煤炭是我国的主要能源，煤炭产业是我省的支柱产业，煤炭生产的安全问题是我国采煤业几十年发展过程中长期伴随的问题。许多煤炭生产企业只顾追求企业利益，不遵守国家相关的法律法规、行业规定以及操作规程，不顾井下工人的安危，偷采、盗采、超能力生产现象屡禁不止，将安全生产的观念抛在脑后，从而导致了许多煤矿事故的发生。各地方煤矿监管部门希望通过对煤炭产量实施监控，进而加大对煤矿生产环节的管理力度，以避免因人为超能力、超定额生产所引发煤矿事故，同时为了提高税收征管质量和工作效率，控制煤矿超能力生产，促进煤矿安全状况稳定好转。日前，煤炭产量监测已受到煤矿监管部门的重视，山西省以省政府令的形式发布《山西省煤炭产量监控系统管理规定》，对煤矿产量进行严密“监控”。本文北岭煤业公司产量监控系统为研究对象，通过分析原有产量监控系统存在的问题，对现在比较新进的基于原理的产量监控系统进行了研究，并对北岭煤业产量监控系统进行了升级改造，改造后系统功能齐全、稳定，为北岭煤业的安全生产提供坚强的保障。
1、北岭煤业产量监控系统现状
北岭煤业目前使用的产量监控系统是ICS-ST矿用电子皮带秤管理系统，该产量监测系统通过在井下三部皮带机尾安装称重传感器及监控分站，将皮带产量数据通过通讯电缆传输到监控分站，监控分站再通过线缆传输到地面指挥中心，该系统系统存在数据源单一，主站通信中断、断电会导致系统不产生数据；系统缺少数据异常报警功能；前端采用模拟传感器，无法实现对称重传感器单路采集及自诊断；系统采用RS232通信方式，传输效率较低、通讯距离短；系统缺少对煤矿调校维护、记录、管理、报警等功能；以及原/毛煤折算系数动态管理，参数管理等功能；系统缺少对数据的加密处理；产量监测系统存在使用环境恶劣、标校不及时等情况导致产量监测系统上传的数据不准确等一系列问题，现已不能满足煤矿监管部门及公司对原煤产量的实时监控需求。
本次针对以上存在的问题，对系统进行升级，通过现场硬件设备对煤矿产量进行源头动态称重计量、摄像监控，通过网络通讯传输技术传到数据中心计算机，进行集中数据存储、管理，并根据产量或销量进行管理。实现煤矿产量的在线监测和记录，将实时产量、设备状态发送到指定的计算机上，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”实现数字矿山的目标。煤炭产量监测系统升级改造后实现数字化升级、并能够通过应用AI分析技术、大数据分析技术完成对产量监测数据的综合采集和分析，确保产量数据的实时性、一致性和准确性。
2、产量监控系统总体设计
2.1系统总设计框图
图1 系统总设计框图
2.2 产量监控系统硬件组成
该煤炭产量远程监测系统由现场监测装置和主站及其他必要设备组成。
该系统中，硬件系统主要包括安装在206皮带栈桥的现场监测装置主要包括ICS-1500-XF(A)皮带秤体、GZD500矿用称重传感器、GZC19.7矿用本安型振动传感器、GKT3L(A)矿用设备开停传感器、YHC18矿用本安型信号采集器、KDW127/12(B)矿用浇封兼本安型稳压电源、KJ 219-F1矿用本安型产量数据采集分站、GSH8(A)矿用速度传感器、KBA12(B)矿用本安型摄像机，安装在筒仓的iDS-TCM4SJ-C1型AI摄像机(负责车辆出入管理)、DS-TCG20Y-WS型AI摄像机(负责车辆过磅抓拍)、DS-2XA824X-MZAI摄像机(负责车辆物料识别)、DS-2CD232Q-MZ室内半球摄像机(负责磅房内监测)，安装在35KV变电站的YGSJ-DSM-F电力能效集中器、SJ-PEMT电力能效监测终端，安装在机房的IPC-810E监控主备机、SJ-002 声光报警器、YGSJ-A1 智能分析终端、S5024PV5-EI 交换机、SDW-R-B1100D-1K型VPN设备等。
监测装置的计量部分是电子皮带秤，其秤架采用全悬浮方式，由4个称重传感器将秤架悬挂在固定的钢梁上，皮带上的煤重通过称重传感器转化为0～10mV的电压信号，并通过信号电缆传送到矿用本安型分站中经 A/D 转换器转换为数字量。速度传感器的轮压在回程皮带上，当轮子转动时，带动速度传感器内部的线圈切割磁感线产生电压脉冲，然后脉冲信号串接入矿用本安型分站处理。矿用本安型分站由矿用隔爆兼本安电源供电。另外，矿用本安型分站和矿用隔爆兼本安电源的盒体内分别装有开停传感器，用于监测这两个设备盒盖的开启/闭合状态。隔爆摄像仪安装在皮带秤的上方，用来监测现场计量设备的工作和运行情况。智能分析终端通过RS485协议接收来自矿用本安型分站处理完毕的数据 （包括称重数据、皮带速度和开关量输入），经由矿用信息传输接口传输给称重显示控制器进行运算处理。机柜的前门和后门装有开关传感器，并接入到矿用信息传输接口的开关量输入端子。因此，矿用信息传输接口传输给称重显示控制器的数据包含皮带秤的称重数据、皮带的速度信息、现场分站和电源的设备盒盖的开合状态以及主站机柜前门和后门的开合状态。机房网络硬盘录像机通过同轴电缆和视频信号避雷器与隔爆摄像仪连接。所有监控录像都由网络硬盘录像机来存储和管理。称重显示控制器将所有煤炭产量远程监测系统需要监控的信息加密后通过煤炭专网传输到监控中心服务器，并通过煤炭产量远程监测系统上位机网页显示给监控人员。煤炭产量远程监测系统的主站和现场监测装置的电源完全由24h不间断电源提供，在外部停电的情况下，不间断电源可保证系统正常运行 4 h 以上
2.3 产量监控系统软件设计
煤矿产量远程监控中心站软件主要采用visual c++软件开发平台进行开发，数据存储采用数据库SQL SERVER 2020。
煤矿产量远程监控系统由地面数据采集控制服务，通信接口装置、井下传感器，煤矿产量远程监控中心站软件组成。主要完成煤炭重量的原始据的采集、分析统计和称重传感器的工作状态的监控。
煤矿产量远程监控中心站软件主要由页面编辑、列表监测、查询、报表、模拟图、设备配置、系统配置、综合分析、帮助九个模块组成，每个模块下还有子模块，实现了对产量、电量等信息的实时监测和报警等功能。如图所示：
图2产量监控系统管理页面
3 功能实现
3.1 数据采集及显示功能
(1)系统具有实时采集煤矿原产量监测系统的各项数据的功能，如实时产量、皮带秤运行速度、实时视频图像等。
(2)系统具有实时采集煤矿主要用电关口(包括煤矿总关口、井下供电关口、主运输设备供电关口等)的电压、电流、有功、无功、功率因数、谐波等数据的功能。
(3)系统通过与磅单管理系统对接，实时采集煤矿的物料类型、汽车销量等。
(4)系统具有调校维护操作记录查询、上传、显示功能。
3.2 实时报警功能
系统具有异常信息报警功能。包括煤矿超产报警、用电异常报警、计量产量与用 电异常报警、计量产量与产运销数据异常报警、系统参数、设备参数修改报警、设备
故障报警、设备断电报警等。(系统参数、设备参数修改报警功能、设备故障报警功能、设备断电报警功能等需原系统具备才能实现)
3.3 查询功能、图形显示功能
系统具有煤矿产量、销量、库存、用电量、能耗比、过磅车辆信息等数据显示查询功能，并能通过列表、柱状图、曲线图等方式显示。
图3产量监控系统管理页面
3.4 统计报表功能
系统具有统计功能并能按需生成相应报表。包括：煤矿产量班日月年产量、煤矿 产运销数据班日月年、煤矿主要关口用电量班日月年对比统计、煤矿吨煤耗电量、运输车辆信息等。
图4 产量监控系统管理页面
3.5 综合分析功能
(1)系统具有机器学习功能，通过学习分析找出计量设备产量与用电量的关系，在出现异常偏差时，实时提醒用户及时检查处理，从而杜绝设备计量不准现象。
(2)系统通过对煤矿煤炭产量、煤矿用电量等数据进行分析，为煤矿提供峰谷 平用电情况、设备峰谷平用电情况、煤矿电能质量(需与电力能效监测终端配合使用) 等分析报告，并通过系统具有的专家分析功能为煤矿提供合理的节能降耗建议方案、设备改造建议方案等。
(3)系统通过安装振动传感器，实现皮带运行状态的在线监测以及电机故障预诊断功能。
(4)系统能够通过采集地磅数据的称重、车辆信息等数据和填报的合同数据等 数据来核算企业销量，通过产量监测实时数据与库存增减量数据变化来核算销量数据，并与磅房核算销量数据进行多源对比。
3.6具有数据上传功能
系统具有加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。系统能够按标准要求生成数据并上传。
3.7用电数据采集功能
在煤矿的主要用电关口(包括煤矿总关口、井下供电关口、主运输设备供电关口 等)应安装电力能效监测终端，采集并上传各关口的的电压、电流、有功、无功、功率因数、电量、谐波等数据。
图5 产量监控系统管理页面
3.8 磅房数据采集功能
系统能够通过采集地磅数据的称重、车辆信息等数据和填报的合同数据等数据来 核算企业销量。
3.9摄像机 AI 分析功能
(1)将原有产量监测系统矿用本安型摄像机升级为 AI 摄像机，能够对现场设备运行状态及人员异常行为智能识别分析及报警。
(2)在每台地磅以及煤矿出入口安装AI 摄像机，用于采集车牌号及装载物料等信息。
a.煤矿出口、入口、空车磅、重车磅安装 AI 摄像机，用于车辆车牌识别；
b. 地磅上方安装 AI 摄像仪，智能分析车辆装载情况及所截物品类型的识别；
c.磅房内部安装半球摄像机用于记录工作人员现场工作情况；
3.10 升级计量监测装置
(1)格式规范化、传输数字化
系统主站至地面监控中心应采用以太网传输方式。在主站至中心站数字化传输的基础上，将原有模拟信号传感器升级为数字信号传感器，将传感器至主站升级为数字化传输。
(2)完善自诊断、自评估功能，实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断的内容至少应包括：传感器故障的独立自诊断功能；传感器、主站、电源箱等设备及通信网络的工作状态监测功能；
(3)唯一性识别，系统硬件设备具有唯一性识别功能，实现设备全生命周期管理。
(4)主站具备数据存储、回补功能，当系统通信中断时，主站存储产量，通信恢复正常后，将系统通信中断期间存储数据上传至监控中心。
4、数据传输：
北岭煤业产量监控平台是以实时数据、业务数据、大数据分析应用数据与一体的集成、展示的管控平台。
系统应确保数据获取、融合、传输等过程的可靠性。其中，感知数据是煤矿各项应用的基础和判别依据，可靠的数据获取、融合和传输是保证智能管控平台各项功能正常运行的基础。数据传输通过光缆传输，本系统的稳定性能够达到系统7*24小时运行的稳定率达到95%以上。
5、结语
本系统采用智能仪器仪表技术、工业控制技术、计算机网络技术、软件开发技术相结合的方式，设计并且实现对煤矿产量信息的自动采集、管理、监测功能，可满足煤炭产量监控信息的集成综合传输要求。监控系统的技术性能显著提高，支持多主并发通讯，通讯方式灵活，实时性好，可靠性高，通信速率快，协议标准化，易实现个设备接口的同意、集成和扩充，并且能够很方便地接入上一级的监控系统中，这对煤矿的生产管理具有深远的意义。
参考文献
[1] 徐文举.基于物联网的煤炭产量远程监测系统软件设计[D].太原:太原理工大学,2013.
[2] 吴刚.关于煤矿产量监控系统的设计研究[J].机械管理开发,2020,35(06): 190-191+209.
[3] 苗龙斐.关于煤矿产量监控系统优化设计的研究[J].自动化应用,2020 (04):130-132.
[4] 马丰杰,李丽宏,王淑娟.煤炭产量远程监测系统监控中心的设计与应用[J].软件,2011(2)90-93.
[5] 陈辉,田子建,李敬兆.一种新型煤炭产量监测系统的设计[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2012(4)10-13.
