物聯(lián)網(wǎng)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用分析

1前言

　　煤礦安全生產(chǎn)關(guān)系到人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，各級(jí)政府一貫重視煤礦安全生產(chǎn)問(wèn)題，并采取一系列措施不斷加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作。由于煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，工作場(chǎng)所黑暗狹窄，人員集中，采掘工作面隨時(shí)移動(dòng)，地質(zhì)條件的變化會(huì)使移動(dòng)的采掘工作面不斷出現(xiàn)新情況和新問(wèn)題，如不及時(shí)采取相應(yīng)的有效措施，可能會(huì)導(dǎo)致重大災(zāi)害事故，這就給安全工作帶來(lái)了困難。如何加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)管理模式，實(shí)現(xiàn)管理的現(xiàn)代化、信息化成為煤礦企業(yè)關(guān)心的問(wèn)題?；诘V區(qū)信息化和智能化的“感知礦山”就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成功應(yīng)用在煤炭行業(yè)很好的例證。

　　“感知礦山”通過(guò)全面感知，對(duì)礦區(qū)的人(人員定位、無(wú)線通信)、設(shè)備(綜合自動(dòng)化)、環(huán)境(安全監(jiān)控、礦壓監(jiān)控等)全面感知，并通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，同時(shí)還具有直觀形象的應(yīng)用，通過(guò)3D GIS礦區(qū)全息展示，來(lái)全面感知礦山。

　　“感知礦山”可用于煤礦(地面、井下)安全生產(chǎn)、煤炭行業(yè)綜合信息化、稅務(wù)局、煤炭局、縣區(qū)煤炭產(chǎn)量監(jiān)控，也可用于林業(yè)系統(tǒng)監(jiān)控、電力系統(tǒng)高壓開(kāi)關(guān)監(jiān)視和控制等多個(gè)場(chǎng)景，目前在全國(guó)有很多成功案例。“感知礦山”實(shí)施的重點(diǎn)是，所有與礦區(qū)安全、生產(chǎn)相關(guān)的感知層網(wǎng)絡(luò)的接入。因?yàn)樵诘V區(qū)建設(shè)過(guò)程中，不同傳感器的生產(chǎn)廠商不同，協(xié)議接口不統(tǒng)一，有些是早期建設(shè)項(xiàng)目，沒(méi)有智能接口。全面接入傳感網(wǎng)絡(luò)，是全面“感知”礦山的基礎(chǔ)。

　　“感知礦山”不僅提高礦山的安全管理水平，更多的是涉及到生產(chǎn)，如利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)礦區(qū)煤運(yùn)皮帶、煤倉(cāng)、洗煤廠、水倉(cāng)、變電站等各個(gè)生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)的感知和控制，在很大程度上提升了礦區(qū)的自動(dòng)化生產(chǎn)能力，是“兩化”融合的典范。

　　2“感知礦山”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　煤礦礦區(qū)綜合信息化系統(tǒng)是將先進(jìn)的自動(dòng)控制、通信、計(jì)算機(jī)、信息和現(xiàn)代管理等技術(shù)相結(jié)合，將企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制、運(yùn)行與管理作為一個(gè)整體，提供整體解決方案，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、控制與管理，從而提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。綜合自動(dòng)化是煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的有效手段，對(duì)提高煤礦的生產(chǎn)運(yùn)行狀況、安全水平、事故災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理具有重要的作用。

　　本方案就是針對(duì)目前煤礦的實(shí)際需求，推出高效、可靠、安全的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本系統(tǒng)以礦井綜合自動(dòng)化信息平臺(tái)為主體，采用礦用光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)共同構(gòu)建綜合數(shù)字化信息傳輸平臺(tái)。

　　感知層設(shè)備由大量感知環(huán)境、機(jī)電、人員等的傳感器構(gòu)成，例如，風(fēng)速、風(fēng)量、溫度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、電壓、電流、功率等傳感器，甲烷、CO、CO2 、O2、錨桿壓力、鉆孔應(yīng)力、頂板離層環(huán)境等傳感器，跑偏、堆煤、煙霧、皮帶打滑等傳感器，煤倉(cāng)料位計(jì)、水位計(jì)等傳感器以及攝像機(jī)、RFID人員定位等。這些傳感器在礦區(qū)地面、井下構(gòu)建了一個(gè)龐大的傳感網(wǎng)絡(luò)層。

　　網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備主要有鋪設(shè)在地面、井下的吉比特光環(huán)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、路由器、防火墻、服務(wù)器等，以及用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線覆蓋的PHS網(wǎng)絡(luò)或Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，共同構(gòu)建了覆蓋整個(gè)礦區(qū)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

　　應(yīng)用層是礦區(qū)綜合信息化系統(tǒng)，包含礦區(qū)3D GIS系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、短信管理平臺(tái)、礦區(qū)應(yīng)急指揮系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)等。應(yīng)用層軟件提供各種通用的數(shù)據(jù)接口，在此之上，可以方便地將提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦井通信系統(tǒng)、應(yīng)急救援通信系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、井下調(diào)度無(wú)線通信系統(tǒng)、大巷運(yùn)輸系統(tǒng)、選煤廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、中央泵房監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)等進(jìn)行無(wú)縫鏈接，最后經(jīng)過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)統(tǒng)一傳輸?shù)綉?yīng)用層上進(jìn)行統(tǒng)一的管理，如圖1所示。真正實(shí)現(xiàn)礦井“采、掘、運(yùn)、風(fēng)、水、電、安全”等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化和自動(dòng)化，從而優(yōu)化生產(chǎn)和管理。

圖1 感知礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　3系統(tǒng)特點(diǎn)

　　依托礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的高速控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)推進(jìn)煤礦礦井生產(chǎn)過(guò)程控制，促進(jìn)企業(yè)綜合信息化。即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、業(yè)務(wù)信息集成化、信息管理網(wǎng)絡(luò)化，最終實(shí)現(xiàn)煤礦管理決策科學(xué)化、現(xiàn)代化和智能化。系統(tǒng)建設(shè)特點(diǎn)如下：

　　●各生產(chǎn)過(guò)程全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并在信息中心對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到高產(chǎn)、高效的目的；

　　●遵循先進(jìn)、可靠、實(shí)用的原則，盡量減少投資，節(jié)約成本；

　　●加強(qiáng)自動(dòng)化系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)在煤炭行業(yè)的通用性；

　　●實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和信息管理的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，能夠?qū)崿F(xiàn)信息系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的無(wú)障礙存取；

　　●上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)管理軟件等均基于Web瀏覽器模式開(kāi)發(fā)，支持遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和維護(hù)；

　　●提供有效的網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)監(jiān)控、調(diào)試、診斷技術(shù)，保證系統(tǒng)維護(hù)管理的簡(jiǎn)明、方便、有效，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠方便、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)、排除故障。

　　4案例分析

　　針對(duì)煤礦的實(shí)際情況，本著信息網(wǎng)絡(luò)通盤(pán)考慮，兼顧煤礦原有建設(shè)投資和未來(lái)發(fā)展需求，在汝箕溝礦建立了一套完整的感知礦山系統(tǒng)。隨著該系統(tǒng)的建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)全礦信息化管理，最終全面提升煤礦安全生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理水平。

　　納入集中監(jiān)控的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)覆蓋生產(chǎn)、安全整個(gè)過(guò)程，包括：主煤流運(yùn)輸、井下供排水、35 kV變電所、地面變電所、井下變電所、礦井通風(fēng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、給排水、水處理、主井提升等。需要納入集中監(jiān)測(cè)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)有：礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)、火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、綜掘工作面、注氮、注漿等。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 汝箕溝礦感知礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　礦井綜合信息化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為吉比特工業(yè)以太網(wǎng)，分為地面吉比特光纖環(huán)網(wǎng)和井下吉比特光纖環(huán)網(wǎng)，地面和井下的環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)分別掛接在環(huán)網(wǎng)上，并為監(jiān)控分站接入提供10 Mbit/s和100 Mbit/s的下聯(lián)接口。每個(gè)環(huán)網(wǎng)有兩個(gè)邏輯獨(dú)立的單環(huán)，傳輸方向相反，且配置成自動(dòng)切換的自愈環(huán)。

　　煤礦綜合自動(dòng)化利用全集成自動(dòng)化的思想，將礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備監(jiān)控融為一體，與工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)協(xié)作，利用工業(yè)以太網(wǎng)，在地面中央信息中心控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦井各生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備的監(jiān)視和控制；將信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給礦級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，使礦級(jí)領(lǐng)導(dǎo)在辦公室通過(guò)計(jì)算機(jī)即可隨時(shí)了解安全、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)、人事、運(yùn)營(yíng)等各種信息，實(shí)現(xiàn)全礦井統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理。

　　煤礦數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可以通過(guò)專(zhuān)線和集團(tuán)信息中心聯(lián)網(wǎng)，本地中心服務(wù)器作為集團(tuán)中心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分站，實(shí)現(xiàn)煤礦數(shù)據(jù)采集和初步分析。經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給信息中心，信息中心服務(wù)器做統(tǒng)一處理或存儲(chǔ)。

　　該方案技術(shù)起點(diǎn)高、針對(duì)性強(qiáng)。一方面充分利用煤礦現(xiàn)有自動(dòng)化設(shè)備，將不同時(shí)期、不同廠家、不同自動(dòng)化水平的設(shè)備綜合在一起，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理；另一方面實(shí)現(xiàn)了煤礦綜合自動(dòng)化、綜合信息化的目標(biāo)，達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平。該方案的實(shí)施必將為其他老礦的綜合信息化、自動(dòng)化改造提供示范和借鑒意義。