重大進展特刊┃中國中煤：全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統研發及應用

2025年03月21日 09:58 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

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重大進展特刊

為宣傳推廣煤礦智能化建設先進經驗和創新成果，發揮典型示范引領作用，《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展成果特刊》，刊登代表新時代煤礦人創造性實踐和智慧結晶的11項智能化建設成果，以饗讀者。

文章來源：《智能礦山》2025年第2期“2024年煤礦智能化重大進展成果特刊”

第一作者：孫鵬亮，教授級高級工程師，現任中煤裝備事業部（中煤裝備研究院）智能開采技術研發經理，主要從事煤礦智能化成套設備及控制技術研發等相關工作。E-mail：sunpengl@chinacoal.com

作者單位：中國煤礦機械裝備有限責任公司

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

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煤礦智能開采技術在應用過程中，存在設備互聯互通能力低、通信線纜維護量大、通信協議不統一、核心控制器件芯片及操作系統國產化率低等問題，數據交互及設備控制是智能采掘的核心技術。

中國煤礦機械裝備有限責任公司基于國產化操作系統的硬件適配和應用開發等底層工作，構建了國產化操作系統的采掘工作面成套設備協同控制體系，解決了綜采工作面設備間直接數據交互的便捷性和穩定性問題，優化基于國產化操作系統的綜采工作面智能控制技術解決方案，研發出基于國產化操作系統礦用工控機、刮板輸送機、電液控制裝置等采掘成套產品，實現煤機裝備自主可控。

主要研究內容

全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統支撐了煤炭行業成套裝備全棧國產化裝備的性能提升和技術發展，主要包括4個方面的研究內容。

（1）構建基于物聯網體系架構的智能開采新體系，解決基于物聯網體系架構的設備主動發現、主動連接、主動交互。

（2）開發基于國產芯片、操作系統的礦用防爆主機、支架電液控制器、刮板機電液監控器等多類新產品。

（3）開發基于國產操作系統的集中控制系統、支架電液控制系統、刮板機電液監控系統等應用軟件，建立設備交互標準。

（4）形成基于山西亞美大寧能源有限公司晉城市大寧煤礦（簡稱大寧煤礦）綜采工作面的系統化解決方案，并完成井下工業性試驗，各項功能滿足井下實際工況要求。

關鍵技術創新

2.1 構建綜采工作面成套裝備物聯網體系

全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統構建了基于ARM架構國產化芯片適配礦鴻操作系統的綜采工作面物聯網體系架構，突破了以集控為中心的傳統數據交互方式，解決了單機設備間自主交互的系統結構設計問題，實現了綜采工作面成套設備基于統一物聯通信協議的互聯、互通和協同控制功能。

通過國產操作系統的物聯網體系架構，首次構建綜采工作面成套裝備物聯網體系架構，在物聯網體系架構基礎上，建立統一的礦用設備通信協議的設備模型和交互方式，解決了國產操作系統下采掘各子系統間數據獲取、決策控制方式、與集中控制系統交互等難題，基于物聯網體系架構系統交互方式如圖1所示。

圖1 基于物聯網體系架構系統交互方式

2.2 研發出國產操作系統的系列硬件產品

研發了基于國產芯片的PLC、工控機、礦用集控主機及綜采工作面刮板輸送機、液壓支架、采煤機、供電供液系統等成套監控裝置，搭載礦鴻操作系統，構建了基于礦鴻操作系統的綜采工作面成套控制系統。

在硬件產品研發過程中，芯片選型和操作系統適配方面，采用基于ARM架構下標準指令集和自有指令集混合設計、應用的方式，完成了綜采工作面成套裝備硬件核心芯片選型、主板設計、接口設計、礦用產品設計工作，解決了高精度用戶態時鐘問題。依托硬件提供高精度時鐘，操作系統實現，高精度計時功能，可準確計算任務執行的時間，為實現精準控制提供了基礎保障，解決了資源時空分區問題。

多任務CPU、內存、存儲資源使用同系統服務進行隔離，預留關鍵任務資源，解決了指令交互過程中的關鍵路徑保障問題，優化實時任務指令序列，確保任務處理指令數和IPC通信時延，解決了硬件產品與國產操作系統適配性和應用場景適配性。硬件設備滿足國產操作系統的使用要求和相關產品，在不同工況連續工作的使用要求，基于國產化操作系統的硬件產品如圖2所示。

圖2 基于國產化操作系統的硬件產品

2.3 研制出綜采工作面成套裝備礦鴻應用系統

基于鴻蒙OS開發環境，開發了刮板輸送機等綜采工作面成套裝備礦鴻應用系統及控制程序，各系統軟件在物聯網體系架構下實現設備分布式控制，實現數據主動上傳、設備獨立交互、遠近實時感控、協同運行。

在軟件產品開發過程中，受國產操作系統生態薄弱等因素影響，各類功能都從零開始獨立開發，研發了全新硬件設備和操作系統基礎的單機軟件監控及集中控制系統，解決了基于物聯網體系架構的集中控制系統與各子系統功能融合問題，國產操作系統及開發環境軟件界面如圖3所示。

圖3 國產操作系統及開發環境軟件界面

2.4 構建了工作面有線、WiFi6及5G混合組網

構建了基于礦鴻操作系統的工作面有線、WiFi6及5G混合組網，攻克了綜采工作面單機設備對網絡質量主動識別、網絡鏈路自動切換、移動設備近場連接的技術難題，實現了綜采工作面各設備多鏈路、大帶寬、低時延、廣連接，為工作面設備數據傳輸提供保障，工作面有線、WiFi6及5G混合組網方式如圖4所示。

圖4 工作面有線、WiFi6及5G混合組網方式

2.5 開發了礦鴻操作系統管理平臺

礦鴻操作系統管理平臺實現了用戶和權限管理、設備管理、授權管理、日志管理、安全憑據管理等功能，解決了設備遠程在線升級的技術難題，提高了系統、應用軟件更新的高效性、便捷性、安全性和可靠性，礦鴻操作系統管理平臺界面如圖5所示。

圖5 礦鴻操作系統管理平臺界面

2.6 研發了礦鴻手持移動駕駛艙

研發了基于礦鴻操作系統應用套件的礦用手持移動駕駛艙，實現了物聯網體系架構的無感近場連接，具備對多類設備的移動集中監控功能，在任意時間、任意地點，對入網設備進行可視化遠程監控，實現一人多崗，移動集控功能，礦鴻操作系統的礦用手持移動駕駛艙如圖6所示。

圖6 礦鴻操作系統的礦用手持移動駕駛艙

應用效果

全棧自主可控智能化采掘裝備與控制系統已在大寧煤礦進行工程示范及井下工業性試驗，在207工作面部署了整套適配國產礦鴻操作系統的成套智能化煤機設備，包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機等設備及控制系統。通過軟總線、標準礦鴻數據通信協議等技術，實現煤機設備間互聯互通、相互協作，智能化運行，大寧煤礦現場應用界面如圖7所示。