矿山物联网整体解决方案与应用案例38

中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心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)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心2012年3月张申[e-mail]中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心1.感知矿山物联网的内涵2.矿山行业物联网层次及云服务3.感知矿山物联网4.应用示范5.矿山物联网云计算应用示例中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心1感知矿山物联网的内涵中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心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。中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心2矿山行业物联网层次与云服务中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心•矿业集团物联网需要从集团战略发展、资源整合与分配、产品营销、设备租赁管理、矿山的运行、安全、环保等层面进行监管。•省级矿山行业物联网主要是对省内矿山资源、矿山安全监管。•国家矿山行业物联网主要是对国家矿业资源进行统筹管理及对全国矿山进行安全监管。国家矿山行业物联网省级矿山行业物联网省级矿山行业物联网省级矿山行业物联网矿业集团物联网矿业集团物联网矿业集团物联网矿业集团物联网矿业集团物联网矿业集团物联网感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网感知矿山物联网…………矿山灾害监测云服务平台矿山通风优化云服务平台矿山设备监测云服务平台感知矿山是重点和难点云服务提供商各级管理矿山行业物联网层次与云服务关系中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心架构在这四层之外的是矿山云服务平台，这些云服务平台通常由专门的服务商来提供。譬如，矿山灾害监测与预警云平台；设备健康状况诊断云平台；通风优化云平台等等。这些云端的服务均是按服务收取费用，充分体现物联网的服务价值。部分云服务可能由政府部门来建设与管理，如矿山安全与煤安产品管理云平台。政府云不以营利为目的，主要是为了精确管理、科学决策。中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心3感知矿山物联网中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心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、供压中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心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生产接续管理系统中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心电力监测系统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井下环境安全监测系统排水监测系统多套系统共存•系统总体复杂•没有冗余•信息孤岛•子系统孤岛•备品备件多•维护人员多•维护工作量大胶带机集控系统中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心煤矿综合自动化系统，改变了各个系统独立的格局，实现了子系统集成，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中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心感知手段传统单一：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中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心感知矿山物联网架构中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心无线覆盖与灾后重构矿山分布式传感与测量感知矿山应用平台各种矿山应用软件井下精确定位技术煤矿重大灾害防治物联网标准化技术感知矿山物联网建设关键技术路线图中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心应急通信指挥车（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实施案例中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心感知矿山M2M平台中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心感知矿山物联网主要建设内容感知矿山物联网示范工程建设几大模块•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。•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。中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心感知矿山物联网主要建设内容•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。•基于云平台的全国矿山动力灾害监测服务中心，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。中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心•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”中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心4感知矿山物联网应用示范中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心系统集成平台建设：建设全矿井安全、人员、设备的感知集成平台，实现全矿井地面远程监控，包括集群服务器、数据库平台、集成软件建设等。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。感知层网络建设：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。人员安全环境感知：研发新型基于无线覆盖的移动双向数据信息终端，实现井下人员精确定位。矿井各生产及辅助系统的集成，实现远程监控，减少井下操作人员，包括：2447工作面系统、主副井提升系统、通风机房系统、－600泵房排水系统、原人员定位系统、安全监测系统、供电系统、压风机系统等。微震监测系统网络化。夹河煤矿示范工程一期建设内容中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心夹河矿巷道及网络布置中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心工业以太环网网络交换机隔爆网络交换机隔爆网络交换机隔爆井下井上交换机矿区网络服务器服务器矿区网络局域网APAPAPAPAPAPAPAPAPAPAPAP网络交换机隔爆WiFi手机WiFi手机笔记本笔记本定位标签定位标签感知层网络示意中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心人员与车辆管理基于感知层网络中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心基于感知层网络和信息矿灯短信发送与管理中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心案例应用效果简介CCTV-2中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心5矿山物联网云计算应用中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心误解1：云计算必定是海量数据、大规模运算。误解2：物联网中必有云，至少有一朵小云。误解3：除了简单的终端外，云计算在用户端不需要更多的硬件设备。误解4：除底层终端设备外，云计算完全是无需人工参与的全自动化过程。对云的一些误解中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心解放军理工大学刘鹏教授关于“云”的三条标准中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心完善矿山物联网深层次的工作，加快“实时控制、精确管理、科学决策”的实施。扎实推进矿山物联网云服务平台的建设。如：矿山灾害监测与预警云平台；设备健康状况诊断云平台；通风优化云平台等等。中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心-5-4-3-2-1012020406080100SEN5SEN8SEN7SEN6SEN4SEN3SEN1SEN2矿震源网络化分布式测量原理1000M1000M1000M1000MM1000M1000M1000MS示例：基于云的矿山灾害监测灾害监测底层系统中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心示例：基于云的矿山灾害监测中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心监测：按点检系统的监测参数进行各种设备监测Internet或专网A矿设备监测系统B矿设备测系统专家云设备模型分析软件云计算管理平台用户管理系统管理网络管理计费管理设备健康状况云计算平台反映信息反映信息示例：基于云的设备健康状况分析中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心运用CFD对矿井风网进行三维建模，结合风网实测数据，计算风流各种物理量的大小和变化规律，对矿井瓦斯与粉尘控制、热害防治、通风优化提供决策依据；结合物联技术、传感技术和云计算技术，对实测数据与设计数据进行分析处理；达到通风优化、节能、安全、经济的效果。示例：基于云的矿井风网优化中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心2、煤炭行业云平台应用需求梳理中国矿大物联网(感知矿山)研究中心徐州市物联网产业发展研究中心监测：风速、流量、瓦斯场、粉尘场、温度场等；风机各种参量。Internet或专网A矿风网监测系统B矿风网监测系统专家云风网模型CFD软件云计算管理平台用户管理系统管理网络