物联网矿山工程方案样本.doc
《物联网矿山工程方案样本.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《物联网矿山工程方案样本.doc(36页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、感知矿山(物联网)示范工程设计方案中华人民共和国矿业大学感知矿山研发中心徐州市物联网产业研发中心二一一年一月1 项目概述1.1物联网基本概念物联网概念有许多,温家宝总理政府工作报告附录中给出物联网解释比较具备权威性。中华人民共和国物联网专家委员会主任委员邬贺铨院士对这个物联网概念又进一步做了修正:“物联网是指通过信息传感设备,按照商定合同,把需要联网物品与网络连接起来,进行信息互换和通讯,以实现智能化辨认、定位、跟踪监控和管理一种网络,它是在网络基本上延伸和扩展应用”。这个概念不特意指明国际互联网,明确提出是需要联网物体,同步强调物联网是网络延伸和扩展应用。这就非常清晰地将行业应用涵盖在物联网
2、内,更为适合当前物联网发展。感知矿山物联网重要就是根据这个概念来进行设计和规划。1.2国内煤矿生产现状煤炭是国内重要能源,当前在国内能源生产和消费中,煤炭约占73。据专家预测,到2050年煤炭仍会占中华人民共和国能源消费50%以上,煤炭作为重要能源地位将会在相称长历史时期中不会变化。国内煤炭资源丰富,劳动力便宜,在国际市场竞争中本应占有优势,但由于国内煤炭储存条件复杂,煤矿自动化水平低,井下用人多,生产安全监控系统采用技术比较落后,功能单一,再加上管理等因素,使得生产成本高,安全形势不容乐观。全国煤矿事故死亡人数居高不下,百万吨死亡率大大高于世界重要产煤国家平均水平,严重影响了煤炭工业可持续发
3、展和社会稳定。随着国家对矿山安全注重限度不断加强,矿山公司在各种安全、生产监控系统方面投入逐年加大,对保证矿山安全和正常生产起到了重要作用。但是在当前装备和技术水平下,无法根除各种安全隐患,矿山灾害时有发生。既有安全生产监测监控系统,由于生产厂商和系统建设时期不同,各个系统之间没有统一通信合同和接入技术,系统之间数据构造差别很大,呈现多源性和异构性。由于矿山开采对象矿床是分布于三维地理空间、并随着开采进程不断变化着地质实体,矿山安全生产一切过程都离不开三维空间,无论是矿层、构造等地质实体,还是纵横交错井下巷道系统和各种监测监控信息都具备空间属性。不但如此,矿山生产活动又是始终处在一种随时间动态
4、变化复杂系统之中,因此反映其实际状态各种数据,如果得不到有效集成,就只能形成彼此隔离“信息孤岛”,同步探测同一地质实体多数系统只能对其采集到原始数据进行简朴转换、存储、显示和打印,而面向同一地质实体同步探测到多源信息往往得不到有效地综合运用,更谈不上有效地为煤矿安全提供决策根据。随着开采深度加大和赋存地质条件恶化,使得深部煤炭开采力学环境、岩体组织构造、基本力学行为特性和工程响应与浅部明显不同,导致冲击矿压、顶板大面积来压和采空区失稳等动力灾害事故明显增长,已对深部煤炭资源安全开采导致严重威胁。在重大灾害预测方面,缺少实时、在线、持续监测预警装备。“物联网”概念问世,打破了之前老式思维。过去思
5、路始终是将物理基本设施和信息基本设施分开。对煤矿安全生产而言,在“物联网”时代,瓦斯、CO等各类传感器、电缆、电气机械设备、钢筋混凝土等等,所有这些将与芯片、宽带整合为统一基本设施,基于物联网络可以对煤矿复杂环境下生产系统内人员、机器、设备和基本设施实行更加实时有效协同管理和控制。物联网概念为建立煤矿安全生产与预警救援新体系提出了新思路和办法。如何运用物联网技术解决煤矿生产中人员安全环境感知问题,解决矿山灾害状况预测预报、减少或避免重大灾害事故发生,解决安全生产智能控制;矿山物联网技术发展潮流以及研究核心内容是什么;如何形成产业原则等。这都是感知矿山物联网示范工程需要解决问题。2感知矿山物联网
6、总体目的与特性2.1感知矿山物联网概念及目的作为物联网应用一种重要领域,“感知矿山”是通过各种感知、信息传播与解决技术,实现对真实矿山整体及有关现象可视化、数字化及智慧化。其总体目的是:将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化,将感知技术、传播技术、信息解决、智能计算、当代控制技术、当代信息管理等与当代采矿及矿物加工技术紧密相结合,构成矿山中人与人、人与物、物与物相联网络,动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营全过程。以高效、安全、绿色开采为目的,保证矿山经济可持续增长,保证矿山自然环境生态稳定。2.2感知矿山物联网特性近些年在矿山提出过许多
7、概念,如数字矿山、矿山综合自动化、信息化矿山、智能矿山等,而“感知矿山”是在综合了这些概念基本上,更加详细、全面、动态、详尽地描述真实矿山。例如说,在开始提数字矿山时,要花很大精力去解释数字矿山与地理信息系统不同,是要将矿山生产过程、矿山安全信息集成在内;在开始实行矿山综合自动化时,又在花时间去解释要有统一网络平台和数据平台,地理信息系统也是综合自动化中一种重要平台,还要解释网络化控制是一种分布式控制等等。而在物联网矿山概念下,这些都不需要去作任何解释。这是由于物联网自身就是基于统一网络应用;物联网自身就是要在GIS(地理信息系统)和GPS(全球定位系统)下实现定位应用;物联网自身就是控制与网
8、络一体化应用;物联网自身就是分布式应用等等。此外,物联网还明确提出了物与物相联概念,而在此前数字矿山等诸多概念中,基本是人与人、人与物相联概念为主。因而,对矿山移动物体监控,相对较弱。而煤矿移动作业过程监控正是矿山生产特点,物与物相联需要更大范畴无线自组网能力,需要基于网络分布式感知能力。综合自动化实现了将煤矿各种监测监控子系统集成到一种平台里,实现了煤矿生产与安全系统网络化监控,这为实现感知矿山打下了良好基本。综合自动化系统基本是矿山本来各种系统简朴集成,比较好地做到了减人提效,但矿山集成网络价值没得到应有提高,也没有给矿山安全带来明显改进。以太网创造人之一迈特卡夫曾预测网络价值是与联网设备
9、数平方成正比。煤矿综合自动化将众多子系统联接到了总体网络上,实现基本还是本来各分立子系统功能,没有实现1+12。而运用物联网应用平台技术,提高集成信息价值;运用移动感知技术,提高煤矿安全信息感知能力。这是感知矿山物联网目的。因而,感知矿山物联网应用不是简朴矿山综合自动化,而是在此基本上,运用物联网技术进一步完善矿山综合自动化,使其更加适应矿山真正需要。这正像物联网应用是在互联网应用基本上,来进一步丰富和扩展互联网应用。2.3 感知矿山建设核心问题-三个感知为保障矿山安全生产,感知矿山是在实现综合自动化基本上,实现三个感知。即:l 感知矿工周边安全环境,实现积极式安全保障;l 感知矿山设备工作健
10、康状况,实现预知维修;l 感知矿山灾害风险,实现各种灾害事故预警预报。感知矿山建设应以三个感知为重点突破点,对煤矿安全信息感知采集技术、煤矿信息融合、辨认与协同技术、煤矿传感网控制技术、煤矿传感网络安全生产、预警、灾后重构再生技术等核心技术开展研究,形成完备基于自有技术矿山物联网体系。矿山灾害发生区域和时间均具备未知性,并且矿山处在动态开采过程中,要感知这些灾害产生前兆信息,只能采用符合矿山生产特点基于无线传感器网络分布式、可移动、自组网信息采集方式。需要研究矿山物联网核心技术,构建动态感知煤矿灾害状况、感知设备健康状态、感知人员安全环境等信息感知与解决平台。3 项目设计根据l 煤矿安全规程和
11、煤矿设计规范l 智能调度室装备规范l 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备规定GB 3836.4-l 爆炸性环境用防爆电气设备通用规定GB 3836.1l 矿用普通型电气设备GB 1217390l 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术规定MT 20990l 工业电视系统工程设计规范GBJ 11587l 电力系统通信管理规程DL/T54494l 公司供配电系统节能监测办法GB/T 166641996l 通用用电设备配电设计规范GBSOO5593l 矿山电力设计规范GB50O7O94l 煤矿监控系统总体设计规范l 矿井防灭火规范 MTT 6981997l 矿井通风及安全装备原则M
12、T/T 501696l 建筑设计防火规范GB50016l 煤炭工业矿井设计规范GB50215l 火灾自动报警系统GB50166 l 矿山安全条例l 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB500581992 l 煤炭工业选煤厂设计规范MT 500794l 软件开发规范DZ/T 01691997l 计算机软件可靠性和维护性管理GB/T 143941993l 建筑电气设计规范JGJ16l 安全技术防范规程工程程序技术规范GB 50348l 闭路电视系统工程技术规范GB5019894 4 感知矿山示范工程总体规划感知矿山示范工程是在实现综合自动化基本上,实现三个感知,形成完备基于自有技术矿山物联网体系
13、。4.1 感知矿山系统规划原则(1) 立足当前,着眼将来,设计开放感知矿山信息系统。系统设计起点定位要切合实际,做到原则要高,既保证当前应用需要,同步保证将来系统扩展和提高需要。真正起到示范作用。(2) 以东升、金宏煤矿为主,预留到集团和到物联网中心信息接口。(3) 明确感知矿山应用主体,找准重心,重点突破,实现点面结合。(4) 充分运用既有资源条件,减少系统应用成本。总体规划要尽量将已有系统信息孤岛进行整合,充分运用已有硬件设施。(5)感知矿山系统设计要本着为需求设计思想进行设计规划。(6)总体设计,分步实行。总体规划要依照感知矿山需求及远期目的进行,分步实行要依照资金、人才等资源条件,合理
14、分派项目实行阶段,循序渐进,避免盲目投入。4.2 感知矿山三层构造模型图41 感知矿山物联网应用模型物联网是典型以应用为驱动网络技术,因而,基于应用目提出感知矿山物联网总体设计模型。由于综合自动化及数字矿山模型在国内煤矿公司己经有众多实际应用,感知矿山物联网建设应当建立在这些己有工作基本上,充分借鉴己有经验和系统,而不是全盘推翻,另搞一套。因而,感知矿山物联网模型势必与数字矿山、矿山综合自动化模型有很紧密联系。感知矿山物联网应用模型如图41所示,这是一种三层构造模型,感知矿山总体目的已经较好体当前模型中。4.3 三层构造功能设计4.3.1 感知与控制层依照煤矿作业特点,本层由两层网络构成,骨干
15、传播网和感知层网络。(1)骨干网功能与规定:骨干网为网络化煤矿监测与控制系统、语音信号及视频信号传播与管理提供了信息高速公路。在此网络上建立了一种基于统一网络多子系统监控系统、语音通信系统和多路工业电视监控系统,在调度指挥控制中心监控煤矿井上、下安全生产全过程,并通过网络将其传播到煤矿各科室和局调度中心。骨干传播网与矿山综合自动化骨干传播网基本相似,使用防爆1000M工业以太网。对骨干网总体规定:煤矿各种信息均能融入骨干网进行传播,即能实现矿山三网合一;迅速环形冗余网络故障重构时间严格不大于300ms;对各监控子系统可建立虚拟专用网,保证各子系统相对独立运营;系统模块化具备热插拔构造适合煤矿不
16、间断生产和维护、维修需要;可实既有效流量限制,防止广播风暴对控制系统导致劫难;系统统一编程组态方式,减少对煤矿顾客专业知识规定;丰富网络管理和诊断功能,便于故障定位和设备维护和维修。例如:采用西门子网管型Profinet工业以太网合同,以X系列工业以太网互换机硬件为基本实时环形冗余网络构造作为全矿井各生产子系统综合传播平台。工业以太网互换机提供了对网络控制和监视,通过SNMP查看各种网络状态,涉及收/发字节数、收/发帧数、错误数与端口状态等,保证服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、端口镜像、IGMP Snooping、冗余与SNMP等功能实现。(2)感知网功能与规定:重要是无线网络。矿
17、山地理、地质、矿山建设、矿山生产与安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息均需要移动感知。引起矿山事故灾害源如瓦斯、矿压、透水等均散布在尚未开采地层中,且具备流动性,开采扰动会导致它们相对集中,演化为灾害前兆事件。但随着开采进行,灾害源集中地点、强度、显示度、危害限度也在不断发生变化,而灾害事故产生却具备突发性。显然,无法用固定接触式传感器直接监测灾害源,只能通过对前兆事件发生时通过地层传播出来物理量(如电磁幅射、声发射等)进行监测和辨认、解决,但传播这些物理量地层也具备不拟定性。需要随时能移动无线分布式感知手段。煤矿生产是移动作业,人员、设备、车辆等集中在巷道中,随着煤矿生产进行,这些巷
18、道及设备位置均处在不断变化之中,移动感知监控正是矿山生产特点。各种无线接入网络,如WiFi、Zigbee等是构成感知层物与物相联重要技术,具备自组网功能无线网络,如无线传感器网络在这一层起着不可或缺作用。感知层网络通过无线网关分段接入骨干网,实现井下重要工作区域无线覆盖或全覆盖。感知层网络除用于各种需要分布式移动监测,如矿山灾害监测、移动设备监控外,还用于个人安全信息无线接入,并可扩展为移动语音及视频提供传播通道。与综合自动化系统相比,感知矿山物联网在感知层更多是分布式感知与控制,而综合自动化系统更多是如何将子系统接入骨干网。感知与控制层重要实现矿山生产与安全过程中各种传感与控制信息采集与施用
19、。4.3.2 信息集成与MES层信息集成与MES层由两大某些构成,一是信息集成网络系统,涉及调度指挥控制中心以太网,互为冗余I/O服务器组和数据服务器集群。服务器集群通过1000M工业以太网骨干传播,采集全矿生产、安全等所有信息,将信息集成到控制中心,进行各种智能信息解决,如信息融合、信息挖掘等等。服务器上重要历史信息可以保存一年或更长时间。另一某些是在信息集成基本上MES(Manufacturing Execution System),涉及在调度指挥控制中心以太网上,设计多台操作员站,操作员站完毕对子系统监控:如综采工作面监控子系统、主运送集控子系统、地面供电监控子系统、井下供电监控子系统、
20、主通风机在线监控子系统、安全监控子系统等各种子系统监控。以及煤矿生产过程优化管理,依照煤矿生产流程,当某个实时事件发生时,MES对此及时做出反映、报告,并用当前精确数据对它们进行指引和解决,减少煤矿公司内部没有附加值活动,有效地指引生产运作过程,提高生产力、生产安全性、改进物料流通性能、又能提高生产回报率。MES需要与筹划层和控制层进行信息交互,通过公司持续信息流来实现公司信息全集成。本层核心技术之一是统一数据仓库平台。各种系统数据应有统一数据描述形式、统一数据解决格式和统一数据管理方式,便于信息挖掘和融合。例如,对矿山进行安全运营评价,需要监测监控系统数据、通风系统数据、矿压监测数据、地下水
21、位及涌水量数据等等,如果各系统数据没有统一描述形式和存贮方式,信息挖掘与融合将是一句空话。由于数字矿山子系统众多,将来发展需要对各子系统数据进行综合分析和数据挖掘,因而,从一开始就运用数据仓库具备海量数据存储能力,运用OLAP联机分析解决和数据挖掘技术进行强大多维数据分析,为实现决策支持功能提供条件。4.3.3 管理决策与应用层管理决策与应用层重要是各种软件应用模块。矿山及有关现象信息在中间层得到提高后,目是为了运用这些信息去动态详尽地描述与控制矿山安全生产与运营全过程,保证矿山经济可持续增长,保证矿山自然环境生态稳定。管理决策层各种软件应用模块就是这种目详细体现。依照矿山详细应用不同,这些模
22、块是可增减。通过公司Intranet网络,矿山各个职能某些可实现更高层次应用。如:矿山安全生产评价与监管;煤矿灾害预警与防治;煤矿供应链管理;大型设备故障诊断;矿山资源环境控制及评价等。4.4感知矿山示范工程建设内容感知矿山示范工程本着统一设计,分布实行原则进行规划设计。整体项目设计目的是建成一种统一网络平台(骨干网络平台、无线网络平台),结合“六大安全避险系统”,实现井下工人精准定位、周边安全环境感知;使东升、金宏煤矿在采用先进技术装备上达到国内一流水平,实现井下和地面各个生产系统和大型机电设备、供电系统、管网等监控及诊断,即设备工况感知;使矿井生产安全可靠,有效地防止和及时解决各种突发事故
23、和自然灾害,即矿山灾害风险感知;实现全矿井各种数据采集,使生产调度、经营管理、决策指挥实现网络化、信息化、科学化。实现公司经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息有机集成,达到减人增效和提高矿井安全水平目。4.4.1 示范工程建设总体内容示范工程建设内容涉及几大方面:l 系统集成平台建设:建设全矿井安全、人员、设备感知集成平台,实现全矿井地面远程监控,涉及集群服务器、数据库平台、集成软件平台建设等。l 感知矿山网络平台建设:涉及井上、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;运用无线传感器网络建立覆盖煤矿井下,并与1000M工业以太网相结合无线自组网系统(实现人员管理、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 联网 矿山 工程 方案 样本
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【二***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【二***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。