王光肇

（山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西太原，030006）

0 引言

在我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，煤礦工業(yè)發(fā)展中對于智慧型煤礦建設(shè)也愈加關(guān)注，成為了新時期煤礦工業(yè)發(fā)展的重要方向。而基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建則是當(dāng)前智慧煤礦建設(shè)的重要體現(xiàn)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)，推動煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)開采的機(jī)械化、智能化以及自動化發(fā)展，而對其系統(tǒng)構(gòu)建中關(guān)鍵技術(shù)的研究則是煤礦設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建的重要前提。

1 基于煤礦設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建的意義

能源作為人類生存、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，而煤炭資源更是我國能源消費(fèi)的主體能源種類，而在社會科技發(fā)展的帶動下，煤礦產(chǎn)業(yè)開采作業(yè)模式也逐漸發(fā)生改變，繼工業(yè)化、自動化、信息化發(fā)展后，智能化建設(shè)發(fā)展就成為了其新時期發(fā)展的重要標(biāo)志與方向。而在智慧型煤礦建設(shè)中，基于煤礦設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建就有著重要意義：首先，推動煤礦產(chǎn)業(yè)智慧化發(fā)展。智慧型煤礦企業(yè)建設(shè)是新時期煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向，更是實現(xiàn)煤礦開采智能化、自動化的基礎(chǔ)所在。這就需要在煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，注重對現(xiàn)代大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的使用，通過基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建，就能夠通過大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)對煤礦設(shè)備的智能化作業(yè)管理以及運(yùn)維管理，實現(xiàn)煤礦設(shè)備運(yùn)行的智能化，推動煤礦產(chǎn)業(yè)的智慧化發(fā)展建設(shè)。其次，提升煤礦企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)安全。煤礦開采作為高危職業(yè)，一旦煤礦開采中安全問題的發(fā)生，不僅會導(dǎo)致煤礦企業(yè)受到嚴(yán)重影響，更會對煤礦開采人員的生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。而導(dǎo)致煤礦開采中風(fēng)險問題發(fā)生的主要因素之一就是煤礦設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性[1]。只有通過基于煤礦設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的構(gòu)建，才能夠通過大數(shù)據(jù)智能管理平臺，實現(xiàn)對煤礦設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)管，以保證煤礦開采過程中設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，以此保障煤礦開采作業(yè)安全。再次，能夠降低煤礦企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營成本。煤礦企業(yè)作為以營利為目的商業(yè)結(jié)構(gòu)，其生產(chǎn)云因的重要目標(biāo)就是通過生產(chǎn)運(yùn)營成本的降低來提升自身的經(jīng)濟(jì)效益。在煤礦開采過程中，往往會涉及到大量的人工成本、設(shè)備維修成本以及時間成本的投入，影響了煤礦企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的經(jīng)濟(jì)效益。而通過基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建，就能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營成本的控制與降低，通過大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對煤礦設(shè)備的自動化作業(yè)能力進(jìn)行強(qiáng)化，就能夠降低煤礦開采過程中的設(shè)備操作人力成本投入[2]。同時，在對煤礦設(shè)備的運(yùn)維管理過程中，大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)也能夠?qū)γ旱V設(shè)備的維護(hù)信息進(jìn)行記錄，定期提醒工作人員對設(shè)備進(jìn)行運(yùn)維管理，并實現(xiàn)對煤礦設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)測，這就能夠有效提升煤礦企業(yè)設(shè)備運(yùn)維管理工作的效率和質(zhì)量，避免因為運(yùn)維工作開展不及時而導(dǎo)致煤礦設(shè)備故障問題的產(chǎn)生而增加維修成本。

2 基于煤礦設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

在基于煤礦設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建中，為了充分保證大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和實際效果，就需要注重對大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建中關(guān)鍵技術(shù)的分析，主要包含了系統(tǒng)構(gòu)建的理論基礎(chǔ)、信息感知技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建理論基礎(chǔ)

在基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建中，其首要的關(guān)鍵技術(shù)就是需要對其理論技術(shù)及系統(tǒng)框架加以分析，如圖1、圖2所示，基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建中，就需要將生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)、井下作業(yè)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、感知與控制系統(tǒng)以及煤礦設(shè)備等整合到平臺中，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能的全面發(fā)揮。

圖1 基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)

圖2 智慧煤礦統(tǒng)一操作平臺

2.2 信息感知技術(shù)

信息感知是基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)體系，是技術(shù)人員能夠通過系統(tǒng)操作進(jìn)行煤礦井下相關(guān)作業(yè)數(shù)據(jù)信息以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的技術(shù)保障。在實際的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建中，也需要通過信息感知技術(shù)實現(xiàn)對礦井內(nèi)“人→機(jī)→環(huán)→管”信息的全面感知，而其感知基礎(chǔ)就是通過在礦井內(nèi)部不同區(qū)域設(shè)置不同類型的傳感器，實現(xiàn)對井下作業(yè)信息、人員信息、設(shè)備信息以及環(huán)境信息的全面感知。并且在基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的信息感知系統(tǒng)中，能夠?qū)⒏兄畔⒁詳?shù)據(jù)、音頻、視屏等多種信息形式進(jìn)行記錄，并根據(jù)系統(tǒng)操作運(yùn)行的數(shù)據(jù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。

2.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

在煤礦開采作業(yè)中，涉及到了大量重要數(shù)據(jù)的采集、分析與處理，包括了生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)中的開采產(chǎn)量數(shù)據(jù)、人員作業(yè)數(shù)據(jù)、開采資源消耗數(shù)據(jù)以及設(shè)備磨損狀態(tài)數(shù)據(jù)等等。而在對這些傳感器感知數(shù)據(jù)的處理中，就需要科學(xué)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用，以實現(xiàn)對井下作業(yè)數(shù)據(jù)信息的分析，為開采工作的開展提供保障。實際過程中，主要的技術(shù)方式就是對采集的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一化處理，以數(shù)據(jù)點(diǎn)的形式來對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行的定義，保證每一個數(shù)據(jù)采集點(diǎn)尤其對應(yīng)且固定的唯一標(biāo)號、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型、統(tǒng)一的監(jiān)測類型等等，以此實現(xiàn)對底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，通過處理后的信息數(shù)據(jù)，針對性開展平臺控制作業(yè)流程。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

在對井下設(shè)備作業(yè)數(shù)據(jù)處理后，就需要開展數(shù)據(jù)傳輸處理，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的利用與儲存。實際過程中，主要是采用協(xié)議解析、中間件等技術(shù)對 ModBus、OPC、CAN、Profibus 等井下常用的通信協(xié)議和軟件通信接口進(jìn)行兼容，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一，并通過HTTP、MQTT 等方式實現(xiàn)將采集的數(shù)據(jù)傳輸至云端，滿足數(shù)據(jù)的分布式存儲與管理[3]。

2.5 遠(yuǎn)程控制技術(shù)

遠(yuǎn)程控制是基于煤礦設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的重要技術(shù)保障，是通過大數(shù)據(jù)處理平臺對井下設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制的關(guān)鍵所在。實際過程中，基于不同的應(yīng)用場景對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新統(tǒng)一編碼、標(biāo)識，采用 Hadoop、Spark、Storm 等分布式處理架構(gòu)，然后根據(jù)信息數(shù)據(jù)，對煤礦設(shè)備加以遠(yuǎn)程控制，降低其作業(yè)過程中作業(yè)人員的投入。

3 結(jié)束語

基于煤礦設(shè)備的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建是推動煤礦產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵，在其構(gòu)建中，需要對其關(guān)鍵技術(shù)加以全面分析，以保證其系統(tǒng)的功能全面發(fā)揮，提升煤礦設(shè)備作業(yè)的自動化和安全化。本文中提到的的部分技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于山西省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目《基于井下采掘設(shè)備大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究》中，已取得不錯的效果。