物联网在煤炭行业的应用.docx
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物联网在煤炭行业的应用.docx
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物联网在煤炭行业的应用
物联网在煤炭行业的应用
1前言
煤矿安全生产关系到人民群众的生命和财产安全,各级政府一贯重视煤矿安全生产问题,并采取一系列措施不断加强安全生产工作。
由于煤炭生产系统复杂,工作场所黑暗狭窄,人员集中,采掘工作面随时移动,地质条件的变化会使移动的采掘工作面不断出现新情况和新问题,如不及时采取相应的有效措施,可能会导致重大灾害事故,这就给安全工作带来了困难。
如何加强煤矿安全生产管理模式,实现管理的现代化、信息化成为煤矿企业关心的问题。
基于矿区信息化和智能化的“感知矿山”就是物联网技术成功应用在煤炭行业很好的例证。
“感知矿山”通过全面感知,对矿区的人(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,并通过高速网络实现全面覆盖,同时还具有直观形象的应用,通过3DGIS矿区全息展示,来全面感知矿山。
“感知矿山”可用于煤矿(地面、井下)安全生产、煤炭行业综合信息化、税务局、煤炭局、县区煤炭产量监控,也可用于林业系统监控、电力系统高压开关监视和控制等多个场景,目前在全国有很多成功案例。
“感知矿山”实施的重点是,所有与矿区安全、生产相关的感知层网络的接入。
因为在矿区建设过程中,不同传感器的生产厂商不同,协议接口不统一,有些是早期建设项目,没有智能接口。
全面接入传感网络,是全面“感知”矿山的基础。
“感知矿山”不仅提高矿山的安全管理水平,更多的是涉及到生产,如利用信息技术、网络技术以及传感网络对矿区煤运皮带、煤仓、洗煤厂、水仓、变电站等各个生产相关设备系统的感知和控制,在很大程度上提升了矿区的自动化生产能力,是“两化”融合的典范。
2“感知矿山”系统结构
煤矿矿区综合信息化系统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,将企业生产过程的控制、运行与管理作为一个整体,提供整体解决方案,以实现企业的优化运行、控制与管理,从而提高企业核心竞争力。
综合自动化是煤矿实现高产高效的有效手段,对提高煤矿的生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用。
本方案就是针对目前煤矿的实际需求,推出高效、可靠、安全的自动化网络系统。
本系统以矿井综合自动化信息平台为主体,采用矿用光纤工业以太环网和工业现场总线等技术共同构建综合数字化信息传输平台。
感知层设备由大量感知环境、机电、人员等的传感器构成,例如,风速、风量、温度、转速、振动、电压、电流、功率等传感器,甲烷、CO、CO2、O2、锚杆压力、钻孔应力、顶板离层环境等传感器,跑偏、堆煤、烟雾、皮带打滑等传感器,煤仓料位计、水位计等传感器以及摄像机、RFID人员定位等。
这些传感器在矿区地面、井下构建了一个庞大的传感网络层。
网络层设备主要有铺设在地面、井下的吉比特光环网及网络交换机设备、光电转换设备、路由器、防火墙、服务器等,以及用来实现无线覆盖的PHS网络或Wi-Fi网络,共同构建了覆盖整个矿区的数据网络。
应用层是矿区综合信息化系统,包含矿区3DGIS系统、综合自动化系统、人员管理系统、视频监控系统、短信管理平台、矿区应急指挥系统、调度系统等。
应用层软件提供各种通用的数据接口,在此之上,可以方便地将提升机监控系统、安全监控系统、矿井通信系统、应急救援通信系统、视频监控系统、井下调度无线通信系统、大巷运输系统、选煤厂计算机控制系统、主通风机监控系统、压风机监控系统、中央泵房监控系统、工业电视系统等进行无缝链接,最后经过工业以太网平台统一传输到应用层上进行统一的管理,如图1所示。
真正实现矿井“采、掘、运、风、水、电、安全”等生产环节的信息化和自动化,从而优化生产和管理。
图1感知矿山系统结构
3系统特点
依托矿井工业以太环网的高速控制网络,通过推进煤矿矿井生产过程控制,促进企业综合信息化。
即实现数据采集自动化、业务信息集成化、信息管理网络化,最终实现煤矿管理决策科学化、现代化和智能化。
系统建设特点如下:
●各生产过程全面实现自动化,并在信息中心对各生产环节分别进行监控,达到高产、高效的目的;
●遵循先进、可靠、实用的原则,尽量减少投资,节约成本;
●加强自动化系统、信息管理系统在煤炭行业的通用性;
●实现生产控制的实时数据库和信息管理的关系数据库的接口,能够实现信息系统对生产数据的无障碍存取;
●上位监控系统软件、网络管理软件等均基于Web浏览器模式开发,支持远程监测和维护;
●提供有效的网络管理和系统监控、调试、诊断技术,保证系统维护管理的简明、方便、有效,在设备发生故障时能够方便、及时地发现、排除故障。
4案例分析
针对煤矿的实际情况,本着信息网络通盘考虑,兼顾煤矿原有建设投资和未来发展需求,在汝箕沟矿建立了一套完整的感知矿山系统。
随着该系统的建设,逐步实现全矿信息化管理,最终全面提升煤矿安全生产和运营管理水平。
纳入集中监控的主要生产环节覆盖生产、安全整个过程,包括:
主煤流运输、井下供排水、35kV变电所、地面变电所、井下变电所、矿井通风、压风系统、给排水、水处理、主井提升等。
需要纳入集中监测的主要生产环节有:
矿井环境监测、火灾束管监测预报、综掘工作面、注氮、注浆等。
网络结构如图2所示。
图2汝箕沟矿感知矿山系统结构
矿井综合信息化系统通信网络平台为吉比特工业以太网,分为地面吉比特光纤环网和井下吉比特光纤环网,地面和井下的环网以太网交换机分别挂接在环网上,并为监控分站接入提供10Mbit/s和100Mbit/s的下联接口。
每个环网有两个逻辑独立的单环,传输方向相反,且配置成自动切换的自愈环。
煤矿综合自动化利用全集成自动化的思想,将矿井各生产环节的设备监控融为一体,与工业电视监视系统协作,利用工业以太网,在地面中央信息中心控制室实现对全矿井各生产环境和设备的监视和控制;将信息通过网络传送给矿级领导,使矿级领导在办公室通过计算机即可随时了解安全、生产、财务、人事、运营等各种信息,实现全矿井统一调度、统一管理。
煤矿数据中心服务器可以通过专线和集团信息中心联网,本地中心服务器作为集团中心网络的数据分站,实现煤矿数据采集和初步分析。
经过处理的数据发送给信息中心,信息中心服务器做统一处理或存储。
该方案技术起点高、针对性强。
一方面充分利用煤矿现有自动化设备,将不同时期、不同厂家、不同自动化水平的设备综合在一起,实现统一管理;另一方面实现了煤矿综合自动化、综合信息化的目标,达到了国内先进技术水平。
该方案的实施必将为其他老矿的综合信息化、自动化改造提供示范和借鉴意义。
原文网址:
徐矿集团建设物联网示范点前期调研汇报
徐州矿务集团有限公司是江苏省人民政府授权的国有资产投资主体,具有127年的煤炭开采历史,是江苏省和华东地区重要的煤炭生产基地。
现有19个分公司、38个全资(控股)子公司和5个事业法人单位,年产煤炭2000万吨,总资产212亿元,位列全国500家大企业集团第240位。
徐矿集团具有优越的区位和交通优势。
集团总部座落于历史文化名城徐州市,地处苏鲁豫皖四省接壤地区,处于东部沿海开放和中西部开发的连接带、长江三角洲与环渤海湾两大经济板块的结合部,具有显著的连贯南北、承东启西的战略区位特征。
徐矿集团具有可持续发展的资源优势。
徐矿集团充分发挥资金、技术、管理、人才等优势,积极参与西部富煤省区煤炭资源开发与整合,初步构建了本部、新疆、陕甘、贵州、国外五大煤炭生产基地框架,在建矿井12对。
徐矿的孟加拉、澳大利亚矿业项目进展顺利。
到“十一五”末,本部产量继续稳定在1400万吨左右,异地年煤炭产量将达到3800万吨以上,全集团生产能力将达到5000万吨。
徐矿集团具有合理的产业结构优势。
初步构建了以煤炭开采为基础,以电力、机械制造、物流、房地产为支柱,集工程施工、化工、建材、商贸于一体的跨国、跨地区经营格局。
形成了主导产业优势突出,支柱产业增长强劲,新兴产业快速成长,产业链条合理,产业间相互依存、相互补充的良好结构体系。
徐矿集团具有行业领先的技术优势。
徐矿集团长期致力于采煤工艺进步和安全高效矿井建设,拥有从极薄煤层到厚煤层、从平缓倾角到大倾角乃至急倾斜煤层的开采工艺和技术,其中大倾角综采、不稳定顶板条件下综采、顶水综合开采、三软煤层综放开采和旋转90度综采等核心技术处于国内领先水平;矿井支护、防治水、软岩、瓦斯治理等成熟技术也处于国内同行业前列。
物联网中心演示方案的讨论
1.感知矿山物联网演示中心建设目标
物联网是未来Internet的一个组成部分,定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。
物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口,实现与信息网络的无缝整合,实现人与人、人与物、物与物的全面互联。
作为物联网应用的一个重要领域,“感知矿山”是要实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智能化。
以高效、安全、绿色开采为目标,保证矿山经济的可持续增长,保证矿山自然环境的生态稳定。
“感知矿山物联网演示中心”作为对外交流的重要窗口,结合矿山安全生产具体的内容,利用相关模型,对矿山整体及相关现象进行可视化、数字化展现。
即将矿山生产过程、安全管理、地理地质等综合信息在演示中心全面数字化,在演示中心动态详尽地演示并模拟控制矿山安全生产与运营的全过程。
2.感知矿山物联网演示中心建设内容
“感知矿山物联网演示中心”模拟构建感知煤矿灾害状况、感知设备健康状态、感知人员安全环境等信息处理平台。
演示平台采用标准的和可互操作的通信协议,将矿山相关的信息进行统一的集成,并在演示中心的大屏幕进行3D演示。
感知矿山物联网演示中心建设内容包括:
网络平台系统、计算机系统及演示平台及子系统演示模型。
在实现演示平台总体构架的基本上,随着各种智能传感器的开发、矿山物联网信息传输的深入研究,可以实现在计算机演示平台对矿山各种传感器和设备的工况状态、健康情况、使用寿命等的感知。
根据感知矿山物联网的需求和矿山信息化的实际情况,采用标准的和可互操作的通信协议,将矿山相关的信息进行统一的集成,平台中的控制器和相关传感器使用智能接口,实现与信息网络的无缝整合。
计算机系统主要实现与徐矿集团调度平台的信息交互,实现与演示中心各个矿山子系统模型的监控与信息处理;利用3D动画的方式在演示大屏上将信息进行展示;实现对煤矿灾害状况的感知、对设备健康状态的感知、对人员安全环境的感知。
设置1台大屏幕,用虚拟实现的方式展现出一个矿山的基本场景。
在大屏幕上采用3D的方式展现出工作面、变电所、水泵房、主巷道、提升机等工况场景。
可以虚拟的展现出参观者在演示中心的行进过程。
矿山物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口,在统一的网络平台上实现无缝整合,实现人与人、人与物、物与物的全面互联。
在演示平台中,按照矿山具体的情况,按照逻辑关系将整个演示模型分为:
环境安全监测监控、人员定位等安全监测系统,矿井综采工作面、主运输系统、提升机、选煤厂、通风机房、压风机、水泵房、变电所等生产及辅助系统。
在演示中心根据每个系统的实际情况,分别采用3D动画演示、展板演示、展柜演示和实物模型的方式进行设计。
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- 联网 煤炭行业 应用