重大進(jìn)展特刊┃中國(guó)中煤：全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用

重大進(jìn)展特刊

為宣傳推廣煤礦智能化建設(shè)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新成果，發(fā)揮典型示范引領(lǐng)作用，《智能礦山》于2025年第2期策劃出版了《2024年煤礦智能化重大進(jìn)展成果特刊》，刊登代表新時(shí)代煤礦人創(chuàng)造性實(shí)踐和智慧結(jié)晶的11項(xiàng)智能化建設(shè)成果，以饗讀者。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第2期“2024年煤礦智能化重大進(jìn)展成果特刊”

第一作者：孫鵬亮，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)任中煤裝備事業(yè)部（中煤裝備研究院）智能開(kāi)采技術(shù)研發(fā)經(jīng)理，主要從事煤礦智能化成套設(shè)備及控制技術(shù)研發(fā)等相關(guān)工作。E-mail：sunpengl@chinacoal.com

作者單位：中國(guó)煤礦機(jī)械裝備有限責(zé)任公司

引用格式：孫鵬亮，宋振鐸，馬開(kāi)德，等.全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(2)：18-22.

點(diǎn)擊文末左下角閱讀原文，免費(fèi)下載閱讀pdf全文

煤礦智能開(kāi)采技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，存在設(shè)備互聯(lián)互通能力低、通信線纜維護(hù)量大、通信協(xié)議不統(tǒng)一、核心控制器件芯片及操作系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化率低等問(wèn)題，數(shù)據(jù)交互及設(shè)備控制是智能采掘的核心技術(shù)。

中國(guó)煤礦機(jī)械裝備有限責(zé)任公司基于國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)的硬件適配和應(yīng)用開(kāi)發(fā)等底層工作，構(gòu)建了國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)的采掘工作面成套設(shè)備協(xié)同控制體系，解決了綜采工作面設(shè)備間直接數(shù)據(jù)交互的便捷性和穩(wěn)定性問(wèn)題，優(yōu)化基于國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)的綜采工作面智能控制技術(shù)解決方案，研發(fā)出基于國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)礦用工控機(jī)、刮板輸送機(jī)、電液控制裝置等采掘成套產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)煤機(jī)裝備自主可控。

主要研究?jī)?nèi)容

全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統(tǒng)支撐了煤炭行業(yè)成套裝備全棧國(guó)產(chǎn)化裝備的性能提升和技術(shù)發(fā)展，主要包括4個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容。

（1）構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的智能開(kāi)采新體系，解決基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的設(shè)備主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、主動(dòng)連接、主動(dòng)交互。

（2）開(kāi)發(fā)基于國(guó)產(chǎn)芯片、操作系統(tǒng)的礦用防爆主機(jī)、支架電液控制器、刮板機(jī)電液監(jiān)控器等多類(lèi)新產(chǎn)品。

（3）開(kāi)發(fā)基于國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、刮板機(jī)電液監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件，建立設(shè)備交互標(biāo)準(zhǔn)。

（4）形成基于山西亞美大寧能源有限公司晉城市大寧煤礦（簡(jiǎn)稱(chēng)大寧煤礦）綜采工作面的系統(tǒng)化解決方案，并完成井下工業(yè)性試驗(yàn)，各項(xiàng)功能滿足井下實(shí)際工況要求。

關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

2.1 構(gòu)建綜采工作面成套裝備物聯(lián)網(wǎng)體系

全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統(tǒng)構(gòu)建了基于ARM架構(gòu)國(guó)產(chǎn)化芯片適配礦鴻操作系統(tǒng)的綜采工作面物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，突破了以集控為中心的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交互方式，解決了單機(jī)設(shè)備間自主交互的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面成套設(shè)備基于統(tǒng)一物聯(lián)通信協(xié)議的互聯(lián)、互通和協(xié)同控制功能。

通過(guò)國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，首次構(gòu)建綜采工作面成套裝備物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，在物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的礦用設(shè)備通信協(xié)議的設(shè)備模型和交互方式，解決了國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)下采掘各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)獲取、決策控制方式、與集中控制系統(tǒng)交互等難題，基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)系統(tǒng)交互方式如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)系統(tǒng)交互方式

2.2 研發(fā)出國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的系列硬件產(chǎn)品

研發(fā)了基于國(guó)產(chǎn)芯片的PLC、工控機(jī)、礦用集控主機(jī)及綜采工作面刮板輸送機(jī)、液壓支架、采煤機(jī)、供電供液系統(tǒng)等成套監(jiān)控裝置，搭載礦鴻操作系統(tǒng)，構(gòu)建了基于礦鴻操作系統(tǒng)的綜采工作面成套控制系統(tǒng)。

在硬件產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，芯片選型和操作系統(tǒng)適配方面，采用基于ARM架構(gòu)下標(biāo)準(zhǔn)指令集和自有指令集混合設(shè)計(jì)、應(yīng)用的方式，完成了綜采工作面成套裝備硬件核心芯片選型、主板設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、礦用產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，解決了高精度用戶態(tài)時(shí)鐘問(wèn)題。依托硬件提供高精度時(shí)鐘，操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，高精度計(jì)時(shí)功能，可準(zhǔn)確計(jì)算任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制提供了基礎(chǔ)保障，解決了資源時(shí)空分區(qū)問(wèn)題。

多任務(wù)CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)資源使用同系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行隔離，預(yù)留關(guān)鍵任務(wù)資源，解決了指令交互過(guò)程中的關(guān)鍵路徑保障問(wèn)題，優(yōu)化實(shí)時(shí)任務(wù)指令序列，確保任務(wù)處理指令數(shù)和IPC通信時(shí)延，解決了硬件產(chǎn)品與國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)適配性和應(yīng)用場(chǎng)景適配性。硬件設(shè)備滿足國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的使用要求和相關(guān)產(chǎn)品，在不同工況連續(xù)工作的使用要求，基于國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)的硬件產(chǎn)品如圖2所示。

圖2 基于國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)的硬件產(chǎn)品

2.3 研制出綜采工作面成套裝備礦鴻應(yīng)用系統(tǒng)

基于鴻蒙OS開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)了刮板輸送機(jī)等綜采工作面成套裝備礦鴻應(yīng)用系統(tǒng)及控制程序，各系統(tǒng)軟件在物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)設(shè)備分布式控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳、設(shè)備獨(dú)立交互、遠(yuǎn)近實(shí)時(shí)感控、協(xié)同運(yùn)行。

在軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，受?chē)?guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)生態(tài)薄弱等因素影響，各類(lèi)功能都從零開(kāi)始獨(dú)立開(kāi)發(fā)，研發(fā)了全新硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)基礎(chǔ)的單機(jī)軟件監(jiān)控及集中控制系統(tǒng)，解決了基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的集中控制系統(tǒng)與各子系統(tǒng)功能融合問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)及開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件界面如圖3所示。

圖3 國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)及開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件界面

2.4 構(gòu)建了工作面有線、WiFi6及5G混合組網(wǎng)

構(gòu)建了基于礦鴻操作系統(tǒng)的工作面有線、WiFi6及5G混合組網(wǎng)，攻克了綜采工作面單機(jī)設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量主動(dòng)識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)鏈路自動(dòng)切換、移動(dòng)設(shè)備近場(chǎng)連接的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面各設(shè)備多鏈路、大帶寬、低時(shí)延、廣連接，為工作面設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸提供保障，工作面有線、WiFi6及5G混合組網(wǎng)方式如圖4所示。

圖4 工作面有線、WiFi6及5G混合組網(wǎng)方式

2.5 開(kāi)發(fā)了礦鴻操作系統(tǒng)管理平臺(tái)

礦鴻操作系統(tǒng)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了用戶和權(quán)限管理、設(shè)備管理、授權(quán)管理、日志管理、安全憑據(jù)管理等功能，解決了設(shè)備遠(yuǎn)程在線升級(jí)的技術(shù)難題，提高了系統(tǒng)、應(yīng)用軟件更新的高效性、便捷性、安全性和可靠性，礦鴻操作系統(tǒng)管理平臺(tái)界面如圖5所示。

圖5 礦鴻操作系統(tǒng)管理平臺(tái)界面

2.6 研發(fā)了礦鴻手持移動(dòng)駕駛艙

研發(fā)了基于礦鴻操作系統(tǒng)應(yīng)用套件的礦用手持移動(dòng)駕駛艙，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的無(wú)感近場(chǎng)連接，具備對(duì)多類(lèi)設(shè)備的移動(dòng)集中監(jiān)控功能，在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)，對(duì)入網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)一人多崗，移動(dòng)集控功能，礦鴻操作系統(tǒng)的礦用手持移動(dòng)駕駛艙如圖6所示。

圖6 礦鴻操作系統(tǒng)的礦用手持移動(dòng)駕駛艙

應(yīng)用效果

全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統(tǒng)已在大寧煤礦進(jìn)行工程示范及井下工業(yè)性試驗(yàn)，在207工作面部署了整套適配國(guó)產(chǎn)礦鴻操作系統(tǒng)的成套智能化煤機(jī)設(shè)備，包括采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備及控制系統(tǒng)。通過(guò)軟總線、標(biāo)準(zhǔn)礦鴻數(shù)據(jù)通信協(xié)議等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤機(jī)設(shè)備間互聯(lián)互通、相互協(xié)作，智能化運(yùn)行，大寧煤礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用界面如圖7所示。

圖7 大寧煤礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用界面

全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統(tǒng)在大寧煤礦的應(yīng)用，對(duì)基于國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)綜采工作面成套裝備及智能控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、先進(jìn)性和普適性，具有典型的示范意義，主要體現(xiàn)為以下3個(gè)方面。

（1）在煤機(jī)設(shè)備全面國(guó)產(chǎn)化方面，從底層芯片、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、整機(jī)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，解決了“卡脖子”問(wèn)題。

（2）在煤機(jī)裝備數(shù)據(jù)傳輸能力方面，從軟件和硬件角度都提升了煤機(jī)設(shè)備的智能化水平，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，便于設(shè)備交互和集中智能控制。

（3）在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，各類(lèi)設(shè)備及系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，滿足井下復(fù)雜工況環(huán)境要求，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，保障安全、高效、智能開(kāi)采，提升了全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力和綜合水平。

展望

為了更好地服務(wù)煤礦行業(yè)的安全、數(shù)字化、智能化發(fā)展，國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)將會(huì)向支持更多設(shè)備、更廣應(yīng)用、更智能化、更易用方向繼續(xù)發(fā)展和演進(jìn)，未來(lái)發(fā)展方向主要包括3個(gè)方面。

（1）增強(qiáng)分布式軟總線能力，支持200個(gè)以上設(shè)備的組網(wǎng)和傳輸能力，支持更簡(jiǎn)單易用的近場(chǎng)發(fā)現(xiàn)能力。

（2）梳理和定義統(tǒng)一的設(shè)備模型標(biāo)準(zhǔn)，建立行業(yè)統(tǒng)一、通用、可擴(kuò)展的設(shè)備數(shù)據(jù)采集與傳輸生態(tài)，提升智能化系統(tǒng)的交互能力和感知能力。

（3）在高端智能設(shè)備支持端側(cè)人工智能推理框架，滿足機(jī)器人、AI設(shè)備等高端設(shè)備應(yīng)用人工智能技術(shù)。

“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”自 2021年開(kāi)始，至今已舉辦4次，發(fā)布會(huì)吸引了眾多煤礦智能化建設(shè)領(lǐng)域的專(zhuān)家及科研、工程技術(shù)人員，成為展示煤礦智能化建設(shè)成果，交流煤礦智能化科技成果的盛會(huì)。

往期回顧 | 點(diǎn)擊圖片了解詳情

2024年煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)

2023年煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)

2022年煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)

2021年煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤科總院出版?zhèn)髅郊瘓F(tuán)成立于2015年，擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

往期薦讀

• 征稿函┃《智能礦山》面向礦業(yè)領(lǐng)域廣大讀者征集文稿的函

• 歡迎訂閱┃《智能礦山》雜志2025年訂閱開(kāi)始了！

• 行業(yè)聚焦┃2024年煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)成功召開(kāi)

• 《智能礦山》創(chuàng)刊4周年回顧

• 王國(guó)法院士煤礦智能化觀點(diǎn)集錦

• 新書(shū)訂閱 ┃《中國(guó)煤礦智能化發(fā)展報(bào)告（2024年）》（王國(guó)法，劉峰 主編）

往期特刊

中國(guó)煤科特刊

陜煤集團(tuán)特刊

神東專(zhuān)欄

重大進(jìn)展特刊

露天礦特刊

理事會(huì)特刊

紅柳林煤礦特刊

創(chuàng)新技術(shù)特刊

創(chuàng)刊號(hào)

版權(quán)聲明

本刊對(duì)已出版文章持有電子版、網(wǎng)絡(luò)版及進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)交流和與各網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)合作的權(quán)利，稿酬一次性付清，版權(quán)歸本刊與作者共同所有，如不同意，請(qǐng)?jiān)谕陡鍟r(shí)聲明。

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請(qǐng)讀者僅作參考，并自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。若對(duì)該稿件內(nèi)容有任何疑問(wèn)或質(zhì)疑，請(qǐng)立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。