礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案與應(yīng)用案例

1、礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案及應(yīng)用案例,中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)(感知礦山)研究中心徐州市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心2012年 3 月,張申 13305213518@189.cn,感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次及云服務(wù)感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范礦山物聯(lián)網(wǎng)云計算應(yīng)用示例,1 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵,礦山物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)在礦山行業(yè)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝置對礦山物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進行計

2、算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)礦山人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對礦山物理世界實時控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。,2 礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次與云服務(wù),礦業(yè)集團物聯(lián)網(wǎng)需要從集團戰(zhàn)略發(fā)展、資源整合與分配、產(chǎn)品營銷、設(shè)備租賃管理、礦山的運行、安全、環(huán)保等層面進行監(jiān)管。省級礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要是對省內(nèi)礦山資源、礦山安全監(jiān)管。國家礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要是對國家礦業(yè)資源進行統(tǒng)籌管理及對全國礦山進行安全監(jiān)管。,感知礦山是重點和難點,云服務(wù)提供商,各

3、級管理,礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次與云服務(wù)關(guān)系,架構(gòu)在這四層之外的是礦山云服務(wù)平臺，這些云服務(wù)平臺通常由專門的服務(wù)商來提供。譬如，礦山災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警云平臺；設(shè)備健康狀況診斷云平臺；通風(fēng)優(yōu)化云平臺等等。這些云端的服務(wù)均是按服務(wù)收取費用，充分體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)價值。部分云服務(wù)可能由政府部門來建設(shè)與管理，如礦山安全與煤安產(chǎn)品管理云平臺。政府云不以營利為目的，主要是為了精確管理、科學(xué)決策。,3 感知礦山物聯(lián)網(wǎng),其他輔助系統(tǒng),煤礦生產(chǎn)涉及的系統(tǒng)多，

4、戰(zhàn)線長，綜采設(shè)備、綜掘設(shè)備、膠帶運輸、提升機、輔助運輸、系統(tǒng)等；,煤礦生產(chǎn)還要面對復(fù)雜的地質(zhì)條件、礦山壓力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤塵等；排水、通風(fēng)、供電、供壓,電力監(jiān)測系統(tǒng),1 號變電站,,井下系統(tǒng),地面系統(tǒng),,,2 號變電站,,,,,,,,,,洗煤廠集控系統(tǒng),井上運輸集控系統(tǒng),井下環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng),排水監(jiān)測系統(tǒng),多套系統(tǒng)共存系統(tǒng)總體復(fù)雜沒有冗余信息孤島子系統(tǒng)孤島備品備件多維護人員多維護工作量大,,,,,,,煤礦綜合自

5、動化系統(tǒng)，改變了各個系統(tǒng)獨立的格局，實現(xiàn)了子系統(tǒng)集成，為感知礦山物聯(lián)網(wǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。,但綜合自動化系統(tǒng)基本是各種子系統(tǒng)的簡單集成，實現(xiàn)的1+1=2。離實時控制、精確管理、科學(xué)決策還有較大的距離,感知手段傳統(tǒng)單一：如瓦斯傳感器還是以傳統(tǒng)笨重的催化元件為主，基本沒有MEMS微機電化集成傳感器。缺乏泛在感知網(wǎng)絡(luò)：基本沒有統(tǒng)一的地下無線覆蓋感知層網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有傳感器和監(jiān)測手段不能適用于煤礦流動作業(yè)，危險源位置、分布、及其流動規(guī)律均不確定的

6、場合。存在很大的感知盲區(qū)。缺乏應(yīng)用層面的信息融合：煤礦綜合自動化實現(xiàn)了先用應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成，但是個應(yīng)用系統(tǒng)之間的聯(lián)動與信息融合、決策融合還沒有開展。多學(xué)科交叉研究不夠：重大災(zāi)害產(chǎn)生的機理，煤礦設(shè)備故障診斷，地質(zhì)、測量、水文、監(jiān)測監(jiān)控、智能信息處理技術(shù)等多學(xué)科研究融合不夠。缺少共用的開放平臺：不能為第三方或服務(wù)提供商提供標準的接入平臺。,礦山綜合自動化主要存在問題,感知礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),無線覆蓋與災(zāi)后重構(gòu)礦山分布式傳感與測量感

7、知礦山應(yīng)用平臺 各種礦山應(yīng)用軟件井下精確定位技術(shù)煤礦重大災(zāi)害防治物聯(lián)網(wǎng)標準化技術(shù),感知礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)路線圖,實施案例,,感知礦山M2M平臺,感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要建設(shè)內(nèi)容,感知礦山物聯(lián)網(wǎng)示范工程建設(shè)幾大模塊骨干網(wǎng)建設(shè)：包括井上、井下1000M高速工業(yè)以太網(wǎng)和調(diào)度指揮控制中心工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)。感知網(wǎng)建設(shè)：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與1000M工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)。生產(chǎn)調(diào)度指揮中心軟硬件建設(shè)：增加相應(yīng)

8、的集群服務(wù)器、1000M工業(yè)太網(wǎng)設(shè)備；礦山3D監(jiān)控軟件建設(shè)。數(shù)據(jù)平臺及數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)。人員安全信息感知：集成現(xiàn)有安全監(jiān)測、人員定位系統(tǒng)，研發(fā)新型基于無線覆蓋的移動雙向數(shù)據(jù)信息終端。,感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要建設(shè)內(nèi)容,設(shè)備健康狀態(tài)感知與控制：對井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，減少井下操作人員；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預(yù)知維修。設(shè)備導(dǎo)航與控制，最終實現(xiàn)無人或少人工作面。礦山安全環(huán)境感知與治理：包括煤礦災(zāi)害機理研究，煤礦災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警

9、與防治，煤礦安全隱患排查，煤礦安全應(yīng)急預(yù)案管理等。生產(chǎn)管理決策系統(tǒng)：煤礦生產(chǎn)過程監(jiān)測與控制，煤礦供應(yīng)鏈管理，生產(chǎn)經(jīng)營決策管理，辦公自動化，礦山環(huán)保與生態(tài)恢復(fù)等?；谠破脚_的全國礦山動力災(zāi)害監(jiān)測服務(wù)中心，將全國礦山的災(zāi)害監(jiān)測信息集中到服務(wù)中心平臺，結(jié)合專家云對各礦山動力災(zāi)害的活動規(guī)律及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，提供分析報告及預(yù)警。,感知礦山災(zāi)害風(fēng)險，實現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報感知礦工周圍安全環(huán)境，實現(xiàn)主動式安全保障感知礦山設(shè)備工作健康狀況

10、，實現(xiàn)預(yù)知維修、自動控制,核心是“三個感知”,4 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范,系統(tǒng)集成平臺建設(shè)：建設(shè)全礦井安全、人員、設(shè)備的感知集成平臺，實現(xiàn)全礦井地面遠程監(jiān)控，包括集群服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫平臺、集成軟件建設(shè)等。骨干網(wǎng)建設(shè)：包括井上、井下1000M高速工業(yè)以太網(wǎng)和調(diào)度指揮控制中心工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)。感知層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與1000M工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)。人員安全環(huán)境感知：研發(fā)新型基于無線覆蓋的移動

11、雙向數(shù)據(jù)信息終端，實現(xiàn)井下人員精確定位。礦井各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，減少井下操作人員，包括：2447工作面系統(tǒng)、主副井提升系統(tǒng)、通風(fēng)機房系統(tǒng)、－600泵房排水系統(tǒng)、原人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、壓風(fēng)機系統(tǒng)等。微震監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。,夾河煤礦示范工程一期建設(shè)內(nèi)容,夾河礦巷道及網(wǎng)絡(luò)布置,感知層網(wǎng)絡(luò)示意,,,人員與車輛管理,基于感知層網(wǎng)絡(luò),,基于感知層網(wǎng)絡(luò)和信息礦燈短信發(fā)送與管理,案例應(yīng)用效果簡介 CCTV-2

12、,5 礦山物聯(lián)網(wǎng)云計算應(yīng)用,誤解1：云計算必定是海量數(shù)據(jù)、大規(guī)模運算。誤解2：物聯(lián)網(wǎng)中必有云，至少有一朵小云。誤解3：除了簡單的終端外，云計算在用戶端不需要更多的硬件設(shè)備。誤解4：除底層終端設(shè)備外，云計算完全是無需人工參與的全自動化過程。,對云的一些誤解,解放軍理工大學(xué)劉鵬教授關(guān)于“云”的三條標準,完善礦山物聯(lián)網(wǎng)深層次的工作，加快“實時控制、精確管理、科學(xué)決策”的實施。扎實推進礦山物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺的建設(shè)。如：礦山災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)

13、警云平臺；設(shè)備健康狀況診斷云平臺；通風(fēng)優(yōu)化云平臺等等。,示例：基于云的礦山災(zāi)害監(jiān)測,災(zāi)害監(jiān)測底層系統(tǒng),示例：基于云的礦山災(zāi)害監(jiān)測,監(jiān)測：按點檢系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)進行各種設(shè)備監(jiān)測,示例：基于云的設(shè)備健康狀況分析,運用CFD對礦井風(fēng)網(wǎng)進行三維建模，結(jié)合風(fēng)網(wǎng)實測數(shù)據(jù)，計算風(fēng)流各種物理量的大小和變化規(guī)律，對礦井瓦斯與粉塵控制、熱害防治、通風(fēng)優(yōu)化提供決策依據(jù)；結(jié)合物聯(lián)技術(shù)、傳感技術(shù)和云計算技術(shù)，對實測數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進行分析處理；達到通風(fēng)優(yōu)化、節(jié)能