数字矿山解决方案

数字矿山解决方案内容摘要：

效益的目的。 “ 3DGIS 数字矿山基础信息平台”是整个数字矿山软件的核心。 3DGIS是一个工具箱，其中包含用于采集、存储、管理、处理、分析和显示地理数据的 一套 计算机软件工具。 该平台负责矿井基础信息的存储、组织管理以及专业表现算法封装。 平台为可视化表现提供专业的算法支持，为上层专 家系统及专业分析提供矿用对象数据支持。 数字矿山基础信息平台必须以 3DGIS 的数据规范为基础组织管理数据，以 3DGIS 可视化平台为数据的集成支撑平台，利用专用的空间建模算法，实现矿井的可视化表现。 这一块主要实现矿井基础信息的可视化表现，通过 2D矢量图和 3D模型实现矿井的直观表现。 因此，数字矿山基础信息平台、 3DGIS可视化支撑平台和专业分析软件包构成了数字矿山基础信息平台的主要核心内容，基本搭建成数字矿山的基础应用框架，基于该框架可以开发各类应用系统的开发，所以数字矿山建设必须构建数字矿山基础信息平台。 基 础信息的内容和层次 矿井生产系统的各专业子系统都包含设备的属性信息、空间信息、系统运行过程的工况信息，数字矿山要构建所有子系统所包含基础信息的数据模型，必须对矿井的基础信息进行整理和规范化梳理。 按照子系统数据构成成分划分为固有信息和动态信息；按照数据的产生时机划分为矿井基础信息、专业专家分析信息、矿井经营管理信息；按照煤矿不同的人员角色可把使用数据的用户分为决策层、管理层、操作层，不同角色的人员使用数据的角度不同，所以要对矿井采集到的信息记性分级处理，提供给相应的用户基础信息的层 基础信息的采集 目前 3DGIS数字矿山系统支持三种方式的基础数据采集： 、 (1)自动识别 CAD图纸，生成三维图形 (2)根据地测数据库，自动生成三维图形 (3)根据采掘工程平面图，手动采集数据生成三维图形。 多源异构和动态变化是矿山数据的基本特征，所以必须根据不同的数据来源建立不同的采集系统；对于固有信息采集，可以对地质勘探和矿井测量产生的地质、测量、水文、钻孔等基础数据通过整理或图纸矢量化等手段获取，建立地测信息化系统管理和更新矿井固有信息；对于矿井环境、人员等动态信息，可以通过井下人员定位系统和井下综合监控系统采集；对于矿 井生产过程中产生的动态信息通过建立安装胶带运输、提升、通风、束管、供电、水泵等控制系统等集控系统采集，集控系统的自动化程度与装备的智能化水平相关。 搭建煤矿监控数据中心 从数字矿山的角度看，煤矿先后安装的了综采工作面监控系统、皮带运输监控系统 （皮带保护 +PLC控制系统） 、变电所微机保护系统、井下水泵自动控制系统、通风监测系统、提升数字化系统等是矿井生产过程中环境、设备、人员状态实时数据的采集系统 ，但是这些来自不同厂家的系统所采集的数据组织方式、存储格式不一样，并且这些数据客观上存在一定的关系，所以需要对这些 数据进行整合，建立一个监控数据中心，全矿井综合自动化平台对各监控子系统采集的数据 进行了集成，按照统一的格式进行了管理，然后制定数据发布机制，为其他系统共享、挖掘、增值利用这些数据建立了通道。 可见全矿井自动化系统平台本身已经建立了一个监控数据中心和数据的访问机制 ， 数字矿山基础信息平台可以无缝地访问监控数据中心的数据，通过数据映射机制建立与空间数据关联，最后通过可视化平台形象地把矿井数据展示出来。 监控数据中心与监控子系统的系统软件接口及标准的信息协议是系统整合能否实现的关键。 对于各个现场子系统，接入组件支持业界普遍认同的一些标准接口接入。 OPC 接口 OPC（ OLE for Process Control）是被工控领域广泛遵循的一种标准，它规范了应用程序与现场设备或数据源之间数据存取的接口协议，它是基于微软的组件技术（ COM/DCOM）设计，采用客户 /服务器（ C/S）体系结构。 它既可存取本地 OPC 服务器数据，又可存取分布在网上其它节点的 OPC 服务器，并且具有高效、安全的特点。 它是目前存取现场数据最理 想的方法。 DDE/NetDDE 接口 NetDDE是基于网络的动态数据交换（ DDE）技术解决应用程序之间数据的动态交换。 也采用客户 /服务器体系结构。 它既可存取本地 DDE 服务器数据，又可存取分布在网上其它节点的 DDE 服务器，它比 OPC 在速度和安全性方面要逊色。 但对一些动态刷新系统它仍 不失为一种简单有效的方法。 ODBC 接口 现场控制单元（子系统）可将一些对实时性要求不高（如统计等）信息周期性地通过数据接口写入指定的共享数据库（如 MS Access或MS SQL等）的表中，综合自动化系统通过数据库接口获取相关信 息。 FTP 传送 现场控制单元（子系统）将实时数据周期性地写入指定的文件中，文件的结构符合统一的信息描述，子系统通过 FTP 上传至管控服务器设置好的 FTP服务器。 搭建煤矿矿用空间数据中心 矿用空间数据中心主要是指在井田范围内以空间三维坐标为基础组织起来的井上、井下地理空间基础信息。 主要包括空间煤层、岩层、地表、地质构造、巷道以及构成采、掘、机、运、通生产系统的矿用设备、材料、配件、设施在井巷或地表空间布置位置和拓扑关系。 在煤矿这些空间数据采集是以地测信息系统中地质数据库和测量数据库为基础采集和整理的，数字矿 山基础信息平台与主流的地测系统兼容，可以直接访问地质数据库和测量数据库，从而为井巷系统和煤层、岩层等地质体等空间信息建立打下了基础。 井巷系统建立起来，实际上建立起来了矿井井下的空间参考，以井巷导线点建立起来的井下空间参考作为采掘机运通等生产系统布置的坐标参考。 数字矿山基 础信息平台空间数据中心主要内容分两个层次管理基础数据，一个层次面向关系数据库，管理和组织矿井对象的几何基础数据、空间拓扑规则和几何网络信息 ； 另一个层次管理矿井对象，面向平台其他模块提供矿用对象使用维护功能。 基础空间信息的组织管理 矿井生产系 统由设备、设施、配件、井巷、材料、工作面、区域等对象及其相互关系构成，该功能完成基本对象的空间信息的结构定义、编码及其新增、更新、删除、查询、枚举等数据库操作。 矿用对象组织管理 数据中心支持设备、设施、配件、井巷、材料、工作面、区域等矿用对象及其关系面向对象的管理功能，其他生产系统基于该机制使用对象，进行二次开发。 构建煤矿各种专业算法库 数字矿山不仅要实现数据采集和可视化表现，而且要实现数据的增值利用，需要在基于基础信息平台对采掘、供电、运输、通风、给排水等各生产子系统的工作原理进行仿真模拟，不断开发专业分析软件包，为煤矿安全生产经营管理提供决策支持。 这一块任务需要与按生产系统专业结合，开发适用的专业分析功能。 数字化矿山基础信息平台构架 数字化矿上基础信息平台制定标准的接口规范采集融合来自不 同矿井业务系统的空间数据和属性数据等基础信息，需要统一组织管理。 这些基础信息在世纪使用过程中是按照生产系统（井巷系统、通风系统、供电系统、皮带监测系统 等）、矿用对象（井巷、地质体、设备、配件、材料、设施等）、基础数据（地质、测量、钻孔、监控、管理等数据）的层次向下挖掘利用的，所以数字化矿山基础信息平台必须面向关系数据库管理矿井基础信息，按照基础数据、矿用对象、生产系统的层次从上到下管理矿井基础数据，开发以监控数据中心和空间数据中心为核心内容的基础信息存储管理引擎、矿用对象管理中心和丰 富的专业分析算法（通风解算、供电网络整定分析等），这样就构成了数字化矿山的基础库。 基于该基础库和 3DGIS 可视化平台开发二维和三维空间建模算法，通过 3DGIS 平台支持的渲染引 擎可视化矿井，以这些内容为基础采用计算机软件面向服务和面向组件等主流技术二次开发 API，这样就构成了一个数字化矿山的应用开发框架。 基于该框架，结合实际需求来发安全生产管理、生产调度等应用系统。 平台有以下功能： 空间数据采集系统 空间数据采集系统基于数据中心，以 2DGIS 为支撑平台，按照煤矿产生系统构成和业务布置流程，以可视化交互的方式完成空间数据的采集。 采集好的空间基础数据为 3D建模准备好了数据，主要目标是做数据。 企业管理器 企业管理器作为企业数据管理配置中心，一方面从矿用对象 的 角度组织数据目录，另 一方面煤矿生产系统的角度组织数据目录， 2种 模式从不同的角度管理数据，为定义数据、配置管理、查询检索、集成融合实时数据、可视化以及信息的挖掘分析提供工具，主要目标是管理数据。 企业应用平台 企业应用平台同样基于数据中心，把煤矿生产系统以 3D模型和2D 图形的形式 展示 出来，并实现信息的查询、漫游、定位及 2D 和3D 数据的联动，用户可通过企业管理器和配置与全框 架 综合数字化系统实现平滑集成，能够实现矿井设备、人员、环境状态的实时展示，同时根据客户需求，基于平台提供的二次开发 API开发客户化的应用系统，从而实现使用数据的目标。 1) 地形建模 如 下 图所示，不用下矿井，就可以清楚的了解到整个矿区的地形，为煤矿资源开发打下良好基础利用。 2) 三维地质建模 将复杂的地质构造以三维 的 形式显示出来，便于有关技术人员对煤炭资源的合理分析和开发。 3) 巷道建模 非常直观的在电脑屏幕上显示出巷道的模型，巷道的构造，便于煤矿的开采。 4) 生产系统建模 整个巷道的生产，机器的运作都以三维 的 形式显示出来，实现更加有效和合理的开采。 5) 三维虚拟漫游 漫游实现了领导不用去现场 就可以感受到身临其境的感觉。  地面漫游：  井下漫游： 6) 二维数据和三维数据联动定位 安全生产监测系统 安全生产管理监测系统是煤矿生产、安全方面的一个实时监测系统，对于煤矿的生产运行状况、安全水平、灾害预测预报具有重要的作用，强大、灵活的数据查询，满足了各级管理人员的业务需求。 该平台提供可 视 的实时报警、定位、测距等，管理者通过综合检测系统 可视化管理空间对数字化矿山各种业务和信息进行管理。 整个系统可以控制整个矿井的正常运行和人员管理。 数字化提升系统 在矿井上 安装基于 PLC控制数字化提升系统。 基于 PLC控制的矿井数字化提升系统由动力装置、液压站、变频器、操作台和上位机监控系统组成。 1) 动力装置：包括主电机、减速器、卷筒、制动器和底座，完成人、物、料的运输任务。 主电机通过减速器向卷筒提供牵引所需的动力。 2) 液压站：为提升机提供制动力，停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力，再取消直流制动力。 提升机启动时，先对电机施加直流制动，再松开机械抱闸，防止溜车，以保证系统安全可靠地工作。 3) 四象限频调速器：是动力装置的能量供给单元，通过它将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机，以达到控制交流电动机转速的目的。 4) 数字化操作台：设在井外提升房 ， 专门控制提升系统，可以清楚的看到矿车。 操作台设置两个手柄，分别用于速度辅助给定及制动力给定。 它是整个矿井提升机运输系统的控制核心，通过它可以设定 系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令，以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。 5) 触摸屏监控系统：是操作员和控制系统及运输系统之间的桥梁，它可以在线监测提升机系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。 为保证提升机运行的高度安全性。 触摸屏监控系统设置在综合生产调度指挥中心的操作台。 6) 报警系统：该系统采用声光报警，同时显示到上位机监控系统和操作台上。 上位机监控系统： PLC与触摸屏以及变频器等之间采用网络通信，进行各种参数设定、显示提升机位置、速度的设定显示以及报警显示。 监控内容主要包括：超速监视、过载监视、松绳监视、井筒过卷监视、变频器故障监视、矿车行程监视、深度指示器失效监视等，以 上监视内容出现故障时，通过报警回路或安全回路实现抱闸停车保护。 井下轨道信、集、闭系统 系统的组成 井下轨道信、集、闭系统由中心站、控制分站和各种检测、执行设备组成。 井下轨道信、集、闭系统的主机和通讯器、控制分站都配有各自的系统软件和各种专用软件，在反映各矿轨道配置及运输流程的各种数据表格的支持下，完成整个运输监控及生产及管理的各种功能。 中心站设在地面综合生产调度指挥中心，通过主控制机显示井下 机车运行状态，并实现对所有设备的检测和控制，以实现可靠的人工或自动调度。 监测井下运输车辆的运行状态，监控提供各设备运 行状况， 发送 各种 动作命令 ，指挥车辆运行，并采集各种生产过程数据。 控制设在矿井下运输大巷，管理各个检测、执行设备，并执行中心站下发的各种命令，汇报各种监控信息。 各种检测、执行设备设在轨道沿线，用于收集车。