煤礦行業(yè)是我國重要的能源產(chǎn)業(yè)之一，《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》中明確要求：到2035年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)。在煤礦生產(chǎn)過程中，排水系統(tǒng)是保障礦井安全、高效運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而目前該系統(tǒng)仍面臨著諸多難題，亟需進行智能化升級。

01、煤礦排水系統(tǒng)的三大挑戰(zhàn)

安全風(fēng)險高

人工監(jiān)測水位易導(dǎo)致預(yù)警延遲，突發(fā)涌水，難以及時處理，從而引發(fā)淹井事故。

運行效率低

多臺排水設(shè)備獨立運行，缺乏協(xié)同調(diào)度，導(dǎo)致水泵空轉(zhuǎn)或超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。人工控制依賴經(jīng)驗，無法動態(tài)匹配涌水量，造成資源浪費。

能耗成本高

人工巡檢和操作強度大，固定轉(zhuǎn)速水泵能耗高，設(shè)備老化導(dǎo)致效率低下，維護成本很高。

傳統(tǒng)的自動化控制雖然能夠?qū)崿F(xiàn)水位監(jiān)測與遠程操控，但受限于預(yù)設(shè)規(guī)則的決策模式，難以動態(tài)匹配復(fù)雜的工況。為此，海得控制基于煤礦行業(yè)特性，采用先進的AI控制技術(shù)，自主打造“煤礦智能排水調(diào)度方案”，以工業(yè)AI賦能煤礦行業(yè)，有效破解了煤礦行業(yè)面臨的諸多難題。

02、海得AI控制器

工業(yè)AI+PLC+Web SCADA+時序數(shù)據(jù)庫

海得AI控制器以“全棧融合、開放智能”為核心設(shè)計理念，主要面向工業(yè)智能化領(lǐng)域，深度融合多種能力，重新定義工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)邊界。

（1）具備中大型冗余PLC功能，實現(xiàn)排水泵房控制；

（2）具備Web SCADA組態(tài)軟件功能，實現(xiàn)上位組態(tài)畫面監(jiān)視；

（3）具備時序數(shù)據(jù)功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲；

（4）具備工業(yè)AI功能，具備多種庫文件，實現(xiàn)排水場景的關(guān)鍵參數(shù)預(yù)測與多任務(wù)調(diào)度問題。

03、煤礦智能排水調(diào)度方案

海得控制通過深入分析煤礦排水系統(tǒng)的實際需求和挑戰(zhàn)，采用融合了工業(yè)AI模型庫、PLC、Web SCADA、時序數(shù)據(jù)庫等先進技術(shù)的AI控制器，為煤礦構(gòu)建了一個“預(yù)測—決策—執(zhí)行”一體化的智能排水系統(tǒng)。

（1）智能排水系統(tǒng)架構(gòu)

第一步：預(yù)測

基于歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，預(yù)測未來的關(guān)鍵變量，為運籌優(yōu)化提供前瞻性的信息輸入，讓決策從“反應(yīng)式”變?yōu)椤跋戎健薄?/p>

煤礦排水系統(tǒng)的預(yù)測工作主要通過應(yīng)用GRU、Transformer等時間序列模型，將歷史涌水量、工程因素、地質(zhì)因素、環(huán)境及天氣因素進行輸入，從而輸出未來24小時的目標(biāo)維度預(yù)測值。

第二步：運籌優(yōu)化

在較短的時間尺度上，基于約束的基礎(chǔ)上精確執(zhí)行運籌優(yōu)化層下達的“指令”，同時處理實時擾動，將優(yōu)化計劃精準(zhǔn)、安全、高效地落地執(zhí)行。

煤礦排水系統(tǒng)的運籌調(diào)度分三個關(guān)鍵步驟：

首先，建立排水場景模型；

其次，設(shè)定邊界條件約束和獎勵/懲罰目標(biāo)函數(shù)；

最后，運用離散優(yōu)化求解器Hite.Sat來尋找滿足所有條件的最優(yōu)調(diào)度方案。

（2）邊界條件約束，最優(yōu)求解

根據(jù)煤礦排水系統(tǒng)的歷史涌水量及相關(guān)特征維度，預(yù)測未來的涌水量。并設(shè)置多個邊界約束條件，包括移除冗余約束、變量域縮減、合并等價約束、固定隱含變量值以及添加對稱破壞約束等，從而獲得最優(yōu)解。

04、客戶收益

智能化預(yù)測

實時獲取涌水量數(shù)據(jù)，并運用AI模型，接入上下游系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)涌水量、排水量、管網(wǎng)流量等數(shù)據(jù)的智能預(yù)測。

多維度動態(tài)調(diào)度

根據(jù)排水泵房各用電設(shè)備的靜態(tài)參數(shù)，以及通過現(xiàn)場傳感器收集的動態(tài)數(shù)據(jù)，能夠制定出多策略實時動態(tài)調(diào)度計劃（經(jīng)濟優(yōu)先、安全優(yōu)先、效能優(yōu)先）等。

多場景聯(lián)排聯(lián)控

AI模型依據(jù)排水量、涌水量、水泵功率效能和下一級泵房或者污水處理廠聯(lián)動控制。根據(jù)涌水量、排水量24小時預(yù)測，實現(xiàn)排水系統(tǒng)全流程環(huán)節(jié)的聯(lián)排聯(lián)控。

優(yōu)化能源使用效率

根據(jù)電價高峰、低谷時段，配合24小時的涌水、排水預(yù)測，可動態(tài)實現(xiàn)系統(tǒng)“避峰就谷”運行。