三机数字孪生平台

项目概述

基于煤矿综采工作面的环境以及设备进行1:1三维建模，对目前在运行的液压支架、采煤机、刮板机中的现场各种传感器数据、运行的历史数据、自动化控制系统、MES系统等数据，通过虚拟现实、三维建模技术，构建一套实时在线运行的三维综采工作面，在虚拟空间完成动态数据、动作姿态、生产流程映射、远程控制等，从而反映煤矿厂区实际生产的全过程。并可以自由视角在全局与测控点(部位)之间进行状态或参数的读取，并结合各个参数的性质分别以曲线、表格等形式进行实时显示、存储与历史数据调用等，可以在浏览器浏览综采工作面的工作状态。

应用场景描述

应用场景：综采工作面。

运维人员通过点击系统地图，可以对工作面的任何位置进行快速定位查看，也可以通过高空视角查看现场的实时虚拟三维场景的工作状态。在配套的数据面板上，系统集成了实时的生产数据及监控数据，并向对应设置预警阈值，方便运维人员进行综合分析使用。一些资产数据、统计数据也可以接入到平台中来，方便各类管理人员掌握全局信息。平时在运维过程中，运维人员可以利用场景中具有三维坐标属性的虚拟标签进行快速巡检，对各类设备的实时状态数据进行快速检索和监控，点击一个设备即可查看基本信息、维保信息等文件和数据;而一旦出现设备报警，虚拟场景中的设备将会“贴上”表示故障的动态标识，运维人员只需点击故障标签就可以快速跳到具体的位置，还可以调取各个位置摄像头的实时画面进行比对排查故障。现场维修人员，得到系统推送的维修通知可前往维修。

在虚拟煤矿厂区中，通过各种数据的集成管理可以预先对运维人员进行各种场景的培训。

系统技术架构

系统功能

1、三维建模

3D场景建模

基于GIS地理信息系统和厂区设备相对位置坐标，完成能够如实反映建筑、设备实体关系，所有设备、设施的三维模型。建模范围包括综采工作面所有管辖区域的设备、管线(含地下)、框架等场景的建设，要求建模精度小于1mm，实现实景视点操作、对象定位、平移和旋转等功能。系统可以定位设备机械部件的三维物理位置、进行参数配置以及运行状态查看。建模设备可缩放，放大时能展示设备所有细节，系统可支持使用单位灵活调用模型，灵活修改设备工艺、设备属性、关键指标、动态色彩等。建模范围包含但不限于以下内容：

1. 综采三机装备运动学模型构建

1) 建立虚拟液压支架升降运动关系模型;

2) 建立虚拟液压支架护帮板的折叠、展开运动数学模型;

3) 建立虚拟液压支架推动刮板输送机运动的数学模型;

4) 建立虚拟采煤机的运动关系模型;

5) 建立虚拟采煤机滚筒运动的数学模型;

6) 建立虚拟刮板输送机的运动模型;

2. 装备运动时序仿真

基于实际生产工艺的装备工作时序控制逻辑，完成相应的虚拟装备的操作仿真。

3. 采场环境搭建

1) 包含围岩、煤体物性的工作面生产空间模型构建，即建立整个工作面顶板、底板、煤壁及两巷的空间模型;

2) 实现采场环境的多观测视点的设置、控制以及全局/局部的场景切换。

2、开采过程三维动态仿真

使虚拟环境中的生产仿真与现实中的生产无缝融合，利用数字孪生工厂的灵活优势，提高生产的透明化程度

实现在三维环境下动态展示全厂生产状态，并以自由视角方式方便地观测被测控点(部位)的状态或参数;系统要求与现有集控系统、监控系统、设备故障检测系统、设备润滑管理系统、信息管理系统的实时数据库进行动态交互，实现数据的共享互通，实现相关联业务数据的综合分析，集成现场实时生产、安全、设备信息，实现全厂设备运行状态的3D展示、场景漫游，故障定位，设备巡检、设备参数的实时调用，设备报警的实时提醒等功能;将物理对象与虚拟对象进行映射，实现仿真软件中模型状态同真实设备数据更新实时同步，真正监控到智能工厂的真实运行情况，做到数字孪生中的以虚控实目标。

3、设备管理

系统能快速搜索、定位目标设备，定位设备机械部件的三维物理位置、进行参数配置以及运行状态查看。设备可缩放，放大时能展示设备所有细节，包含设备属性、关键指标、动态色彩等。能够对重点设备运行数据分析，包含设备故障预警与故障解决方法、生产过程工时统计、设备能耗数据分析、设备配电数据统计分析、设备在线状态数据检测等。

4、故障预警

提供各种检测系统的实时报警信息，系统能自动统计出历史的报警记录，可根据级别、类别、日期等条件统计和查询历史报警和故障信息。

5、数据统计分析

系统提供柱状图、趋势图、同环比等多种数据展示形式，多角度分析生产数据。可以灵活的选择数据源进行实时查看和历史数据的对比，助力生产管理数据分析。

6、三维场景动态标识功能

在三维场景中设置动态标识，表明需要进行维修的位置与危险位置，推送维修任务。

与现有煤矿厂区系统中的排查管理、设备巡检管理结合，动态标识可以根据情况进行动态更新，并根据管理系统排班情况推送维修指令。

7、登录权限分级(三级)

系统以集团管控层、厂区管理层、岗位运维层三级角色属性设计相关权限，赋予相应功能，避免用户在多个系统中反复进行登录。

系统须具备基于小时、日、月、季度、年度的日历事件管理调度功能，可自定义日常控制和类似假期的事件响应;

系统须提供源数据的质量戳、时间戳识别技术，对不正常数据自动告知用户。系统具备日志诊断功能，进行系统操作责任化、事故追忆数据化。

系统需要适应多种屏幕尺寸且无失真现象。