红柳林煤矿设计之前矿井供电系统、排水系统、通风系统一直处于有人值守的工作状态，数据共享和系统利用率较低，功能不够完善，系统功能有缺陷，应用系统不够先进，人员浪费严重。通过对井上下电力系统、井下各排水系统、地面通风系统智能化无人值守的设计及应用，实现了固定岗位无人值守有人巡视，减少了大量的固定岗位工人，全面提升了矿井智能化控制水平，提高了矿井综合管理效率[1-10]，为红柳林煤矿创造了可观的经济效益。

1 智能化无人值守排水系统设计

本次智能化无人值守排水系统设计涉及全矿井的排水系统，对所有排水系统进行了设计改造，设计前红柳林各水泵房均采用3台水泵，1用1备1检修的布置方式，工作方式为抽真空射流方式。控制系统为西门子系列PLC，现场有操作台和人机界面，可实时动态模拟显示系统的整体运行状态，如水仓水位、水泵出口压力、排水管路流量、水泵电机电流、电动阀门等的各种工作状态。该系统目前正在使用，现场由专人进行手动方式操作。由于该系统现场设备如仪表、电磁阀、排水闸阀存在关不严、信号反馈不到位、传感器老化采集参数不准确等原因而无法实现自动控制，需进行了软件和硬件的设计和改造。

通过项目建设完成的79个县防汛计算机网络系统，全省实现了“分级负责，集中管理”的信息“集约化”管理模式，加强了山洪灾害防御信息共享，提高了实时信息传输的时效性。河南省雨水情自动监测信息采取省级集中管理，各监测站通过GSM和GPRS通信方式直接发到省中心，省中心数据通过防汛计算机网络分发到各县级山洪灾害监测平台及各市水情分中心、各水库管理单位等，同时上报国家防总；各县山洪灾害基础信息和预警信息通过防汛计算机网络直达市、省、中央，实现了信息共享。国家、省、市、县四级互联互通的防汛计算机网络为信息“集约化”管理提供了快速的通道，时效性显著提高。

1.1 总体设计

智能化无人值守排水系统通过实时监测水仓内水位变化情况、各水泵实时运行情况、各水泵累计运行时间、各电机温度、各电机电流电压等参数，经过综合处理分析去控制各水泵的开启、停止及合理轮流工作，保证各水泵合理高效可靠的运行。智能化无人系统通过采集各压力传感器、流量传感器 、液位传感器等相关的数据及参数，可实现对水泵、电动阀门、电动球阀等设备的智能化自动运行、就地手动操作和远程控制。

智能化无人值守排水系统主要包括：地面智能化控制主机、网络通信设备、综合控制台、隔爆兼本安型PLC控制箱、闸阀控制箱、摄像头、传感器和必要的附件等，传感器包括水位传感器、流量传感器、压力传感器、负压传感器、流量计、电机温度传感器等[11]，所监测的参数主要有：水仓液位、真空度、管路出水口压力、管路流量、电机温度、电流电压及设备工作状态等。智能化无人值守排水系统结构如图1所示。

  

图1 智能化无人值守排水系统结构图

1.2 功能设计

智能化无人值守电力系统对其系统电力监控系统由地面调度中心监控主站、各变电站所监控分站、智能开关、交换机、摄像头传感器等设备组成，系统总体架构按照三层架构设计和实施，第一架构为综合信息管理应用层、第二架构为通信控制网络及各变电所站的监控分站，第三架构为智能隔爆开关和执行机构组成，系统的构建采用了主干光缆通信和总线通信网络相结合的组网方式。

智能控制方式：智能无人值守排水系统按照各传感器和累计数据的综合分析，实现对各水泵房和各水泵房内设备智能化优化自动运行。

该设计及改造涉及全矿井的电力系统，涉及地面变电站一座，井下变电站有两座：井下中央变电站和南一盘区2号变电所。井下中央变高压隔爆开关共16套，为八达电气生产，其中14台开关为弹操机构，型号为JGP9L；2台开关为永磁机构，型号为QJGZ，16台开关所配保护型号均为西安西瑞XRKJ-600型产品。站内设隔爆电力分站1台，生产厂商为西安西瑞，型号为KJ579-F；矿用GOOSE交换机1台，生产厂商为西安西瑞，型号为KJJ660，高开综合保护装置通过以太网与隔爆电力分站连接，隔爆电力分站将3遥信息通过GOOSE交换机经过光纤环网送至井上调度中心。低压系统的隔爆开关所配的保护厂家为八达电气馈电保护12台。南一盘2号变电所高压隔爆开关共19套，为汾西机电生产，19台开关为永磁机构，19台开关所配保护型号均为西安西瑞XRKJ-600型产品。站内设隔爆电力分站1台，生产厂商为西安西瑞，型号为KJ579-F；矿用GOOSE交换机1台，生产厂商为西安西瑞，型号为KJJ660，高开综合保护装置通过以太网与隔爆电力分站连接，隔爆电力分站将3遥信息通过GOOSE交换机经过光纤环网送至井上调度中心。低压系统的隔爆开关所配的保护厂家为浙江恒泰馈电保护15台。需进行了软件和硬件的设计和改造。

本地自动控制方式：单个水泵房内，该处的PLC柜根据此处系统预先设定的相关参数和相应程序自动运行，当系统判断需要开停泵等相关设备时则执行相应的程序，实现对相关设备的开停控制。水泵房内各泵各设备之间有系统进行数据统计及分析，实现连锁运行，在正常工作条件下各水泵能自动轮换启停，当水仓水位上升加快时，系统自动开启需要数量的水泵，以保证有效的排水。系统具有故障报警及预警功能，可自动开启备用水泵。

检修控制方式：系统和各设备可设置为检修模式，进入检修模式后可操作任一一台水泵电机，任意一台闸阀，任意一个电磁阀的开关，以方便各设备的检修调试。

本地手动控制方式：在水泵房集中操作台、PLC控制柜和闸阀控制箱，巡视人员和相关操作人员，可根据实际情况，按顺序开停水泵及相关设备。

2 智能化无人值守通风系统设计

红柳林煤矿通风机房先配置了2台螺杆式空气压风机，压风机自带控制系统，可实现单台压风机的参数监测及自动启停等，2台压风机已经形成半智能控制，但其他外围的设备没有进行自动监控，也不具备集中控制监测功能。需进行了软件和硬件的设计和改造，以便在地面集控室对压风机实现远程监控、集中控制、数据共享、实现无人值守。

2.1 总体设计

党的十九大对乡村振兴战略提出了“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的20字总要求。2018年是实施乡村振兴战略的开局之年。“乡村振兴战略”如何破题？

1.3 细胞培养和转染 人子宫内膜癌细胞株HEC-1-A接种于含10%小牛血清的DMEM/ F12培养基中，37℃、5%CO2孵箱中常规培养，0.25%胰酶消化传代，将过表达质粒PTEN-OE及其对照质粒(NC)按说明进行转染。转染后72 h，分PTEN-OE组、空载组及正常组，取生长良好、处于对数期的细胞用于实验。

智能化无人值守通风系统主要包：地面调度室监控主机、网络交换机、PLC监控柜、外部智能通讯设备、电机、变频器控制器、风门控制器、电机温度传感器、温度传感器、风压传感器、风量传感器、风机震动传感器和风机电力相关参数传感器。主要监测信号有：电机温度信号、风机入口温度、风压、风量、风机震动、风机电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等信号。智能化无人值守通风系统结构如图2所示。

  

图2 智能化无人值守通风系统结构图

2.2 功能设计

智能化无人值守通风系统能实现智能化自动运行、手动就地控制、授权远程控制三种控制方式，视同能实现风机因需智能切换，根据系统数据及分析自动反风，实现压风机无人值守有人巡视。实现在地面调度室内对主风机和辅助风机的遥控、遥测、遥信控制[14]，并对甲烷、风量、负压、电机电流电压和震动等参数的实时监测。

在台湾地区、香港地区、国外的和中国大陆的流行歌手（含组合）相继于北京举办演唱会后，北京成为了中国大陆流行音乐演唱会举办的重地，吸引了更多的流行歌手来此举办演唱会。1980年至2015年，于北京举办的个人演唱会共计806场，数量总体呈上涨趋势，但不同年份有所差异。（表2）

3 智能化无人值守电力系统设计

远程控制方式：在调度中心通过上位机控制系统，在智能化无人值守排水系统的上位机软件上，自动或者人工完成对排水系统所有设备的开停控制和参数设置，系统对不同操作和管理人员设有相应的权限。

3.1 总体设计

智能无人值守排水系统日常生产处于智能化方式运行，系统根据水仓水位情况对各水泵电机、各真空泵电机、电动球阀、电磁阀等设备进行智能启停控制。可根据需要在地面调度中心实现对系统各设备的远程控制，也可通过各泵房内配备的操作台、控制柜和控制箱对系统各设备进行手动就地控制[12]。

术前访视以及手术全程,需加强心理护理,主动介绍手术室环境、医护人员、手术操作的基本流程以及需要注意事项,将患者送入手术室后,护理人员通过简短的语言安慰鼓励患者,缓解患者的紧张,增强成功手术治疗信心,麻醉开始后与患者交流,分散患者注意力,缓解患者焦虑。

智能化无人值守电力系统同时具有防越级跳闸功能，为了使矿井多处无人值守系统及电力防越级跳闸功能达到良好使用效果，在井下各变电所和地面变电所之间铺设无人值守专用光缆，系统数据在地面变电所并入与矿井综合环网，实现在调度中心对电力无人值守系统智能化管理和运行。红柳林煤矿所有无人值守系统都进入无人值守专用网络，以保障数据通信的稳定性和可靠性。在井下变电所安装电力监控站，采用现场总线和以太网采集方式相结合的采集方式，实现了对变电所站内所有开关设备的运行参数和状态的实时监测和控制，实现了电力系统智能化无人运行、远程遥控控制、就地手动控制等多种控制方式。智能化系统矿井综合信息平台数据共享和共用，将电力系统相关数据共享给数字化矿山平台共享和网络发布。智能化无人值守电力系统结构如图3所示。

党中央、国务院高度重视，国家防总全力组织，三省（自治区）党委、政府把抗洪抢险救灾工作作为中心工作来抓，主要领导亲自安排部署、亲赴一线组织指挥，动员有关部门和广大军民奋力抗灾，保障了各项工作有力有序有效开展。

  

图3 智能化无人值守通风系统结构图

3.2 功能设计

电力系统所有设备实现了智能化五摇功能，实现了井上下电力系统无人值守有人巡视。五遥功能包括：

智能化无人值守通风系统在保证供气质量的前提下，实现最大限度的节能、高效、稳定运行，确保各传感器和相关保护实时有效，通过数据综合分析和处理使空压机更长久的运行。针对红柳林煤矿压风机组特点，系统采用了用西门子PLC作为核心控制器[13]，通过对系统各传感器和相关设备监测和控制，实现对压风机通风系统无人值守有人巡视。

气候突变是普遍存在于气候系统的一个重要现象,表现为气候从一种稳定态(或稳定持续的变化趋势)跳跃式的转变到另一种稳定态(或稳定持续的变化趋势)的现象,另一方面表现出气候在时空上从一个统计特性到另一个统计特性的急剧变化。

1)遥测功能：电力系统所有设备三相电压、电流、零序电压、零序电流、视在功率、频率、绝缘电阻、功率因数，有功电量、无功电量、设备温度等数据遥测功能[16]。

3.3.1 加强电力需求侧管理。在现有用户负荷管理范围内，选取部分可中断负荷，建设毫秒级精准负荷控制系统，优化升级现有负荷管理系统。应用大数据平台，试点对用户用电行为开展实时分析，进一步挖掘其在用电预测、错峰调度等方面潜力，促进供需互动。

2)遥信功能：当个各电力设备开关发生开关位置变化、固定值参数变更、开关输入参数变化、开关输出状态及参数变化、故障报警及预警等信号的实时显示和摇信。

智能化无人值守通风系统实现了以下智能控制和监测功能：主扇风机智能化运行、手动、遥控状态下的开、停控制；主扇风机根据运行时间及运行状态自动切换运行风机；当系统判断确定矿井发生事故时，倒转风机实现反风控制，实现风门绞车的智能化控制，智能化无人控制系统通过控制风门相应电动执行机构，实现对风门开闭的智能控制，根据传感器信号判断风门开闭到位信号。智能化控制系统具有切换风机预警通报、定时反风预警通报、风量调节预警通报等报价预警机制。智能控制系统可实现对风机电机启动柜分合闸的控制，对风机对应的变频器和变压器，并能对上述设备的工况进行监测。对风机电机实现了轴承温度、绕组温度、震动信号、喘振信号、电流、电压、有功功率等信号的实时监测，并实现了将所有数据已曲线柱状图等方式的实时显示和查新功能。智能化控制系统根据系统监测的静压数据、压差数据实现对静压、风流量、风速、电机效率和系统效率等数据的实时监测和相应曲线柱状图的显示和查询功能。系统实现了各电机电流信号、频率信号、电压信号、有功功率、无功功率和功率因素等数据的实时监测和相应曲线柱状图的显示和查询功能。智能化无人值守系统通过与数字化矿山平台的数据共享[15]，实现了对通风相关高压进线柜、母联柜等联设备运行状态及系统运行状态的实时监测并根据相应权限智能控制管理设备及系统。

3)摇控功能：对电力系统个高低压开关分合闸状态的实时控制。

4)遥调功能：对电力系统各设备远程实时在线进行变压器档位调节、各设备各种整定值及保护值修改和设置。

5)遥视功能：对井上下各变电所站视频的实时监控。

智能化系统实现了电力系统的预警和报警处理功能。系统将报警及预警按照性质及重要性进行了三级分类，按其报警原因和性质进行分类，并按其重要程度分为三级：重要、次要、一般。各级报警及预警信息根据不同内容推送给相关操作及管理人员，报警信息通过报警详细列表、报警汇总列表等多种方式，将开关故障、保护动作、监测数据超限及系统状态等信息进行报警显示。当系统或设备发生事故时，系统界面和手机推送界面上对相应设备及通过声光闪烁提示相关人员，知道操作人员处理确认相应故障为止，减少故障对生产造成影响。系统具有实时在线修订各报警值和报警参数、修改报警优先级别等功能。

智能无人值守系统实现了对各电力设备实时控制和实时调节功能，可在地面调度中线对各设备发送控制电力现场设备的控制指令，也可发布对电力现场设备个参数设置的调节指令。控制指令主要以数字量I O和脉冲信号两种控制指令方式，实现对开关分合闸的控制，对应的系统指示灯打开或关闭。调节指令主要以变量数值数字或模拟信号，实现对终端电力设备相关参数的设置和设定。

智能无人值守系统在安全机制上实现了各设备和控制线路闭锁和互锁功能。当系统一个电力终端设备有操作人进行维修或操作时，在该操作人员未结束该终端设备的闭锁状态时，其他人员不能对该设备进行控制及操作。经常一个终端设备的运行状态与其他设备的运行状态有关联，如两条供电线路不能同时断开，通过互锁功能只有当运行工作状况准许后方能对该设备进行控制。

实现了红柳林煤矿电力系统运行管理和用电计量智能管理功能。通过对电力系统各设备运行参数、状态和运行过程进行管理，建立了电力系统运行参数、曲线、柱状图、控制修改过程、预警报警记录等综合显示和管理功能，可分时间、班组、任意方式的统计和查询。实现了对电力系统各设备用电量实时抄录，自动对电力系统各设备，各用电部门、各用电区队、用电盘区等用电量数据的采集，通过用电量变化曲线和用电量使用用途等方式可查询生成任一时间段、任一班组、日、月、年等数据的统计和相应曲线，生成各种用电考核报表，有效掌握红柳林煤矿用电情况[17]。

4 红柳林煤矿智能无人值守系统应用

通过智能化无人值守系统的设计和应用，实现固定岗位无人值守，集约化可视化的管理，减少井下作业人员，提高设备利用效能，节约大量的资金成本，可保障煤炭资源安全高效协调开采，同时创造良好的经济效益。本次无人值守系统设计时考虑到各系统之间数据的互联互通，不是针对单独一个系统的无人值守设计，将所有无人值守系统进行了系统融合和数据的互联互通，消除了无人值守系统的信息孤岛，与矿井数字化矿山紧密融合，实现了无人值守系统和矿井数字化矿山整体系统的综合应用。考虑了系统故障时的应急报警及处理方法，为建设两化深度融合型智能矿山，打造中国煤炭工业升级版企业提供基础，有利于实现绿色安全高效开采，创造良好的社会效益。无人值守系统的应用实现了全员工效提高12%，设备利用率提高18%，产能提高16%，井下中央变电所、南一盘区2号变电所、井下主排水泵房、压风机等多处无人值守有人巡视升级改造，减少相关作业人员25人。各智能无人值守系统运行稳定可靠取得了良好的使用效果。

5 结 语

为实现红柳林煤矿数字化矿山建设成为国内一流智能化矿井，达到国内一流世界领先的现代化矿井奠定了基础。通过对固定岗位无人值守的设计和应用，可推广应用至陕煤集团其他矿区，可以节约大量资金。为促进煤炭行业无人值守、智能生产、绿色生产技术发展和进步，为打造中国煤炭工业升级版贡献力量。

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