矿井低压负载数字化诊疗及智能运维系统技术研究

一、项目实施目的：

1）对矿山低压负载（包括电动机、线路、信号回路）的动态进行实时监控,并对其完成故障诊断和预测；

2）建立矿山低压负载的智能运维系统，对设备运行中产生的故障问题进行监测与分析，缩减问题解决时间，提高设备的使用寿命，创造更多的经济价值；

3）实时监测矿山低压系统的负荷能耗，从环境、安全、高效管理等多方面优化能耗，并进行能效评估、能耗审计、异常能耗判定，挖掘能耗问题，推荐节能降耗策略；

4）通过电能质量监测与管理，提升矿山运行、生产和发展等方面的安全稳定性。

二、项目实施的意义：

“矿井低压负载数字化诊疗及智能运维系统技术研究”项目实施后对国内煤矿井下低压系统的安全稳定运行有着重大意义：

1）对矿井低压设备的健康状态进行实时监测，提前发现问题并预警，避免突发事故，并指导维修；

2）通过对低压负载的长期检测建立设备健康管理档案库，为设备长期跟踪和预警提供可靠依据，对设备进行全生命周期管理及寿命分析，提高了煤矿设备管理水平，促进煤矿安全生产；

3）对井下低压系统各负载状况进行能耗分析，为建设绿色节能矿山提供依据。

4）对井下低压系统的电能质量进行实时监控，为电能质量治理提供可靠的技术数据；

5）该项目成功后，可在煤炭行业同类型现场推广使用。

三、研究开发内容

根据煤矿井下低压系统当前存在的问题，本项目的研究工作从以下3个方面开展：

1）矿山低压负载数字化诊疗技术研究

矿山低压负载数字化诊疗技术赋予低压负载无线连接和智能分析决策的功能。支持5G等多网络、多场景设备接入，数据采集无需复杂的多协议转换，直接从负载表面测量关键参数（振动、噪声和温度），利用AI融合工业机理的的算法，构建矿井低压负载故障模型库，实现边缘侧数据实时分析和决策，把事后维修变为事前预防。对负载的振动、噪声和温度进行三位一体实时监测和计算分析，准确预测故障信息，保障生产稳定运行，延长负载使用寿命，提高安全性的同时，有效降低矿山低压负载的运维成本。

2）矿山低压负载智能运维系统

煤矿智能化既是未来趋势，更是产业发展需求，建设智慧煤矿已经成为煤矿安全生产的必经之路，是推动煤炭行业提质增效和安全生产的有效保障。山东煤科院开采研究所研发矿井低压设备智能化运维管理系统，将物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能、GIS等技术与煤炭安全生产的各个环节深度融合，构建煤矿企业安全生产、管理的可视化、智能化综合性管控平台，实现对煤炭生产过程中的数据实时精准采集、高可靠传输、资源集成融合、智能化分析与处理等，满足多维感知、实时互联、协同控制、智能预警等需求，提升管控能力，助力煤炭企业实现精细化开采、安全化生产、智慧化管理。系统主要功能包括：负载设备运行状态在线监控，故障预警与分析诊断，操作员违规操作行为监视统计，出勤小时与能耗耗统计分析，设备点检，保养管理，维修管理，部件生命周期管理，寿命分析，综合数据集成，报表统计与决策支持等。通过上述功能的开发实现，最终达到提高矿井负载设备管理智能化程度，降低维护成本，提高设备出勤率的目的。

3）矿山低压负载电能质量检测及能耗管理系统

矿山低压负载电能质量检测及能耗管理系统，利用计算机软硬件资源和硬件仪器有机结合的思想，从而实现了强大的信息技术处理能力和计算能力。在煤矿井下实施时，能够有效监控供电系统区域或设备的实时性用电能耗和电能质量状况，并进行能源数据分析、预测、优化，提高电源质量，实现精确的用电管理，减少吨煤电力消耗，提高系统安全。

四、项目技术路线

开发设计和实施技术路线及各阶段的具体内容如下：

1）技术路线：沿用山东科技大学孙红雨教授的产学研相结合路线，通过现场调研，从井下生产和连续性、安全性、可操作性实际需要和易于实现，方便连接，便于安装为出发点，提出总体设计方案，矿井低压负载数字化诊疗及智能运维系统软件的开发，系统便于维护和扩充，简单易懂，控制可靠。整个系统先在实验室进行现场模拟、拷机，多种工况验证，无问题后，再进行装置的组装生产，井下安装地点的确定、设备安装、以太网接入、完成系统的调试，型式试验，现场工业性试验，完善技术资料，用户培训，系统投入使用。

2）实施方式、方法、步骤：通过对煤矿井下低压系统和负载设备的现状分析，由山东山东煤科院开采研究所负责系统集成并组合硬件，一次、二次图纸设计，提供系统软件的程序设计及后台建设。并进行系统调试，安全运行。双方进行项目验收及邀请专家评审。

五、现有基础及技术条件

   煤矿有雄厚的技术人员队伍，机电系统内，优秀专家1人，学科带头人2人，专业技术人才和专业优秀技能人才100余名。煤矿机电队伍中有在全国比赛的一、二名选手。

依托于山东科技大学国家级科技园，致力于为工业现场提供电力能效管理，工业自动化系统集成及能源数字化转型等专家级产品和服务，依托产学研一体化优势和强劲的创新动力，多年来在理论研究及产品化方向上形成了丰富的研究成果及现场运行经验，为保证整个科研项目的成功落地能够提供强大的技术后盾。煤矿系统较为复杂，在深入调研现场实际的基础上结合山东煤科院开采研究所相关的技术经验能够形成集煤矿低压负载的数字化诊疗及智能运维、电能质量分析及能耗管理的可复制技术和产品，为提高煤矿系统的可靠性做出贡献。因此，依靠优良的设备，良好的技术队伍，坚固的科技企业技术资源，是项目成功的根本保证。

六、对安全、环境、健康的影响性分析

最终形成“矿井低压负载数字化诊疗及智能运维系统技术研究”一套，在现场以矿井低压负载设备为感知层，以从事多年工业电力自动化专业的山东煤科院开采研究所所研发的负载设备预测性维护技术为核心，利用煤矿现有网络通道，配合地面监控平台应用层，实现对井下低压网的监控，其安全性和可靠性是无疑的，而煤矿井下低压系统非常需要这种优越的保护技术。煤矿井下千兆工业以太网，已建设完成。因此现场采用千兆工业以太网通讯是没有问题的。上层采用研华工控机，配合山东煤科院开采研究所的智能化运维系统软件，将会进一步推动煤矿产业与智能化技术融合发展，提升煤矿智能化水平。

七、经济、社会效益分析

1）经济效益：

煤矿设备工作条件恶劣，矿用固定设备、运输设备、采掘设备、支护设备、分选设备等带病工作现象比较普遍，一旦发生失效或维护不当，将造成严重的经济损失，甚至造成人员伤亡。

项目实施后，可以实时监测井下低压系统的负载设备的运行状况，迅速及时地给出故障预警处理方案，实时监测电能质量数据，大大提高系统的可靠性。同时，对低压负载的长期检测建立设备健康管理档案库，为设备长期跟踪和预警提供可靠依据，对设备进行全生命周期管理及寿命分析，提高了煤矿设备管理水平，促进煤矿安全生产。

2）社会效益：

矿井低压负载数字化诊疗及智能运维系统技术研究可以提高煤矿低压网络的智能化管理，降低低压网设备故障带来的危害，实时监测电能质量，提高矿井的网络化管理能力，有助于网络的安全运行。为低压网络的有序调度、故障预防、故障报警、事故分析及电能质量治理提供可靠的技术数据。该项目成功后，可在煤炭行业同类型现场推广使用。

八、项目实施进度计划