智能矿山一体化管控平台关键技术研究web技术的三个关键技术
摘要：目前，国内部分矿山经过多年两化融合建设，已基本完成自动化、信息化系统的升级改造。尤其以无人驾驶、按需通风、智能选矿、无人值守、智能充填等为代表的矿山系统在得到推广使用的同时，技术不断创新，从自动化到信息化、智能化，取得了丰硕的成果，并形成若干以矿山工艺为边界的技术系统。经过多年实践，远程遥控、自动运行、网络通讯、计算机视觉、智能检测、深度学习、智能调度等技术被吸纳，各技术系统不断得到壮大。但现有技术系统多采用单系统、单工艺模式进行实施，矿山企业内部系统间出现信息孤岛、业务隔离、数据价值挖掘受限等问题，亟待建立矿山一体化智能管控系统。
关键词：智能矿山；一体化管控平台；关键技术
1管控平台含义及要求
智能矿山一体化管控平台是在统一开发平台的框架下，将物联网、云计算、大数据、人工智能、智能控制等新一代信息技术与煤矿安全、生产、运营管控业务进行深度融合，基于面向服务的体系架构和“资源化、场景化、平台化”思想，围绕监测实时化、控制自动化、管理信息化
、业务流转自动化、知识模型化、决策智能化目标进行相应业务应用设计，开发用于煤炭生产、智慧生活、矿区生态的智慧矿山生产系统、安监系统、智能保障系统、智能决策分析系统、智能经营管理系统、智慧园区等场景化APP支持服务，实现煤矿的数据集成、能力集成和应用集成。由国家能源局下发的《智能化示范煤矿验收管理办法（试行）》文件，对智能矿山一体化管控平台提出了明确验收要求：需要建立统一的系统接口标准，基于统一I/O采集服务设计与实现，具有冗余采集和容错机制；具有综合监控中心，对“采、掘、机、运、通”等主要生产环节、井下环境安全、人员位置等安全生产实时信息进行综合集成、联动控制与可视化展示；具有大数据平台，主要功能包括数据采集、数据存储、数据服务、数据管控，将矿井监测监控类系统、生产执行类系统、经营管理类系统的数据全面场景化接入，实现分析决策与可视化展示；具备数据分析能力，根据业务需求构建识别模型、预测模型、控制模型、决策模型，实现模型库管理；根据监测与分析计算结果，进行异常信息报警，能够将异常信息自动通过电话语音或短信通知相关人员，实现预警、指挥调度与协同控制。
2平台关键技术
2.1智能管控系统数据处理架构
针对矿山数据的复杂性、多样性、紊乱性等特点，围绕地质、测量、采矿、选矿等多源异构数据的统一、集成、联通、实时共享等问题，充分保证系统的高可靠性、高可用性、高扩展性，矿山一体化智能管控系统采用“分布式+微服务”的数据处理架构。以业务、工艺、专业为边界，将系统整体数据处理负荷切分成若干功能集，部署于同一硬件或不同硬件，功能集单独处理、保存数据并为其它功能集备份数据，基于通信技术，功能集以“一平台”为支撑，实现数据统一管控、门户统一管理。针对单一应用高负载问题，对应用进行多模块拆分，通过模块拆分防止负载聚集。
2.2统一数据中台技术
矿山统一数据中台提供煤炭企业各类型数据的采集、存储、计算、分析、可视化、共享等全生命周期数据服务，并提供数据的安全保障服务。采集设备、自动化系统、安全监测系统的实时监控监测数据，接入生产执行系统以及其他子系统的实时和离线数据，构建矿级或者局级数据中心，实现数据的互联互通，打破数据孤岛，以统一数据标准为基础，提供数据实时计算分析能力和海量数据处理能力，实现数据资源的资产化，支撑上层业务应用和智能化分析服务，为矿井智能化建设提供基础服务和保障。矿山统一数据中台基于Hadoop架构，针
对煤矿应用场景可进行深度定制，提供煤矿专有数据仓库和算法服务，并在运维管理、可视化组件封装、图形化人机交互方面可进行定制化开发和集成。
2.3智能管控系统通讯技术
通讯技术是矿山一体化智能管控系统功能实现的基础。基于通讯技术，屏蔽自动化与信息化、功能集与功能集间的接口差异，实现矿山内部系统的一体化管控。应用的通讯技术包括工业协议、RESTfulAPI、SSL、TCP/UDP协议等。工业协议为工控层提供一种交互机制，并实现与上层信息层的无缝集成。工业协议种类较多，常用协议有OPC、Modbus、LonWorks等。RESTfulAPI应用HTTP协议访问及使用数据。RESTfulAPI支持的数据格式包括application/json、application/xml、multipart/form-data、application/x-www-form-urlencoded等。SSL使用HTTPS协议对消息进行加密和签名，使用SSL证书对服务进行身份验证。SSL技术通过身份认证、信息加密、数据完整性3项服务以达到高安全性。TCP协议针对高可靠性、一对一、有连接场景进行数据通讯，通道的建立采用三次握手，通道的关闭采用四次挥手，以保证数据的高质量。UDP协议针对低可靠性、无连接、多对一、一对多、一对一场景进行数据通讯。矿山一体化智能管控系统通过通讯技术提供不同模块间的互操作
机制，为智能矿山软件平台提供统一的标准接口。通过采用松耦合的结构，标准的封装服务和接口，以及有效的互操作机制，从而给应用结构化和系统一体化提供有力的支持，适配向上、向下的集成与被集成需求。
2.4可视化组态集中控制技术
可视化组态集中控制采用可配置的、前后端分离的微服务架构，支持全面的组态化开发，支持应用界面与业务逻辑的快速组态化构建，能够满足各类智能矿山应用的功能与性能需要。应用主流Web技术，拥有先进、友好的UI，支持多平台、多终端、多浏览器访问。针对需要远程监测、监控的煤矿各子系统可提供实时组态画面监测，图形支持局部放大功能。可在系统中定义故障条件，当各系统设备出现故障，符合故障条件后，实时弹出报警窗口，实现主要生产场景的实时数据监控和真实设备运行动画展示，为用户提供良好的操作体验和扩展性。同时，对具有远程控制功能、通过接口和通信协议的设备，获得授权的人员可通过集中控制平台，可对设备实现远程开停操作。在综合管控平台上通过管理权限，可对相应的自动化系统发送控制命令，并根据预先设置的控制逻辑关系，实现跨系统的远程集中控制煤矿生产设备，在具备条件的情况下可实现井下固定场所无人值守。
2.5矿山一体化智能管控系统融合控制
矿山一体化智能管控系统融合控制包括全矿集控、安全生产感知。全矿集控针对工业控制层，对提升系统、排水系统、通风系统、压风系统、运输系统、充填系统、选矿碎矿系统、选矿磨矿系统、排尾系统等实施远程集中控制；安全生产感知由综合语音通信系统、视频监控系统、综合安防系统等组成。综合语音通信系统建设一套适于工业现场的有线通讯、无线通讯系统以及统一指挥调度平台，对各生产子系统信息进行统一指挥、调度。视频监控系统通过部署智能化的视频前端和监控平台，针对现场的工艺需求，通过AI学习实现相关检测、分析和报警。综合安防系统建设安防视频监控、入侵报警、门禁系统，并实现在矿区安防平台上进行集中控制和管理。
3结论
建立矿山一体化智能管控系统，对矿山现有单系统进行集成，可实现矿山系统间的深度融合，在工艺层、业务层、专业层挖掘矿山数据多维度价值，提高矿山企业整体智能化水平。现阶段及未来，智能化是矿山发展的必然趋势，矿山一体化智能管控系统作为矿山智能化建设的重要内容之一，在应用及技术研究方面具有重要的意义。
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