針對當(dāng)前煤礦機(jī)電模型因歷史標(biāo)準(zhǔn)缺失導(dǎo)致的建?；靵y、屬性劃分粒度粗、模型擴(kuò)展性不足等問題，基于分層分類建模方法，結(jié)合神東煤炭集團(tuán)井下設(shè)備特征，構(gòu)建了智慧礦山標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)電數(shù)據(jù)模型。該模型采用公共信息-擴(kuò)展信息-組合信息的公共模型為基礎(chǔ)單元，通過差異化擴(kuò)展屬性集的邏輯疊加，構(gòu)建重組的輕量化迭代。在烏蘭木倫煤礦的實(shí)踐中，動態(tài)適配的機(jī)電模型，解決了粗粒度傳統(tǒng)模型無法實(shí)現(xiàn)的跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合問題，驗(yàn)證了在解決模型碎片化、提升多源異構(gòu)設(shè)備兼容性方面的有效性。

文章來源：《智能礦山》2025年第12期“學(xué)術(shù)園地”欄目

第一作者：張旭鋒，主要從事煤礦數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編制等方面的相關(guān)研究工作。E-mail：996010245@qq.com

作者單位：國能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司

引用格式：張旭鋒，郝選平.智慧礦山機(jī)電標(biāo)準(zhǔn)模型模塊化復(fù)用方法分析與應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(12):68-73.

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煤礦作為能源產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵支柱，生產(chǎn)流程高度依賴于機(jī)電設(shè)備的協(xié)同作業(yè)。從井下開采到地面運(yùn)輸，機(jī)電設(shè)備構(gòu)成了覆蓋全流程的智能化體系，集成了通信、傳感、控制等上百個子系統(tǒng)，構(gòu)成了龐大且復(fù)雜的智能化體系，機(jī)電設(shè)備在提升煤礦生產(chǎn)效率及確保作業(yè)安全方面扮演著核心角色。煤礦井下復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境給煤礦機(jī)電管理帶來了新的挑戰(zhàn)。

由于歷史遺留問題和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失，以往煤礦機(jī)電設(shè)備的數(shù)據(jù)模型缺乏統(tǒng)一性，各廠商數(shù)據(jù)命名不規(guī)范，嚴(yán)重阻礙了數(shù)據(jù)在跨設(shè)備、跨品牌、跨系統(tǒng)乃至跨項目間的流通與共享。新型傳感器與智能系統(tǒng)擴(kuò)展了井下數(shù)據(jù)采集的廣度與深度，但數(shù)據(jù)模型更加復(fù)雜多變，進(jìn)一步加劇了當(dāng)前煤礦機(jī)電數(shù)據(jù)模型的混亂狀況，使其難以適應(yīng)智能化、自動化的發(fā)展趨勢，無法滿足復(fù)雜環(huán)境下的智能控制與協(xié)同控制需求。

因此，建立涵蓋定義、操作、應(yīng)用等多層面、適用于現(xiàn)代智慧礦山煤礦企業(yè)的煤礦機(jī)電模型，確保數(shù)據(jù)的完整性、流通性、共享性，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)與管理的融合應(yīng)用，已成為煤礦企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵舉措。通過深入探究煤礦機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性，創(chuàng)新數(shù)據(jù)建模方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以打破數(shù)據(jù)壁壘，促進(jìn)信息融合，為煤礦智能化可持續(xù)發(fā)展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

煤礦機(jī)電建?，F(xiàn)狀

在我國煤礦物資編目與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)領(lǐng)域，經(jīng)過多年的深入探索與實(shí)踐積累，已經(jīng)奠定了煤礦機(jī)電模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理的堅實(shí)理論基礎(chǔ)。MT/T 154.1—2011《煤礦機(jī)電產(chǎn)品型號編制方法第1部分：導(dǎo)則》與MT/T 154.2—2019《煤礦用機(jī)電產(chǎn)品型號編制方法第2部分：電器產(chǎn)品型號編制方法》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了煤礦機(jī)電產(chǎn)品的型號編制，明確了設(shè)備的命名規(guī)則與編號體系。以上標(biāo)準(zhǔn)主要聚焦于設(shè)備宏觀層面，尚未深入機(jī)電設(shè)備各部件及動作的標(biāo)準(zhǔn)化描述，缺乏機(jī)電模型構(gòu)建。

由于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)未構(gòu)建完整的機(jī)電模型，難以有效指導(dǎo)復(fù)雜的協(xié)同開采和遠(yuǎn)程開采操作，無法適應(yīng)智能工作面建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，不能滿足煤礦機(jī)電設(shè)備多協(xié)同作業(yè)的精細(xì)管理需求。為了填補(bǔ)此空白，國能神東煤炭集團(tuán)制定了NB/T 11118《煤礦綜采工作面機(jī)電設(shè)備EtherNet/IP通信接口和協(xié)議》系列標(biāo)準(zhǔn)，全面規(guī)范煤礦綜采工作面機(jī)電設(shè)備的EtherNet/IP通信機(jī)制。

NB/T 11118系列標(biāo)準(zhǔn)的第1部分概述了通信的各層級架構(gòu)，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層及應(yīng)用層，并明確規(guī)定了設(shè)備的安全性要求及數(shù)據(jù)類型；第2部分至第11部分分別針對擴(kuò)展對象庫、采煤機(jī)、液壓支架、供液系統(tǒng)、刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)、移動變電站、低壓交流真空饋電開關(guān)、多回路低壓交流真空電磁起動器以及照明信號綜合保護(hù)裝置等關(guān)鍵設(shè)備，深入細(xì)致地規(guī)定了其設(shè)備對象模型構(gòu)成、對象接口設(shè)計以及訪問規(guī)范。推出此系列標(biāo)準(zhǔn)，為煤礦行業(yè)提供了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈镔Y分類與編碼體系，更為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理提供了有益參考。NB/T 11118系列標(biāo)準(zhǔn)在煤礦機(jī)電模型標(biāo)準(zhǔn)化方面取得了顯著進(jìn)展，但仍存在若干亟待改進(jìn)的問題，主要包括以下3個方面。

（1）設(shè)備分類與編碼體系的精細(xì)度有待進(jìn)一步提升，以適配更高精度的機(jī)電模型構(gòu)建需求。

（2）現(xiàn)有模型對特有擴(kuò)展模型及屬性集的描述不夠充分，且屬性集劃分粒度較粗，難以支撐物模型以“搭積木”方式模塊化構(gòu)建，導(dǎo)致此標(biāo)準(zhǔn)在普適性和擴(kuò)展性方面存在明顯局限。狀態(tài)字、故障字及報警字的描述不夠全面，難以準(zhǔn)確反映設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)；缺失實(shí)例編碼表與組合編碼信息，降低了標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性和可操作性。

（3）方法集組合信息空白、設(shè)備配置信息描述不足，以及對最新傳感器等擴(kuò)展功能的缺失，使得現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)難以全面滿足企業(yè)內(nèi)部智能化煤礦協(xié)同開采和遠(yuǎn)程開采的實(shí)際需求。

以上問題制約了標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，我國煤礦行業(yè)急需一套更為全面、實(shí)用、靈活且可擴(kuò)展的機(jī)電設(shè)備模型，以支撐煤礦機(jī)電設(shè)備的多協(xié)同操作與遠(yuǎn)程操控。

建模方法理論

2.1 物模型設(shè)計整體框架

通過完整描述礦山行業(yè)機(jī)電設(shè)備有價值的信息，并抽象為礦山機(jī)電設(shè)備物模型，信息包括了公共信息、擴(kuò)展信息、組合信息。通過對公共信息、擴(kuò)展信息進(jìn)行模型分類，對設(shè)備模型實(shí)例化，以及3類信息按照一定規(guī)則進(jìn)行組合，即可完成對設(shè)備的抽象描述，公共信息、擴(kuò)展信息、組合信息類信息的說明框架如圖1所示。

圖1 公共信息、擴(kuò)展信息、組合信息類信息的說明框架

（1）設(shè)備信息構(gòu)成

設(shè)備由公共信息和擴(kuò)展信息組成，公共信息用于定義所有設(shè)備模型的通用屬性集，例如設(shè)備的名稱、生產(chǎn)廠商、狀態(tài)、版本信息等，以及設(shè)備聯(lián)網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)屬性集、位置信息的位置屬性集等；擴(kuò)展信息用于描述設(shè)備模型品類特有狀態(tài)和功能的屬性集，公共信息和擴(kuò)展信息的關(guān)系如圖2所示。

圖2 設(shè)備包含的信息說明

（2）設(shè)備組合信息

設(shè)備模型定義了組合信息，即公共信息和擴(kuò)展信息中定義的某些屬性的自由組合，用于提高設(shè)備間的互操作效率。組合信息的定義由具體設(shè)備品類決定，為可選信息，即某些設(shè)備品類可不定義組合信息，可將擴(kuò)展屬性中需要同時讀取或者同時控制的屬性按照一定的順序組合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效、有序處理，組合信息的屬性描述結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 組合信息屬性描述

2.2 物模型設(shè)計原則：組合與復(fù)用

（1）模型（屬性集/方法集）是設(shè)備中具有共同特征的信息抽象集合。模型由屬性、方法組成，屬性是指由設(shè)備模型收集的狀態(tài)數(shù)據(jù)等；方法是指對象執(zhí)行的操作或者命令（可攜帶請求參數(shù)和響應(yīng)參數(shù)）。

（2）不同設(shè)備中可以共用模型，模型的抽象按照一定的最小功能集搭建，整體設(shè)備由多個模型積木搭成。礦用掘錨機(jī)截割電機(jī)、液壓支架電機(jī)、刮板輸送機(jī)電機(jī)可共用1個模型電機(jī)，模型復(fù)用示意如圖4所示。

圖4 模型復(fù)用示意

（3）模型中屬性排列按照一定特征區(qū)分，例如實(shí)時數(shù)據(jù)和非實(shí)時數(shù)據(jù)、控制類和非控制類、具體業(yè)務(wù)類（溫度采集放一起）。

屬性是設(shè)備中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)或關(guān)系等，體現(xiàn)對設(shè)備中特定模型的專業(yè)抽象描述。屬性可分為靜態(tài)屬性和動態(tài)屬性，靜態(tài)屬性是對設(shè)備模型靜態(tài)性質(zhì)及關(guān)系的概括描述，一般與設(shè)備實(shí)體描述相關(guān)，如形狀、大小等；動態(tài)屬性是對設(shè)備模型動態(tài)性質(zhì)及關(guān)系的描述，一般與環(huán)境、業(yè)務(wù)描述相關(guān)，如溫度、速度等。原則是一個屬性描述一個完整的設(shè)備模型數(shù)據(jù)、狀態(tài)、關(guān)系等。所有模型（屬性集）中屬性的排列建議按照統(tǒng)一特征區(qū)分：靜態(tài)、動態(tài)、實(shí)時、非實(shí)時、控制類、非控制類，預(yù)留好擴(kuò)展位置。

功能維度是指屬性集按照讀/寫服務(wù)集合；方法集（命令）/組合屬性（訂閱/發(fā)布）按照具體的業(yè)務(wù)場景制定。從功能維度將標(biāo)準(zhǔn)部件按照“搭積木”式思路組合成設(shè)備，模型組合與復(fù)用示意如圖5所示。

圖5 模型組合與復(fù)用示意

建模方法應(yīng)用

3.1 機(jī)電模型構(gòu)建

通過公共信息-擴(kuò)展信息-組合信息的分層分類建模方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備屬性的靈活配置，結(jié)合國能神東煤炭集團(tuán)煤礦智能化需求，構(gòu)建了由8大核心模塊組成的機(jī)電模型體系。總體要求模型作為基礎(chǔ)框架，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)類型與通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化；供電設(shè)備公共模型提煉通用屬性集與方法集，支撐模塊化復(fù)用與設(shè)備協(xié)同控制；針對饋電開關(guān)、高壓真空開關(guān)等關(guān)鍵設(shè)備，采用差異化屬性集與組合編碼策略進(jìn)行建模，形成積木式功能單元，移動變電站與照明綜保等模型通過集成電能質(zhì)量分析、故障診斷等擴(kuò)展屬性集，驗(yàn)證了動態(tài)屬性集在復(fù)雜工況下的適應(yīng)性。

該體系通過屬性集的標(biāo)準(zhǔn)化劃分（靜態(tài)/動態(tài)、實(shí)時/非實(shí)時）與方法集的積木式構(gòu)建方法（例如共用電機(jī)模型），實(shí)現(xiàn)了多品牌設(shè)備的統(tǒng)一接入與高效協(xié)同，形成可擴(kuò)展的模塊化模型庫，滿足設(shè)備聯(lián)動控制與遠(yuǎn)程運(yùn)維需求。供電模型組合復(fù)用如圖6~8所示。其中，圖6為供電回路公共屬性集（部分）界面，為供電設(shè)備的公共屬性，圖7為高壓真空開關(guān)的特殊屬性集界面，圖8為高壓真空開關(guān)基于積木式構(gòu)建方法構(gòu)建的組合屬性集界面。在國能神東煤炭集團(tuán)的實(shí)際部署中，標(biāo)準(zhǔn)化編碼與動態(tài)配置方法，為煤礦智能化運(yùn)維提供了“即插即用”的技術(shù)支撐，有效提升了設(shè)備協(xié)同效率與智能化管理水平。

圖6 供電回路公共屬性集（部分）界面

圖7 高壓真空開關(guān)特殊屬性集（部分）界面

圖8 高壓真空開關(guān)上行模擬量組合信息編碼表（部分）界面

3.2 機(jī)電模型適配

基于構(gòu)建的機(jī)電物模型，在國能神東煤炭集團(tuán)烏蘭木倫煤礦（簡稱烏蘭木倫煤礦）井下進(jìn)行了實(shí)際場景適配，驗(yàn)證了模型在不同工況下的適用性和協(xié)同能力。針對煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境與多樣化設(shè)備需求，通過動態(tài)加載技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了模型的靈活適配，確保不同類型、不同廠家設(shè)備在統(tǒng)一模型框架下的高效協(xié)同。在供電、監(jiān)控等不同場景下，機(jī)電物模型根據(jù)實(shí)際需求動態(tài)調(diào)整屬性集和方法集，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的數(shù)據(jù)互通、精準(zhǔn)控制和協(xié)同控制。機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一裝備應(yīng)用-設(shè)備中心界面如圖9所示，機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一裝備應(yīng)用-設(shè)備操作遙控界面如圖10所示，機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一裝備應(yīng)用-設(shè)備庫界面如圖11所示。

圖9 機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一裝備應(yīng)用-設(shè)備中心界面

圖10 機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一裝備應(yīng)用-設(shè)備操作遙控界面

圖11 機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一裝備應(yīng)用-設(shè)備庫界面

圖9—圖11表明：構(gòu)建的機(jī)電模型有效適配煤礦機(jī)電設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)基于場景的協(xié)同控制，該模型通過動態(tài)加載和靈活配置，成功應(yīng)用于煤礦井下的多樣化設(shè)備中，滿足了不同場景下的控制需求。

總 結(jié)

（1）提出分層分類建模體系，構(gòu)建基礎(chǔ)-擴(kuò)展-組合的3級屬性架構(gòu)，基礎(chǔ)屬性通過原子化拆分實(shí)現(xiàn)底層標(biāo)準(zhǔn)化；擴(kuò)展屬性依據(jù)設(shè)備功能細(xì)化粒度，打破傳統(tǒng)屬性耦合限制；組合屬性采用動態(tài)編碼規(guī)則實(shí)現(xiàn)多屬性協(xié)同。

（2）通過模塊化復(fù)用方法，以供電設(shè)備通用模型為基礎(chǔ)，疊加差異化擴(kuò)展屬性集，生成8類動態(tài)適配模型。烏蘭木倫煤礦實(shí)踐表明，該體系有效解決傳統(tǒng)粗粒度模型無法實(shí)現(xiàn)的跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合問題，顯著提升設(shè)備兼容性。

（3）未來研究將深化機(jī)電模型標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，細(xì)化設(shè)備分類編碼體系，補(bǔ)充特有擴(kuò)展模型及屬性描述，強(qiáng)化狀態(tài)字、故障字、報警字定義，完善實(shí)例編碼表與組合編碼規(guī)則，為煤礦智能化發(fā)展提供系統(tǒng)性支撐。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊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。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報道等。

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