物联网时代建设全面感知矿山

物联网时代建设全面感知矿山国投新集能源股份有限公司国投新集公司多年以来始终坚持科学技术是第一生产力，始终把矿井自动化建设作为增强企业核心竞争力、壮大煤电主业、加快企业发展的核心，坚定不移地走“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的发展道路，深入进行矿井自动化建设，全面建设物联网时代的感知矿山。一、物联网时代全面感知矿山的概念二、全面感知矿山建设在我公司所处的战略地位和指导思想三、公司全面感知矿山建设的创新实践四、建设公司级自动化远程中央集控中心五、公司自动化建设所创造的显著经济效益物联网（TheInternetofThings）字面上讲就是物物相连的互联网，他是对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络。他有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的特征。1、物联网概念：物联网概念的提出被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济发展浪潮，受到各国政府、企业和学术界的重视，美国、欧盟、日本等国甚至将其纳入国家和区域信息化战略。“感知矿山”是通过高速网络实现对矿山的全面覆盖，对矿山的人(人员定位、无线通信)、设备(综合自动化)、环境(安全监控、矿压监控等)全面感知，并利用直观形象的应用，来全面展现和管理矿山。“感知矿山”是将先进的自动控制、通信、计算机、信息和现代管理等技术相结合，将生产过程的控制、运行与管理作为一个整体，以实现企业的优化运行、控制与管理。2、感知矿山概念3、物联网时代的全面感知矿山系统结构通过我们到国外的考察，以及与德国贝克公司、德国鲁尔集团（RAG）和德国PSI公司的合作过程中，我们发现，发达国家矿井之所以达到很高的自动化程度，根本原因是现场采用了大量的传感器、可靠的控制元件，使控制系统能够采集基础设备完备的状态信息以及现场工作人员的相关信息，能够对设备的运行状况以及人员相关信息进行全方位检测，从而大幅提高了现场设备的可靠性，保障了人员安全，增加了效率和效益。以德国鲁尔煤业集团RAG为例，通过应用大量的传感器进行底层设备的自动化，并通过自动控制技术和信息化技术的广泛应用，德国单进水平从1990年的338m/月，提高到2007年的470m/月，提高工效39.5%；采煤效率从1981年的3.88吨/人•班,提高到1997年的6.46吨/人•班,提高66.5%；生产成本由2000年的155欧元/吨,降到2008年的110欧元/吨，降低29%。一、物联网时代全面感知矿山的概念二、全面感知矿山建设在我公司所处的战略地位和指导思想三、公司全面感知矿山建设的创新实践四、建设公司级自动化远程中央集控中心五、公司自动化建设所创造的显著经济效益为做好公司矿井自动化建设工作，近几年来，公司多次组团赴世界先进的采矿国家学习借鉴国外先进的采矿工艺和新自动化技术的应用。在进行充分调研和论证的基础上，公司提出：“自动化是煤炭行业生产力的发展方向，是加强成本控制、提高生产效率和参与市场竞争的有效手段，是公司‘三次创业’的核心”。我们充分认识到矿井的自动化建设必须要从矿井的设计阶段开始，从基础设备的自动化出发，从设备的传感器配置着手，并要充分考虑设备控制系统的开放性和辅以公司范围内自动化控制相关规范和标准、运行保障机制的制定和建立。只有在设计阶段即考虑到系统自动化控制的需求，才能够在基础建设、工艺选择、设备选型和配套等问题上充分考虑，从根本上解决系统自动化的问题；只有在基础设备的选择上充分考虑了设备自动化控制的需求才能够要求设备配置足够的传感器；只有配备了足够的传感器在远程才能够充分了解现场的信息，才能保证远程操作时系统的安全和可靠。同时，只有系统具备了高的开放性才能够实现系统信息的高度集成，才能做到系统的集中监控和统一管理调度；另外只有建立了严格的运行保障制度，自动化的效能才能真正得到发挥。设备的高度自动化是实现生产过程控制自动化的基础，现场信息的高度集成是生产过程控制系统远程集控时的基本要求。传统的现场自动化控制系统虽能够满足现场设备自动化控制的需求，但不能为远程监控提供足够的现场设备信息，即传统的自动化控制系统现场设备在远程的可视化程度较低，不能保障系统在远程操作时的可靠性。智能化仪器仪表技术、现场总线与工业以太网技术的发展，尤其是OPC技术等开放性通讯技术的大量应用为过程控制系统现场信息的高度集成提供了基础。我们充分利用物联网的最新技术，在覆盖全公司井上及井下高速网络的基础上，对矿山的人(人员定位、无线通信)、设备(综合自动化)、环境(安全监控、矿压监控等)等信息进行全面感知和集成，利用直观形象的应用（设备监控组态、人员定位、矿井GIS系统、视频监控图像等）对矿山进行操作管理。公司在以自动化技术创新作为核心的第三次创业发展目标的指引下，全面推进新矿井的自动化建设和老矿井的自动化改造，使公司矿井自动化工作在确保公司矿井的生产安全，提高劳动生产率、减少用工人数、降低生产成本、提高经济效益等方面起到了显著作用。一、物联网时代全面感知矿山的概念二、全面感知矿山建设在我公司所处的战略地位和指导思想三、公司全面感知矿山建设的创新实践四、建设公司级自动化远程中央集控中心五、公司自动化建设所创造的显著经济效益1、公司在高瓦斯和煤与瓦斯突出的井工条件下成功建成的被中央媒体誉为“中国第一对数字化矿井”的刘庄煤矿，是我公司建设全面感知矿山的初次实践刘庄煤矿综合自动化控制系统的建设是公司进行全面感知矿山建设的初次尝试，在很多方面取得了重大突破。刘庄煤矿自动化建设通过工业以太网、现场总线、OPC以及其它开放性通讯技术的应用，在统一的监控平台上实现了对矿井供电、提升、通风、排水、运输、采煤工作面、选煤厂监控、人员定位、环境监测、GIS系统等24类60余个子系统的信息集成。综合传输平台网络建设安全监控系统建设井下排水自动控制系统中央回风井通风机监控系统瓦斯抽放站监控系统注氮防灭火系统束管检测系统建设采煤工作面自动化系统井下胶带输送机监控系统主井自动化提升系统副井自动化提升系统矸石井自动化提升选煤厂监控系统井下降温监控系统自动化给水系统矿井自动化水处理系统压风机监控系统地面排矸及矸石山监控系统矿井电力监控系统矿用井下移动目标安全监测系统自动装车系统工业闭路电视监控系统煤矿指令电话调度系统工业自动化软件大屏幕投影显示系统刘庄煤矿综合自动化控制子系统刘庄煤矿综合自动化控制系统的部分子系统刘庄煤矿当前已实现对主井提升控系统、矸石井提升系统、中央水泵房、110KV变电所、压风机、井下所有主要运输胶带机、通风机、工作面系统（包括泵站、工作面三机、液压支架）、集中制冷系统等在监控中心的远程控制操作，实现了上述车间硐室设备运行操作的现场无人化。同时，利用Web门户技术实现了矿井自动化监控系统监控画面的Web发布，使相关人员可以在办公室通过Web浏览实时查看现场设备运行状况。刘庄煤矿自动化建设体系层次一体化构件引擎系统配置管理大屏显示系统视频监控系统人员定位系统车辆辅助运输系统安全监测监控系统地理信息系统视频监控系统消防报警系统紧急电话系统大屏幕显示系统供电系统　　各变电所主井提升子系统副井提升子系统井下胶带运输子系统通风子系统采煤工作面子系统井下排水子系统锅炉系统压风系统地面排矸系统选煤厂系统瓦斯抽放系统注氮系统其他……联动预案库（用户可自己建立）实时、历史数据库总调紧急电话系统地理信息系统消防报警系统设备监控系统SCADA构件化、多接口通讯技术一体化管理、监控、操作平台矿井监测监控系统特　殊　专　业　系　统刘庄煤矿自动化建设体系架构刘庄煤矿自动化建设，充分应用了计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术，实现了刘庄煤矿的设备监控、安全、生产和经营管理等信息的有机集成，并通过刘庄煤矿生产过程的自动化、管理流程的信息化、优化了生产过程控制和生产调度手段，使生产计划及经营管理更加科学合理。刘庄煤矿综合自动化控制系统建设逐步实现从设备集中控制向综合应用型的转变，为全国同类型矿井的综合自动化建设积累了宝贵的经验。由于刘庄煤矿生产自动化和管理信息化的成功建设，在2009年在由中国建筑业协会会同中国水利工程协会、中国煤炭建设协会等11家行业建设协会共同举办的“建国60周年重大经典建设工程”评选活动中，公司刘庄煤矿喜摘“百项经典工程”桂冠。2、公司新建矿井的自动化系统是全面感知矿山建设的创新实践公司在充分吸取刘庄煤矿及国内外其它煤矿自动化建设经验的基础上，加快了公司新建矿井自动化建设的步伐。为做好口孜东矿等新建矿井的自动化建设，我们把目光瞄准了世界一流的自动化矿井，世界一流的自动化集成商，引进了世界上最先进的矿井自动化技术。公司通过多次组织煤炭设计研究院与多家世界著名机构的煤矿自动化专家进行矿井自动化技术交流，最终确定了口孜东矿的自动化设计和建设方案。口孜东矿的自动化系统建设是公司进行物联网时代全面感知矿山建设的创新实践。口孜东矿的井下自动化系统建设以完备的现场信息采集、多网合一和综合的数据应用为鲜明特点，建设方案在口孜东矿的矿井水处理工艺、辅助运输系统方式、胶带机系统配置、支护工艺及支护材料等方面提出了诸多意见、建议和要求，为口孜东矿下一步的设备选型、巷道施工等提供了指导依据。口孜东矿的自动化建设是以现场系统的远程自动控制和管理为出发点的。自动化设计是从最底层的设备远程监控所需传感器的设置开始的，从设计上保证了系统在远程监控时能够从现场获取足够的信息。口孜东矿主运胶带机控制系统图以皮带机保护系统的纵撕保护为例，通过在皮带内每隔50米埋设一个纵撕线圈传感器，在皮带机支架两侧安装发射器(TX)和接收器(RX)对皮带机纵撕情况进行检测。在胶带机运行过程中纵撕线圈将由发射器(TX)发射的信号和接收器(RX)进行过临界耦合，当出现纵向撕裂时，回线断开，过临界耦合中断，由纵撕检测分析设备向皮带机控制系统发出保护性动作请求，从而保证了系统的安全可靠运行。公司新矿井采煤工作面现场控制信息高度集成设计图通过在整个采煤工作面布置Wi-Fi无线网络，口孜东矿使用的SL500煤机的位置和速度信息可以实时准确的传输给液压支架电液控制系统，用于采煤机与电液控制系统的配合工作。此外拟在口孜东矿采煤机摇臂和液压支架上安装固体声波传感器，通过对两个传感器接收到的声音数据进行对比和分析，采煤机可以对煤层情况进行辨认，通过记忆，采煤机可以自动对下一刀煤的采煤高度进行调整。通过应用本安型模块化的网络交换设备、WLAN设备及VOIP设备，丰富了口孜东矿井下信息传输方式，同时简化了口孜东矿的网络传输系统结构。口孜东矿井下网络系统模块化的网络交换机，由统一的电源供电，每一个插件版即是一个独立的交换机，可以独立构成环网节点。通过应用BCOM-VOIP网络电话技术，可以实现井下IP电话、移动IP电话和载波电话的互通，同时配合程控电话的IM接口板地面程控电话可以直接对井下的载波电话进行喊话。通过应用WLAN无线网络设备扩展井下网络应用范围人员定位功能数据传输通过开放的数据接口为矿井自动化数据的综合应用提供了基础口孜东矿计划通过自动化建设，实现用简单的管理线条代替复杂的管理机构，用先进的自动化技术提高矿井的劳动生产效率。口孜东矿通过自动化系统的实施和应用，生产工艺的变革等必将在生产组织上创造出新的管理模式，对公司未来矿井自动化建设产生突出的示范作用。口孜东矿的自动化系统建设从矿井生产各环节的工艺选择和基础设备选型开始，通过引入大量的传感器、可靠的控制元件，实现各生产过程的可视化，最终达到远程监视和控制。我们计划对矿井的设备层采用20000余个传感器，编制大约1500个界面进行生产过程控制的可视化。传感器执行机构设备数据采集器/适配器MINCOSMININIGMASTER矿井千兆工业以太环网地面集中控制中心总线光纤网络总线/其它光纤网络空冷器控制器（工业电脑mincos）根据采集到的管道压力和回水温度数据，