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2020年7月14日煤矿总工程师系列讲座煤矿信息化技术钱建生教授博导中国矿业大学主要内容1、煤炭工业信息化的发展概述（1）煤炭工业生产技术回顾我国煤矿工业生产自动化和信息化建设经过了以下几阶段：20世纪50年代手动开采60年代井下调度电话指挥生产80年代：原煤炭部组织引进百套综采工作面，实现大规模机械化生产90年代以兖矿为代表：自动化装备21世纪初（2002年）：以神东公司大柳塔为代表的矿井综合自动化装备。采用技术：网络化的现场工业总线2004年以来：以龙口矿业集团公司北皂矿为代表的基于防爆工业以太网的煤矿综合自动化与信息化系统。采用技术：工业以太网+现场总线（2）煤炭企业信息化的建设目标煤炭企业信息化建设目标是自动化基础上的信息化，通过推进矿井生产过程综合自动化，促进企业综合信息化，最终实现生产过程自动化、安全监控数字化、企业管理信息化和信息管理集约化,最终构建煤矿信息化的“三个统一平台”。①以矿井工业以太环网为基础的“统一的高速信息传输平台”。②以海量监测监控数据挖掘和信息融合为基础的“统一的软件集成平台”。③以智能数据处理和联动为基础的“统一的技术管理平台”。（3）煤矿自动化与信息化建设目标体系煤矿自动化与信息化皮带自动化生产过程自动化轨道自动化供电自动化采煤自动化排水自动化通风自动化提升自动化选煤自动化安全监控数字化企业管理信息化信息管理集约化预测综合化数据实时化预警智能化办公无纸化系统有机化商务电子化网络一体化手段现代化业务集中化网络支撑平台总体目标：基于物联网实施模式的智慧矿山建设与示范工程解决问题：①基于物联网的智慧矿山建设模型；②有线(以太网)/无线全覆盖的传输架构；③智慧矿山自动化系统及接入技术的研究及关键装置；④能化监测预警信息系统平台；①智慧矿山建设的背景及总体目标建设目的：建立我国基于物联网模式的矿山理论体系及解决关键技术，促进我国采矿技术向可视化、智能化、自动化方向的发展。①智慧矿山建设的背景及总体目标意义物联网（传感网）产业是国家重点培育发展的六大新兴产业之一；矿山安全生产不仅直接关系国家的资源安全开发利用，同时也是构建和谐社会的前提和保障；本项目将填补我国在矿山感知信息系统方面研究与应用的空白，对探索智慧矿山建设模式，提高我国矿山安全生产水平具有重要意义。①智慧矿山建设的背景及总体目标②智慧矿山建设的技术原理1.基于物联网的矿山建设实施模式混合网络传输平台系统传输平台理论体系基于物联网的实施模式各生产自动化及监控系统人员定位及移动目标监测与跟踪系统矿井无线传感网络系统煤矿抢险救灾无线音视频传输系统煤矿程控电话系统和扩播通信系统煤矿工业以太环网悬臂式掘进机的远程监控系统网络化的煤矿井下风网监控系统流媒体信息传输及监控系统多功能综合接入网关危险区域移动目标检测与跟踪系统井下人员定位、安全管理系统斜巷绞车轨道运输综合监控系统基于物联网的智慧矿山智能监测预警信息软件平台信息处理方面信息获取方面信息传输方面关键技术采掘工作面动态信息、人员定位信息、生产控制信息等实时获取技术关键技术关键技术基于工业以太网、宽带无线网络和无线传感器网络的网络传输结构煤矿井上/下人员、设备和环境的实时、安全、高效的智能化监测预警信息系统2.关键技术②智慧矿山建设的技术原理1)基于物联网的智慧矿山建设理论体系三层网络理论体系–提出包括感知层、网络传输层、应用层的三层体系结构；智能系统软件平台–采用分布式的系统架构，建立数据接入、数据处理，数据表示三层应用体系结构；组态软件体系结构–应用表示平台是以组态平台为基础开发的综合应用软件，是集数据通信、处理、采集、控制、协调、综合智能判断、图文显示为一体的综合数据应用软件系统。3、主要工作内容②智慧矿山建设的技术原理基于物联网的三层网络理论体系②智慧矿山建设的技术原理17提出包括感知层、网络传输层、应用层的三层体系结构感知层解决的是矿山物理环境的信息获取的问题，所需要的关键技术包括检测技术、短距离有线和无线通信技术等网络传输层解决的是感知层所获得的数据在一定范围内长距离的传输问题，所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等应用层解决的是信息识别处理和人机交互的问题基于物联网的三层网络理论体系②智慧矿山建设的技术原理智能系统软件平台数据表示层数据处理层服务器数据接口（OLE、ADO、ODBC等）公共数据库实时数据库历史数据库服务器数据处理程序数据接入层数据采集、转化、接入、交互应用程序1应用程序2应用程序n②智慧矿山建设的技术原理2)基于物联网的混合网络传输平台理论体系②智慧矿山建设的技术原理基于物联网的混合网络传输理论及系统智慧矿山井上/下高速物联网传输平台理论体系和关键技术研究；提出了井上/下防爆工业以太网、宽带无线网络、无线传感网全覆盖的物联网传输构架，解决了煤矿井下通讯盲区的问题；通信协议层次模型兼容通用TCP/IP互联网协议，对不同总线和系统的数据建立通信隧道，实现透明传输，解决了多种协议转换的问题，满足工业控制网络的实时性要求。②智慧矿山建设的技术原理3)智慧矿山自动化系统及接入技术的研究①采掘设备遥测遥控技术研究和开发；②矿井自组织无线传感网络关键技术研究和开发；③煤矿井下人员管理与救援支持系统研究和开发；④网络化的煤矿井下风网监控关键技术开发；⑤煤矿井下斜巷绞车轨道运输远程安全综合监控系统研究和开发；⑥煤矿应急救援广播与播音通信系统开发；⑦流媒体信息传输及控制技术研究和产品开发；⑧多功能综合接入网关开发，实现了矿井安全生产综合监控与联动控制。②智慧矿山建设的技术原理①建设国家级智慧矿山示范化矿。实现对主煤流运输系统、“通、压、排、提”等自动化系统，以及其他安全保障、生产辅助系统的远程监测和控制。对各自动化系统实时数据、历史数据进行分析，实现全矿井的生产调度、决策指挥的信息化，实现向集团公司的数据上传。②完善矿综合调度指挥控制中心功能：矿井信息汇集中心：数据采集、分析、处理，针对性发布矿井调度指挥中心：指挥矿井安全生产矿井自动化控制中心：分控中心实现对自动化系统集控矿井灾变应急救援指挥中心：对人员定位、应急通信及安全监测统一指挥③智慧矿山建设与示范③提高安全保障水平通过提升装备水平，实现自动化系统远程集控，减少现场工作人员，进一步保障设备及人员安全。④高效节能通过自动化系统的实施，对系统运行效率进行综合分析，建立健全考核机制，提高设备开机效率，在保障工作量的同时降低能耗；对排水系统实现“避峰就谷”原则自动控制。⑤减岗提效自动化系统实施后，将岗位工变为巡检工，并逐步合并岗位，变电所、水泵房及压风系统实现无人值守，减下的人员计划安排的八矿新井。③智慧矿山建设与示范功能定位：（4）矿调度控制指挥中心矿井信息汇集中心1矿井调度指挥中心2矿井自动化控制中心3矿井灾变应急救援指挥中心4目前，可用于大屏幕拼接的显示技术主要有：DLP背投、液晶显示器（DID）、等离子显示器（PDP）三种，它们的工作原理不同，各有优缺点。煤矿大屏显示技术比较分析性能指标液晶背投等离子亮度500~1500/m2中间≤500cd/m2四角≤250~300cd/m2640~1000cd/m2对比度1000:1-3000:1300:1-500:13000:1色彩饱和度95%(DID屏)较低90%亮度和色彩一致性DID屏亮度和色彩一致性达到95%以上DLP较低PDP屏亮度和色彩一致性达到90%以上分辨率1366x768(40英寸)1024x768(50英寸)852x480(42英寸)功耗200w(40英寸)300-500w(50英寸)500w(42英寸)寿命60000小时(背光)5000-6000小时(灯泡)5000-10000小时(屏幕)静止高亮度画面仅有5000小时灼伤不会灼伤基本不会灼伤灼伤严重体积轻薄厚重轻薄拼缝有较小较小煤矿大屏显示技术比较分析系统结构平煤八矿DID大屏拼接东滩煤矿DLP大屏拼接演马庄煤矿PDP大屏拼接东滩煤矿调度区功能划分东滩煤矿调度区功能划分平煤八矿调度区功能划分平煤八矿调度区功能划分2、煤炭企业信息化建设煤矿办公自动化系统煤矿人力资源管理信息系统煤矿财务管理信息系统煤矿运销管理信息系统煤矿物资供应管理信息系统煤矿成本核算集中控制管理信息系统煤矿安全生产管理信息系统煤矿综合调度指挥中心煤矿综合信息化系统建设内容主要包括以下几个方面：煤炭企业信息化系统建设内容煤矿专业GIS平台地测空间管理信息系统通风安全管理信息系统采矿设计系统矿井供电、固定与运输设备选型设计系统基于Web安全生产管理信息系统矿井自然灾害预警系统机电设备管理系统技术资料数字档案馆管理系统应急救援指挥管理系统矿井三维可视化系统一、安全生产技术综合管理信息系统建设地测专业数据处理通防专业数据处理采矿设计数据处理矿井供电、固定与运输设备选型设计矿井自然灾害预警数据处理机电设备数据库构建矿井三维可视化系统数据建模二、安全生产技术综合管理信息系统数据处理建设通风系统图生成及其应用通风网络图的生成及解算巷道断面设计供电设计报告自动生成生产技术管理-掘进工作面生产调度管理界面3、煤炭信息化建设中的传输技术（1）有线模拟电话调度系统、低速有线主站呼叫分站的专用安全监测系统以及扩音电话、打点通信等系统；（2）有线数字程控电话调度系统、矿井局部无线通信、现场总线控制等系统；（3）基于高速宽带综合业务骨干网络传输平台，有线调度通信与无线接入相结合的全矿井全覆盖的高速信息传输技术与系统。我国的矿用信息传输技术大体经历了三个发展阶段：生产调度电话无线移动通信扩音电话救灾通信现场总线系统高速宽带综合业务传输骨干网络等现代煤矿信息传输系统主要包括：（1）矿用无线/移动通信系统漏泄通信系统PHS小灵通移动通信系统CDMA移动通信系统Wi-Fi移动通信系统自组网无线通信系统感应通信系统目前国内有KT105、KT106、KTW113、KTW134等WiFI移动通信系统。以KTW134系统为例：矿井WiFi移动通信系统（2）现场总线系统基金会现场总线LonWorksPROFIBUSCAN．．．（3）煤矿井下宽带网络传输系统1、工业以太网技术指标：①百/千兆带宽，以太网光、电口，RS485等串行接口综合接入，电气输入输出口均为本安；②环形冗余；③防爆型式为隔爆兼本安、本质安全型；④节点间数据直接交换；具备QoS(QualityofService)等网络管理功能应用单位：龙口、开滦、淮南、兖矿、宁煤、潞安等矿区使用1000M工业以太网设备比较厂家产品参数型号技术参数接口类型电源网管功能传输距离自愈时间罗杰康RSG2300RSG2100RSG9001000M，10/100M电口/光口，可添加百兆和千兆模块24V，冗余输入，波动范围18V-36VSNMP和基于WEB的网管，邮件报警3-80Km小于50ms赫斯曼MICE4128MACH4002RS301000M，10/100M电口/光口，可添加百兆和千兆模块24V，冗余输入，波动范围18V-32VSNMP和基于WEB的网管，邮件报警3-80Km小于300ms安创N9002两个千兆光口，12个10/100M电口，可添加到20个百兆电口24VDC，冗余输入，波动范围18V-36VSNMP和基于WEB的网管3-40Km小于300ms西门子SCALANCEX系列两个千兆光口，12个10/100M电口，可添加到20个百兆电口和4个千兆光口24VDC，冗余输入，波动范围18V-32VSNMP和基于WEB的网管10Km小于300ms摩莎EDS-726两个千兆光口，8个10/100M电口，可添加到24个百兆端口24VDC，冗余输入，波动范围12V-45VSNMP和基于WEB的网管，邮件报警10Km小于300ms东土电信KIEN9000-GI两个千兆光口，8个10/100M电口，可添加到24个百兆端口24VDC，冗余输入，可容忍波动范围15％SNMP和基于WEB的网管40Km小于300m