高速发展期，电网规模不断快速扩大，电网结构变得越来越复杂，通过电网输送的电能容量和电压等级也不断增高，在这种情况下，如果在供配电系统中高压开关柜里发生误操作事故，将会对电网、设备、人身的安全造成很大的威胁，事故造成的经济损失也越来越严重。

为了防止误操作事故的发生，煤矿企业的管理部门都制定了非常详尽的规章制度，执行部门也细化了相关的执行细则，并强调倒闸操作必须由双人以上完成，但由于倒闸操作毕竟是由人来完成的，操作小组的技术技能、工作经验、操作现场熟悉情况、心理素质、情绪状况等，会大大影响执行倒闸操作的正确性。从多年的经验来看，从历次发生的误操作事故案例来看，纯粹依靠规章制度等安全组织措施，依然无法从根本上杜绝人为恶性误操作事故的发生。

人为恶性误操作的屡屡发生，为煤矿高压电力系统生产运行敲响了警钟，让我们逐步认识到防止误操作的重要性和紧迫性。

3 总体系统设计理念

目前，国内外煤矿企业防误供电系统技术发展到仅对 “设备”防误闭锁或者进行设备约束，设备级的防误方式难以达到对人的行为规范、供电设备的运行状态进行实时管控、分析及处理。

构建一个满足各级站点需求的基于物联网矿山供电防误识别智能管理系统，通过探索，建立标准化、自动化、智能化、信息化的防误技术监督管理、推理模型，搭建一套集监控管理、防误识别、云计算为一体的智能化管控平台，适用于各级站点对防误系统技术管控需求，实现防误系统技术监控管理工作的标准化。其主要职能是以煤矿高压供电设备防误系统技术监控管理为中心，围绕防误系统技术监控管理主线合理构筑防误管理系统的数据核心和系统结构。

本系统设计时需要遵循三类准则：总体准则、技术准则和安全准则，如图1所示。

图1 总体设计思路

本系统设计构成是由设备层、通讯层及管理层三大层面组成，具体描述如下：

设备层作为管理系统的现场设备执行层，设计开发包括智能手持终端、高压近电预警装置、语音拒动报警装置、二维码传感器、高压供电等设备。其中，带有物联网连接的分布式控制构成数据采集终端，向数据中心上传存储的建筑能耗数据；智能手持终端、高压近电预警装置担负着最基层的数据采集任务，其监测的能耗数据必须完整、准确并实时传送至数据中心

通讯层作为设备层和服务器管理层的媒介，包括超宽带无线网络通讯技术、蓝牙4.0通讯技术两种通讯方式。主要是由手持终端、现场设备及总线网络组成，该层是数据信息交换的桥梁，负责对现场设备回送的数据信息进行采集、分类和传送等工作，同时传达上位机对现场设备的各种控制命令。

服务器管理层作为智慧管理平台，管理层针对能耗监测系统的管理人员，是人机交互的直接窗口，也是系统的最上层部分。主要包含系统软件和必要的硬件设备，由云服务器、UPS 电源等组成。监测系统软件具有良好的人机交互界面，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理，并以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况。云服务器用于数据采集、处理和数据转发，为系统内或外部提供数据接口，进行系统管理、维护和分析工作，通过通讯方式与智能模拟屏进行数据交换，形象显示整个系统运行状况；UPS电源保证计算机监测系统的正常供电，在整个系统发生供电问题时，保证站控管理层设备的正常运行。

4 总体系统架构搭建

基于物联网的矿山供电防误识别智能管理系统包含云服务器、智能手持终端、高压近电预警装置、高压语音报警拒动装置、智能二维码电子数据交互模块等五大关键部分，各部分协同工作系统框架如图2所示。

图2 系统框架图

云服务器作为整套管理系统的指挥大脑，通过无线通讯网络从高压近电预警装置、高压语音报警拒动装置及手持终端获取供电设备电路运行情况及工作状态信息，通过云计算技术对信息进行细致缜密的分析，并按照应急处理预案处理供电事故。

智能手持终端作为整套系统主要对人行为干预和管控的移动工作站，通过接收云服务器端下发的携带操作属性的电子识别码，给操作人员提供操作步骤及规范，通过蓝牙4.0通讯技术与智能二维码电子数据交互模块进行数据交互，实现电子开票、验票，实时提取高压语音报警拒动装置中的工作数据，通过拍摄和录音记录人员的操作过程，通过离线存储与无线通讯技术将操作过程中的音像数据、操作程序数据和提取的工作数据及时送报云服务器端。

高压近电预警装置作为系统中带电腔体电路运行状态实时监测的智能检测模块，将带电信息实时传输至高压语音报警拒动装置，实现对开关柜带电操作的拒动。此外带电腔体电路运行状态实时回传至服务器端，作为服务器监测电网供电状况的依据，发生断电时自动发出应急预案提醒切换备用电源。

高压语音报警拒动装置作为整套系统的防误执行机构，根据高压近电预警装置监测的电路运行状态，通过高压拒动装置采集的煤矿供电设备信息来源包括：矿井供电运行状态数据、故障信息数据、电能数据等。对员工的带电误操作以及操作对象混乱等动作拒绝执行，并发出智能语音提示。

智能二维码电子数据交互模块作为高压语音报警拒动装置与智能终端实现电子数据交互的功能模块，通过蓝牙4.0技术将全部数据传至智能手持终端。

5 系统界面

基于物联网的矿山供电防误识别智能管理系统，已陆续应用于开滦集团公司东欢坨矿、吕家坨矿以及范名庄矿，对现场操作人员的行为起到了很好的管控作用，最大限度的避免了人为误操作导致的事故，达到通过对人的行为干预和管控，来实现对人的“本质安全性”保护，进而避免危险情况的发生给企业带来各种损失，给企业创造明显的经济效益和社会效益。具体应用界面如下：

1、操作员登录主界面，如图3所示：

图3 登录系统主界面

2、电子操作票生成界面：

操作员登录系统后，根据操作票操作顺序下发开关操作指令，并传送到手持终端，生成电子操作票，如图4所示。

图4 生成电子操作票界面

3、生成报表：

重复执行现场操作至所有操作票中操作步骤完成，操作人向服务器提交操作报告，如图5所示。

图5 生成报表界面

6 实施效果

应用后，不同类型用户登陆后享有相应不同的权限，用户操作数据可以实时发回后台数据库，并检测各个反馈渠道的信息，进行数据筛选，之后生成报告。规范了员工的操作流程，干预管控人的行为轨迹，避免了操作失误现象的发生；方便现场信息的反馈与处理，提高了工作和生产效率；提供异常预警报警信息，杜绝事故发生，提高生产安全性；应用界面友好，人性化，操作简单，具备语音提示功能，方便操作人员使用，具体流程如图6所示。