纽脉边缘网关·矿山智能化升级、数字化矿山、智能化矿山

 纽脉边缘网关·矿山智能化升级方案

——让基础设施更智能，让运维管理更简单

一、项目背景与现状

1.1 煤矿智能化发展趋势

煤炭作为我国主体能源，其安全高效开采关乎国家能源命脉。当前，煤矿智能化建设已从“可选动作”转变为“必选动作”，国家及地方政府相继出台《煤矿智能化建设指南》《智能化煤矿验收管理办法》等政策文件，要求到2025年底，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化。行业呈现三大趋势：

“无人值守”成为标配

：井下变电所、水泵房、通风机房等固定岗位逐步实现无人化，通过远程监控与自动控制替代人工巡检。

“预测性维护”替代事后维修

：大型设备在线监测与故障诊断系统广泛应用，通过振动、温度等参数实时分析，提前预警设备异常。

“云边协同”成为主流架构

：基于“中心训练、边缘推理”的云边协同架构，实现AI模型在边缘侧实时推理、在云端持续优化，兼顾实时性与智能性。

1.2 张村煤矿现状

汝州市张村煤矿作为区域重点煤矿，已实现采煤机械化，但在智能化升级方面仍有较大提升空间：

安全生产

：井下主要地点仍依赖人工巡检，监控点位分散，存在盲区，“三违”行为难以及时发现制止。

设备运维

：关键设备（主通风机、提升机、皮带机等）采用故障后维修模式，非计划停机时有发生，维修成本高，备件库存压力大。

能耗管理

：供电监测手段单一，电能质量隐患难发现；通风、排水等主要耗能环节控制粗放，能耗偏高。

信息联动

：井下各系统（安全监测、人员定位、通信广播等）相对独立，数据未完全打通，井上井下协同效率低，应急响应慢。

二、痛点分析

基于现场调研与行业对标，张村煤矿智能化升级面临的核心痛点可归纳为以下四个方面：

三、设计目标与原则

3.1 设计目标

本方案以“无人值守、智能自愈、绿色高效”为核心目标，依托广东纽脉电器在工业物联网边缘智能领域的技术积累，为张村煤矿构建覆盖“端-边-云”一体化的智能化升级体系，实现：

安全生产可视化

：关键场所无人值守，异常行为智能识别，风险隐患主动预警

设备运行智能化

：从“事后维修”转向“预测性维护”，设备故障提前预警，非计划停机减少80%

能耗管理精细化

：按需通风、避峰填谷，综合能耗降低20%以上

运

维管理

高效化

：人工巡检减少80%，故障自愈率90%以上，井上井下数据贯通

3.2 设计原则

可靠性优先

：核心部件冗余设计，关键数据

断网续传

，保障系统持续运行

开放兼容

：支持Modbus、OPC UA、MQTT等30+

种工业

协议，兼容现有设备

边缘智能

：AI

算力下沉

至靠近设备的边缘侧，实现毫秒级响应

分步实施

：按照“先易后难、先关键后一般”原则，分阶段推进，但本方案仅从设计层面阐述，不涉及具体实施计划

四、总体架构设计

本方案采用“端-边-云”三级架构，以纽脉“双网双电双平台”核心技术为底座，构建覆盖井下感知、边缘计算、云端管理的完整闭环：

架构说明：

端（感知执行层）

：各类智能传感器、AI摄像仪、智能控制柜、智能电表等，采集环境、设备、电气参数，并执行控制指令。

边（边缘汇聚层）

：边缘计算网关负责数据汇聚、协议转换、AI推理、本地联动控制，支持

断网续传

，实现毫秒级响应。

云（平台管理层）

：智能运维平台实现全局监控、数据分析、远程运维、报表统计，支持多级管理，开放API对接第三方系统。

五、核心解决方案

针对张村煤矿的四大痛点，本方案设计四个核心子解决方案，每个方案均包含详细的技术路径与预期效果。

5.1 井下无人值守与故障自愈解决方案

痛点对应：安全监控盲区、人工巡检效率低、故障响应慢

设计思路：对井下变电所、水泵房、皮带机巷等固定场所实施智能化改造，实现环境自动监测、设备远程控制、故障自愈恢复，达到无人化值守要求。

技术路径：

部署

纽脉

高

防护智能控制机柜

（矿用隔爆型设计），集成以下功能：

环境监测：温湿度、水浸、烟雾传感器实时采集，超限自动告警并联动风机/排水

设备监控：馈电开关、启动器状态实时采集，支持远程分合闸控制

视频联动：开门抓拍、区域入侵触发录像，

联动球

机预置位

智能门禁：智能电子

锁支持

远程授权、开锁记录查询

部署

纽

脉

双网通故障诊断控制器

，实时监测关键网络设备（环网交换机、摄像仪）状态：

支持有线+无线双链路备份，主链路故障50ms内自动切换

当检测到设备离线或网络中断时，自动执行远程断电重启，自愈成功率目标98%以上

所有数据通过边缘计算网关汇聚，上传至智能运维平台

预期效果：

实现变电所、水泵房等固定岗位无人值守，减少井下作业人员30%

故障自愈率98%，网络中断无需人工干预

环境异常主动预警，避免设备损坏

5.2 设备健康诊断与预测性维护解决方案

痛点对应：设备故障后维修、非计划停机损失大、维修成本高

设计思路：对主通风机、提升机、皮带机、主排水泵等关键设备实施在线状态监测，结合AI故障诊断模型，实现从“事后维修”向“预测性维护”转变。

技术路径：

在设备关键部位（电机轴承、减速机、滚筒等）部署

无线振动温度传感器

：

振动采样频率高达1024点/秒，可捕捉早期故障特征

温度监测精度±0.3℃，超温自动预警

部署

纽

脉

边缘计算网关

（集成NPU

算力

3.2TOPS），运行AI故障诊断模型：

模型支持不平衡、不对中、轴承故障、齿轮故障等典型故障模式识别

实时分析振动频谱、温度趋势，输出设备健康度评分（0-100分）

当健康度低于阈值时，自动生成诊断报告并推送预警

边缘网关支持

断网续传

，数据同步至云端进行模型持续优化

预期效果：

设备故障提前1-3个月预警，非计划停机减少80%

设备寿命延长30%，维修成本降低30%

备件管理从“定期更换”转向“状态更换”，库存压力减轻

5.3 能耗精细化管理与智能控制解决方案

痛点对应：供电监测粗放、通风排水能耗高、电能质量隐患多

设计思路：建立井下供电实时监测体系，对通风、排水等主要耗能环节实施按需智能控制，实现节能降耗与电能质量优化。

技术路径：

在中央变电所、采区变电所、主要耗电设备进线侧部署

纽脉

单

/三相在线检测模块

：

实时监测电压、电流、功率、功率因数、谐波畸变率等参数

过压、欠压、缺相、三相不平衡、谐波超标自动告警

分项计量电量，为能耗分析提供数据基础

针对局部通风系统：

部署瓦斯、温湿度传感器，实时感知环境参数

通过

物联控制器

智能联动风机变频器，根据瓦斯浓度动态调节风机转速，实现“按需通风”

在保证安全前提下，通风能耗降低20%-30%

针对排水系统：

接入水位传感器，实时监测水仓水位

基于峰谷电价策略，自动优化水泵启停时间，实现“避峰填谷”运行

建立能耗分析模型，定期生成节能建议报告

预期效果：

综合能耗降低20%以上，年节约电费50-80万元

电能质量实时监测，避免因谐波等问题导致设备损坏

实现能耗数据可视化，支撑精细化管理决策

5.4 安全行为智能识别与联动解决方案

痛点对应：“三违”行为难发现、应急响应慢、多系统联动弱

设计思路：利用井下现有摄像仪资源，部署边缘AI视频分析算法，实现对人员不安全行为、设备异常状态的智能识别，并与广播、照明等系统联动，提升现场安全管控能力。

技术路径：

部署

纽

脉

边缘计算网关

，接入井下摄像仪视频流，运行AI视频分析算法：

人员安全类：未戴安全帽、未穿反光衣、睡岗、离岗识别

区域入侵类：危险区域（皮带巷、采掘工作面）闯入检测

设备异常类：皮带跑偏、异物（大块煤、锚杆等）识别、堆煤检测

识别到违规或异常时，自动触发以下联动：

现场声光报警器报警

广播系统语音提醒（“请佩戴安全帽”等）

告警信息推送至地面调度中心大屏及管理人员手机

联动摄像仪抓拍并保存视频证据

所有告警记录存入平台，支持历史回溯与统计分析

预期效果：

“三违”行为发现及时率提升90%，有效遏制不安全行为

皮带跑偏、异物等异常自动识别，避免设备损坏

应急响应时间

从小时级缩短

至分钟级

六、预期价值与效益

6.1 安全价值

井下固定岗位实现无人值守，人员暴露风险降低30%

设备故障提前预警，避免因突发停机引发的安全事故

AI识别“三违”行为，员工安全意识与行为规范显著提升

6.2 经济价值

6.3 管理价值

人工巡检减少80%，运

维人员

从“奔波现场”转向“远程值守”

数据驱动决策：设备健康报告、能耗分析报表、告警统计为管理提供精准依据

井上井下数据贯通，实现“一张图”可视化管理，矿井现代化水平跃升

本方案为研讨设计版，旨在为张村煤矿智能化升级提供技术思路与解决方案框架，具体实施需结合现场勘测与详细设计。

广东纽脉电器有限公司

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