基于数据融合分析的矿井综合自动化系统

郭 建

(山西焦煤汾西矿业柳湾煤矿，山西 孝义 032303)

伴随着工业信息化的快速发展，矿井综合自动化、信息化水平不断提升，多个矿业集团已实现综合自动化建设，其中部分先进矿井率先实现井下变电所、中央水泵房等设施的无人值守，降低井下作业人员数量；同时采用监测监控技术手段，可以及时发现井下灾害情况并发出预警信息，从而降低安全事故发生概率[1～3]。从矿井现阶综合自动化应用效果来看，矿井基本实现了数据远距离传输以及集中监控，但是与矿井自动化建设目标仍有较大差距，特别是在信息的融合、消除信息孤岛以及底层传感器可靠性等方面仍有较大的提升空间[5～6]。文中就现阶段矿井自动化建设存在问题进行分析，并对应对技术措施展开探宝，以便为后续的矿井综合自动化建设提供一定参考。

1 矿井综合自动化建设现状

经过近些年发展，矿井自动化建设水平得以提升，各种自动化监控、监测功能在矿井中应用不断突出。矿井建设的综合自动化系统采用先进的信息传输网络将各类子系统监测到的信息进行融合跟踪，并将处理后的决策反馈至对应子系统。具体矿井常用的综合自动化系统结构见图1。

图1 矿井常用的综合自动化系统结构

从图1可以看出，矿井综合自动化系统构建其实质就是网络传输系统、执行子系统、信息发布系统以及控制决策系等组成部分的构建。现阶段网络传输系统具有良好表现，已基本实现预期建设目标，但是执行子系统、控制决策系统等仍有大量问题，具体表现为：

1)信息孤岛问题

不同区域内的矿业公司构建的综合自动化系统设备存在较大差异，在一些煤炭难以开采或者经济水平较低区域，控制系统内的设备更新速度缓慢，对部分设备进行自动化改造更新后，虽然具备一定的自动化运行功能，但是由于设备老旧，不具备相应的通信接口或者无法提供自动化运行数据，导致此部分设备在矿井综合自动化系统之外们无法与其他系统联合组网，从而产生信息孤岛。

信息孤岛产生原因多种多样，除去设备原因外还有各类子系统厂家技术水平、系统兼容性等方面问题。

2)底层传感器可靠性问题

在矿井综合自动化系统运行过程中会遇到各类问题，其中底层传感器可靠性问题是最为常见问题。该问题出现后产生的影响也是多种多样，例如无人值守系统部分监测功能无法实现、设备远程控制不稳定等问题。矿井生产过程中面临诸多不安全因素，若不能讲存在问题及时排除，很难确保矿井生产安全。底层传感器涉及到设计、工艺以及制造等多个方面，属于高端制造业，其发展更新需要一个长期过程。

3)数据融合度不足

现阶段矿井综合自动化系统多是采用国外先进的软件(IFix、InTouch软件)开发，这些软件具有技术水平要求低、快速开发、开发周期短且运行可靠等优点，在矿井自动化系统构建初期发挥重要作用。但是随着矿井自动化、信息化的不断推进，采用这种简单的组态软件难以实现矿井多数据融合需要。

数据融合深度直接影响矿井矿井综合自动化系统的功能及智能化水平，高度融合系统可以实现矿井自动化系统的多系统联动控制柜以及智能化决策、专家分析等功能。文中重点对数据融合方面展开分析。

2 矿井自动化控制系统存在问题分析

矿井自动化控制经过近十几年推广应用已取得卓越成绩，从自动化功能方面来说，部分矿井建设水平较高，但是从矿井综合自动化角度来分析，仍处于初级发展阶段。部分矿井虽然在采煤、掘进、安全监控、远程控制等方面实现自动化控制，但是由于未能实现各个控制系统间数据融合，数据间不能共享，在这方面仍存在较大的提升空间。

矿井综合自动化建设目标实现的关键在两个方面：如何确保各类子系统运行可靠；数据存储、挖掘以及融合。矿井综合自动化系统需要深入研究内容见图2。

图2 矿井综合自动化系统需要深入研究内容

从图2看出，一般意义上的矿井综合自动化系统主要实现数据采集、监控及画面显示、传输网络建设等功能，但真正意义上的矿井综合自动化系统需要在传统控制系统基础上进一步扩展深挖，实现各个子系统间数据的融合分析、挖掘，从而实现自动控制系统的联动控制及智能决策功能。

3 综合自动化系统构建需要解决的关键技术

3.1 底层智能传感器系统

底层传感器是整个综合自动化控制系统运行的基础及关键，若运行不可靠，不仅会传递错误信息而且会影响整个控制系统稳定性。研究具有自动检测功能且可靠性高的智能传感器对促进综合自动化系统构具有显著意义。

3.2 数据融合

矿井综合自动化控制系统构建并不是多个子系统数据的无序积累，也不是单纯的消除信信息孤岛，而是实现控制系统数据挖掘、融合，真正实现矿井自动自动化控制。在实现过程中需要解决下述几个方面问题：

3.2.1 软件融合

采用的软件是为了实现多任务融合，将矿井综合自动化监控软件设计成一个融合多个子系统的综合平台，整合矿井在调度控制以及自动化生产方面数据，具体体现为：

1)有优先、有选择、有提的融合矿井综合监控系统内的各监控子系统功能，而不是对各子系统数据进行简单堆积。

2)融合远程专家智能诊断系统，不是简单对单一数据分析做出超限、动作预警，而是构建以树状分析为基础的综合故障诊断报警体系，使得控制系统具备故障分析判别能力，同时根据优先分级机制优先对重要故障做出预警及处理。

3)融合各类安全应急预案，当监测到井下出现灾害时，控制系统可以指导操控人员按照相关提示进行灾害处理工作，从而避免灾害发生时混乱处理灾害问题，确保事故处理工作平稳、有序开展。

4)与上层次信息平台进行数据交互，实现数据共享。矿井自动自动化控制软件应具备开放的接口、标准通讯系统、完整数据以及安全可靠的传输机制。

3.2.2 控制系统融合

控制系统融合主要体现在两个方面：对现有的控制系统融合，从而构建一个功能更为强大、完善的控制系统；对多个控制系统间进行智能化联动控制。

矿井控制系统按照功能可以划分成多个功能单元，通过数据融合共享，将原本独立的功能进行整体融合提升，将以往需要通过人工协调方式向控制系统自动协调转变；不同功能单元间通过数据共享以及联动，实现单个功能单元无法实现的功能。

3.2.3 系统功能融合

通过对控制系统平台、子系统功能融合，提升矿井综合自动化控制系统安全保障能力，降低能源消耗，并提升控制效率，充分利用现有的设备、技术以及系统，实现整个控制系统功能最优化，确保矿井生产高效开展。

4 数据融合综合自动化系统现场应用分析

将基于数据融合理念构建的综合自动化控制系数在山某矿进行现场应用，在矿井现有自动化控制系统基础上构建联动控制、智能决策等功能模块，提升矿井自动化控制系统功能。

现阶段该控制系统已平稳运行1.2a，控制系统运行平稳，通过采用控制系统降低了监控人员、现场作业人员劳动强度，现场作业人员通过修改图形化程序，添加或修改控制预案。

通过数据融合从而实现控制系统的联动功能，提升了控制系统内部各功能关联性，丰富控制系统功能以及安全保证能力现场。应用实践表明，采用数据融合技术开发的矿井综合自动化控制系统具有更好的智能化水平，可以提升矿井自动化水平。

5 总结

在对矿井现阶段采用的综合自动化控制系统应用现状分析基础上，对控制系统应用过程中存在问题进行分析，取得以下主要成果：

1)矿井现阶段采用的综合自动化控制系统存在信息孤岛、底层传感器可靠性差、数据融合度不足等问题；

2)可以通过采取智能化传感器、数据融合等技术对矿井综合自动化控制系统进行改进优化，丰富控制系统功能、提升底层传感器可靠性；

3)数据融合综合自动化系统，可以实现控制系统的联动功能，提升了控制系统内部各功能关联性，丰富控制系统功能以及提升安全保证能力，现场应用取得显著效果。