基于矿山工控系统安全分析及集中监视实现

基于矿山工控系统安全分析及集中监视实现

廖广华  ,刘德文,刘军

紫金矿业集团股份有限公司  364200

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：工控系统集中监视；工控系统安全；视频监视；DCS

引言

矿山智能化是我国未来矿产行业转型的核心技术支撑，是新形势下矿产行业发展的必由之路。但就矿山智能化或智慧化的概念、目标、任务以及关键技术还未能达成一致认同。矿山智能化是系统的工程，包含硬件的建设和软件的建设，还融入物联网、大数据、数据挖掘、人工智能等一系列先进技术，使设备具有自主感知、数据驱动、自主决策等一系列能力。因此，矿山智能化建设需要示范带动和政策引导、坚持模式创新和技术攻关结合的措施。本文以屯宝矿山示范工程为背景，深入探讨矿山智能化建设中智能信息化和智能安全化的内涵，构建智能信息化和智能安全的泛在联接，为矿山智能化条件下的矿山生产智能安全体系探索可行技术路径。

1传统工控系统集中监控系统

在传统工控系统集中监视中，工业自动化过程控制系统是非常重要的一个板块，它的发展对工艺流程控制、产品质量影响是非常大的。在传统的工业集中监控系统中，以工业控制系统为主，包括多种类型的控制系统，如数据采集与监控控制系统SCADA系统、集散控制系统DCS系统及其他小型控制系统。代表性软件包括WinCCOA、PCS7、博图、力控、组态王等控制软件。SCADA系统常应用于分散控制系统之间，系统之间的分散距离长。SCADA控制中心可以长期集中监控现场数据，包括报警和实时状态数据。它可以发出控制信号，实现远程控制和报警。DCS通常用于直接控制工业过程，是一种整体自动控制架构，其中包括监控多个过程系统的集成子系统的控制过程。如在矿山企业的选矿厂的选矿工艺流程控制、给药控制、尾矿废水处理、选矿厂的远程供水等控制系统。不论是SCADA还是DCS系统，往往都需要现场操控设备及现场数据采集设备，大部分现场操控设备为PLC。在实际应用中，SCADA跟DCS软件没有明显界限，SCADA和DCS使用范围差别微乎其微，都可以实现从远程站接收信息，并能够主动或由操作者驱动的监控命令推送到远程站操控设备，实现远程操控。

2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矿山安全、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，开发用于矿产生产、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，实现矿山的数据集成、能力集成和应用集成。由国家能源局下发的《智能化示范矿山验收管理办法（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。

3跨平台工控系统集中监视实现

3.1智能安全保障体系

我国矿产开采条件复杂，矿山灾害威胁严重，矿山安全生产面临多重挑战。近年来，随着大量的自动化、智能化等先进的仪器、设备的应用，在很大程度上改变了矿产直接开采方式，通过机械化换人、自动化减人手段实现了生产系统发生本质变化，单一系统、单一专业的人治粗放式生产逐渐升级为全系统、全专业的智能化生产。因此，矿山安全保障体系也随之发生了变化。为应对矿山安全保障体系的变化，很多学者开展了研究。目前智能安全保障体系的内涵还未能形成一致认可，本文基于屯宝矿山一体化智能监控平台的建设的实践，深入研究各学者的成果，

3.2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、监控的矿山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矿山生产设备，在具备条件的情况下可实现井下固定场所无人值守。

3.3综采工作面全景视频

对综采工作面全景视频拼接，形成一副长的“画卷”无死角覆盖，消除视觉盲区，实现工作面全景可视可控，采煤机工作区部署全视角视频，为采煤机司机提供“身临其境”的驾驶感受，精确指导远程操控作业。综采面全景视频拼接+煤机局部全视角视频拼接+视频AI辅助分析，实现远程监控、辅助操控、提前预警和实时联动，支撑综采工作面全景可视、安全可控，实现井下作业少人化。

结束语

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。

参考文献

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