矿山物联网整体解决方案

2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3矿山物联网整体解决方案及应用案例中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心张申教授Tel:051683899702133052135182012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3内容提要1.矿山物联网发展及趋势2.矿山综合自动化应用实例3.矿山物联网的优势及示范4.矿山CPS要研究的问题2012第二届物联网技术应用研讨会杭州矿山物联网是通信网和互联网在矿山行业的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对矿山物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现矿山人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对矿山物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。矿山CyberPhysicalSystem(MCPS)？2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/31、矿山物联网的发展及趋势单机(系统)自动化综合自动化(数字矿山)矿山物联网矿山CPS信息物理融合度分离开始嵌入中度嵌入深度嵌入2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2011.111、矿山物联网的发展及趋势矿山CPS深度嵌入、计算与物理融合语义规则监测/控制，分布式、松耦合、时间轴、量化置信度、人的行为可靠性、容错性、安全性、可伸缩性、自治性矿山物联网无盲区的感知、智能信息处理、三个感知统一传输层网络、统一感知层网络、开放的软硬件平台、云计算平台实时控制，精确管理，科学决策综合自动化基于统一网络的矿山生产监测监控无线通信（语音）数字工业视频Web应用与浏览办公自动化部分管理功能无线通信受限空间无线传输短距离无线WSN，WiFi,RFID,UWB智能天线，分集理论，协同通信MIMO，OFDMCognitiveRadio2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/32、矿山综合自动化及实例2012第二届物联网技术应用研讨会杭州某煤矿巷道布置图2012第二届物联网技术应用研讨会杭州煤矿工作面2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州有限空间无线通信轨道运输巷皮带运输巷工作面巷道2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3其他辅助系统通风排水供电供压安监压力防火降尘煤矿生产涉及的系统多，战线长，综采设备、综掘设备、胶带运输、提升机、辅助运输、系统等；煤矿生产还要面对复杂的地质条件、矿山压力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤尘等；排水、通风、供电、供压煤矿生产过程对信息化的要求2012第二届物联网技术应用研讨会杭州1井下主干网2调度室设备与大屏3主井提升系统4副井提升系统5井下主煤流运输系统6井下辅助运输系统7采煤工作面系统8矿井选煤厂集控系统9地面矸石皮带运输系统10井下各斜井提升系统11掘进工作面系统12地面变电所系统13井下中央变电所系统14其他峒室变电所15采区变电所16通风机房控制17压风系统18井下水泵房自动控制19井下供水系统20安全监测系统21束管系统22瓦斯抽放站自动控制23矿压监测系统24调度电话25矿井无线通信系统26井下人员定位系统27考勤系统与劳资系统28工业电视系统29制冷站自动控制系统30锅炉房系统31日用消防水泵房系统32矿井雨水泵房系统33污水处理监控系统34防灭火系统35能源计量与管理系统36IP电话37营销系统38地理信息系统39地质参数资料系统40设备动态管理系统41库存管理系统42环境保护系统43充填控制及管理系统44人事管理45办公自动化46灾害风险决策支持系统47接续管理系统48广播电话系统49救生系统50生产接续管理系统2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3电力监测系统1号变电站井下系统地面系统2号变电站洗煤厂集控系统井上运输集控系统胶带机集控系统井下环境安全监测系统排水监测系统多套系统共存单机自动化存在的问题2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/32012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/32012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3尽管数字矿山与矿山综合自动化这两个概念是不同专业领域的专家针对信息时代的矿山建设分别提出的,但是,显然数字矿山与矿山综合自动化在整体概念上和要实现的目标上是一致的。这两个概念的融合也是最符合逻辑的。2000我们开始研究煤矿综合自动化，提出模型，2002年开始实施，2007年根据实施经验发表了论文。2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3统一数据仓库平台生产安全管理决策层数据仓库信息处理信息挖掘信息融合信息集成层监测监控层矿山综合自动化平台办公自动化专家决策支持设备运行管理GIS及VR经营管理生产计划与接续生产保障管理考勤与劳资安全生产信息管理生产监控调度指挥通信系统工作面胶带运输提升系统井下供电井下排水地面供电供压系统通风系统水处理统安全监测安全系统生产系统供电系统多媒体业务瓦斯抽放防灭火人员监测选煤厂锅炉房井下降温给水系统统一网络传输平台地理信息系统视频系统三层结构数字矿山架构控制网调度网企业网内网外网2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/32012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3综合自动化系统实例2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3神华大柳塔煤矿矿井监控系统网络结构图工业总线传输平台示例神华大柳塔ControlNet2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3工业总线传输平台示例济宁三号煤矿ControlNet2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3100M以太网示例龙口集团北皂煤矿综合自动化2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州这个网络的建立为网络化的语音信号传输和管理以及工业电视改造打下了良好的基础。在此网络上建立了一个基于统一网络传输、数字处理技术和计算机控制管理的多路语音通信系统和多路实时网络化工业电视监控系统，在调度指挥控制中心监控煤矿井上、下安全生产全过程，并通过网络将其传输到煤矿各科室和局调度中心。兖矿集团兴隆庄煤矿郑煤集团裴沟、超化煤矿等三网合一综合自动化系统2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3郑煤集团裴沟煤矿综合自动化标准2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/32012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/32012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3WiFi移动通信系统网络口电源口2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3基于RFID的井下人员定位系统2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/34、感知矿山物联网及示例2012第二届物联网技术应用研讨会杭州•综合自动化系统改变了各个系统独立的格局，实现了子系统集成；•有利于三网合一，为新上系统建立了良好的信息高速公路；•为感知矿山物联网打下了良好的基础。但综合自动化系统基本是各种子系统的简单集成，实现的1+1=2。离实时控制、精确管理、科学决策还有较大的距离2012第二届物联网技术应用研讨会杭州感知手段传统单一：如瓦斯传感器还是以传统笨重的催化元件为主，基本没有MEMS微机电化集成传感器。缺乏泛在感知网络：基本没有统一的地下无线覆盖感知层网络，现有传感器和监测手段不能适用于煤矿流动作业，危险源位置、分布、及其流动规律均不确定的场合。存在很大的感知盲区。缺乏应用层面的信息融合：煤矿综合自动化实现了先用应用系统的网络化集成，但是个应用系统之间的联动与信息融合、决策融合还没有开展。多学科交叉研究不够：重大灾害产生的机理，煤矿设备故障诊断，地质、测量、水文、监测监控、智能信息处理技术等多学科研究融合不够。缺少共用的开放平台：不能为第三方或服务提供商提供标准的接入平台。矿山综合自动化主要存在问题2012第二届物联网技术应用研讨会杭州矿山行业物联网及云计算总体规划2012第二届物联网技术应用研讨会杭州感知矿山物联网架构2012第二届物联网技术应用研讨会杭州•感知矿山灾害风险，实现各种灾害事故的预警预报•感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障•感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修、自动控制核心是“三个感知”2012第二届物联网技术应用研讨会杭州2020/5/3论感知矿山物联网与矿山综合自动化张申赵小虎2012.1矿山物联网中云计算应用研究张申刘鹏2012.9夹河煤矿感知矿山物联网方案设计及实施宋金玲郝丽娜2012第二届物联网技术应用研讨会杭州应急通信指挥车（井口现场指挥部）专网/公网路由器国家安监局省安监局市安监局井下无线中继/接入网井上无线中网/接入网无线/有线网关自组织网络自组织网络自组织网络自组织网络矿山物联网实施案例2012第二届物联网技术应用研讨会杭州感知矿山M2M平台2012第二届物联网技术应用研讨会杭州感知矿山物联网主要建设内容感知矿山物联网结构性平台•骨干网建设：包括井上、井下1000M高速工业以太网和调度指挥控制中心工业以太网建设。•感知网建设：利用无线传感器网络建立覆盖煤矿井下，并与1000M工业以太网相结合的无线自组网系统。•生产调度指挥中心软硬件建设：增加相应的集群服务器、1000M工业太网设备；矿山3D监控软件建设。数据平台及数据仓库建设。2012第二届物联网技术应用研讨会杭州感知矿山物联网主要建设内容感知矿山物联网服务性平台•人员安全信息感知：集成现有安全监测、人员定位系统，研发新型基于无线覆盖的移动双向数据信息终端。•设备健康状态感知与控制：对井上、井下各生产及辅助系统的远程监控，减少井下操作人员；感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修。设备导航与控制，最终实现无人或少人工作面。•矿山安全环境感知与治理：包括煤矿灾害机理研究，煤矿灾害监测、预警与防治，煤矿安全隐患排查，煤矿安全应急预案管理等。•生产监控与管理决策系统：煤矿生产过程监测与控制，煤矿供应链管理，生产经营决策管理，办公自动化，矿山环保与生态恢复等。•云服务平台：将全国矿山的灾害监测信息集中到服务中心平台，结合专家云对各矿山动力灾害的活动规律及监测数据进行分析，提供分析报告及预警。2012第二届物联网技术应用研讨会杭州物联网产业链中：物理设备8%；系统集成20-30%；信息服务(包括监测监控与增值服务)60-70%BasedonABI硬件设备系统集成实时监控增值服务2012第二届物联网技术应用研讨会杭州人员与车辆管理基于感知层网络2012第二届物联网技术应用研讨会杭州基于感知层网络和信息矿灯短信发送与管理2012第二届物联网技术应用研讨会杭州传统集中式工作面冲击地压监测系统单一参数监测，信息种类不足通道数受限，信息数量不足价格昂贵，覆盖面不足安装困难，移动适应性不足集中式监测系统例2012第二届物联网技术应用研讨会杭州-5-4-3-2-1012020406080100SEN5SEN8SEN7SEN6SEN4SEN3SEN1SEN2矿震源网络化分布式测量示意1000M1000M1000M1000MM1000M1000M1000MS基于物联网的分布式监测系统灾害监测底层系统电磁电磁微震微震声发射电磁微震声发射2012第二届物联网技术应用研讨会杭州多学科协同工作平台•各学科在同一平台上工作•使用同样的数据•面对同一个矿山•目的都是矿山的安全生产•自然形成了一个协同工作的状态•无需任何行政手段2012第二届物联网技术应用研讨会杭州矿山物联网海量信息带来的问题及对策信息源定位问题：IPv6，URI信息的组织、管理与使用问题：SemanticWeb信息的解读问题：云服务方式2012第二届物联网技术应用研讨会杭州4