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(guó)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(jì)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(duì)礦山物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計(jì)

2、算、處理和知識(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)礦山人與物、物與物信息交互和無(wú)縫鏈接，達(dá)到對(duì)礦山物理世界實(shí)時(shí)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(tuán)物聯(lián)網(wǎng)需要從集團(tuán)戰(zhàn)略發(fā)展、資源整合與分配、產(chǎn)品營(yíng)銷、設(shè)備租賃管理、礦山的運(yùn)行、安全、環(huán)保等層面進(jìn)行監(jiān)管。省級(jí)礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要是對(duì)省內(nèi)礦山資源、礦山安全監(jiān)管。國(guó)家礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要是對(duì)國(guó)家礦業(yè)資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理及對(duì)全國(guó)礦山進(jìn)行安全監(jiān)管。,感知礦山是重點(diǎn)和難點(diǎn),云服務(wù)提供商,各

3、級(jí)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(tái)，這些云服務(wù)平臺(tái)通常由專門(mén)的服務(wù)商來(lái)提供。譬如，礦山災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警云平臺(tái)；設(shè)備健康狀況診斷云平臺(tái)；通風(fēng)優(yōu)化云平臺(tái)等等。這些云端的服務(wù)均是按服務(wù)收取費(fèi)用，充分體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)價(jià)值。部分云服務(wù)可能由政府部門(mén)來(lái)建設(shè)與管理，如礦山安全與煤安產(chǎn)品管理云平臺(tái)。政府云不以營(yíng)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(zhǎng)，綜采設(shè)備、綜掘設(shè)備、膠帶運(yùn)輸、提升機(jī)、輔助運(yùn)輸、系統(tǒng)等；,煤礦生產(chǎn)還要面對(duì)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(cè)系統(tǒng),1 號(hào)變電站,,井下系統(tǒng),地面系統(tǒng),,,2 號(hào)變電站,,,,,,,,,,洗煤廠集控系統(tǒng),井上運(yùn)輸集控系統(tǒng),井下環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),排水監(jiān)測(cè)系統(tǒng),多套系統(tǒng)共存系統(tǒng)總體復(fù)雜沒(méi)有冗余信息孤島子系統(tǒng)孤島備品備件多維護(hù)人員多維護(hù)工作量大,,,,,,,煤礦綜合自

5、動(dòng)化系統(tǒng)，改變了各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立的格局，實(shí)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(dòng)化系統(tǒng)基本是各種子系統(tǒng)的簡(jiǎn)單集成，實(shí)現(xiàn)的1+1=2。離實(shí)時(shí)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(méi)有MEMS微機(jī)電化集成傳感器。缺乏泛在感知網(wǎng)絡(luò)：基本沒(méi)有統(tǒng)一的地下無(wú)線覆蓋感知層網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有傳感器和監(jiān)測(cè)手段不能適用于煤礦流動(dòng)作業(yè)，危險(xiǎn)源位置、分布、及其流動(dòng)規(guī)律均不確定的

6、場(chǎng)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(dòng)化實(shí)現(xiàn)了先用應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成，但是個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)與信息融合、決策融合還沒(méi)有開(kāi)展。多學(xué)科交叉研究不夠：重大災(zāi)害產(chǎn)生的機(jī)理，煤礦設(shè)備故障診斷，地質(zhì)、測(cè)量、水文、監(jiān)測(cè)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(kāi)放平臺(tái)：不能為第三方或服務(wù)提供商提供標(biāo)準(zhǔn)的接入平臺(tái)。,礦山綜合自動(dòng)化主要存在問(wèn)題,感知礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),無(wú)線覆蓋與災(zāi)后重構(gòu)礦山分布式傳感與測(cè)量感

7、知礦山應(yīng)用平臺(tái) 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(biāo)準(zhǔn)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(shí)施案例,,感知礦山M2M平臺(tái),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(wú)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(wú)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(tái)及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)。人員安全信息感知：集成現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)、人員定位系統(tǒng)，研發(fā)新型基于無(wú)線覆蓋的移動(dòng)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(duì)井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)預(yù)知維修。設(shè)備導(dǎo)航與控制，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)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(jī)理研究，煤礦災(zāi)害監(jiān)測(cè)、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(guò)程監(jiān)測(cè)與控制，煤礦供應(yīng)鏈管理，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策管理，辦公自動(dòng)化，礦山環(huán)保與生態(tài)恢復(fù)等?；谠破脚_(tái)的全國(guó)礦山動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)服務(wù)中心，將全國(guó)礦山的災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息集中到服務(wù)中心平臺(tái)，結(jié)合專家云對(duì)各礦山動(dòng)力災(zāi)害的活動(dòng)規(guī)律及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提供分析報(bào)告及預(yù)警。,感知礦山災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報(bào)感知礦工周?chē)踩h(huán)境，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式安全保障感知礦山設(shè)備工作健康狀況

10、，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修、自動(dòng)控制,核心是“三個(gè)感知”,4 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范,系統(tǒng)集成平臺(tái)建設(shè)：建設(shè)全礦井安全、人員、設(shè)備的感知集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全礦井地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括集群服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、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(wú)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(wú)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(wú)線覆蓋的移動(dòng)

11、雙向數(shù)據(jù)信息終端，實(shí)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jī)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(cè)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等。微震監(jiān)測(cè)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(chē)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(jiǎn)介 CCTV-2

12、,5 礦山物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算應(yīng)用,誤解1：云計(jì)算必定是海量數(shù)據(jù)、大規(guī)模運(yùn)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(jiǎn)單的終端外，云計(jì)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(jì)算完全是無(wú)需人工參與的全自動(dòng)化過(guò)程。,對(duì)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(biāo)準(zhǔn),完善礦山物聯(lián)網(wǎng)深層次的工作，加快“實(shí)時(shí)控制、精確管理、科學(xué)決策”的實(shí)施。扎實(shí)推進(jìn)礦山物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)。如：礦山災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)

13、警云平臺(tái)；設(shè)備健康狀況診斷云平臺(tái)；通風(fēng)優(yōu)化云平臺(tái)等等。,示例：基于云的礦山災(zāi)害監(jiān)測(cè),災(zāi)害監(jiān)測(cè)底層系統(tǒng),示例：基于云的礦山災(zāi)害監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)：按點(diǎn)檢系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行各種設(shè)備監(jiān)測(cè),示例：基于云的設(shè)備健康狀況分析,運(yùn)用CFD對(duì)礦井風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行三維建模，結(jié)合風(fēng)網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算風(fēng)流各種物理量的大小和變化規(guī)律，對(duì)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(jì)算技術(shù)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；達(dá)到通風(fēng)優(yōu)化、節(jié)能